錳（Manganese），化學元素，元素符號Mn，原子序數25，相對原子質量54.9380，單質是一種灰白色、硬脆、有光澤的過渡金屬。相對密度為7.21g/cm（a，20℃）。熔點1244℃，沸點2095℃。電阻率185x10Ω·m（25℃）。
錳在鋼鐵工業中主要用於鋼的脫硫和脫氧；也用作為合金的添加料，以提高鋼的強度、硬度、彈性極限、耐磨性和耐腐蝕性等；在高合金鋼中，還用作奧氏體化合元素，用於煉製不鏽鋼、特殊合金鋼、不鏽鋼焊條等。此外，還用於有色金屬、化工、醫藥、食品、分析和科研等方面。錳在汽車電池、高端裝備製造、新材料等領域有廣泛套用。
錳是國家十分緊缺的戰略關鍵礦產，同時，中國也是錳礦石和錳系材料的消費大國，錳的消費量占比超過全球40%，每年有70%的錳礦需要從國外進口。
基本介紹
- 中文名：錳
- 外文名：manganese
- 化學式：Mn
- CAS登錄號：7439-96-5
- EINECS登錄號：231-105-1
- 熔點：1244 ℃
- 沸點：2095 ℃
- 水溶性：不溶於水
- 密度：7.21 g/cm
- 外觀：銀白色
- 套用：汽車電池、高端裝備製造、新材料等
- 危險性符號：F
- 危險性描述：R11
- UN危險貨物編號：3264
研究簡史,理化性質,物理性質,化學性質,製備方法,工業製備,實驗室製備,套用領域,工業用途,醫療用途,分布情況,安全措施,毒理資料,健康危害,危害防治,儲存運輸,儲存方法,運輸方法,檢測方法,
研究簡史
舊石器時代晚期，錳的氧化物（軟錳礦）就被人們當作顏料用於洞穴的壁畫上，後來在古希臘斯巴達人使用的武器中也發現了錳。古埃及人和古羅馬人則使用錳礦給玻璃脫色或染色。
甘恩
18世紀後期，瑞典化學家T.O.柏格曼研究了軟錳礦，認為它是一種新金屬氧化物，並曾試圖分離出這個金屬，卻沒有成功。瑞典化學家舍勒也同樣沒有從軟錳礦中提取出金屬，便求助於他的好友、柏格曼的助手——甘恩。
1774年，姜翰通過用加熱的木炭（主要是碳）還原二氧化物（MnO2，即軟錳礦），得到了一小塊金屬錳。
1816年，一位德國研究者發現錳能增強鐵的硬度，卻不會降低鐵的延展性和韌性。
1826年，德國的皮埃格在坩堝中製造出含錳量為80%的錳鋼。
1840年，J.M.希茨在英國生產出金屬錳。
1841年，帕薩開始了鏡鐵的工業化規模生產。
1875年，帕薩開始了含錳量為65%的錳鐵的商業生產。
1866年，威廉·西門子在煉鋼過程中使用錳鐵控制磷和硫的含量，並將該方法申請專利。
1868年，勒克朗謝製造出第一塊乾電池，後經改進，該電池使用二氧化錳作為乾電池的陰極去極化劑，錳在電池領域的套用推動了二氧化錳需求的增長。
1890年，電爐生產錳鐵的工藝誕生。
1898年，鋁熱法生產金屬錳的方法出現，電爐脫矽精煉法也被用於生產低碳錳鐵。
1939年，開始用電解法生產金屬錳。
理化性質
物理性質
錳為硬而脆的銀白色金屬，立方或四方晶系。相對密度為7.21g/cm（a，20℃）。熔點1244℃，沸點2095℃。電阻率185x10Ω·m（25℃）。錳是活潑金屬，在氧氣中燃燒，在空氣中表面被氧化，和鹵素可直接化合生成鹵化物。
金屬錳（玻封）
化學性質
- 錳與空氣的反應
雖然錳的電負性低於周期表中的相鄰元素，但它仍不會與空氣發生明顯反應。錳塊表面的氧化程度較低，被分割成細小粉末的金屬錳會在空氣中燃燒。錳在氧氣中會燃燒生成氧化物（Mn3O4），在氮氣中則生成氮化物（Mn3N2）。
- 錳與鹵素單質的反應
