Μεταλλικό προφίλ: Μαγγάνιο (στοιχείο MN)

Το μαγγάνιο αποτελεί βασικό στοιχείο στην παραγωγή χάλυβα. Αν και ταξινομούνται ως δευτερεύον μέταλλο, η ποσότητα μαγγανίου που παράγεται παγκοσμίως κάθε χρόνο πέφτει πίσω μόνο από σίδηρο, αλουμίνιο, χαλκό και ψευδάργυρο.

Ιδιότητες

• Ατομικό σύμβολο: Μη
• Ατομικός αριθμός: 25
• Στοιχείο Κατηγορία: μεταβατικό μέταλλο
• Πυκνότητα: 7,21 g / cm3
• Σημείο τήξης: 2274.8°F (1246°ΝΤΟ)
• Σημείο βρασμού: 3741.8° F (2061 °ΝΤΟ)
• Mohs Σκληρότητα: 6

Χαρακτηριστικά

Το μαγγάνιο είναι ένα εξαιρετικά εύθραυστο και σκληρό, ασημί γκρι μέταλλο. Το δωδέκατο πιο άφθονο στοιχείο του φλοιού της γης, το μαγγάνιο, αυξάνει τη δύναμη, τη σκληρότητα και την αντοχή στη φθορά όταν είναι σε κράμα χάλυβα.

Είναι η ικανότητα του Μαγγανιού να συνδυάζεται άμεσα με το θείο και το οξυγόνο, γεγονός που το καθιστά κρίσιμο για την παραγωγή χάλυβα. Η ροή του μαγγανίου για οξείδωση βοηθά στην απομάκρυνση των ακαθαρσιών οξυγόνου, ενώ παράλληλα βελτιώνει την ικανότητα επεξεργασίας του χάλυβα σε υψηλές θερμοκρασίες συνδυάζοντας με το θείο για να σχηματίσει ένα σουλφίδιο υψηλής τήξης.

Ιστορία

Η χρήση των ενώσεων μαγγανίου εκτείνεται σε περισσότερα από 17.000 χρόνια. Οι αρχαίοι πίνακες σπηλαίου, συμπεριλαμβανομένων εκείνων της Lascaux France, αντλούν το χρώμα τους από το διοξείδιο του μαγγανίου. Το μεταλλικό μαγγάνιο, ωστόσο, δεν απομονώθηκε μέχρι το 1774 από τον Johan Gottlieb Gahn, τρία χρόνια μετά την αναγνώρισή του από το συνάδελφό του Carl Wilhelm Scheele ως ένα μοναδικό στοιχείο.

Ίσως η μεγαλύτερη ανάπτυξη για το μαγγάνιο ήρθε περίπου 100 χρόνια αργότερα, όταν, το 1860, ο Sir Henry Bessemer, λαμβάνοντας τις συμβουλές του Robert Forester Mushet, πρόσθεσε μαγγάνιο στη διαδικασία παραγωγής του χάλυβα για την απομάκρυνση του θείου και του οξυγόνου. Αυξάνει την ελατότητα του τελικού προϊόντος, επιτρέποντάς του να κυλίεται και να σφυρηλατεί σε υψηλές θερμοκρασίες.

Το 1882, ο Sir Robert Hadfield ένωσε μαγγάνιο με ανθρακούχο χάλυβα, παράγοντας το πρώτο χαλύβδινο κράμα, το οποίο σήμερα είναι γνωστό ως χάλυβας Hadfield.

Παραγωγή

Το μαγγάνιο παράγεται κατά κύριο λόγο από το πυρολουσίτη (MnO₂), η οποία, κατά μέσον όρο, περιέχει περισσότερο από 50% μαγγάνιο. Για χρήση στη βιομηχανία σιδήρου και χάλυβα, το μαγγάνιο μεταποιείται στα μεταλλικά κράματα πυριτιομαγγανίου και σιδηρομαγγανίου.

Το φερρομαγγάνιο, το οποίο περιέχει 74-82% μαγγάνιο, παράγεται και ταξινομείται ως άνθρακας με υψηλή περιεκτικότητα άνθρακα (> 1,5% άνθρακα), μέσου άνθρακα (1,0-1,5% άνθρακα) ή χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (<1% άνθρακα). Και οι τρεις διαμορφώνονται μέσω της τήξης του διοξειδίου του μαγγανίου, του οξειδίου του σιδήρου και του άνθρακα (οπτάνθρακα) σε έκρηξη ή, πιο συχνά, σε καμίνι ηλεκτρικού τόξου. Η έντονη θερμότητα που παρέχεται από τον κλίβανο οδηγεί σε καρβοθερμική μείωση των τριών συστατικών, με αποτέλεσμα τη φερομαγγάνη.

Το σιλικομαγγάνιο, το οποίο περιέχει 65-68% πυρίτιο, 14-21% μαγγάνιο και περίπου 2% άνθρακα, εξάγεται από τη σκωρία που δημιουργείται κατά την παραγωγή σιδηρομαγγανίου υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα ή απευθείας από το μετάλλευμα μαγγανίου. Χυτεύοντας μεταλλεύματα μαγγανίου με κωκ και χαλαζία σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, το οξυγόνο αφαιρείται, ενώ ο χαλαζίας μετατρέπεται σε πυρίτιο, αφήνοντας πυριτιομαγγάνιο.

Το ηλεκτρολυτικό μαγγάνιο, με καθαρότητα μεταξύ 93-98%, παράγεται με απόπλυση του μετάλλου μαγγανίου με θειικό οξύ. Στη συνέχεια χρησιμοποιείται αμμωνία και υδρόθειο για την κατακρήμνιση ανεπιθύμητων ακαθαρσιών, συμπεριλαμβανομένων του σιδήρου, του αλουμινίου, του αρσενικού, του ψευδαργύρου, του μολύβδου, του κοβαλτίου και του μολυβδενίου. Το καθαρισμένο διάλυμα τροφοδοτείται στη συνέχεια σε ένα ηλεκτρολυτικό κύτταρο και μέσω μιας διαδικασίας ηλεκτρολυτικής δημιουργεί μια λεπτή στρώση από μέταλλο μαγγανίου στην κάθοδο.

Η Κίνα είναι και ο μεγαλύτερος παραγωγός μεταλλεύματος μαγγανίου και ο μεγαλύτερος παραγωγός εξευγενισμένων υλικών μαγγανίου (δηλαδή, σιδηρομαγγανίου, πυριτιομαγγανίου και ηλεκτρολυτικού μαγγανίου).

Εφαρμογές:

Περίπου το 90% όλων των μαγγανίων που καταναλώνονται κάθε χρόνο χρησιμοποιείται στην παραγωγή χάλυβα. Το ένα τρίτο αυτού χρησιμοποιείται ως αποστραγγιστήρας και απο-οξειδωτής, ενώ η υπόλοιπη ποσότητα χρησιμοποιείται ως παράγοντας κράματος.

_Πηγές:

_{Το Διεθνές Ινστιτούτο Μαγγανιού. www.manganese.org}

_{Η παγκόσμια ένωση χάλυβα}

_{Νιούτον, Ιωσήφ. Εισαγωγή στη Μεταλλουργία. Δεύτερη έκδοση. Νέα Υόρκη, John Wiley & Sons, Inc.}