Mangan jest kluczowym składnikiem w produkcji stal. Chociaż ilość manganu produkowanego na całym świecie jest sklasyfikowana jako niewielki metal, każdego roku pozostaje tylko w tyle żelazo, aluminium, miedź, i cynk.
Nieruchomości
- Symbol atomowy: Mn
- Liczba atomowa: 25
- Kategoria elementu: metal przejściowy
- Gęstość: 7,21 g / cm³
- Temperatura topnienia: 2274.8°F (1246°DO)
- Temperatura wrzenia: 3741.8° F (2061 °DO)
- Twardość w skali Mohsa: 6
Charakterystyka
Mangan jest wyjątkowo kruchym i twardym, srebrzysto-szarym metalem. Dwunasty najobficiej występujący w skorupie ziemskiej mangan zwiększa wytrzymałość, twardość i odporność na zużycie, gdy jest stopowy.
Zdolność manganu do łatwego łączenia z siarką i tlenem sprawia, że ma on decydujące znaczenie w produkcji stali. Zdolność manganu do utleniania pomaga usuwać zanieczyszczenia tlenowe, jednocześnie poprawiając obrabialność stali w wysokich temperaturach poprzez połączenie z siarką z wytworzeniem siarczku o wysokiej temperaturze topnienia.
Historia
Zastosowanie związków manganu sięga ponad 17 000 lat. Starożytne malowidła jaskiniowe, w tym te w Lascaux we Francji, czerpią kolor z dwutlenku manganu. Jednak metal manganowy został wyizolowany dopiero w 1774 roku przez Johna Gottlieba Gahna, trzy lata po tym, jak jego kolega Carl Wilhelm Scheele zidentyfikował go jako unikalny element.
Być może największy rozwój manganu nastąpił prawie 100 lat później, kiedy w 1860 roku Sir Henry Bessemer, korzystając z porady Roberta Forestera Mushet, dodał mangan do swojego procesu produkcji stali w celu usunięcia siarki i tlen. Zwiększył ciągliwość gotowego produktu, co pozwala na walcowanie i kucie w wysokich temperaturach.
W 1882 roku Sir Robert Hadfield stopił mangan ze stalą węglową, produkując pierwszą w historii stal stop, który jest obecnie znany jako stal Hadfielda.
Produkcja
Mangan jest wytwarzany głównie z pirolusytu mineralnego (MnO2), który średnio zawiera ponad 50% manganu. Do stosowania w przemyśle stalowym mangan jest przetwarzany w stopy metali krzemomanganu i żelazomanganu.
Ferromangan, który zawiera 74-82% manganu, jest produkowany i klasyfikowany jako wysokowęglowy (> 1,5% węgla), średni węglowy (1,0-1,5% węgla) lub niskowęglowy (<1% węgla). Wszystkie trzy powstają w wyniku wytopu dwutlenku manganu, tlenku żelaza i węgla (koksu) w dmuchu lub, częściej, w elektrycznym piecu łukowym. Intensywne ciepło wytwarzane przez piec prowadzi do karbotermicznej redukcji trzech składników, w wyniku czego powstaje żelazomangan.
Silikomangan, który zawiera 65-68% krzem, 14–21% manganu i około 2% węgla jest wydobywane z żużla powstającego podczas produkcji żelazomanganu o wysokiej zawartości węgla lub bezpośrednio z rudy manganu. Poprzez wytapianie rudy manganu z koksem i kwarcem w bardzo wysokich temperaturach tlen jest usuwany, podczas gdy kwarc przekształca się w krzem, pozostawiając krzemomangan.
Elektrolityczny mangan o czystości między 93-98% jest wytwarzany przez ługowanie rudy manganu kwasem siarkowym. Następnie amoniak i siarkowodór są stosowane do wytrącania niepożądanych zanieczyszczeń, w tym żelaza, glinu, arsenu, cynku, prowadzić, kobalt, i molibden. Oczyszczony roztwór jest następnie wprowadzany do ogniwa elektrolitycznego i poprzez proces elektrolityczny tworzy cienką warstwę metalu manganu na katodzie.
Chiny są zarówno największym producentem rudy manganu, jak i największym producentem rafinowanych materiałów manganu (tj. Żelazomanganu, krzemomanganu i manganu elektrolitycznego).
Aplikacje
Około 90 procent całego manganu spożywanego każdego roku jest wykorzystywane w produkcja stali. Jedną trzecią z nich stosuje się jako urządzenie odsiarczające i odtleniające, a pozostałą ilość stosuje się jako środek stopowy.
Źródła:
Międzynarodowy Instytut Manganu. www.manganese.org
Światowe Stowarzyszenie Stali.http://www.worldsteel.org
Newton, Joseph. Wprowadzenie do metalurgii. Druga edycja. Nowy Jork, John Wiley & Sons, Inc.