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技术信息
技术名称: 锰的基本知识
技术持有人:
详细介绍


manganese
  元素符号Mn,银白色脆性金属,在元素周期表中属ⅦB族,原子序数25,原子量54.938,常见化合价为+2和+7,但也有+3、+4、+6。
  1774年瑞典矿物学家甘恩 (J.G.Gahn)和伯格曼(T.Bergman)几乎同时各自用碳还原软锰矿的方法制得金属锰。因为软锰矿具有磁性,以希腊文magnes(磁石)命名。1875年以后,欧洲各国开始用高炉生产含锰15~30%的镜铁和含锰达80%的锰铁。1890年用电炉生产锰铁,1898年用铝热法生产金属锰。并发展了电炉脱硅精炼法生产低碳锰铁。1939年开始用电解法生产金属锰。
  性质和用途 锰有四种同素异形体,α锰(体心立方),β锰(立方体),γ锰(面心立方),δ锰(体心立方);转变温度为:α
Image:471-01.jpgβ,β
Image:471-02.jpgγ,γ
Image:471-03.jpgδ


Image:meng01.jpg



  纯锰在常温下不受氧、氮、氢的侵蚀,但在赤热温度以上与空气中的氧及硫起猛烈反应。
  锰是动植物机体中重要的微量组分,某些锰盐可作为植物的微量元素化肥和动物饲料添加剂。锰的毒性不大。但是锰矿粉尘和锰蒸气长期吸入肺部,可引起神经系统病害,甚至四肢瘫痪。
  锰是脆性金属,不能单独作结构材料使用。主要以铁合金形态用作炼钢脱氧剂或合金添加剂,也是良好的脱硫剂。每吨粗钢平均消耗锰 6公斤左右。金属锰则是优质钢和铜、镍、铝、镁等合金的脱氧剂或合金添加剂。钢由于用锰脱氧,一般都含锰0.3~0.7%。钢中加锰起细化结晶组织的作用,并因形成碳化物而提高强度,所以锰广泛用于结构钢、钢轨钢、弹簧钢等方面。锰还起降低γ-α铁转变点的作用;在不锈钢中可以部分代替镍(例如Cr18Mn8Ni5);含锰 12%的奥氏体型高锰耐磨钢具有极好的耐磨性能。在铜合金中,锰青铜 (Zn39%、Mn1%)有良好的强度和韧性,广泛用作轮船螺旋桨和涡轮机叶片材料。铜镍锰合金锰加宁(Manganin)是温度系数很低的电阻材料。铸造锰铜合金(高阻尼合金),具有良好的结构强度和减振、消声性能。弥散硬化型铝镁合金添加少量锰,可改善时效性能,并提高耐腐蚀性。此外二氧化锰及其他锰化合物广泛用于干电池、玻璃、陶瓷、医药、食品等工业。
  70年代用于钢铁工业的锰,占世界锰矿总开采量的95%以上(其中约98%用于炼钢),余额半数用于有色金属合金,半数用于电池、化学工业等。
  资源 锰以氧化物、氢氧化物、硅酸盐和碳酸盐状态广泛分布于世界各地。具有工业价值的锰矿物主要有软锰矿(MnO2)、硬锰矿 (mMnO·MnO2·nH2O)、水锰矿(Mn2O3·H2O)、褐锰矿(Mn2O3)和黑锰矿(Mn3O4)。另外还有菱锰矿(MnCO3)和蔷薇辉石(MnO·SiO2)等。由于锰的性质接近铁、钴、镍,一般锰矿伴生有铁、钴、镍等矿物,铁矿中多数也含锰。蕴藏于海底的锰结核为锰、镍、钴的复合矿物。冶炼用锰矿一般要求含锰40~50%,锰铁比大于7,磷锰比小于0.003。中国广西、湖南、贵州等地区有锰矿储藏,但以贫矿、难选矿居多,一般含锰仅30%左右,且含铁、磷或SiO2较高,为选矿和生产优质锰合金带来一定困难。
  1979年世界各国锰的储量和产量(中国除外)见下表。


