锰处于周期表的第四周期区,第VIIB族。锰主要以化合物的形式存在于自然界中。金属锰是一种灰白色、硬脆、有光泽的金属。锰单质性质较为活泼,加热时易与氧气化合,易溶于稀酸。
锰的利用历史
人们真正地“认识”锰还要追溯到18世纪,那时锰才作为一种新的元素被关注,它的神秘面纱也被人类彻底揭开。瑞典科学家甘恩从他的朋友舍勒提纯过的软锰矿粉中,提纯出一块未曾见过的金属块,后来被命名为manganese,也就是“锰”。
1、锰像个小淘气,性质非常活泼。它的化合价有+2、+3、+4、+5、+6和+7,不同价态的锰化合物会呈现出不同的颜色。正因如此,含锰矿物也就因锰价态的多变而多姿多彩。比如含二价锰的菱锰矿呈粉红、深红色,蔷薇辉石呈浅粉、红色;含四价锰的软锰矿呈黑色;紫水晶就是因为水晶中含有铁锰而呈紫色,才具有宝气;还有锰橄榄石、锰石榴石都会因为锰的加入,颜色更加丰富。
2、锰又像坚硬的鸡蛋壳,具有“坚而脆”的特点,它不能单独构成结构材料使用,经常与它的“铁”哥们一起,以锰铁合金的形式出现,在冶金行业,素有“无锰不成钢”之说。
它们的合作十分有趣:锰含量比较低(2.5-3.5%)的低锰钢是脆弱的“玻璃心”,但是如果是锰含量13%以上的高锰钢,那就是坚硬又富有韧性的“钢铁直男”。这样的“钢铁直男”广泛用于军事工业,常被用来做坦克的履带、防弹钢板等。
3、锰也是个非常具有“亲和力”的小可爱,它与氧、硫的亲和力都比较大,所以锰是钢液的脱氧剂和脱硫剂。除此以外,锰还与铜、铝、镁等金属合作,真心实意地帮助“小伙伴”改掉缺点,生成许多有工业价值的合金,如黄铜、铝锰合金、镁锰合金等,锰可以提高这些合金的强度、耐磨性和耐腐蚀性。
锰的制备方法
1、电解法
工业上可以用通直流电电解硫酸锰溶液的方法制备金属锰。这种方法成本较高,但成品纯度好。
制备溶液采用锰矿粉与无机酸反应加热制取锰盐溶液,同时向溶液中加入铵盐作缓冲剂,用加氧化剂氧化中和的方法除去铁,加硫化净化剂除去重金属,然后过滤分离,在溶液中加入电解添加剂作为电解溶液。工业生产广泛采用硫酸浸锰方法制取电解液,用氯化锰盐溶液电解制取金属锰的方法还未形成规模性生产。
2、铝还原法(铝热法)
铝热法是采用铝作还原剂,利用还原氧化锰释放的化学热进行冶炼的一种生产金属锰方法。MnO比热效果小反应实际上不能进行;而MnO2比热效果大,活性氧含量过大,反应几乎是爆发式进行。因此Mn3O4最好。
由于铝还原法不能去除杂质,需要用纯度高的软锰矿(MnO2)甚至用电解二氧化锰作原料。Al还原法需要耗铝成本高,但具有反应过程激烈,生产设备和工艺比较简单的优点。但即使用含锰量特别高的原料冶炼,合金仍然夹杂有磷、铝等有害杂质,此法很少用来生产金属锰。