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湿法浸出含锰烟尘是怎样的步骤

激昂的樱桃
酷炫的热狗
2023-01-25 22:58:24

湿法浸出含锰烟尘是怎样的步骤?

最佳答案
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现代的小伙
2026-04-21 08:31:43

可以用二氧化硫从含二氧化锰的矿石中提炼锰,但是,提炼过程中,会产生浓度大于5克/升的副产品连二硫酸盐离子。随着锰提炼量的增加这个浓度会明显增大,达到20克/升也不少见。有趣的是,在Cotton和Wilkinson的《高等无机化学》第3版第452页这样记载“制备连二硫酸盐或连二硫酸的方法是在酸存在下二氧化硫或亚硫酸盐与二氧化锰之间反应”。 

低品位二氧化锰原料(锰含量小于40%)目前一般采用传统的焙烧-还原、硫酸浸出法来产生硫酸锰,这种方法不经济。高品位二氧化锰原料(锰含量大于40%)采用这种焙烧-还原方法的经济性也值得怀疑。目前所有用二氧化硫从含二氧化锰原料中提炼锰的方法都会导致溶液中连二硫酸盐离子的浓度大于5克/升,这样每个生产流程中都需加入一个昂贵的“氧化”或“熟化”工序。通过“氧化”把连二硫酸盐离子的浓度从5克/升降低到少于1克/升的过程需花费很长的时间,提高了资金占用。 

硫酸锰晶体产品中连二硫酸盐含量的不良控制,导致产品被连二硫酸锰污染,这种产品会缓慢反应释放出二氧化硫气体。 

因此有必要采用一种工艺,从低品位二氧化锰原料中提炼硫酸锰,浸出液中连二硫酸盐离子的浓度低于5克/升,优选的是低于1克/升。 

从低品位原料中回收二氧化锰将避免或至少能减少所需的锰矿开采和土地破坏,带来巨大的环境效益。锰残渣的回收利用可节约有限资源。 

另外,采用湿法冶金工艺还原Mn(IV),再也不需要燃气窑和流化床反应器,浸出前原料也不需要焙烧到大约1000℃再冷却。碳的需求大大减少,从而降低了温室气体的排放。 

湿法冶金流程很容易控制,通过监控浸出溶液或泥浆的溶液电位就能显示Mn(IV)的溶解程度。采用二氧化硫浸出法实现了Mn(IV)向Mn(II)的完全转化,从而避免了固体废渣中可浸出的锰元素的残留。 

特别是生产电解二氧化锰(EMD)时,溶液中连二硫酸盐离子浓度的提高会影响电解冶炼池中生成的EMD的质量和纯度。同时,硫化氢的排出会带来某些职业健康和环境问题。 

前述背景技术的讨论只是为了帮助对本发明的理解。值得一提的是这些讨论所提及的资料在本申请的优先权日前,在澳大利亚不是说都是常见的公知知识。 

在本文,除非文中另有要求,字“包含”或其词态的各种变化都被理解为用来表示为“包含有”,而不是表示“除了......含有”。

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传统的长颈鹿
2026-04-21 08:31:43

给你一篇论文吧,还有几篇,想要联系我

两矿法浸出低品位软锰矿的工艺研究

贺周初, 彭爱国, 郑贤福, 余长艳, 刘昱霖

X

(湖南化工研究院功能材料所,湖南长沙 410007)

