Mangan ist eine Schlüsselkomponente bei der Herstellung von Stahl . Obwohl als minderes Metall klassifiziert, fällt die weltweit jährlich produzierte Manganmenge nur hinter Eisen , Aluminium , Kupfer und Zink zurück .
Eigenschaften:
- Atomsymbol: Mn
- Atomzahl: 25
- Element Kategorie: Übergangsmetall
- Dichte: 7,21 g / cm³
- Schmelzpunkt: 2274,8 ° F (1246 ° C)
- Siedepunkt: 3741,8 ° F (2061 ° C)
- Mohs Härte: 6
Eigenschaften:
Mangan ist ein extrem sprödes und hartes, silbrig-graues Metall.
Das zwölfthäufigste Element in der Erdkruste, Mangan erhöht die Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit bei der Legierung in Stahl.
Es ist die Fähigkeit von Mangan, sich leicht mit Schwefel und Sauerstoff zu verbinden, was es bei der Herstellung von Stahl kritisch macht. Die Neigung des Mangans zur Oxidation trägt dazu bei, Sauerstoffverunreinigungen zu entfernen, während er gleichzeitig die Verarbeitbarkeit von Stahl bei hohen Temperaturen verbessert, indem er sich mit Schwefel zu einem hochschmelzenden Sulfid vereinigt.
Geschichte:
Der Einsatz von Manganverbindungen erstreckt sich über mehr als 17.000 Jahre. Alte Höhlenmalereien, darunter jene in Lascaux Frankreich, beziehen ihre Farbe aus Mangandioxid. Mangan-Metall wurde jedoch erst 1774 von Johan Gottlieb Gahn isoliert, drei Jahre nachdem sein Kollege Carl Wilhelm Scheele es als einzigartiges Element identifiziert hatte.
Die vielleicht größte Entwicklung für Mangan kam fast 100 Jahre später, als Sir Henry Bessemer 1860 auf Anraten von Robert Forester Mushet seinem Stahlproduktionsprozess Mangan hinzufügte, um Schwefel und Sauerstoff zu entfernen.
Es erhöhte die Formbarkeit des fertigen Produkts, wodurch es bei hohen Temperaturen gewalzt und geschmiedet werden konnte.
Im Jahr 1882 legierte Sir Robert Hadfield Mangan mit Kohlenstoffstahl und produzierte die erste Stahllegierung , die heute als Hadfield-Stahl bekannt ist.
Produktion:
Mangan wird hauptsächlich aus dem Mineral Pyrolusit (MnO 2 ) hergestellt, das im Durchschnitt mehr als 50% Mangan enthält.
Für den Einsatz in der Stahlindustrie wird Mangan zu den Metalllegierungen Silicomangan und Ferromangan verarbeitet. Nach Angaben des International Manganese Institute wurden 2009 11,7 Millionen Tonnen Manganlegierungen hergestellt. Davon entfielen 7,7 Millionen Tonnen auf Silikomangan und 4,3 Millionen Tonnen auf Ferromangan.
Ferromangan, das 74-82% Mangan enthält, wird hergestellt und klassifiziert als Kohlenstoff mit hohem Kohlenstoffgehalt (> 1,5% Kohlenstoff), Kohlenstoff mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (1,0-1,5% Kohlenstoff) oder Kohlenstoff mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (<1% Kohlenstoff). Alle drei werden durch das Schmelzen von Mangandioxid, Eisenoxid und Kohle (Koks) in einem Strahl oder, häufiger, einem Elektrolichtbogenofen gebildet. Die intensive Hitze des Ofens führt zu einer carbothermischen Reduktion der drei Bestandteile, die zu Ferromangan führen.
Silicomangan, das 65-68% Silicium , 14-21% Mangan und etwa 2% Kohlenstoff enthält, wird aus der Schlacke extrahiert, die während der Herstellung von Ferromangan mit hohem Kohlenstoffgehalt oder direkt aus Manganerz entsteht. Durch das Schmelzen von Manganerz mit Koks und Quarz bei sehr hohen Temperaturen wird der Sauerstoff entfernt, während sich Quarz zu Silicium umwandelt, wobei Silicomangan zurückbleibt.
Elektrolytisches Mangan mit Reinheiten zwischen 93-98% wird durch Auslaugen von Manganerz mit Schwefelsäure hergestellt.
Ammoniak und Schwefelwasserstoff werden dann verwendet, um unerwünschte Verunreinigungen, einschließlich Eisen, Aluminium, Arsen, Zink, Blei , Kobalt und Molybdän , auszufällen. Die gereinigte Lösung wird dann in eine Elektrolysezelle eingespeist und erzeugt durch eine elektrolytische Gewinnung eine dünne Schicht Manganmetall auf der Kathode.
China ist sowohl der größte Produzent von Manganerz, der etwa 22% des 2009 abgebauten Mangans ausmacht, als auch der größte Produzent von raffiniertem Manganmaterial (dh Ferromangan, Silicomangan und Elektrolytmangan). Im Jahr 2009 produzierte China 6,6 Millionen Tonnen Manganlegierungen, rund 57% der gesamten weltweiten Produktion, einschließlich 64% der weltweiten Ferromanganproduktion und mehr als 95% der weltweiten elektrolytischen Manganproduktion.
Anwendungen:
Etwa 90 Prozent des jährlich verbrauchten Mangans wird für die Stahlproduktion verwendet .
Ein Drittel davon wird als Entschwefelungs- und Desoxidationsmittel verwendet, wobei die verbleibende Menge als Legierungsmittel verwendet wird.
Quellen:
Das Internationale Mangan-Institut. www.manganese.org
Der Weltstahlverband. http://www.worldsteel.org
Newton, Joseph. Eine Einführung in die Metallurgie. Zweite Ausgabe. New York, John Wiley & Söhne, Inc.
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