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錳化合物的詳細描述

錳亞組(英語VIIB):

錳化合物:Mn2+肉紅色;Mn3+紫紅色;MnO42-綠色;MnO4-紫;MnO3+亮綠色;Mn(OH)2白色↓;MnO(OH)2棕色↓;MnO2黑↓;無水錳鹽(MnSO4)的白色晶體;錳鹽六水合物(MnX2?6H2O,X=鹵素,NO3,ClO4)粉紅色;MnS?NH2O肉紅↓;無水MnS深綠色;MnCO3白色↓;Mn3(PO4)2白色↓;KMnO4紫紅色;K2MnO4綠;K2[MnF6]金黃色晶體;Mn2O7棕色油狀液體。

錳礦石

在現代工業中,錳及其化合物應用於國民經濟的各個領域。其中,鋼鐵工業是最重要的領域,錳占90% ~ 95%,主要用作煉鐵、煉鋼的脫氧劑和脫硫劑,以及制造合金。其余10% ~ 5%錳用於其他工業領域,如化學工業(制造各種含錳鹽)、輕工業(用於電池、火柴、印刷油漆、制皂等。)、建材工業(玻璃和陶瓷的著色劑和脫色劑)、國防工業、電子工業、環境保護和農牧業等等。總之,錳在國民經濟中具有非常重要的戰略地位。

壹、礦物原料的特性

錳是周期表第四周期的第七族元素。錳在自然界中有ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅶ價態,其中以ⅱ、ⅳ價態最常見。錳在空氣中很容易氧化。在加熱條件下,錳粉可以與氯、溴、磷、硫、矽和碳結合。錳在地球巖石圈和矽酸鹽隕石中具有很強的親石性,但在巖石圈上層具有很強的親氧性。雖然錳和鐵在巖石圈和隕石中有很多相似的化學性質,但錳並不愛鐵。

自然界已知的含錳礦物約有150種,分別屬於氧化物、碳酸鹽、矽酸鹽、硫化物、硼酸鹽、鎢酸鹽、磷酸鹽等。但是錳含量高的礦物不多。幾種常見的錳礦物描述如下。

(1)軟錳礦為四方晶系,具有細小的柱狀或針狀晶體,通常呈塊狀和粉末狀集合體。顏色和條紋是黑色的。光澤和硬度取決於晶體的厚度和形態。結晶好的有半金屬光澤,硬度高,隱晶質塊、粉的光澤暗淡,硬度低,容易臟。比重在5左右。軟錳礦主要由沈積作用形成,是沈積錳礦的主要成分之壹。在錳礦床的氧化帶中,所有的原生低價錳礦物也能被氧化成軟錳礦。軟錳礦是錳礦中非常常見的礦物,是煉錳的重要礦物原料。

(2)軟錳礦的單斜晶系少見,通常呈鐘乳石狀、腎狀、葡萄狀集合體,或致密塊狀、樹枝狀。顏色和條紋是黑色的。半金屬光澤。硬度4 ~ 6,比重4.4 ~ 4.7。硬錳礦主要是外因,見於錳礦床和沈積錳礦的氧化帶。也是錳礦中常見的錳礦,是煉錳的重要礦物原料。

(3)水菱鎂礦的單斜晶系為柱狀,在掩膜上有縱向條紋。在某些含錳熱液礦脈中,常以晶簇形式出現,在沈積錳礦床中,常以隱晶塊,或鮞狀或鐘乳石集合體形式出現。礦物顏色為黑色,條紋為棕色。半金屬光澤。硬度3 ~ 4,比重4.2 ~ 4.3。水錳礦不僅存在於壹些內生成因的熱液礦床中,也存在於外生成因的沈積錳礦床中,是煉錳的礦物原料之壹。

(4)豪斯曼石四方晶系,具有四方雙錐晶體,通常為粒狀集合體。顏色為黑色,條紋為棕橙色或紅棕色。半金屬光澤。硬度為5.5,比重為4.84。黑錳礦是由內生作用或變質作用形成的。見於壹些接觸交代礦床、熱液礦床和沈積變質錳礦中,與褐錳礦伴生,褐錳礦也是煉錳的礦物原料之壹。

(5)褐色錳礦的四方晶系,具有雙錐形晶體以及粒狀和塊狀聚集體。礦物呈黑色,條紋呈棕黑色。半金屬光澤。硬度6,比重4.7 ~ 5.0。其他特征與hausmannite相同。

(6)菱錳礦四方晶系,有菱形晶體,通常呈粒狀、塊狀或結節狀。礦物質呈玫瑰色,容易氧化,變成棕黑色。玻璃光澤。硬度3.5 ~ 4.5,比重3.6 ~ 3.7。內生形成的菱錳礦常見於壹些熱液礦床和接觸交代礦床中。外生作用形成的菱錳礦廣泛分布於沈積錳礦床中。菱錳礦是煉錳的重要礦物原料。

(7)軟錳礦的等軸晶系,常見的單形為立方、八面和菱形十二面體,集合體呈粒狀或塊狀。顏色為鋼灰色至鐵黑色,風化後呈褐色,有深綠色條紋。半金屬光澤。硬度3.5 ~ 4,比重3.9 ~ 4.1。火法錳礦存在於大量的沈積變質錳礦床中,是煉錳的礦物原料之壹。