摘 要:介绍了两矿法浸出低品位软锰矿的原理及工艺条件,在一定的工艺条件下,以硫铁

矿作还原剂,用硫酸直接浸出Mn 含量为25 %左右的低品位软锰矿,浸出率达93 % ,该工

艺具有能耗少,成本低,实用性强,锰回收率高等特点,为低品位软锰矿的利用开辟了新的

途径。

关键词:两矿法软锰矿硫酸锰工艺研究

中图分类号: TF111. 31 文献标识码:A 文章编号:1002 - 4336 (2004) 02 - 0035 - 03

近10 年来,随着我国锰冶金及锰化工的飞

速发展,对锰矿的需求量越来越大,高品位的锰

矿日渐减少,锰矿的出厂价近年也在不断攀升,

给锰冶金及锰化工行业的生产成本控制提出了

严峻挑战。我国的锰矿储量十分有限,而大部

分是低品位的。低品位的菱锰矿已在电解锰及

电解二氧化锰中得到广泛利用,低品位的软锰

矿一直无法直接利用,只有通过选矿来提高品

位,这样既提高了成本又浪费了资源。为克服

传统法生产硫酸锰转化率低、能耗大、成本高,

且劳动强度大,对环境污染严重的缺点,充分利

用我省低品位软锰矿,作者开展了两矿法浸出

低品位软锰矿制硫酸锰及其下游产品的工艺研

究。实验表明:该法原料来源广,工艺及设备简

单,操作稳定,能耗低,生产成本低,具有广泛的

实用性,显著的经济效益和社会效益。

1 基本原理

两矿法浸出软锰矿制硫酸锰的研究较多,

但直接利用锰含量低于30 %的低品位软锰矿

制备硫酸锰还未见报道。软锰矿中锰是以二氧

化锰的形式存在的,不能被硫酸直接浸出,必需

要有还原剂的存在,才能将Mn4 + 还原成Mn2 +

再与H2SO4 生成MnSO4 。还原剂有多种,如硫

铁矿、硫酸亚铁、二氧化硫及其它还原剂。作者

选用原料来源广,价格便宜,操作方便,还原效

果好且便于大规模工业生产中使用的硫铁矿作

还原剂,即两矿法。就是将软锰矿、硫铁矿、硫

酸按一定比例混合,在一定条件下反应生成硫

酸锰,然后再将同时被硫酸浸出的其它杂质除

掉,得到硫酸锰。一般认为,两矿法的主反应方

程式为:

15MnO2 + 2FeS2 + 14H2SO4

15MnSO4 + Fe2 (SO4) 3 + 14H2O

选定的硫酸锰生产工艺流程见图1 。

2 实 验

2. 1 原料及规格

软锰矿:本研究采用湖南省衡阳地区某矿

未经选矿的低品位软锰矿,粒度为01150 mm ,

其主要成分如下:

MnO2 39181 % ,Mn 25117 % , Fe 7125 % ,

MgO 0174 % ,CaO 1718 %。

硫铁矿: 采用湖南省某矿硫铁矿,粒度为

01150 mm ,其主要成分如下:

S 3517 % , Fe 35186 % ,其中FeS∶1414 % ,

FeS2∶5711 %

硫酸:采用湖南省某厂93 %的冶炼回收酸

2. 2 实验研究

实验以2 000 mL 的烧杯为反应器,带搅拌

器。首先将一定量的水注入反应器,开启搅拌,

按一定比例准确加入软锰矿、硫酸,升温,然后

慢慢加入硫铁矿粉。加热升温至95 ℃左右,保

温3~6 h ,反应完毕后加入除铁剂,待pH >5

时,将反应料浆过滤,洗涤,洗水作下次浸取用,

得到的硫酸锰溶液加入除杂剂,在搅拌的条件

下保持一定时间,然后过滤,滤液经静置后再过

滤,以除去硫酸锰溶液中的杂质,干净的硫酸锰

溶液可作为金属锰或二氧化锰、碳酸锰等下游

产品的原料,也可浓缩结晶再干燥得到硫酸锰

产品。

3 实验结果及讨论

3. 1 条件实验

条件实验采用正交试验的方法进行,固定

软锰矿、液固比及反应温度,选择硫铁矿用量、

硫酸用量和反应时间作为3 个因子来设计正交

试验,每个因子取3 个不同的水平,正交试验各

因子的水平设计见表1 。

表1 正交试验因子水平设计表

水平

A ( FeS2 ,g) B (H2SO4 ,g) C(时间Ph)