Image:meng02.jpg



  世界金属锰的生产能力(1978年)为:日本9600吨,美国32000吨,南非(阿扎尼亚)41500吨,法国8500吨。1981年欧洲市场锰矿价格(品位48~50%锰,<0.1%磷)为:每吨度1.70~1.73美元(折合81~86美元/吨矿);金属锰(电解产品,含锰>99.95%)每吨680~685英镑。
  锰的生产 应用最广的锰铁、镜铁和锰硅分别用高炉或电炉冶炼。
  金属锰的生产采用铝热法、电热法和电解法。铝热法必须采用优质锰矿作原料,且耗铝多,成本高;电热法工艺流程长,操作比较复杂;电解法则可用贫锰矿作原料获得高纯度的产品,得到广泛应用。
  铝热法 冶炼时,MnO2、Mn2O3、Mn3O4和MnO还原反应的反应焓-△H圏分别为 106.8、85.3、75.6和62.0千卡/摩尔(铝)。通常金属热还原反应要求-△H圏大于72千卡/摩尔(铝),反应才能自动地进行。可见以MnO作原料时,热量不够,需要补充热量;而用MnO2作原料时,反应又过于激烈,不易控制。用Mn2O3和Mn3O4作原料,能释放足够的热量,且易于控制。冶炼时要用含杂质低的氧化锰矿,磨细后与约为理论需要量90%的铝粒和相当于10~20%铝量的石灰混合均匀后,用上部点火法冶炼。所得金属锰产品含锰93~96%,甚至更高。锰含量也因原料而异。
  电热法 先用锰矿配加少量焦炭在电炉中进行控制还原,炼得低铁、低磷的富锰渣(Mn>45%,P<0.030%,Fe<0.80%)。富锰渣用木炭作还原剂,炼出低磷碳素锰铁,再加硅石、木炭,炼得高硅锰硅合金(Si>30%)。最后用高硅锰硅合金和富锰渣配加石灰,在电弧炉内进行脱硅精炼,得到含锰93~97%的金属锰。
  电解法 生产金属锰采用硫酸锰水溶液电解法。虽然锰的电解电动势达-1.05伏,但由于氢在金属锰上的过电压,锰仍然可从中性溶液析出到固体阴极上。电解的重要条件是溶液中不含其他金属杂质,所以硫酸锰溶液必须在电解前充分净化。此外在阳极上有Mn2+ +2H2O-2e─→MnO2+4H+反应产生MnO2,所以必须采用隔膜电解槽。硫酸锰电解的工业生产流程见图。


Image:meng03.jpg



  采用菱锰矿作原料时,可直接溶解于稀硫酸。如用氧化锰矿则须先经还原焙烧,把锰转化为可溶的MnO。浸出(见浸取)一般利用电解后的阳极液,并配加硫酸,调节pH到2.5左右。浸出液经澄清过滤后用氨水、MnO2(可用阳极泥)或石灰乳中和到 pH为6.5,沉淀出氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化硅、砷、钼和镍等杂质。滤液加硫化铵[(NH4)2S]或硫化氢(H2S),将剩余的微量铁、砷、铜、锌、镍等再沉淀除去。同时加入少量硫酸亚铁(FeSO4)除去胶体及硫化物。净化液经贮液槽导入电解槽。在贮液槽及输送管道上引入SO2约0.1克/升以防止氧化。
  电解槽用不锈钢作阴极,用铅板(一般含Ag1%)作阳极。电解液经阴极室通过隔膜流入阳极室。带有MnO2的阳极液从槽底流出。操作电压约5伏,阴极电流密度450~500安/米2,温度控制在34~37℃,电流效率 50~60%。入槽电解液浓度135~140克/升(NH4)2SO4,30~40克/升锰,pH为8.1~8.4。离槽阳极液一般含锰 3克/升左右,H2SO425~40克/升。从阴极取下的产品为2~3毫米的碎片,含锰99.9%以上。电解锰可直接作合金添加剂使用,也可以使之在氮气流中加热到1000℃,得到含氮6~7%的锰,用于炼高氮钢;还可以与铝压制成锰铝块,用于制造铝合金。
  参考书目
 R.S.Dean, Electrolytic Mang anese and Its Alloys,Ronald,New York, 1952.
 福尔克特编,俞辉、顾镜清译:《铁合金冶金学》,上海科学技术出版社,上海,1978。 (Durrer/Volkert,Metallurgie der Ferrolegierungen, 2.Auflage, Springer Verlag, Berlin,1972.)





