【菜科解读】

锰的用途及应用领域介绍

锰的应用概况

锰的用途非常广泛，几乎涉及人类生产生活的方方面面。

全球每年生产的锰中，约90%用于钢铁工业，10%用于有色冶金、化工、电子、电池、农业等部门。

锰在钢铁工业中的使用

锰在炼铁中的应用

高炉冶炼的生铁一般是铁碳合金，加入少量的锰不但能够改善冶炼的操作和加工，还能改善生铁的性能。

①炼钢生铁(白口铁)。

白口铁是平炉和转炉炼钢的主要材料，在生铁总产量中占80%以上。

随着技术的改进，转炉逐渐代替了平炉。

而锰矿作为转炉吹炼过程中的化渣剂，具有良好的持续化渣作用，并且不产生金属喷溅。

②铸造生铁(灰口铁)。

铸造生铁可包括翻炒生铁、可锻铸铁和球墨铸铁。

铸造生铁用锰矿石，对质量没有严格要求，锰矿石在冶炼配比中所占的比重很小，对生铁质量影响较小。

含锰量为20%-25%的铁锰矿石即可。

锰在炼钢中的应用

锰在炼钢中的主要作用就是脱氧、脱硫和作为合金元素。

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，而氧化亚铁在钢液中溶解度大，使钢液中含氧量增高，而氧含量的增高会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，其化学性能比铁活泼，将锰加入钢液中时，可以与氧化亚铁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。

虽然锰在钢水中的脱氧能力比其他一些元素(如钙、铝、硅)低，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用作脱硫剂

硫在钢液中以硫化铁形式存在，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，当加入锰合金之后，钢水中的很易与锰生成熔点高的硫化锰而转入炉渣中，从而降低了钢中的硫含量，提高钢的可锻性和可轧性。

③用作合金元素

锰之所以能成为各种钢的重要合金元素，是因为它可以强化铁素体和细化珠光体，提高钢的强度、淬透性、硬度和耐磨性。

例如，在低合金钢中加人0.8%-1.7%的锰，钢的强度就能比普通碳钢提高20%-30%。

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pH值，使铁沉淀而除去。

另一个是与铜、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，锰可以提高这些合金的强度、耐磨性和耐腐蚀性，如在镁中加人1.3%-1.5%的锰形成的合金具有更好的耐蚀性和耐温性能，被广泛应用于在航空工业中。

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。

天然MnO2(NMD)、化学MnO2(CMD)和电解MnO2(EMD)是制备电池用的MnO2的主要原料。

天然Mn02由于纯度比较低，一般只在生产糊式锌锰干电池时使用。

现在，由于自然界中适合生产干电池用的NMD数量变得越来越少，同时随着技术进步和人们生活水平的提高以及环保意识的日益加强，用NMD生产糊式锌-锰电池的量将会逐渐减少，而用EMD生产锌一锰干电池中的量将会不断增加，尤其是生产无汞锌-锰电池用的高纯EMD的需求量将会快速增加。

锰在电子工业中的应用

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随着电子技术的快速发展，电子工业对锰的需求量也不断增加。

电子工业的基础材料是磁性材料，尤其是软磁材料，而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。

例如，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。

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。

当土壤中锰严重缺乏时，农作物就会出现枯黄，生长不良，产量下降，所以，锰常被添加在肥料中用于农业生产，如含硫酸锰的锰肥被用作种子催芽剂。

除了用作肥料之外，锰在农业上还被用作杀菌剂(如：乙撑双二硫代氨基甲酸锰)和饲料添加剂等。

锰在环保方面的应用

锰也可以应用到污水、废气的处理以及天然饮用水的净化中。

地下水中含有铁质，当铁的浓度过高时就会对我们的生产生活产生一些影响，如水就会发混，还有铁腥味，容易形成水垢，洗涤过的衣服会有锈色斑点，印染的色泽不鲜艳等，所以需要净化，而二氧化锰可以氧化水中的铁，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。