1 A 1 B1 C1

2 A 2 B2 C2

3 A 3 B3 C3

正交试验方案及结果见表2 。

表2 正交试验方案及结果

序号

A B C

1 2 3

浸取率P%

1 A 1 B 1 C1 75. 5

2 A 1 B 2 C2 85. 2

3 A 1 B 3 C3 68. 6

4 A 2 B 1 C1 92. 7

5 A 2 B 2 C2 93. 5

6 A 2 B 3 C3 83. 2

7 A 3 B 1 C1 83. 7

8 A 3 B 2 C2 84. 3

9 A 3 B 3 C3 79. 4

K1 229. 3 251. 9 243. 0

K2 269. 4 263. 0 257. 3

K3 247. 4 231. 2 245. 8

K1 76. 4 84. 0 81. 0

K2 89. 8 87. 7 85. 8

K3 82. 5 77. 1 81. 9

R 13. 4 10. 6 4. 8

因子主次A >B >C

较优水平A 2 B 2 C2

从表2 看出, A 因子中, k2 = 8918 为最大,

说明A 因子中A 2 水平最好,同样, B 因子和C

因子中, B2 水平和C2 水平最好。因此, A 2 、

B2 、C2 为较优水平。由表中R 值看出,对浸出

率影响的因子主次为A 因子最大, B 因子次

之, C 因子较小。

3. 2 最优工艺条件验证

根据正交试验结果, 选取因子中A 2 、B2 、

C2 为工艺条件,固定软锰矿用量,反应温度取

95 ℃,液固比取5∶1 ,进行循环试验,试验的其

中3 组连续数据见表3 。

表3 最优工艺条件循环试验结果

序号

软锰矿Pg 硫铁矿Pg 硫酸Pg 液固比温度P℃ 反应时间Ph 浸出率P%

1 200 S 110 5∶1 95 4 93. 48

2 200 S 110 5∶1 95 4 93. 60

3 200 S 110 5∶1 95 4 92. 12

优美的大雁
无限的毛巾
2026-04-21 08:31:43
锰矿石冶炼产品主要有高碳锰铁、中低碳锰铁、锰硅合金以及金属锰等,通称为锰质合金或锰系合金。

高碳锰铁。我国主要采用高炉生产。50年代尚未形成专门厂家生产高炉锰铁(高碳锰铁),而是一些钢铁厂自炼自销,生产量很小。从1958年后,湘潭锰矿先后建起6.5m3、33m3高炉专炼锰铁,60年代以后,新余、阳泉、马钢三厂、重钢四厂等转产高炉锰铁,进入80年代,高炉锰铁发展更快。高炉锰铁产量由1981年的20万t增至1995年40万t。

电炉生产的产品包括碳素锰铁、中低碳锰铁、锰硅合金、金属锰四类。我国电炉生产最早的是吉林铁合金厂,于1956年建成投产,最大电炉容量为12500kVA;60年代初,湖南、遵义、上海等铁合金厂相继建成投产,这些厂都可生产碳素锰铁、中低碳锰铁和锰硅合金;遵义铁合金厂还用电硅热法生产金属锰。据冶金工业部1995年《全国铁合金主要技术经济指标》记载,1994年全国15家重点铁合金厂中有11家生产锰系合金产品。这些重点铁合金厂经过不断发展、扩大,为满足钢铁工业生产作出了重要贡献。

80年代以来,地方中小型铁合金企业发展迅速。据资料统计,地方中小企业铁合金产量占全国比重由1980年的32.39%,上升到1989年的54.01%,到1996年已达69.85%,企业数已达1000家以上。这些中小企业大多数是采用1800kVA的小电炉,设备落后,产品质量比较差。

电炉锰铁与锰硅合金生产所用设备基本相同,都是采用矿热电炉,电炉变压器容量一般为1800~12500kVA。湖南、遵义铁合金厂分别从德国引进3000kVA和31500kVA锰硅电炉,现已投产。

我国电炉高碳锰铁的生产,一般多采用熔剂法生产工艺。锰硅合金的生产,一般都采用有渣法生产工艺。

中低碳锰铁的生产,主要有电炉法、吹氧法和摇包法3种。摇包法包括在摇包中直接生产中低碳锰铁和摇包-电炉法生产中低碳锰铁。摇包-电炉法工艺比较先进、生产稳定可靠、技术经济效果好,目前上海、遵义等铁合金厂都采用此法。

金属锰生产方法有火法冶炼和湿法冶炼。火法冶炼金属锰,我国始于1959年,由遵义铁合金厂首次用电硅热法试制成功,一直独家生产至今。生产工艺采用三步法,第一步用锰矿石炼成富锰渣;第二步用富锰渣炼制高硅硅锰合金,第三步用富锰渣为原料,高硅硅锰作还原剂及石灰作熔剂,即电硅热法制成金属锰。湿法冶炼主要是电解法,常称电解金属锰。我国于1956年由上海901厂建成第一家电解锰生产厂,到90年代初已有大小电解金属锰厂50余家,年总生产能力达4万余t。生产工艺流程大致分硫酸锰溶液制备、电解、后处理3个生产工序。后处理是电解完成后包括产品纯化、水洗、烘干、剥离、包装等系列操作。最终获得合格电解金属锰产品,含Mn99.70%~99.95%。

殷勤的蜜蜂
沉静的枕头
2026-04-21 08:31:43
(1)配制一定物质的量浓度的溶液,必不可少的是容量瓶和胶头滴管,容量瓶要标明规格,本题必须使用250mL容量瓶,

故答案为:250mL容量瓶、胶头滴管;

(2)由于酸浸时矿石颗粒大小影响浸取率,可以通过粉碎矿石提高浸取率,还可以适当升高温度或者搅拌提高浸取率,

故答案为:粉碎矿石、适当升高温度或者搅拌;

(3)根据信息,MnO2能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫,反应物是Cu2S、MnO2、H2SO4 ,生成物是CuSO4、MnSO4、S,

把硫化亚铜看成整体,化合价变化是:(1×2+2×1)=4,

Mn元素化合价变化是:4-2=2,

所以二氧化锰化学计量数是2,硫化亚铜的是1,再根据观察法配平其它物质;反应的化学方程式是:Cu2S+2MnO2+4H2SO4=2CuSO4+2 MnSO4+S↓+4H2O,

故答案为:Cu2S+2MnO2+4H2SO4=2CuSO4+2 MnSO4+S↓+4H2O;

(4)根据金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围,使Fe3+完全沉淀且Cu2+不沉淀的PH范围是:3.2~4.4,故选择PH=4目的是使Fe3+完全水解生成氢氧化铁沉淀,

故答案为:使Fe3+完全水解生成氢氧化铁沉淀;

(5)工艺流程中,加入了氨水,最后又得到了氨气,NH3 可循环使用,故答案为:NH3 ;

(6)在酒精中,硫酸锰晶体溶解度小,故获得的MnSO4?H2O晶体后常用酒精洗涤,目的是减少MnSO4?H2O晶体的损失,

故答案为:减少MnSO4?H2O晶体的损失;

(7)质量分数大于100%,说明了硫酸锰晶体中可能混有硫酸盐杂质或部分晶体失去结晶水,故答案为:混有硫酸盐杂质或部分晶体失去结晶水.

