錳的應(yīng)用概況
錳的用途非常廣泛,幾乎涉及人類生產(chǎn)生活的方方面面。全球每年生產(chǎn)的錳中,約90%用于鋼鐵工業(yè),10%用于有色冶金、化工、電子、電池、農(nóng)業(yè)等部門。
錳在鋼鐵工業(yè)中的使用
錳在煉鐵中的應(yīng)用
高爐冶煉的生鐵一般是鐵碳合金,加入少量的錳不但能夠改善冶煉的操作和加工,還能改善生鐵的性能。
煉鋼生鐵①煉鋼生鐵(白口鐵)。白口鐵是平爐和轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要材料,在生鐵總產(chǎn)量中占80%以上。隨著技術(shù)的改進,轉(zhuǎn)爐逐漸代替了平爐。而錳礦作為轉(zhuǎn)爐吹煉過程中的化渣劑,具有良好的持續(xù)化渣作用,并且不產(chǎn)生金屬噴濺。
②鑄造生鐵(灰口鐵)。鑄造生鐵可包括翻炒生鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。鑄造生鐵用錳礦石,對質(zhì)量沒有嚴(yán)格要求,錳礦石在冶煉配比中所占的比重很小,對生鐵質(zhì)量影響較小。含錳量為20%-25%的鐵錳礦石即可。
錳在煉鋼中的應(yīng)用
錳在煉鋼中的主要作用就是脫氧、脫硫和作為合金元素。
①用作脫氧劑
鋼材煉鋼過程中,為了提高鋼的質(zhì)量,需要除去鐵水中的碳、硫等有害雜質(zhì),最簡便的工藝就是用氧化的方法,可是有一部分鐵和雜質(zhì)元素一同被氧化,生成氧化亞鐵,而氧化亞鐵在鋼液中溶解度大,使鋼液中含氧量增高,而氧含量的增高會對鋼的性能產(chǎn)生不良影響,所以鋼對含氧量有嚴(yán)格的要求,一般不準(zhǔn)超過0.02%,甚至更嚴(yán)。因此,煉鋼過程必須脫去超標(biāo)的氧。錳是活性好的金屬,其化學(xué)性能比鐵活潑,將錳加入鋼液中時,可以與氧化亞鐵反應(yīng)形成不溶于鋼水中的氧化物渣,飄浮于鋼水液面,使鋼中含氧量降低。
雖然錳在鋼水中的脫氧能力比其他一些元素(如鈣、鋁、硅)低,但由于其易于生產(chǎn),價格又比較低,因此仍然深受鋼鐵企業(yè)的歡迎,尤其是對煉沸騰鋼來說,采用錳鐵合金脫氧是很理想的脫氧劑,因錳的脫氧能力較弱,它可以調(diào)整鋼的含氧量,而不至于使氧脫去過多而不能沸騰。同時錳的存在還可以使硅和鋁的脫氧能力增強,因為脫氧產(chǎn)物MnO與其他氧化物(如Si02)可以形成低熔點化合物而有利于從鋼液中排除。
②用作脫硫劑
硫在鋼液中以硫化鐵形式存在,鋼中含硫高容易產(chǎn)生熱脆,降低鋼的機械性能,因此,煉鋼過程必須控制硫的含量。錳與硫的結(jié)合力大于鐵與硫的結(jié)合力,當(dāng)加入錳合金之后,鋼水中的很易與錳生成熔點高的硫化錳而轉(zhuǎn)入爐渣中,從而降低了鋼中的硫含量,提高鋼的可鍛性和可軋性。
③用作合金元素
錳之所以能成為各種鋼的重要合金元素,是因為它可以強化鐵素體和細化珠光體,提高鋼的強度、淬透性、硬度和耐磨性。例如,在低合金鋼中加人0.8%-1.7%的錳,鋼的強度就能比普通碳鋼提高20%-30%。
錳在有色冶金工業(yè)中的應(yīng)用
鋁錳合金板錳在有色冶金工業(yè)中主要有兩種用途,一是在銅、鋅、鎘、鈾等有色金屬的濕法冶煉過程中加人二氧化錳或高錳酸鉀作氧化劑,使溶于酸溶液中的二價鐵氧化成三價,調(diào)整溶液pH值,使鐵沉淀而除去。另一個是與銅、鋁、鎂生成許多有工業(yè)價值的合金,如黃銅、青銅、白銅、鋁錳合金、鎂錳合金等,錳可以提高這些合金的強度、耐磨性和耐腐蝕性,如在鎂中加人1.3%-1.5%的錳形成的合金具有更好的耐蝕性和耐溫性能,被廣泛應(yīng)用于在航空工業(yè)中。
錳在電池工業(yè)中的應(yīng)用
