Металлургический словарь


Марганец (mn)

[manganese] — элемент VII группы Периодич. системы; ат. н. 25; ат. м. 54,938; тяжелый серебристо-белый металл. В природе элемент представлен одним стабильным изотопом !5Мп. Металлич. Мп впервые был получен в 1774 г. швед, ученым Ю. Ганом. Ср. содержание Мп в земной коре 0,1 %, в большинстве изверж. пород 0,06—0,2 мае. %, где он находится в рассеянном состоянии Мп2+ (аналог Fe2+). Важнейшие рудообразующие минералы: пиролюзит МпО2 (63,2 % Мп), псиломелан mMnO • МпО2(45-60 % Мп), манганит МпО2 • Мп(ОН)2 (62,5 % Мп), вер-надит МпО2-Н2О (44-52 % Мп), браунит Мп2О3 (69,5 % Мп), гаусманит Мп,О4 (72 % Мп), родохрозит МпСО3 (47,8 % Мп), оли-гонит (Mn, Fe) СО, (23-32 % Мп), манга-нокальцит (Са, Мп)СО3 (до 20-25 % Мп) и др. Марганц. руды, имеющие наиб, промыш. значение: оксиды псиломелано-пиролюзито-вые и манганитовые с 19—36 % Мп, карбонатные, преимущ. родохрозитовые, олигони-товые, мангано-кальцитовые с 16—25 % Мп.
Мп имеет 4 полиморфные модификации: а (ОЦК решетка с 58 ат. в элемент, ячейке), Р (ОЦК решетка с 20 ат. в ячейке), у (тетрагон, с 4 ат. в ячейке) и о (ОЦК решетка). Темп-ра превращений: а о р 705 °С, р о у Ю90 °С, у^а 1133 'С; а-Mn хрупок; у-Mn (и отчасти a-Mn) пластичен. Физич. св-ва a-Mn: y25.c = = 7,2-7-7,4 г/см3; t = 1245 °С; / =2150 °С; с = = 0,478 Дж/(г • К); ос20 .с = 22,3 • Ю"6 К"1; Х25.с = 66,57 Вт/(м-К); р = 1,5+2,6 мкОм-м. Мп достат. химич. активен, при нагревании энергично взаимодействует с неметаллами: кислородом (образ, смесь оксидов Мп разной валентности), азотом (Mn4N, Mn2N, Mn3N2), серой (MnS, MnS2), углеродом (Мп3С, Mn23Cs, Mn7C3, Mn5C6), фосфором (Мп2Р, МпР) и др. При комн. темп-ре Мп на воздухе не изменяется; очень слабо реагирует с водой. В кислотах (НС1, разбавл. H2SO4) легко р-ряется, образуя соли Мп2+. При нагревании в вакууме Мп легко испаряется даже из сплавов. Мп образует сплавы со многими хим. элементами; большинство металлов р-ряется в отдельных его модификациях и стабилизирует их. Так, Си, Fe, Co, Ni и др. стабилизируют у-модификацию. Al, Ag, и др. расширяют области р- и a-Mn в двойных сплавах. В соединениях Мп обычно проявляет валентность от 2 до 7 (наиб, устойчивы степени окисления +2, +4 и +7).
Наиб, чистый Мп получают в пром-ти по способу груз, электрохимика Р. Н. Агладзе электролизом водного р-ра MnSO4 с добавкой (NH4)2SO4 при рН = 8,0+8,5. Процесс ведут с Pb-анодами и катодами из Ti-сплава или нерж. стали. Чешуйки Мп снимают с катодов и, если необх., переплавляют. Галогенным процессом, напр, хлорированием руды Мп и восстановлением галогенидов получают Мп с суммой примесей ок. 0,1 %. Менее чистый Мп получают алюминотермией по реакции:
3Mn3O4+ 8A1 = 9Мп + 4А12О3,
а также электротермией. Ферросплавная пром-ть производит высоко-, средне- и низкоуглеродистый ферромарганец (сплав с Fe), си-ликомарганец (сплав с Si), металлич. Мп, азо-тиров. Мп и лигатуры на основе Мп. Осн. потребитель Мп — ЧМ, расход, для раскисления и легирования в ср. ок. 8—9 кг Мп на 1 т выплавл. стали. Для введения Мп в сталь применяют чаще всего ферро- и силикомарга-нец. Мп используется тж. при произ-ве сплавов на нежелезной основе, напр, на основе Си, Al, Mg, к-рые широко применяются в раз-ных отраслях техники. Соединения Мп применяют для изготовления гальванич. элементов, в произ-ве стекла и керамич. пром-ти; в красильной и полиграфической пром-ти, в сельском хоз-ве и т.д.:
азотированный марганец [nitraded manganese] — ферросплав на основе Мп с < 6 % N, для легирования широкой гаммы Cr-Мп, Сг-Ni-Mn КС-сталей: ОХ20Н4ПО, ОХ18Н5П2АБ, ОХ18Н5П1БАФ и др. с целью придания металлопродукции повыш. механич. св-в и экономии дорогостоящего Ni.
А. м. получают насыщением (продувкой) N2 расплава металлич. Мп в жидком состоянии (1—2 % N) или азотированием N2 порошка металлич. марганца при 900—950 °С в вакууме (^ 133,3 Па), обеспечивающим содержание 5-6 % N. Технология твердофазного азотирования Мп более эффективна и используется в кач-ве осн. на Запорожском ферросплавном з-де (Украина). По технологии твердофаз. азотирования получают тж. азотированный силикомарганец с использованием в кач-ве исходного силикомарганец СМн17. По способу твердофаз. азотирования можно изготовлять азотиров. ферросплавы
систем Mn-Cr, Mn-Cr-Si, Fe-V, Fe-Cr, Fe-Nb и др.;
металлический марганец [metal manganese] — Mn технич. чистоты, по существующей классификации относящ. к товарной продукции ферросплавной пром-ти. Его химич. состав, мае. %, должен быть следующим:
Технология электролитич. способа получения м. м. включает: восстановит, обжиг при 700 "С оксидных марганцевых концентратов для перевода Мп4+О2 в Мп2+О; выщелачивание марганца сульфатными р-рами; очистку получен, р-ра и электролиз водных р-ров сульфата марганца.
Технологич. схема электротермич. способа произ-ва м.м. включает три стадии: I — элек-трометаллургич. дефосфорацию марганцевых оксидных концентратов; II — выплавку передельного силикомарганца и выплавку собств. металлич. Мп (рис.); III — марганец металлич. используется для выплавки высо-кокачеств. сталей и сплавов с жестко регламентирован, содержанием примесей, а тж. для получения азотиров. марганца.