忧心的摩托
外向的香烟
2026-04-21 08:31:43
用生产高锰酸钾的废渣生产硫酸锰,另一种制造用于生产emd的高质量硫酸锰溶液的方法:以含有钾的低品位碳酸锰矿为原料,在互相分离的两个浸出器中分两段完成浸出过程,并在其第一段进行浸出的同时除去溶液中的k+离子杂质,达到适于生产高质量电解二氧化锰的要求,并且不需要外加药剂。两段浸出过程与随后的浓密沉清过程相结合,不仅可除去一般工艺中无法除去的k+离子,创造得到纯净γ型电解沉积物的条件,而且锰的浸出率可达到90%以上。

硫酸亚锡的制备方法:将锡粉加到硫酸铜的硫酸溶液中,采用至少两次的置换反应以制取硫酸亚锡,在第一反应釜中以略小于等当量的锡粉加到硫酸铜的硫酸溶液中,得到由硫酸铜溶液和硫酸亚锡溶液混合成的溶液a和纯铜粉沉淀物b,将溶液a倾入第二反应釜中并加入稍过量的锡粉,得到纯硫酸亚锡溶液,过量的锡粉返回第一反应釜中再次使用。

舒服的月亮
顺利的仙人掌
2026-04-21 08:31:43
Ⅰ、(1)金属铝可以和金属氧化物二氧化锰之间发生置换反应可以据此来冶炼金属锰,3MnO2+4Al
 高温 
.
 
2Al2O3+3Mn,故答案为:3MnO2+4Al
 高温 
.
 
2Al2O3+3Mn;

(2)二氧化锰和浓盐酸之间加热时会反应生成氯气,即MnO2+4HCl(浓)

  △  
.
 
MnCl2+Cl2↑+2H2O,故答案为:MnO2+4HCl(浓)
  △  
.
 
MnCl2+Cl2↑+2H2O;

Ⅱ、(3)二氧化锰具有氧化性,能将亚铁离子氧化为三价铁离子,MnO2能除去菱锰矿的硫酸浸取液中的Fe2+,该除杂过程的离子方程式是:4H++2Fe2++MnO2=Mn2++2Fe3++2H2O,故答案为:4H++2Fe2++MnO2=Mn2++2Fe3++2H2O;

(4)氨水可以将铁离子沉淀,氢氧化铁的Ksp=c3(OH-)?c(Fe3+),铁离子完全沉淀时,铁离子的浓度是1×10-5mol/L,此时c(OH-)=

3
10?38.55
10?5
≈10-11.2mol/L,所以c(H+)=10-3.8mol/L,所以pH=3.8,所以将铁离子沉淀完全,但是锰离子未沉淀的范围是3.8~8.3,此范围内Co2+已经沉淀完全,所以再加入硫化铵将Ni2+

沉淀,故答案为:3.8~8.3;将Ni2+沉淀;

(5)根据电解池的工作原理,电解硫酸锰酸性溶液生成二氧化锰、硫酸和氢气,电解反应方程式为:MnSO4+2H2O

 通电 
.
 
MnO2+H2↑+H2SO4,故答案为:MnSO4+2H2O
 通电 
.
 
MnO2+H2↑+H2SO4.