 



声母:m


字头:锰,(,錳,)


四笔号码:3751


注音:měng


摘要:meng


笔画:13画


部首画:05


部首:钅部


释义:金属元素,符号Mn,银白色,质地硬而脆,可用以制造高硬度、耐磨的锰钢及其它合金。


部首查询:05钅部





manganese



  一种化学元素。化学符号 Mn , 原子序数 25 ,原子量54.93805,属周期系ⅦB族。1774年瑞典C.W.舍勒在从软锰矿制得氯气时,确定该矿中含有一种新的元素。同年,瑞典J.G.甘恩用炭还原软锰矿,制得了金属锰,因为软锰矿具有磁性,故以希腊文magnes( 含义是“磁石” )命名 。锰在地壳中的含量为0.085% ,锰的矿物主要有软锰矿(MnO2)、硬锰矿(mMnO·MnO2·nH2O) 、水锰矿( Mn2O3·H2O) 、褐锰矿(Mn2O3)、黑锰矿(Mn3O4)、菱锰矿(MnCO3 ) 、蔷薇辉石(MnO·SiO2)。由于锰和铁、钴、镍的性质相似 ,所以铁矿中也常含有锰。蕴藏在海底的锰结核是锰、镍、钴的复合矿物,含锰量为15%~30%,据估计,在整个海底,锰结核约有 1.5万亿吨。
  锰是钢灰色有光泽的金属,性脆 ,熔点 1244℃ ,沸点1962℃,密度7.20克/厘米3。锰是比较活泼的金属 ,在空气中比较容易被氧化,形成褐色的层状氧化物覆盖物,最靠近金属的是MnO,外层是Mn3O4。锰在加热时燃烧,生成Mn3O4。在加热时,锰与氟、氯、溴作用,生成相应的卤化物。在赤热下,与硫反应生成MnS。在1200℃以上,氮与锰反应 ,生成Mn5N2。熔融的金属锰能溶解碳,生成Mn3C。锰能与冷水作用:
  Mn+2H2OMn(OH)2+H2锰易溶于稀酸,溶于盐酸放出氢,溶于浓硫酸放出二氧化硫,溶于硝酸放出一氧化氮。锰的氧化态为-1、-3、+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7。+2 价锰盐和+7价高锰酸盐在溶液中比其他价态稳定。+2 价的氧化锰是碱性的 ,不溶于水,溶于酸生成+2价锰盐。锰一共能生成6种氧化物 :MnO、Mn3O4、Mn2O3、MnO2、MnO3、Mn2O7 。 在低温和不见光的条件下,二氧化锰与浓盐酸作用,可生成 + 4价锰盐,但在稀释或受热时即转化为氯和二氯化锰 。+6 价的锰酸盐只存在于碱性溶液中,酸化后即发生歧化反应,生成高锰酸盐和二价锰盐。
  金属锰的生产方法有:① 铝热法 。用金属铝做还原剂,将Mn3O4还原为金属锰。②电热法。在电炉中用木炭还原富锰渣。③电解法。用不锈钢做阴极,铅板做阳极,硫酸锰溶液为电解质,可得纯度为99.9%的金属锰。锰是脆性金属,不能做结构材料,但钢中加锰后能起细化结晶组织的作用,并因形成碳化物而提高强度,锰钢可用于结构钢、钢轨和弹簧钢。锰还是炼钢时的去氧剂和脱硫剂。锰是动植物机体的微量组分,某些锰盐可做微量元素化肥和动物饲料添加剂。二氧化锰用于生产干电池和玻璃、陶瓷工业。