錳在氯氣中燃燒，可以生成氯化錳（Ⅱ）（MnCl2）。錳也可以分別與溴單質或碘單質反應生成溴化錳（Ⅱ）（MnBr2）和碘化錳（Ⅱ）（Mnl2）。錳與氟氣（F2）的相應反應可以生成氟化錳（Ⅱ）（MnF2）和氟化錳（Ⅲ）（MnF3）。
- 錳與酸的反應
金屬錳可以在稀硫酸中迅速溶解，生成含有錳（Ⅱ）離子的水溶液和氫氣（H2）。實際上，Mn（Ⅱ）其實是以無色絡合離子的形式存在的。
製備方法
工業製備
錳可以實現工業化生產，幾乎所有的錳都用於鋼鐵工業，製造錳鐵合金。在鼓風爐中，用碳（石墨）還原適當比例的氧化鐵（Fe2O3）和二氧化錳（MnO2）便可得到錳鐵合金。可通過電解硫酸錳（MnSO4）來生產純淨的金屬錳。
錳黝簾石
- 電解法
工業上可以用通直流電電解硫酸錳溶液的方法製備金屬錳。這種方法成本較高，但成品純度好。
製備溶液採用錳礦粉與無機酸反應加熱製取錳鹽溶液，同時向溶液中加入銨鹽作緩衝劑，用加氧化劑氧化中和的方法除去鐵，加硫化淨化劑除去重金屬，然後過濾分離，在溶液中加入電解添加劑作為電解溶液。工業生產廣泛採用硫酸浸錳方法製取電解液，用氯化錳鹽溶液電解製取金屬錳的方法還未形成規模性生產。
用軟錳礦製取硫酸錳，先要對軟錳礦進行還原焙燒，還原成一氧化錳，然後用硫酸浸取，其主要化學反應為：
電解操作過程。向隔模電解槽注入含硫酸銨的硫酸錳水溶電解液，接通直流電，產生電析作用，在陰極板上析出金屬錳，陽極板析出氧氣。化學方程式為：
周期性地更換陰極板，對電析產物進行鈍化、水洗、烘乾、剝離等處理，獲得金屬錳產品。
實驗室製備
- 鋁還原法（鋁熱法）
鋁熱法是採用鋁作還原劑，利用還原氧化錳釋放的化學熱進行冶煉的一種生產金屬錳方法。MnO比熱效果小反應實際上不能進行；而MnO2比熱效果大，活性氧含量過大，反應幾乎是爆發式進行。因此Mn3O4最好。反應的方程式為：
由於鋁還原法不能去除雜質，需要用純度高的軟錳礦（MnO2）甚至用電解二氧化錳作原料。Al還原法需要耗鋁成本高，但具有反應過程激烈，生產設備和工藝比較簡單的優點。但即使用含錳量特別高的原料冶煉，合金仍然夾雜有磷、鋁等有害雜質，此法很少用來生產金屬錳。
- 矽還原法（電矽熱法）
電矽熱法生產金屬錳套用得比較廣泛，這種方法的主要優點是生產成本比較低，然而與電解法相比，對錳礦品位要求比較高，獲得的金屬錳純度不高，含錳為94%~98%。當採用矽錳與錳礦熔煉時：MnO2在1000℃高溫下分解成Mn3O4和O2在熔融爐渣中，Mn3O4被Si置換分解：
MnO最後被Si再還原為金屬錳。用矽（Si）或低碳矽錳還原，發熱量小，必須在電爐內進行，過程反應為：
上式反應屬可逆反應，需添加石灰使SiO2造渣，使反應向右進行。
套用領域
工業用途
錳在汽車電池、高端裝備製造、新材料等領域有廣泛套用，每輛電動汽車平均需要4.5公斤錳。
錳用於生產多種重要的合金，在鋼鐵工業中，錳可以改進滾軸和鑄件的質量、強度、韌性、剛度、抗磨損性、硬度和可淬性。錳可以與鋁和銻，特別是與少量的銅形成高鐵磁性合金。
人們大量用錳鋼製造鋼磨、滾珠軸承、推土機與掘土機的鏟斗等經常受磨的構件，以及鐵錳錳軌、橋樑等。上海新建的文化廣場觀眾廳的屋頂，採用新穎的網架結構，用幾千根錳鋼鋼管焊接而成。在縱76米、橫138米的扇形大廳里，中間沒有一根柱子。由於用錳鋼作為結構材料，非常結實，而且用料比別的鋼材省，平均每平方米的屋頂只用45公斤錳鋼。
在軍事上，用高錳鋼製造鋼盔、坦克鋼甲、穿甲彈的彈頭等。煉製錳鋼時，是把含錳達60—70%的軟錫礦和鐵礦一起混合冶煉而成的。
