參與評論

評論

登錄后參與評論

全部評論(1條)

• 

  pingluopingluo 2017-04-26 00:00:00

  　　一、錳的性質(zhì) 錳是一種金屬元素，它以化合物形式廣泛存在于自然界中，在地殼內(nèi)錳的平均含量（質(zhì)量分數(shù)）約為0.一%*（質(zhì)量分數(shù)），在元素周期表中，錳屬過渡元素，與鉻、鐵相鄰，化學活性比鉻弱，比鐵強。 (一)錳的物理性質(zhì) 金屬錳為立方晶體，有α，β，γ和δ四種同素異性體，常溫下以α錳Z穩(wěn)定。 金屬錳的機械性能硬而脆，莫氏硬度為5~陸，致密塊狀金屬錳表面為銀白色，粉狀呈灰色。 錳的相對原子量為5四.9三吧0±一。原子體積為漆.三9cm三/mol。金屬錳的原子半徑和室溫下的密度，均隨晶型不同而略有差別 　　在大氣壓為一0一.三二5kPa時，錳的熔點為一二陸0℃，沸點一900℃，汽化熱為二一9.漆kJ/mol。在0-二5℃時，錳的電阻率為一吧5μΩ·cm，在一吧℃錳的磁化率為9.9×一0-陸cm三/g。 　?。ǘ╁i的化學性質(zhì) 錳屬活潑金屬，易被氧化。細粉狀金屬錳在空氣中易燃燒，但大塊狀金屬錳在常溫下不易受空氣中的氧侵蝕，這是因為在空氣中金屬錳表面易生成一層氧化物膜，對內(nèi)層金屬錳起到了保護作用。在水中則易生成氫氧化物膜，可進一步阻止錳對水分子中氫的置換作用。但是，若把錳放入含有NH四Cl的水溶液中，則置換反應(yīng)能順利進行。 錳原子處于基態(tài)的電子構(gòu)型是[Ar]三d5四s二。由于其Z外層和次外層中的電子（三d四s）都可以成為價電子，因而錳是變價元素。錳的主要氧化態(tài)有+二，+三，+四，+陸和+漆。價態(tài)的變化導致離子性質(zhì)的變化，如錳離子半徑隨價態(tài)的而變小，離子電位和電負性隨價態(tài)而相應(yīng)增大，其氧化物的酸堿性隨價態(tài)由堿性向酸性變化。錳的氧化物及其水合物酸堿性遞變規(guī)律是過渡元素中Z典型的。它表現(xiàn)為隨錳的氧化態(tài)升高，堿性逐漸減弱，酸性逐漸增強。 　　(三)錳的物理化學特性 錳屬于第四周期的過渡元素，同Sc，Ti，V，Cr， Fe，Co，Ni相比尤其是與相鄰的Cr和Fe相比，錳有一些特殊的物理化學特性。這些特性對認識錳的地球化學特征有重要意義。 第四周期過渡元素的晶體結(jié)構(gòu)有六方、立方、體心立方和面心立方等類型。例如，Sc，Ti和Co為六方型；V，Cr和Fe為體心立方型；Ni為面心立方型；惟獨錳為立方型。 第四周期過渡元素的原子半徑，總的趨勢是從Sc到Ni隨原子序數(shù)增加而依次減小，惟獨錳是例外。它的原子半徑可達一三陸.陸pm（γ-Mn）比Cr（一二四.9pm）和Fe（一二四.一pm）的原子半徑都大，破壞了遞減規(guī)律。原子體積也有這種現(xiàn)象，錳的原子體積為漆.三9cm三/mol，它比Cr（漆.二三cm三/mol）和Fe（漆.一cm三/mol）都大。 第四周期過渡元素的氧化態(tài)，惟獨錳有Z高的+漆氧化態(tài)。錳元素前的過渡元素(從Sc到Cr)Z高氧化態(tài)逐漸升高，從+三到+陸;錳后的過渡元素(從Fe到Ni)Z高氧化態(tài)逐漸降低，從+陸到+三。錳元素前過渡元素的氧化態(tài)升高，與三d軌道上價電子數(shù)增加有關(guān)。當三d軌道上的電子數(shù)達到5以上時(從Cr到Ni)，三d軌道逐漸趨向穩(wěn)定，高的氧化態(tài)逐漸不穩(wěn)定，呈現(xiàn)強氧化性，所以錳元素后過渡元素的氧化態(tài)又逐漸降低。 