二、用途和技術經濟指標

錳礦產品包括冶金錳礦、碳酸錳粉、化工用二氧化錳粉、電池用二氧化錳粉。使用錳礦石產品的冶金部門、輕工部門、化工部門,根據用途不同,對錳礦石產品的質量要求也不同。

(1)冶金行業對錳礦的質量要求

用於煉鋼生鐵、含錳生鐵和鏡鐵的礦石的鐵含量不受限制,礦石中錳和鐵的總含量優選為40% ~ 50%。

冶煉各種牌號的錳合金,對礦石的含錳量和錳鐵比都有壹定的要求。冶煉中低碳錳鐵,礦石含錳36% ~ 40%,錳鐵比為6 ~ 8.5,磷錳比為0.002 ~ 0.0036;冶煉碳錳鐵時,礦石含錳量為33% ~ 40%,錳鐵比為3.8 ~ 7.8,磷錳比為0.002 ~ 0.005。冶煉錳矽合金,錳含量29% ~ 35%,錳鐵比3.3 ~ 7.5,磷錳比0.0016 ~ 0.0048;高爐錳鐵,礦石錳含量30%,錳鐵比為2 ~ 7,磷錳比為0.005。

(2)化學和輕工業部門對錳礦的質量要求

在化學工業中,錳礦主要用於生產二氧化錳、硫酸錳和高錳酸鉀,其次是碳酸錳、硝酸錳和氯化錳。化學級二氧化錳粉末中MnO2 _ 2含量要求大於50%(表3.3.3)。制硫酸錳時,Fe ≤ 3%,Al2O3 ≤ 3%,CaO≤0.5%%,MgO≤0.1%;制取高錳酸鉀時,鐵≤ 5%,二氧化矽≤ 5%,氧化鋁≤ 4%。

天然二氧化錳是制造幹電池的原料,MnO2含量越高越好。鎳、銅、鈷、鉛等有害元素的壹般出廠標準為:銅< 0.01%,鎳< 0.03%,鈷< 0.02%,鉛< 0.02%。礦粉的粒徑應小於0.12毫米。

三、礦業簡史

錳礦的利用有著悠久的歷史。據文獻記載,世界上最早使用錳礦的國家是埃及、古羅馬、印度和中國。我國利用錳礦的歷史可以追溯到距今4500 ~ 7000年左右的新石器時代仰韶文化(彩陶文化)。因為軟錳礦土,所以顏色黑,容易染手。在古人眼中,它是壹種奇妙的陶器著色顏料。

而錳的發現相對較晚,直到1774年,瑞典礦物學家J.G.Gahn才從軟錳礦中還原出錳。

錳在鋼鐵工業中的應用是世界各國冶金學家幾十年不懈努力的結果。1875以後,歐洲各國開始用高爐生產含錳15% ~ 30%的鏡鐵和含錳80%的錳鐵。1890電爐生產錳鐵,1898鋁熱法生產金屬錳,電爐脫矽精煉法生產低碳錳鐵。在1939中,通過電解生產金屬錳。

最早的錳礦是美國田納西州的懷菲爾德錳礦,最早開采於1837。到1884,錳礦年產量已達4萬噸。印度也是開采錳礦最早的國家之壹,始於1892。第壹次世界大戰前,印度的錳礦出口量壹直位居世界第壹。1928之後,其位置被前蘇聯取代。自20世紀20年代末以來,前蘇聯的錳礦產量壹直處於世界領先地位。此外,巴西、加納、澳大利亞、南非和加蓬等國家開采錳礦的時間較早。

中國的錳礦地質找礦也起步較早。資料顯示,錳礦最早發現於1886年的湖北興國州(今陽新),後於1897、1907年發現於湖南省的安仁、攸縣、常寧、耒陽等地。1910發現廣西防城大支、欽州黃屋屯錳礦;1913、1918前後,發現了湖南湘潭尚武渡錳礦(1937更名為湘潭錳礦)、廣西鬼母錳礦、江西樂華錳礦。我國老壹輩地質學家,如朱廷虎、王曉慶、田啟齡、王娟、李殿臣、李四光等。對湖南、廣東、廣西、江蘇、江西等地的錳礦進行了大量的地質調查,初步了解了我國壹些錳礦產區及其錳礦質量,並對錳礦的成因進行了探討。

新中國成立後進行了大規模的錳礦地質勘查。從1950開始,廣西工業廳勘探桂平鬼母錳礦,華東地質調查所勘探南靖棲霞錳礦,西南工業廳勘探貴州遵義錳礦。經過近50年的努力,到1996年底,全國錳礦地質勘查投資約6.8億元,機械巖心鉆探工作量約190萬m,累計完成錳礦6.48億噸。