懵懂的路人
和谐的可乐
2026-04-21 08:31:43
1、制浆:用水或循环溶液将二氧化锰矿粉、硫铁矿粉按一定比例混合制浆后抽入反应釜中。

2、反应:向反应釜中缓慢加入适量硫酸,在一定温度下缓慢搅拌,使物料在反应釜中充分进行氧化还原反应,最终生成硫酸锰溶液。

3、除杂:反应终止后,直接在反应釜内趁热对浆液进行除杂,除杂结束趁热进行固液分离和对残渣的洗涤。

4、净化:在滤液出口处加入福美钠(SDD、二甲基二硫代氨基甲酸钠)溶液,滤液收集于储液池中,在池中的滤液经自然冷却、沉降,经检验合格后再进行精压。

5、制出产品:合格滤液经浓缩、脱水、烘干和检验合格后进行包装,最终获得优质硫酸。

玩命的棒球
甜美的唇膏
2026-04-21 08:31:43
1.锰铁是以锰矿石为原料.在高炉或电炉中熔炼而成的.锰铁也是钢中常用的脱氧剂,锰还有脱硫和减少硫的有害影响的作用.因而在各种钢和铸铁中,几乎都含有一定数量的锰.锰铁还作为重要的合金剂.广泛地用于结构钢.工具钢、不锈耐热钢.耐磨钢等合金钢中. 2.锰铁:锰和铁组成的铁合金.主要分类:高碳锰铁(含碳为7%)、中碳锰铁(含碳1.1.5%)、低碳锰铁(含碳0.5%)、金属锰、镜铁、硅锰合金. 在炼钢中,用作脱氧剂和合金添加剂,是用量最多的铁合金.冶炼锰铁用的锰矿一般要求 锰铁含锰30~40%,锰铁比大于7,磷锰比小于0.003.冶炼前,碳酸锰矿要先经焙烧,粉矿需经烧结造块.含铁含磷高的矿石一般只能搭配使用,或通过选择性还原炼得低铁低磷的富锰渣.冶炼时用焦炭作还原剂,某些厂也配用瘦煤或无烟煤.辅助原料主要为石灰,冶炼锰硅合金时一般要配加硅石. 碳素锰铁国际上一般标准为含锰75~80%,中国为适应锰矿品位低的原料条件,规定了含锰较低的牌号(电炉锰铁含锰65%以上,高碳锰铁含锰50%以上).冶炼碳素锰铁过去主要用高炉,随着电力工业的发展,用电炉的逐渐增多. 3. 锰铁的用途  1)、微碳锰铁的用途及特点 该产品不但适用于低碳合金结构钢,尤其适用于高质量的品种钢,而且不用改变原有的炼钢工艺,能优化合金,改善钢的内在质量,降低炼钢合金成本,具有明显的经济效益. 2)、低碳锰铁、中碳锰铁的用途:该产品是生产不锈钢、高温耐热钢、结构钢、工具钢等特种钢和电焊条的主要原料. 低碳锰铁(粉)性状及用途:灰黑色不规则粉末或块状,主要应用于焊材行业牌号化学成份%备注: 粒度为-60、-80、-200目等规格 MnCSiPS ⅠⅡⅠⅡ 大于不大于 FeMn85aC1.085.01.01.00.100.02 FeMn80aC1.580.01.50.71.50.200.300.02 FeMn78aC1.578.01.51.52.50.200.330.03 FeMn75aC1.575.01.51.52.50.200.330.03 锰铁黑可用于卷钢涂料、高性能的工业用漆以及耐热的工程塑料.它是一种优良的太阳能吸收剂,可用于制作太阳能收集器用的涂层.因含有锰,对橡胶有损害,故不能用于橡胶.同时因含锰和铁,对某些塑料有脆化作用. 物化性质:是铁和锰的氧化物,其实际组成随配比的不同而异.颜料的密度5.6.0g/cm3,吸油量46%,有遮盖力,其着色力是这类颜料中较高的,有优越的耐候性、耐高温性和耐化学品性.

单纯的羊
帅气的凉面
2026-04-21 08:31:43
金属锰的提炼方式主要有热法(火法)和电解法(湿法)两种,热法生产(金属锰)纯度不超过95~98%,而纯的金属锰则是由电解法制备(电解金属锰),其纯度可达99.7~99.9%以上。现在,电解法生产已成为金属锰生产的主要方式。

电解金属锰是用锰矿石经酸浸出获得锰盐,再送电解槽电解析出的单质金属。外观似铁,呈不规则片状,质坚而脆,一面光亮,另一面粗糙,为银白色到褐色,加工为粉末后呈银灰色;在空气中易氧化,遇稀酸时溶解并置换出氢,在略高于室温时,可分解水而放出氢气。Mn+H2O(热)=Mn(OH) 2+H2↑

锰在电动序中位于氢之前,故易溶于酸,甚至醋酸也能使它溶解而放出氢气,同时生成Mn2+离子。

Mn+2HCl=MnCl 2+H2↑

Mn+H2SO4 (稀)=Mn SO4+H2↑

3Mn+8HNO3 (稀)=3Mn (NO3) 2+2NO↑+4H2O

火法

3MnO2=Mn3O4+O2

3Mn3O4+8Al=9Mn+4Al2O3

湿法

阳极: 2H2O-4e-=O2+4H+

阴极:Mn2+ + 2e-=Mn

按用途分为:冶金用锰矿石、电池用锰矿石、化工用锰矿石。

A.冶金用锰矿石

1、根据 P/Mn 比值分为:

低磷矿石:比值 ≤0.003

中磷矿石:比值 0.003 — 0.006

高磷矿石:比值 >0.006

2、根据 CaO+MgO/SiO2+Al2O3比值分为:

酸性矿石: 比值 <0.8

自熔性矿石:比值0.8 — 1.2

碱性矿石: 比值 >1.2

3、据 Mn/Fe比值划分为:

铁锰矿石: 比值 <1

高铁锰矿石: 比值1 — 3

中铁锰矿石: 比值3 — 6

低铁锰矿石: 比值 >6

B.电池用锰矿石可根据其中MnO2 内部结构晶体化分为α、β、γ、δ、ρ等型放电锰矿石。

C.化工用锰矿石按用途可以分为电解金属锰用,电解二氧化锰用及制锰盐用矿石。

友好的钻石
温柔的星星
2026-04-21 08:31:43
搬运网友  暮紫浅浅

锰的用途

锰的用途非常广泛,在钢铁工业中,锰的用量仅次于铁,90%的锰消耗于钢铁工业,10%消耗于有色冶金、化工、电子、电池、农业等部门。

(一)锰在钢铁工业中的应用

锰与氧、硫的亲合力都比较大,故锰是钢液的脱氧剂和脱硫剂。锰能强化铁素体和细化珠光体,故能提高钢的强度和淬透性,因而可作为钢的合金元素。

钢的强度极限随锰的含量增加(≤7%)而增加,每增加1%的锰含量,强度极限提高98066.5kPa,同时钢的塑性极限也相应得到提高。

当钢中锰含量大于10%时,钢在大气中抗腐蚀性大大增强,锰还能减轻氧和硫对钢的危害,从而提高钢的可锻性和可轧性。

锰元素虽然早在1774年就被人们所发现,但是,锰在钢铁工业中的重要作用直到1856年发明底吹酸性转炉,以及1864年发明平炉炼钢法之后,才被人们所认识。现在锰已成为钢铁工业不可缺少的重要原料。

1.用作脱氧剂

炼钢过程中,为了提高钢的质量,需要除去铁水中的碳、硫等有害杂质,最简便的工艺就是用氧化的方法,可是有一部分铁和杂质元素一同被氧化,生成氧化亚铁(FeO),而FeO在钢液中溶解度大,使钢液中含氧量增高,可以达到0.25%~0.45%。氧含量增高,对钢的性能产生不良影响,所以钢对含氧量有严格的要求,一般不准超过0.02%,甚至更严。因此,炼钢过程必须脱去超标的氧。锰是活性好的金属,其化学性能较铁活泼,将锰加入钢液中时,可以与FeO反应形成不溶于钢水中的氧化物渣,飘浮于钢水液面,使钢中含氧量降低。

FeO+Mn→Fe+MnO

锰在钢水中的脱氧能力与其他一些元素(如钙、铝、硅)相比应该说还是比较低的,但由于其易于生产,价格又比较低,因此仍然深受钢铁企业的欢迎,尤其是对炼沸腾钢来说,采用锰铁合金脱氧是很理想的脱氧剂,因锰的脱氧能力较弱,它可以调整钢的含氧量,而不至于使氧脱去过多而不能沸腾。同时锰的存在还可以使硅和铝的脱氧能力增强,因为脱氧产物MnO与其他氧化物(如Si02)可以形成低熔点化合物而有利于从钢液中排除。

2.作脱硫剂

硫在钢液中以硫化铁(FeS)形式存在,钢中含硫高容易产生热脆,降低钢的机械性能,因此,炼钢过程必须控制硫的含量。锰与硫的结合力大于铁与硫的结合力。当加人锰合金之后,钢水中的[FeS]很易与锰生成熔点高的[MnS]而转人炉渣中,从而降低了钢中的硫含量。

3.作合金元素

锰可以强化铁素体和细化珠光体,因而提高了钢的强度,还可以提高钢的淬透性、钢的硬度和耐磨性。因此,锰是各种牌号钢的重要合金元素。

普通碳素结构钢一般含Mn0.25%~0.8%优质碳素结构钢一般含Mn0.7%~1.2%在低合金钢中加人0.8%~1.7%的Mn可以使钢的强度比普通碳钢提高20%~30%弹簧钢含Mn0.4%~1.3%轴承钢含Mn0.3%~1.6%工具钢含Mn0.4%~2%耐磨钢含Mn11%~15%耐热钢含Mn17%~21%电工钢含Mn17%~19%。

近两年来,我国用锰代镍生产不锈钢得到了广泛推广,尤其是在江、浙一带的中小型不锈钢厂中几种奥氏体不锈钢节镍、代镍品牌得到了迅速推广。

如奥氏体不锈钢OCr17Mn13N是一种无镍Cr-Mn-N不锈钢,可作1Cr18Ni9Ti的代用品。主要用于大气及抗氧化酸腐蚀,可以用于生产板、带、管、棒材。

节镍奥氏体不锈钢1Cr18Mn8Ni5N,室温强度比18-8铬镍不锈钢高,在800℃下具有较好的抗氧化性及中温强度,可以生产板、带、丝、管、棒材。

还有2Cr15Mn15Ni2N是奥氏体节镍低磁性不锈钢,具有良好的低磁性能及低磁稳定性能,可以生产板、带、丝、棒材及锻材,能够代替1Cr18Ni9Ti用于制造要求低磁性的设备及零件,如自动驾驶仪中的陀螺、转子、罗盘及无线电装置中的零件。