是一种化学元素,它的化学符号是Mn,它的原子序数是25,是一种过渡金属。


锰是灰白色金属,脆硬,潮湿处会生锈。


它由Johann Gahn在1774年于瑞典发现。名称来自拉丁语:magnes,意即具磁性的。但只有经过特殊处理的锰才会具有磁性。


元素来源:软锰矿石 (MnO2), 硬锰矿((Ba.H2O)2Mn5O10)和菱锰矿(MnCO3)。


元素用途:作合金,电池等。二氧化锰(MnO2)用作催化剂和棕色颜料,高锰酸钾(KMnO4)用作氧化剂及消毒剂。


 


参见



  • 元素周期表
  • 同位素列表
  • 过渡金属

 


补充


元素名称:锰


元素原子量:54.94


元素类型:金属


发现人:甘恩 发现年代:1774年


发现过程:


1774年,瑞典的甘恩,用软锰矿和木炭在坩埚中共热,发现一纽扣大的锰粒。


元素描述:


银白色金属,质坚而脆。密度7.20克/厘米3。熔点1244+3℃,沸点1962℃。化合价+2、+3、+4、+6和+7。其中以+2(Mn2+的化合物)、+4(二氧化锰,为天然矿物)和+7(高锰酸盐,如KMnO4)为稳定的氧化态。在固态状态时它以四种同素异形体存在。电离能为7.435电子伏特。在空气中易氧化,生成褐色的氧化物覆盖层。它也易在升温时氧化。氧化时形成层状氧化锈皮,最靠近金属的氧化层是MnO,而外层是Mn3O4。在高于800℃的温度下氧化时,MnO的厚度逐渐增加,而Mn3O4层的厚度减少。在800度以下出现第三种氧化层Mn2O2。在约450℃以下最外面的第四层氧化物MnO2是稳定的。能分解水,易溶于稀酸,并有氢气放出,生成二价锰离子。


元素来源:


重要的矿物是软锰矿、辉锰矿和褐锰矿等。可用铝热法还原软锰矿制得。


元素用途:


冶金工业中用来制造特种钢;钢铁生产上用锰铁合金作为去硫剂和去氧剂。


元素辅助资料:


锰是在地壳中广泛分布的元素之一。它的氧化物矿——软锰矿早为古代人们知悉和利用。但是,一直到18世纪的70年代以前,西方化学家们仍认为软锰矿是含锡、锌和钴等的矿物。


18世纪后半叶,瑞典化学家T.O.柏格曼研究了软锰矿,认为它是一种新金属氧化物。他曾试图分离出这个金属,却没有成功。舍勒也同样没有从软锰矿中提取出金属,便求助于他的好友、柏格曼的助手——甘英。在1774年,甘英分离出了金属锰。柏格曼将它命名为managnese(锰)。它的拉丁名称manganum和元素符号Mn由此而来。


锰 (Manganese)


硫酸锰 (Manganese Sulfate)


作用与应用:主要存在于垂体、肝胰脏和骨的粒线体中,为多种酶的组成部分。锰参与体内的造血过程,促进细胞内脂肪的氧化作用,可防止动脉粥样硬化。锰缺乏时可引起生长迟缓、骨质疏松和运动失常等。


主要用于长期靠静脉高营养支持的患者。


用法用量:口服,成人每日需要量5~10mg。


儿童每日需要量0.5~1.5mg。


【副作用】


过量的锰会引起巴金森氏症震颤麻痹样的症状。


补充


元素名称:锰


元素原子量:54.94


元素类型:金属


发现人:甘恩 发现年代:1774年


发现过程:


1774年,瑞典的甘恩,用软锰矿和木炭在坩埚中共热,发现一纽扣大的锰粒。


元素描述:


银白色金属,质坚而脆。密度7.20克/厘米3。熔点1244+3℃,沸点1962℃。化合价+2、+3、+4、+6和+7。其中以+2(Mn2+的化合物)、+4(二氧化锰,为天然矿物)和+7(高锰酸盐,如KMnO4)为稳定的氧化态。在固态状态时它以四种同素异形体存在。电离能为7.435电子伏特。在空气中易氧化,生成褐色的氧化物覆盖层。它也易在升温时氧化。氧化时形成层状氧化锈皮,最靠近金属的氧化层是MnO,而外层是Mn3O4。在高于800℃的温度下氧化时,MnO的厚度逐渐增加,而Mn3O4层的厚度减少。在800度以下出现第三种氧化层Mn2O2。在约450℃以下最外面的第四层氧化物MnO2是稳定的。能分解水,易溶于稀酸,并有氢气放出,生成二价锰离子。


元素来源:


重要的矿物是软锰矿、辉锰矿和褐锰矿等。可用铝热法还原软锰矿制得。


元素用途:


冶金工业中用来制造特种钢;钢铁生产上用锰铁合金作为去硫剂和去氧剂。


元素辅助资料:


锰是在地壳中广泛分布的元素之一。它的氧化物矿——软锰矿早为古代人们知悉和利用。但是,一直到18世纪的70年代以前,西方化学家们仍认为软锰矿是含锡、锌和钴等的矿物。


18世纪后半叶,瑞典化学家T.O.柏格曼研究了软锰矿,认为它是一种新金属氧化物。他曾试图分离出这个金属,却没有成功。舍勒也同样没有从软锰矿中提取出金属,便求助于他的好友、柏格曼的助手——甘英。在1774年,甘英分离出了金属锰。柏格曼将它命名为managnese(锰)。它的拉丁名称manganum和元素符号Mn由此而来。


锰 (Manganese)


硫酸锰 (Manganese Sulfate)


作用与应用:主要存在于垂体、肝胰脏和骨的粒线体中,为多种酶的组成部分。锰参与体内的造血过程,促进细胞内脂肪的氧化作用,可防止动脉粥样硬化。锰缺乏时可引起生长迟缓、骨质疏松和运动失常等。


主要用于长期靠静脉高营养支持的患者。


用法用量:口服,成人每日需要量5~10mg。


儿童每日需要量0.5~1.5mg。


【副作用】


过量的锰会引起巴金森氏症震颤麻痹样的症状。


元素符号: Mn 英文名: Manganese 中文名: 锰


相对原子质量: 54.94 常见化合价: +1,+2,+3,+4,+6,+7 电负性: 1.55


外围电子排布: 3d5 4s2 核外电子排布: 2,8,13,2


同位素及放射线: Mn-52[5.59d] Mn-53[3700000y] Mn-54[312.2d] Mn-55 Mn-56[2.57h] Mn-57[1.45m]


电子亲合和能: 0 KJ·mol-1


第一电离能: 717 KJ·mol-1 第二电离能: 1509 KJ·mol-1 第三电离能: 3248 KJ·mol-1


单质密度: 7.43 g/cm3 单质熔点: 1245.0 ℃ 单质沸点: 1962.0 ℃


原子半径: 1.79 埃 离子半径: 0.67(+2) 埃 共价半径: 1.17 埃


常见化合物: Mn02 MnCl2 KMnO4 K2MnO4


发现人: 甘恩 时间: 1774 地点: 瑞典


名称由来:


拉丁文:magnes(磁石);意大利语:manganese(锰)。


元素描述:


硬脆的灰白色金属,略带粉红色光泽。在潮湿空气中会象铁一样生锈。


元素来源:


主要富矿为软锰矿(MnO2)、硬锰矿[(Ba,H2O)2Mn5O10]和菱锰矿(MnCO3)。将二氧化锰(MnO2)与铝粉混合在熔炉中点燃可以制得纯锰。


元素用途:


用于炼钢、制陶、造电池。铁路钢轨中一般含有1.2%的锰。锰对于维生素B1的生效也有决定性的作用。 锰大量用于炼钢。金属锰有片状和块状,加入锰的200号钢是添加镍的300号钢的经济替代品。锰也用于铝合金产品,以增加其硬度。来说在200号加入锰是个较经济的选择。它的氧化物可作着色剂


 

    
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