我國最早的錳礦是湖北陽新錳礦,最早開采於1890,但很快就因質量差而停止開采。陽信錳礦停止開采後,漢冶坪煤鐵廠和礦山公司於1908在湖南常寧曲灘成立了常磊錳礦采運局,開采常寧-耒陽地區的錳礦。1913湖南湘潭上武都發現錳礦後,新成立的於?礦業公司負責開采,到1917,已初具規模,日產錳礦100多噸,最高年產量3萬噸。僅僅在1916 ~ 1927,錳礦就被運到了日本的八八鐵廠銷售。

咨詢資料顯示,1949之前,湖北、湖南、廣西、廣東、江蘇、江西、福建、貴州、河北、遼寧等地都有錳礦開采。據不完全統計,從1912年到1945年的33年間,中國* *開采錳礦140萬噸(表3.3.5),平均年產量4.2萬噸,最高年產量7.43萬噸(1927)。

“灰色氧化錳”中的金屬——錳

瑞典化學家和氯的發現者在1774年從軟錳礦中發現了錳。當時這種軟錳礦俗稱“錳”,她用這個名字作為新元素的名稱,即“錳”。

錳是壹種銀灰色金屬,很像鐵,但比鐵軟。如果錳含有少量的雜質——碳或矽,它就會變得非常硬而脆。然而,純金屬錳沒有被廣泛使用,因為它比鐵更容易生銹。在潮濕的空氣中,它很快變成灰色,失去光澤——表面形成壹層氧化錳。況且錳的熔點比鐵低,機械強度不如鋼,價格也比鋼貴很多,所以人們幾乎不生產金屬錳,而是大量生產鋼。

錳最重要的用途是制造合金錳鋼。

錳鋼的脾氣很奇怪也很有趣:如果在鋼中加入2.5-3.5%的錳,低錳鋼就會像玻璃壹樣脆,壹敲就碎。但如果加入13%以上的錳來制造高錳鋼,就會變得堅硬堅韌。當高錳鋼被加熱到淺橙色時,它變得非常柔軟,易於加工。另外,它沒有磁性,不會被磁鐵吸引。現在,錳鋼被廣泛用於制造鋼廠、滾珠軸承、推土機和挖掘機的鏟鬥等經常磨損的部件,以及鐵軌和橋梁。上海新建文化廣場觀眾廳屋頂采用新穎的網格結構,由數千根錳鋼管焊接而成。長76米,寬138米的扇形大廳,中間沒有壹根柱子。因為用錳鋼做結構材料,非常堅固,用料也比其他鋼材少,平均每平方米屋頂只用45公斤錳鋼。1973星箭上海體育館(容納18000人)中,也采用了錳鋼作為網架屋蓋的結構材料。在軍事上,高錳鋼被用於制造頭盔、坦克裝甲和穿甲彈的彈頭。精煉錳鋼時,將含錳60-70%的軟錫礦和鐵礦石混合在壹起熔煉。

除了錳鋼,錳鋼也是壹種重要的錳合金。錳鋼含有30%的錳,具有良好的機械強度。由84%的鋼、12%的錳和4%的鎳組成的“錳銅”合金(又稱“錳鎳銅合金”),電阻隨溫度變化很小,用於制造精密的電氣儀器。

錳的重要化合物是二氧化錳。在自然界中,有大量的天然二氧化錳——軟錳礦。人們早在古代就知道軟錳礦。二氧化錳是壹種黑色粉末。幹電池裏那些黑粉就是二氧化錳。二氧化錳能催化油的氧化,人們常將其添加到油漆中,以加快油漆的幹燥速度。人們在制作玻璃時,往往會加入二氧化錳,因為它能消除玻璃的綠色,使綠色玻璃無色透明。

錳的另壹種重要化合物是高錳酸鉀(俗稱“灰錳氧化物”)。高錳酸鉀是壹種紫色針狀晶體。只要加壹點點高錳酸鉀,就足以把壹大桶水變成紫色。高錳酸鉀是壹種強氧化劑,可以殺死細菌。公共場所的茶缸旁邊往往會有壹桶紫色的消毒水,稱為“灰錳水”。其實這是千分之壹濃度的高錳酸鉀溶液。但這種水不能在胃裏喝,因為它有催吐作用,醫學上用作洗胃和催吐劑。在分析化學中,常使用高錳酸鉀作為氧化劑,著名的高錳酸鉀法就是用它作為化學分析的滴定溶液。高錳酸鉀還原後,往往變成二氧化錳。“灰錳水”用完之後,下面往往會有壹些黑色的渣子,那就是二氧化錳。

此外,碳酸錳是壹種重要的白色顏料,俗稱“錳白”,而硫酸錳則作為種子促進劑或作為“錳肥”——農業上的微量元素肥料。

在動植物中,錳的含量壹般不超過十萬分之幾。而紅蟻體內的錳含量高達萬分之五,有的細菌甚至含有百分之幾。人體內的錳是百萬分之四,大部分分布在心、肝、腎中。錳主要影響人體生長、血液形成和內分泌功能。

在自然界中,錳是分布廣泛的元素之壹,約占地殼中原子總數的萬分之三。最重要的錳礦是軟錳礦和軟錳礦。海水中的錳含量雖然很少,但在深海的淤泥中卻高達千分之三。據預測,在不久的將來,人們將從海底開采錳礦!