我国电解锰的产量迅速增加,质量不断提高,为我国用锰代镍、节镍生产200系列不锈钢的发展提供了有力的保证。

(二)锰在有色冶金工业中的应用

锰在有色冶金工业中主要有两种用途:一是在铜、锌、镉、铀等有色金属的湿法冶炼过程中加人二氧化锰或高锰酸钾作氧化剂,使溶于酸溶液中的二价铁氧化成三价,调整溶液的pH值,使铁沉淀而除去。

2FeS04+Mn02+2H2S04===Fe2(SO4)3+MnS04+2H20

每生产一吨锌要消耗含Mn0260%的矿石约8~10kg.湿法生产1t铜消耗含Mn0260%的矿石约20~25kg.

二是锰与铜、铝、镁生成许多有工业价值的合金,如黄铜、青铜、白铜、铝锰合金、镁锰合金等。

黄铜是应用非常广泛的铜合金,含Mnl%~4%.由于锰细化了晶粒,提高了强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。因此,锰黄铜可以制成板、带、棒和线材,同时具有良好的机械性能和耐腐蚀性。

青铜含Mn1.2%~5.5%,其特点是耐热性能好,在温度较高时,它的强度与耐腐性能仍然比较好。

白铜是含镍低于50%加入一定量的锰后形成的铜镍合金。根据锰含量的不同,有考铜、康铜和锰铜之称,主要用于电器仪表中。

铝锰合金主要用于航空材料。含锰0.5%~3%的铝锰合金硬度大,抗蚀能力强,同时抗拉强度可达186~235MPa,重量又轻,因此在航空工业以及军民的日常装备中得到广泛应用。

镁中加人1.3%~1.5%的锰后形成的合金具有良好的耐蚀性和耐温性能,在航空工业中也得到了广泛应用。

(三)锰在电池工业中的应用

锌-锰电池由于使用方便,价格低廉,至今仍是电池中使用最广,产值、产量最大的一种电池。

MnO2是锌-锰电池的正极,电池放电时被还原。制备电池用MnO2的原料主要有天然MnO2(NMD)、化学MnO2(CMD)和电解MnO2(EMD).天然Mn02由于纯度低,一般只应用于生产糊式锌锰干电池,而且自然界适合于干电池用的NMD数量已越来越少,同时由于技术进步和人们生活水平的提高以及环境保护日益加强,用NMD生产糊式锌-锰电池将会逐渐减少。而碱性锌-锰电池正在迅速增长。因此,EMD在锌一锰干电池中的用量也将会不断增加。尤其是生产无汞锌-锰电池用的高纯EMD的需求量会增加更快。

(四)锰在电子工业中的应用

电子工业是全球经济发展最快的一个部门,带动了全球经济的发展。

磁性材料,尤其是软磁材料是电子工业的基本原料。软磁材料中又以锰锌铁氧体为主,因其具有狭窄的剩磁感应曲线,可以反复磁化,在高频作用下具有高导磁率、高电阻率、低损耗等特点,同时又价格低廉,来源广泛,已经取代了大部分镍锌铁氧体,在软磁材料中占到了80%以上。

用锰锌铁氧体磁芯制成的各种电感器件、变压器、线圈、扼流圈等,在通讯设备、家电产品、计算机产品、工业自动化设备等方面都得到了广泛应用。

在锰锌铁氧体中四氧化三锰用量占到了21%左右。

(五)锰在建筑材料中的应用

锰在建筑材料方面的用途主要是在生产玻璃时作为褪色、着色和澄清剂等。

用于生产玻璃的原料中多数含有钻、铁等杂质,影响了玻璃的颜色,适量加人Mn02可以使玻璃变为无色,加人不同量的Mn02又可以使玻璃具有不同的颜色。

锰在建筑材料中的另一用途是使陶瓷和砖、瓦表面的着色,如着褐色、绿色、紫色、黑色等光彩鲜艳的颜色。西欧一些国家的楼房建筑装饰材料釉面砖、瓦表面着色主要是采用MnO2作着色料,颜色鲜艳,持久不易褪色,很受人们青睐。

(六)锰在农业中的应用

锰是植物正常生长不可缺少的微量元素之一,它参与光合作用和氮素的转化,参与许多酶的活动和氧化还原过程,能促进叶绿素的合成和碳水化合物的运转。当土壤中严重缺锰时,农作物出现枯黄,生长不良,产量下降。

据中国科学院南京土壤研究所和江苏农业科学院的调查表明,我国缺锰土壤达亿亩以上,若以每年每亩施lkg锰肥计,我国农业需含锰肥料就达10万t之多。硫酸锰和一氧化锰都是优质的锰肥。