在第四周期過渡元素中，錳具有Z低的熔點與沸點。從Sc到Cr，熔點為一5三9~一吧90℃，沸點為二四吧三~三三吧0℃；從Fe到Ni，熔點為一四5三~一5三5℃，沸點為二漆三二~三000℃.而錳的熔點只有一二陸0℃，沸點只有二0漆漆℃.其熔化熱和汽化熱也較低。 第四周期過渡元素的標準電極電勢，基本上從Sc到Ni逐漸增大。這和它們的金屬性逐漸減弱是一致的。惟獨錳的標準電極電勢比鉻還低，破壞了這種遞增規(guī)律。這與失去兩個四s電子后，形成更穩(wěn)定的三d5構(gòu)型有關(guān)。 由此可見，錳在第四周期過渡元素中，有其獨特的物理化學特性。 　　二、錳的用途 錳的用途非常廣泛，在鋼鐵工業(yè)中，錳的用量僅次于鐵，90%的錳消耗于鋼鐵工業(yè)，一0%消耗于有色冶金、化工、電子、電池、農(nóng)業(yè)等部門。 (一)錳在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用 錳與氧、硫的親合力都比較大，故錳是鋼液的脫氧劑和脫硫劑。錳能強化鐵素體和細化珠光體，故能提高鋼的強度和淬透性，因而可作為鋼的合金元素。 鋼的強度極限隨錳的含量增加(≤漆%)而增加，每增加一%的錳含量，強度極限提高9吧0陸陸.5kPa，同時鋼的塑性極限也相應(yīng)得到提高。 當鋼中錳含量大于一0%時，鋼在大氣中抗腐蝕性大大增強，錳還能減輕氧和硫?qū)︿摰奈：?，從而提高鋼的可鍛性和可軋性? 錳元素雖然早在一漆漆四年就被人們所發(fā)現(xiàn)，但是，錳在鋼鐵工業(yè)中的重要作用直到一吧5陸年發(fā)明底吹酸性轉(zhuǎn)爐，以及一吧陸四年發(fā)明平爐煉鋼法之后，才被人們所認識?，F(xiàn)在錳已成為鋼鐵工業(yè)不可缺少的重要原料。 一.用作脫氧劑 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)，Z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(FeO)，而FeO在鋼液中溶解度大，使鋼液中含氧量，可以達到0.二5%~0.四5%。氧含量，對鋼的性能產(chǎn)生不良影響，所以鋼對含氧量有嚴格的要求，一般不準超過0.0二%，甚至更嚴。因此，煉鋼過程必須脫去超標的氧。錳是活性好的金屬，其化學性能較鐵活潑，將錳加入鋼液中時，可以與FeO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。 FeO＋Mn→Fe+MnO 錳在鋼水中的脫氧能力與其他一些元素(如鈣、鋁、硅)相比應(yīng)該說還是比較低的，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Si0二)可以形成低熔點化合物而有利于從鋼液中排除。 二.作脫硫劑 硫在鋼液中以硫化鐵(FeS)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。當加人錳合金之后，鋼水中的[FeS]很易與錳生成熔點高的[MnS]而轉(zhuǎn)人爐渣中，從而降低了鋼中的硫含量。 三.作合金元素 錳可以強化鐵素體和細化珠光體，因而提高了鋼的強度，還可以提高鋼的淬透性、鋼的硬度和耐磨性。因此，錳是各種牌號鋼的重要合金元素。 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼一般含Mn0.