Mangan

Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften

Mangan ist zusammen mit anderen Elementen in der Erdkruste weit verbreitet. Mangan ist nach Eisen das zweithäufigste der Übergangselemente in der Erdkruste; es ähnelt in seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften in etwa dem Eisen, ist aber härter und spröder. Es kommt in einer Reihe bedeutender Vorkommen vor, von denen die wichtigsten Erze (hauptsächlich Oxide) vor allem aus Mangandioxid (MnO2) in Form von Pyrolusit, Romanechit und Watte bestehen. Mangan ist für das Pflanzenwachstum unerlässlich und ist an der Assimilation von Nitraten in Grünpflanzen und Algen beteiligt. Es ist ein essentielles Spurenelement in höheren Tieren, in denen es an der Wirkung zahlreicher Enzyme beteiligt ist. Ein Mangel an Mangan führt zu Hodenschwund. Ein Überschuss dieses Elements in Pflanzen und Tieren ist giftig.

Manganerze werden hauptsächlich in Australien, Südafrika, China, Gabun und Brasilien gefördert. Große Flächen des Meeresbodens sind mit Manganknollen bedeckt, die auch als polymetallische Knollen bezeichnet werden, Konkretionen aus Mangan mit etwas Eisen, Silizium und Aluminium. Man schätzt, dass die Menge an Mangan in den Knollen viel größer ist als die der Landreserven.

Der größte Teil des produzierten Mangans wird in Form von Ferromangan- und Siliciummangan-Legierungen für die Eisen- und Stahlherstellung verwendet. Manganerze, die Eisenoxide enthalten, werden zunächst in Hochöfen oder Elektroöfen mit Kohlenstoff reduziert, um Ferromangan zu gewinnen, das wiederum in der Stahlherstellung verwendet wird. Durch die Zugabe von Mangan, das eine größere Affinität zu Schwefel hat als Eisen, wird das niedrigschmelzende Eisensulfid im Stahl in hochschmelzendes Mangansulfid umgewandelt. Ohne Mangan hergestellt, zerbricht Stahl beim Warmwalzen oder Schmieden. Stähle enthalten im Allgemeinen weniger als 1 Prozent Mangan. Manganstahl wird für sehr robuste Anwendungen verwendet; mit einem Mangangehalt von 11-14 Prozent bietet er eine harte, verschleißfeste und sich selbst erneuernde Oberfläche über einem zähen, unzerbrechlichen Kern. Reines, elektrolytisch hergestelltes Mangan wird vor allem bei der Herstellung von Nichteisenlegierungen aus Kupfer, Aluminium, Magnesium und Nickel sowie bei der Produktion von hochreinen Chemikalien verwendet. Praktisch alle handelsüblichen Legierungen aus Aluminium und Magnesium enthalten Mangan zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der mechanischen Eigenschaften. Aluminiumdosen enthalten etwa 1,5 Prozent Mangan. (Ausführliche Informationen zur Gewinnung, Veredelung und Verwendung von Mangan finden Sie unter Manganverarbeitung.)

Alles natürliche Mangan besteht aus dem stabilen Isotop Mangan-55. Es existiert in vier allotropen Modifikationen; die komplexe kubische Struktur der sogenannten Alpha-Phase ist die bei normalen Temperaturen stabile Form. Mangan ähnelt in seiner allgemeinen chemischen Aktivität etwas dem Eisen. Das Metall oxidiert oberflächlich an der Luft und rostet in feuchter Luft. Es verbrennt an der Luft oder in Sauerstoff bei erhöhten Temperaturen, ebenso wie Eisen; es zersetzt Wasser langsam in der Kälte und schnell beim Erhitzen; es löst sich leicht in verdünnten Mineralsäuren unter Wasserstoffentwicklung und Bildung der entsprechenden Salze in der Oxidationsstufe +2.

Mangan ist ziemlich elektropositiv und löst sich sehr leicht in verdünnten, nicht oxidierenden Säuren. Obwohl es bei Raumtemperatur relativ unreaktiv gegenüber Nichtmetallen ist, reagiert es bei höheren Temperaturen mit vielen. So verbrennt Mangan in Chlor zu Mangan(II)-chlorid (MnCl2), reagiert mit Fluor zu Mangan(II)-fluorid (MnF2) und Mangan(III)-fluorid (MnF3), verbrennt in Stickstoff bei etwa 1.200 °C (2.200 °F) zu Mangan(II)-nitrid (Mn3N2) und verbrennt in Sauerstoff zu Mangan(II,III)-oxid (Mn3O4). Mangan verbindet sich auch direkt mit Bor, Kohlenstoff, Schwefel, Silicium oder Phosphor, aber nicht mit Wasserstoff.