鋅錳電池鋅-錳電池由于使用方便,價格低廉,至今仍是電池中使用最廣,產(chǎn)值、產(chǎn)量最大的一種電池。MnO2是鋅-錳電池的正極,電池放電時被還原。天然MnO2(NMD)、化學(xué)MnO2(CMD)和電解MnO2(EMD)是制備電池用的MnO2的主要原料。天然Mn02由于純度比較低,一般只在生產(chǎn)糊式鋅錳干電池時使用?,F(xiàn)在,由于自然界中適合生產(chǎn)干電池用的NMD數(shù)量變得越來越少,同時隨著技術(shù)進步和人們生活水平的提高以及環(huán)保意識的日益加強,用NMD生產(chǎn)糊式鋅-錳電池的量將會逐漸減少,而用EMD生產(chǎn)鋅一錳干電池中的量將會不斷增加,尤其是生產(chǎn)無汞鋅-錳電池用的高純EMD的需求量將會快速增加。
錳在電子工業(yè)中的應(yīng)用
隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展,電子工業(yè)對錳的需求量也不斷增加。電子工業(yè)的基礎(chǔ)材料是磁性材料,尤其是軟磁材料,而軟磁材料中又以錳鋅鐵氧體為主,因其具有狹窄的剩磁感應(yīng)曲線,可以反復(fù)磁化,在高頻作用下具有高導(dǎo)磁率、高電阻率、低損耗等特點,同時又價格低廉,來源廣泛,已經(jīng)取代了大部分鎳鋅鐵氧體,在軟磁材料中占到了80%以上。例如,用錳鋅鐵氧體磁芯制成的各種電感器件、變壓器、線圈、扼流圈等,在通訊設(shè)備、家電產(chǎn)品、計算機產(chǎn)品、工業(yè)自動化設(shè)備等方面都得到了廣泛應(yīng)用。
錳在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
錳是植物正常生長不可缺少的微量元素之一,它參與光合作用和氮素的轉(zhuǎn)化,參與許多酶的活動和氧化還原過程,能促進葉綠素的合成和碳水化合物的運轉(zhuǎn)。當(dāng)土壤中錳嚴(yán)重缺乏時,農(nóng)作物就會出現(xiàn)枯黃,生長不良,產(chǎn)量下降,所以,錳常被添加在肥料中用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),如含硫酸錳的錳肥被用作種子催芽劑。除了用作肥料之外,錳在農(nóng)業(yè)上還被用作殺菌劑(如:乙撐雙二硫代氨基甲酸錳)和飼料添加劑等。
錳在環(huán)保方面的應(yīng)用
錳也可以應(yīng)用到污水、廢氣的處理以及天然飲用水的凈化中。地下水中含有鐵質(zhì),當(dāng)鐵的濃度過高時就會對我們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生一些影響,如水就會發(fā)混,還有鐵腥味,容易形成水垢,洗滌過的衣服會有銹色斑點,印染的色澤不鮮艷等,所以需要凈化,而二氧化錳可以氧化水中的鐵,使水中可溶性二價鐵氧化成不溶于水的三價鐵的氫氧化物而除去。此外,二氧化錳還可用于凈化廢水中的砷,凈化廢氣中的硫化氫、二氧化硫和汞等。
錳在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
高錳酸鉀溶液錳在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域主要是用作消毒劑、制藥氧化劑、催化劑等。如高錳酸鉀是醫(yī)藥上最常用的消毒劑之一,因為它是一種很強的氧化劑,配成0.1%+的高錳酸鉀溶液就能起到消毒殺菌的作用。二氧化錳除了在鎮(zhèn)靜劑芬那露生產(chǎn)過程中被用作中間氧化劑外,還被當(dāng)作催化劑用于生產(chǎn)解熱鎮(zhèn)痛劑非那西丁。
錳在其他方面的應(yīng)用
在實驗室中常用二氧化錳常作催化劑,如將二氧化錳加入雙氧水中分解氧氣。錳也被用作玻璃生產(chǎn)過程中的褪色、著色和澄清劑等。制皂工業(yè)廣泛采用高錳酸鉀或二氧化錳作催化劑,現(xiàn)在也會把錳皂當(dāng)作催化劑來制取肥皂。二氧化錳不僅可以在印染工業(yè)中被當(dāng)作氧化劑制備還原艷綠印染顏料,還可以用作氧化劑來制取電影膠片、照相底片的顯影劑。此外,錳也被用于焊接工業(yè)中,因為它起到脫硫、脫氧和提高焊縫強度的作用。