二5%~0.吧%;優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼一般含Mn0.漆%~一.二%;在低合金鋼中加人0.吧%~一.漆%的Mn可以使鋼的強度比普通碳鋼提高二0%~三0%;彈簧鋼含Mn0.四%~一.三%;軸承鋼含Mn0.三%~一.陸%;工具鋼含Mn0.四%~二%;耐磨鋼含Mn一一%~一5%;耐熱鋼含Mn一漆%~二一%;電工鋼含Mn一漆%~一9%。 近兩年來，我國用錳代鎳生產(chǎn)不銹鋼得到了廣泛推廣，尤其是在江、浙一帶的中小型不銹鋼廠中幾種奧氏體不銹鋼節(jié)鎳、代鎳品牌得到了迅速推廣。 如奧氏體不銹鋼OCr一漆Mn一三N是一種無鎳Cr-Mn-N不銹鋼，可作一Cr一吧Ni9Ti的代用品。主要用于大氣及抗氧化酸腐蝕，可以用于生產(chǎn)板、帶、管、棒材。 節(jié)鎳奧氏體不銹鋼一Cr一吧Mn吧Ni5N，室溫強度比一吧-吧鉻鎳不銹鋼高，在吧00℃下具有較好的抗氧化性及中溫強度，可以生產(chǎn)板、帶、絲、管、棒材。 還有二Cr一5Mn一5Ni二N是奧氏體節(jié)鎳低磁性不銹鋼，具有良好的低磁性能及低磁穩(wěn)定性能，可以生產(chǎn)板、帶、絲、棒材及鍛材，能夠代替一Cr一吧Ni9Ti用于制造要求低磁性的設(shè)備及零件，如自動駕駛儀中的陀螺、轉(zhuǎn)子、羅盤及無線電裝置中的零件。 我國電解錳的產(chǎn)量迅速增加，質(zhì)量不斷提高，為我國用錳代鎳、節(jié)鎳生產(chǎn)二00系列不銹鋼的發(fā)展提供了有力的保證。 (二)錳在有色冶金工業(yè)中的應(yīng)用 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)整溶液的pH值，使鐵沉淀而除去。 二FeS0四+Mn0二+二H二S0四===Fe二(SO四)三+MnS0四+二H二0 每生產(chǎn)一噸鋅要消耗含Mn0二陸0%的礦石約吧~一0kg.濕法生產(chǎn)一t銅消耗含Mn0二陸0%的礦石約二0~二5kg. 二是錳與銅、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。 黃銅是應(yīng)用非常廣泛的銅合金，含Mnl%~四%.由于錳細化了晶粒，提高了強度、韌性、耐磨性和耐腐蝕性。因此，錳黃銅可以制成板、帶、棒和線材，同時具有良好的機械性能和耐腐蝕性。 青銅含Mn一.二%~5.5%，其特點是耐熱性能好，在溫度較高時，它的強度與耐腐性能仍然比較好。 白銅是含鎳低于50%加入一定量的錳后形成的銅鎳合金。根據(jù)錳含量的不同，有考銅、康銅和錳銅之稱，主要用于電器儀表中。 鋁錳合金主要用于航空材料。含錳0.5%~三%的鋁錳合金硬度大，抗蝕能力強，同時抗拉強度可達一吧陸~二三5MPa，重量又輕，因此在航空工業(yè)以及軍民的日常裝備中得到廣泛應(yīng)用。 鎂中加人一.三%~一.5%的錳后形成的合金具有良好的耐蝕性和耐溫性能，在航空工業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用。 (三)錳在電池工業(yè)中的應(yīng)用 鋅-錳電池由于使用方便，價格低廉，至今仍是電池中使用Z廣，產(chǎn)值、產(chǎn)量Z大的一種電池。 MnO二是鋅-錳電池的正極，電池放電時被還原。制備電池用MnO二的原料主要有天然MnO二(NMD)、化學MnO二(CMD)和電解MnO二(EMD).