除了用于肥料之外,锰在农业上还有许多其他的应用,如作杀菌剂(乙撑双二硫代氨基甲酸锰)、饲料添加剂等。

(七)锰在环保治理方面的应用

锰在环境保护方面,主要用于对污水和废气的处理。

在天然饮用水中常含有一定的杂质,需要净化,用二氧化锰净化水特别适用于地下水的除铁。

我国地下水含铁浓度多数达10mg/LS以上。国家规定生活饮用水和工业水含铁量不应超过0.3mg/L,对于棉毛、造纸工业用水含铁量不应超过0.2mg/L,对于纺织、印染、电子工业用水不得超过0.1~0.05mg/L。

地下水中铁常以二价铁的形式存在,由于二价铁在水中溶解度较大,所以,刚从地下抽出来的水仍然清澈透明,但和空气接触,水中的二价铁被空气中的氧氧化,生成难溶于水的三价铁的氢氧化物。地下水中的铁虽然对人的健康并无影响,但水中含铁浓度大于0.3mg/L时水便发浑,超过1mg/L时水有铁腥味。水中含有过量的铁质,在洗涤的衣物上会生成锈色斑点;在锅炉用水中,铁是生成水垢的成分之一;在纺织工业中,使纺织品产生锈色斑点,印染时与染料结合使色泽不艳;造纸时铁质吸附于纤维素之间使颜色变黄等,因此,必须对地下水净化除铁。

天然二氧化锰可以对水中铁起氧化作用,使水中可溶性二价铁氧化成不溶于水的三价铁的氢氧化物而除去。

2Fe2++Mn02+4H+===2Fe3++Mn2++2H20

2Fe3++6H2O===2Fe(OH)3↓+6H+

天然二氧化锰氧化能力的大小与锰砂品种和晶体结构有关。天然锰砂本身难溶于水,因此不会给用户带来新的污染。

二氧化锰可用于净化废水中的砷,还可用于净化废气中的硫化氢和二氧化硫等有害气体,以及净化含汞的工业废气。

(八)锰与人类健康

已有的资料表明锰是有益于人类健康的微量元素。

我国广西巴马族自治县是世界著名的长寿之乡,超过百岁的老人在十万人中有31人,超过国际公认长寿之乡25人的标准。为了查明巴马人长寿的原因,先后有20多个国家的专家到巴马进行了科学考察,发现除了巴马县的自然环境保护好、水和空气均没被污染外,还与土壤中Mn,Zn含量高有密切关系。在一般土地中Mn含量高达1188~2383μg/g,菜地中Mn含量高达6566μg/g,Zn含量平均239~173μg/g.百岁老人头发中Mn高达(22.47+13.33)μg/g,比广州人头发含Mn(2.23+0.84)μg/g和日本东京人头发含Mn(2.30+1.17)μg/g高了10倍以上。巴马人吃的食品如粮食、蔬菜、豆类、菌类、笋类中含Mn,Zn等微量元素也比其他地区的要高。

人类健康长寿自然与许多因素有关,但从我国广西巴马县人长寿的调查结果可以看出,Mn元素被植物吸收,再进人人体对人类健康长寿是有益的。

医学研究近来证实:老年人骨质疏松与缺少锰有一定关系。

(九)锰在其他方面的应用

在制皂工业中广泛采用高锰酸钾或二氧化锰作催化剂。更新的技术是采用锰皂代替高锰酸钾和二氧化锰作催化剂,效果更好。目前,我国已用一部分合成脂肪酸代替一部分动植物油来制备洗涤肥皂。锰皂用的原料为含量98%以上的工业硫酸锰、液碱及脂肪酸,其反应为

MnS04·H2O+2NaOH→Mn(OH)2↓+Na2S04+H2O

Mn(OH)2+2RCOOH→Mn(RCOO)2+2H20

在医药方面锰主要是作消毒剂、制药氧化剂、催化剂等。

高锰酸钾是医药上最常用的消毒剂之一,它是一种很强的氧化剂,配成0.1%+的高锰酸钾溶液就能起到消毒杀菌的作用。

在生产镇静剂芬那露的过程中,用二氧化锰作中间氧化剂:

在生产解热镇痛剂非那西丁中,用对硝基氯苯在活性二氧化锰催化剂存在下与氢氧化钠的乙醇溶液作用,生成对硝基乙醚,再用硫化钠还原,以醋酸进行乙醇化即制得非那西丁。

在印染工业中用二氧化锰作氧化剂制备还原艳绿印染颜料。

用二氧化锰作氧化剂制备的对苯二酚是电影胶片、照相底片的显影剂。

锰在焊接工业中也是一种不可少的重要原料,无论是手工电弧焊接还是自动埋弧焊接锰都是一种重要的原材料,起到脱硫、脱氧和提高焊缝强度的作用。