錳是煉鋼時用錳鐵脫氧而殘留在鋼中的，錳有很好的脫氧能力，能把鋼中的FeO還原成鐵，改善鋼的質量；還可以與硫形成MnS，從而減輕了硫的有害作用。降低鋼的脆性，改善鋼的熱加工性能；錳能大部分溶於鐵素體，形成置換固溶體，使鐵素體強化提高鋼的強度和硬度。錳是鋼中的有益元素。
醫療用途
錳在維生素B1的作用過程中非常重要。
錳是生命體的必需元素。錳在一些酶的表達過程中會起到關鍵作用。如果飼料中缺乏錳，會導致哺乳動物發育不良、不孕不育，如小雞骨骼畸形等。
生物體細胞中含極微量的錳，是動植物生命過程中必需的微量元素，穀物、種子、堅果、茶葉和咖啡中都含有較豐富的錳。
錳以絡合物形式參加光合作用中的放氧過程，也是植物體中能量轉換的要素，在最小的能量轉換的單位中含有2個錳原子，2個銅原子，10個鐵原子和300個葉綠素。錳可以活化精氨酸酶、磷酸丙酮酸水合酶和過氧化氫酶，起著酶催化作用。錳也是核酸結構中的成分，能促進膽固醇的合成。雖然錳在生命體系中很重要，但含量過高時產生毒性和危害。
分布情況
自然界中不存在錳的單質，而以氧化物、矽酸鹽和碳酸鹽的形式存在的錳礦卻很常見。錳礦主要分布在澳大利亞、巴西、加彭、印度、俄羅斯和南非。地球海底的錳結核中含有大約24%的錳。非洲錳礦資源儲量140億噸，占全球儲量67%。
電解金屬錳
中國錳礦資源較多，分布廣泛，在全國21個省（區）均有產出；有探明儲量的礦區213處，總保有儲量礦石5.66億噸，居世界第3位。中國富錳礦較少，在保有儲量中僅占6.4%。從地區分布看，以廣西、湖南為最豐富，占全國總儲量的55%；貴州、雲南、遼寧、四川等地次之。從礦床成因類型來看，以沉積型錳礦為主，如廣西下雷錳礦、貴州遵義錳礦、湖南湘潭錳礦、永州零陵區珠山鎮錳礦、遼寧瓦房子錳礦、江西樂平錳礦等；其次為火山沉積礦床，如新疆莫托沙拉鐵錳礦床；受變質礦床，如四川虎牙錳礦等；熱液改造錳礦床，如湖南瑪瑙山錳礦；表生錳礦床，如廣西欽州錳礦。從成礦時代來看，自元古宙至第四紀均有錳礦形成，以震旦紀和泥盆紀為最重要。
安全措施
毒理資料
幾乎所有的含錳化合物都是可能致癌或致畸的劇毒物。
健康危害
急性錳中毒常見於口服濃於1%高錳酸鉀溶液，引起口腔黏膜糜爛、噁心、嘔吐、胃部疼痛；3%—5%溶液發生胃腸道黏膜壞死，引起腹痛、便血，甚至休克；5—19克錳可致命。在通風不良條件下進行電焊，吸入大量新生的氧化錳煙霧，可發生咽痛、咳嗽、氣急，並驟發寒戰和高熱（金屬煙熱）。
慢性錳中毒一般在接觸錳的煙、塵3—5年或更長時間後發病。早期症狀有頭暈、頭痛、肢體酸痛、下肢無力和沉重、多汗、心悸和情緒改變。病情發展，出現肌張力增高、手指震顫、腱反射亢進，對周圍事物缺乏興趣和情緒不穩定。後期出現典型的震顫麻痹綜合徵，有四肢肌張力增高和靜止性震顫、言語障礙、步態困難等以及有不自主哭笑、強迫觀念和衝動行為等精神症狀。
危害防治
若發生事故或感不適，立即就醫（可能的話，出示其標籤）。
一旦起火，用（滅火設備類型的）滅火。
穿戴適當的防護服、手套和護目鏡或面具。
儲存運輸
儲存方法
儲存於陰涼、乾燥、通風良好的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應與氧化劑、酸類、鹵素、氯代烴等分開存放，切忌混儲。採用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。
金屬錳錠
運輸方法
錳礦石的運搬方法分為重力運搬、爆力運搬、機械運搬、水力運搬、人力運搬以及聯合運搬等。
檢測方法
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