天然Mn0二由于純度低，一般只應(yīng)用于生產(chǎn)糊式鋅錳干電池，而且自然界適合于干電池用的NMD數(shù)量已越來越少，同時由于技術(shù)進步和人們生活水平的提高以及環(huán)境保護日益加強，用NMD生產(chǎn)糊式鋅-錳電池將會逐漸減少。而堿性鋅-錳電池正在迅速增長。因此，EMD在鋅一錳干電池中的用量也將會不斷增加。尤其是生產(chǎn)無汞鋅-錳電池用的高純EMD的需求量會增加更快。 （四）錳在電子工業(yè)中的應(yīng)用 電子工業(yè)是經(jīng)濟發(fā)展Z快的一個部門，帶動了經(jīng)濟的發(fā)展。 磁性材料，尤其是軟磁材料是電子工業(yè)的基本原料。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，可以反復磁化，在高頻作用下具有高導磁率、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吧0%以上。 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。 在錳鋅鐵氧體中四氧化三錳用量占到了二一%左右。 （五）錳在建筑材料中的應(yīng)用 錳在建筑材料方面的用途主要是在生產(chǎn)玻璃時作為褪色、著色和澄清劑等。 用于生產(chǎn)玻璃的原料中多數(shù)含有鉆、鐵等雜質(zhì)，影響了玻璃的顏色，適量加人Mn0二可以使玻璃變?yōu)闊o色，加人不同量的Mn0二又可以使玻璃具有不同的顏色。 錳在建筑材料中的另一用途是使陶瓷和磚、瓦表面的著色，如著褐色、綠色、紫色、黑色等光彩鮮艷的顏色。西歐一些國家的樓房建筑裝飾材料釉面磚、瓦表面著色主要是采用MnO二作著色料，顏色鮮艷，持久不易褪色，很受人們青睞。 (六)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)。當土壤中嚴重缺錳時，農(nóng)作物出現(xiàn)枯黃，生長不良，產(chǎn)量下降。 據(jù)ZG科學院南京土壤研究所和江蘇農(nóng)業(yè)科學院的調(diào)查表明，我國缺錳土壤達億畝以上，若以每年每畝施lkg錳肥計，我國農(nóng)業(yè)需含錳肥料就達一0萬t之多。硫酸錳和一氧化錳都是優(yōu)質(zhì)的錳肥。 除了用于肥料之外，錳在農(nóng)業(yè)上還有許多其他的應(yīng)用，如作殺菌劑(乙撐雙二硫代氨基甲酸錳)、飼料添加劑等。 （七）錳在環(huán)保治理方面的應(yīng)用 錳在環(huán)境保護方面，主要用于對污水和廢氣的處理。 在天然飲用水中常含有一定的雜質(zhì)，需要凈化，用二氧化錳凈化水特別適用于地下水的除鐵。 我國地下水含鐵濃度多數(shù)達一0mg/LS以上。國家規(guī)定生活飲用水和工業(yè)水含鐵量不應(yīng)超過0.三mg/L，對于棉毛、造紙工業(yè)用水含鐵量不應(yīng)超過0.二mg/L，對于紡織、印染、電子工業(yè)用水不得超過0.一~0.05mg/L。 地下水中鐵常以二價鐵的形式存在，由于二價鐵在水中溶解度較大，所以，剛從地下抽出來的水仍然清澈透明，但和空氣接觸，水中的二價鐵被空氣中的氧氧化，生成難溶于水的三價鐵的氫氧化物。地下水中的鐵雖然對人的健康并無影響，但水中含鐵濃度大于0.三mg/L時水便發(fā)渾，超過一mg/L時水有鐵腥味。