Mangan er en nøglekomponent i produktionen af stål. Selvom den klassificeres som et mindre metal, falder mængden af mangan, der produceres over hele verden hvert år, kun bagefter jern, aluminium, kobber, og zink.
Ejendomme
- Atomisk symbol: Mn
- Atomnummer: 25
- Elementkategori: Overgangsmetal
- Densitet: 7,21 g / cm³
- Smeltepunkt: 2274.8°F (1246°C)
- Kogepunkt: 3741.8° F (2061 °C)
- Mohs hårdhed: 6
Egenskaber
Mangan er et ekstremt skørt og hårdt, sølvgrå metal. Det tolvte hyppigste element i jordskorpen, mangan øger styrke, hårdhed og slidstyrke, når det legeres i stål.
Det er manganes evne til let at kombinere med svovl og ilt, hvilket gør det kritisk i produktionen af stål. Manganes tendens til at oxidere hjælper med at fjerne iltforureninger, mens den også forbedrer anvendeligheden af stål ved høje temperaturer ved at kombinere med svovl til dannelse af et højt smeltende sulfid.
Historie
Brug af manganforbindelser strækker sig mere end 17.000 år tilbage. Gamle hulemalerier, herunder malinger i Lascaux Frankrig, henter deres farve fra mangandioxid. Mangansk metal blev imidlertid ikke isoleret før 1774 af Johan Gottlieb Gahn, tre år efter, at hans kollega Carl Wilhelm Scheele havde identificeret det som et unikt element.
Den største udvikling for mangan kom måske næsten 100 år senere, da Sir Henry Bessemer i 1860, efter råd fra Robert Forester Mushet, føjede mangan til sin stålproduktionsproces for at fjerne svovl og ilt. Det øgede formbarhed af det færdige produkt, så det kan rulles og smedes ved høje temperaturer.
I 1882 legerede Sir Robert Hadfield legeret mangan med kulstofstål og producerede det første stål nogensinde legering, der nu kaldes Hadfield stål.
Produktion
Mangan produceres primært fra mineralpyrolusit (MnO2), der i gennemsnit indeholder mere end 50% mangan. Til anvendelse i stålindustrien forarbejdes mangan til metallegeringer silicomanganese og ferromanganese.
Ferromanganese, der indeholder 74-82% mangan, produceres og klassificeres som højt carbon (> 1,5% carbon), medium carbon (1,0-1,5% carbon) eller low carbon (<1% carbon). Alle tre dannes gennem smeltning af mangandioxid, jernoxid og kul (koks) i en eksplosion eller, oftere, en elektrisk lysbueovn. Den intense varme fra ovnen fører til en kulhydratisk reduktion af de tre ingredienser, hvilket resulterer i ferromangan.
Silicomanganese, der indeholder 65-68% silicium, 14-21% mangan og ca. 2% carbon ekstraheres fra slaggen, der er skabt under ferromanganproduktion med højt kulstofindhold eller direkte fra manganmalm. Ved at smelte manganmalm med koks og kvarts ved meget høje temperaturer fjernes ilt, mens kvarts omdannes til silicium, hvilket efterlader silicomangan.
Elektrolytisk mangan med en renhed på mellem 93-98% fremstilles ved udvaskning af manganmalm med svovlsyre. Ammoniak og hydrogensulfid anvendes derefter til at udfælde uønskede urenheder, herunder jern, aluminium, arsen, zink, at føre, kobolt, og molybdæn. Den oprensede opløsning føres derefter ind i en elektrolytisk celle og dannes gennem en elektroforvindingsproces et tyndt lag manganmetal på katoden.
Kina er både den største producent af manganmalm og den største producent af raffinerede manganmaterialer (dvs. ferromangan, silicomangan og elektrolytisk mangan).
Applikationer
Cirka 90 procent af al mangan, der forbruges hvert år, bruges i produktion af stål. En tredjedel af dette bruges som desulpherizer og de-oxidator, idet den resterende mængde anvendes som et legeringsmiddel.
Kilder:
International Mangan Institute. www.manganese.org
World Steel Association.http://www.worldsteel.org
Newton, Joseph. En introduktion til metallurgi. Anden version. New York, John Wiley & Sons, Inc.