此外，二氧化锰还可用于净化废水中的砷，净化废气中的硫化氢、二氧化硫和汞等。

锰在医学领域的应用

锰在医学领域主要是用作消毒剂、制药氧化剂、催化剂等。

如高锰酸钾是医药上最常用的消毒剂之一，因为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。

二氧化锰除了在镇静剂芬那露生产过程中被用作中间氧化剂外，还被当作催化剂用于生产解热镇痛剂非那西丁。

锰在其他方面的应用

在实验室中常用二氧化锰常作催化剂，如将二氧化锰加入双氧水中分解氧气。

锰也被用作玻璃生产过程中的褪色、着色和澄清剂等。

制皂工业广泛采用高锰酸钾或二氧化锰作催化剂，现在也会把锰皂当作催化剂来制取肥皂。

二氧化锰不仅可以在印染工业中被当作氧化剂制备还原艳绿印染颜料，还可以用作氧化剂来制取电影胶片、照相底片的显影剂。

此外，锰也被用于焊接工业中，因为它起到脱硫、脱氧和提高焊缝强度的作用。

锰的提炼方法

锰的提炼方法

金属锰的提炼方式主要有热法(火法)和电解法(湿法)两种。

热法生产的金属锰纯度不超过95～98％，并且耗能高，污染严重，已经逐渐被淘汰了，而电解法生产的金属锰纯度可达99.7～99.9％以上，污染也相对较小，现在已成为了金属锰生产的主要方式。

电解法生产的金属锰外观似铁，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。

电解金属锰由于它的纯度高、杂质低的特点，现已成功而广泛地运用于钢铁冶炼、有色冶金、电子技术、化学工业、环境保护、食品卫生、电焊条业、航天工业等各个领域。

我国电解锰行业现状

电解金属锰生产技术由美国矿业局在20世纪30年代开发成功，30年代末开始规模工业生产。

此后，日本、德国、前苏联、南非、巴西等国相继生产。

我国电解金属锰生产起步较晚，1956年，上海冶炼厂(上海电解锰厂)建成我国第一条电解金属锰生产线。

70年代起，湖南、四川等地开始出现电解金属锰生产厂，80年代末以后，我国电解金属锰迅猛发展，电解锰行业主要集中在湖南、贵州、重庆交界的锰三角。

截止2011年，全国共有162家电解金属锰生产厂，生产能力达240万吨。

我国电解锰消费量也在持续增长，自2008年国内消费量超越出口后一直维持这一状态。

2011年中国国内电解锰表观消费量为132万吨，出口16万吨。

电解锰产品出口也发生了变化，自2008年起锰球出口比例开始增长。

2010年锰球出口量超过锰片，2011年锰球出口比例增长到70%，菜叶说说，锰片出口比例则压缩至30%。

上述比例的变化，主要是因为中国对锰片征收20%的出口关税，而锰球却暂未征税。

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随着我国电解锰行业的不断发展，也出现了许多问题，如一些地区由于开发较早，锰资源供应已经很紧张；矿山的开采利用率低，调查显示，我国碳酸锰矿山(一般为地下采矿)资源开采利用率约为43%；氧化锰矿山(一般为露采水选)资源开采利用率约为57%。

平均资源开采利用率仅为50%。

此外，有些矿山存在乱采乱挖的现象，资源回收率低，还有一些企业在开采中采富弃贫的现象很严重，这些问题都阻碍了我国电解锰行业的持续健康发展。

2012年，中国电解锰行业更是由于全球经济不景气而遭遇了前所未有的市场缩减，再加上替代品高硅硅锰参与市场竞争，主要材料和电力价格上涨，征收出口关税，产量过剩，产品价格大幅下跌等因素影响，全行业效益锐减，31家企业停产，其中24家企业宣布倒闭，从2000以来中国电解锰首次出现产量大幅下降，大多数企业亏损的情况。

2013年，工信部于7月公布了2013年19个工业行业淘汰落后产能企业名单(第一批)，其中淘汰电解锰落后产能24.37万吨，涉及重庆13家企业，产能10.6万吨；湖南8家企业，产能7.17万吨；贵州7家企业，产能6.1万吨；陕西1家企业，产能5000吨。

虽然一部分落后企业被淘汰了，但是随着云南、新疆、内蒙古等地新产能投产，加上贵州、重庆、湖南、广西等老产区的扩建产能投产，电解锰产能过剩的现状并未改善。

因而，我国电解锰行业应该加快调整产业结构的步伐，尽快完成由小型分散向大型集中发展方向发展的过程。

此外，我国电解锰行业也需要采用新技术、新装备，提高企业清洁生产水平，在保护环境的基础上充分利用锰资源，推动我国电解锰工业健康持续发展。

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