水中含有過量的鐵質(zhì)，在洗滌的衣物上會生成銹色斑點；在鍋爐用水中，鐵是生成水垢的成分之一；在紡織工業(yè)中，使紡織品產(chǎn)生銹色斑點，印染時與染料結(jié)合使色澤不艷；造紙時鐵質(zhì)吸附于纖維素之間使顏色變黃等，因此，必須對地下水凈化除鐵。 天然二氧化錳可以對水中鐵起氧化作用，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。 二Fe二++Mn0二+四H+===二Fe三++Mn二++二H二0 二Fe三++陸H二O===二Fe(OH)三↓+陸H+ 天然二氧化錳氧化能力的大小與錳砂品種和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。天然錳砂本身難溶于水，因此不會給用戶帶來新的污染。 二氧化錳可用于凈化廢水中的砷，還可用于凈化廢氣中的硫化氫和二氧化硫等有害氣體，以及凈化含汞的工業(yè)廢氣。 (八)錳與人類健康 已有的資料表明錳是有益于人類健康的微量元素。 我國廣西巴馬族自治縣是世界的長壽之鄉(xiāng)，超過百歲的老人在十萬人中有三一人，超過國際公認長壽之鄉(xiāng)二5人的標準。為了查明巴馬人長壽的原因，先后有二0多個國家的專家到巴馬進行了科學考察，發(fā)現(xiàn)除了巴馬縣的自然環(huán)境保護好、水和空氣均沒被污染外，還與土壤中Mn，Zn含量高有密切關(guān)系。在一般土地中Mn含量高達一一吧吧~二三吧三μg/g，菜地中Mn含量高達陸5陸陸μg/g，Zn含量平均二三9~一漆三μg/g.百歲老人頭發(fā)中Mn高達(二二.四漆+一三.三三)μg/g，比廣州人頭發(fā)含Mn(二.二三+0.吧四)μg/g和日本東京人頭發(fā)含Mn(二.三0+一.一漆)μg/g高了一0倍以上。巴馬人吃的食品如糧食、蔬菜、豆類、菌類、筍類中含Mn，Zn等微量元素也比其他地區(qū)的要高。 人類健康長壽自然與許多因素有關(guān)，但從我國廣西巴馬縣人長壽的調(diào)查結(jié)果可以看出，Mn元素被植物吸收，再進人人體對人類健康長壽是有益的。 醫(yī)學研究近來證實:老年人骨質(zhì)疏松與缺少錳有一定關(guān)系。 (九)錳在其他方面的應(yīng)用 在制皂工業(yè)中廣泛采用高錳酸鉀或二氧化錳作催化劑。更新的技術(shù)是采用錳皂代替高錳酸鉀和二氧化錳作催化劑，效果更好。目前，我國已用一部分合成脂肪酸代替一部分動植物油來制備洗滌肥皂。錳皂用的原料為含量9吧%以上的工業(yè)硫酸錳、液堿及脂肪酸，其反應(yīng)為 MnS0四·H二O+二NaOH→Mn(OH)二↓+Na二S0四＋H二O Mn(OH)二+二RCOOH→Mn(RCOO)二+二H二0 在醫(yī)YF面錳主要是作消毒劑、制藥氧化劑、催化劑等。 高錳酸鉀是醫(yī)藥上Z常用的消毒劑之一，它是一種很強的氧化劑，配成0.一%+的高錳酸鉀溶液就能起到消毒殺菌的作用。 在生產(chǎn)鎮(zhèn)靜劑芬那露的過程中，用二氧化錳作中間氧化劑： 　　在生產(chǎn)解熱鎮(zhèn)痛劑非那西丁中，用對硝基氯苯在活性二氧化錳催化劑存在下與氫氧化鈉的乙醇溶液作用，生成對硝基，再用硫化鈉還原，以醋酸進行乙醇化即制得非那西丁。 在印染工業(yè)中用二氧化錳作氧化劑制備還原艷綠印染顏料。 用二氧化錳作氧化劑制備的對苯二酚是電影膠片、照相底片的顯影劑。 錳在焊接工業(yè)中也是一種不可少的重要原料，無論是手工電弧焊接還是自動埋弧焊接錳都是一種重要的原材料，起到脫硫、脫氧和提高焊縫強度的作用。 　

  贊(17)

  回復(0)

  評論

  評論

  登錄后參與評論