Mangan

Förekomst, användning och egenskaper

Mangan i kombination med andra grundämnen är allmänt förekommande i jordskorpan. Mangan är näst efter järn bland övergångselementen i sin förekomst i jordskorpan; det liknar i stort sett järn i sina fysikaliska och kemiska egenskaper men är hårdare och sprödare. Det förekommer i ett antal betydande fyndigheter, av vilka de viktigaste malmerna (som huvudsakligen är oxider) främst består av mangandioxid (MnO2) i form av pyrolusit, romanechit och wad. Mangan är viktigt för växternas tillväxt och deltar i assimileringen av nitrater i gröna växter och alger. Det är ett viktigt spårämne i högre djur, där det deltar i många enzymers verkan. Brist på mangan orsakar testikelatrofi. Ett överskott av detta grundämne i växter och djur är giftigt.

Manganmalm produceras främst av Australien, Sydafrika, Kina, Gabon och Brasilien. Stora delar av havsbotten är täckta av manganknölar, även kallade polymetalliska knölar, konkretioner av mangan med en del järn, kisel och aluminium. Mängden mangan i nodulerna beräknas vara mycket större än den som finns i landreserver.

Det mesta av den mangan som produceras används i form av legeringar av ferromangan och silikomangan för järn- och ståltillverkning. Manganmalm som innehåller järnoxider reduceras först i masugnar eller elektriska ugnar med kol för att ge ferromangan, som i sin tur används vid ståltillverkning. Genom att tillsätta mangan, som har en större affinitet för svavel än järn, omvandlas den lågsmältande järnsulfiden i stålet till högsmältande mangansulfid. Stål som tillverkas utan mangan går sönder när det varmvalsas eller smids. Stål innehåller i allmänhet mindre än 1 procent mangan. Manganstål används för mycket tuff användning; det innehåller 11-14 procent mangan och ger en hård, slitstark och självförnyande yta över en hård, okrossbar kärna. Ren mangan som framställs elektrolytiskt används främst vid framställning av icke-järnlegeringar av koppar, aluminium, magnesium och nickel samt vid tillverkning av kemikalier med hög renhetsgrad. Praktiskt taget alla kommersiella legeringar av aluminium och magnesium innehåller mangan för att förbättra korrosionsbeständigheten och de mekaniska egenskaperna. Aluminiumburkar innehåller cirka 1,5 procent mangan. (För detaljerad information om utvinning, raffinering och användningsområden för mangan, se manganbearbetning.)

Alla naturliga mangan är den stabila isotopen mangan-55. Den finns i fyra allotropa modifikationer; den komplexa kubiska strukturen i den så kallade alfafasen är den form som är stabil vid vanliga temperaturer. Mangan påminner något om järn i allmän kemisk aktivitet. Metallen oxiderar ytligt i luft och rostar i fuktig luft. Den brinner i luft eller syre vid förhöjda temperaturer, liksom järn, bryter ner vatten långsamt i kallt tillstånd och snabbt vid upphettning och löser sig lätt i utspädda mineralsyror med väteutveckling och bildning av motsvarande salter i oxidationstillstånd +2.

Mangan är ganska elektropositiv och löser sig mycket lätt i utspädda icke oxiderande syror. Även om det är relativt oreaktivt mot icke-metaller vid rumstemperatur reagerar det med många vid förhöjda temperaturer. Sålunda brinner mangan i klor för att ge mangan(II)klorid (MnCl2), reagerar med fluor för att ge mangan(II)fluorid (MnF2) och mangan(III)fluorid (MnF3), brinner i kväve vid cirka 1 200 °C för att ge mangan(II)nitrid (Mn3N2), och brinner i syre för att ge mangan(II,III)oxid (Mn3O4). Mangan kombineras också direkt med bor, kol, svavel, kisel eller fosfor men inte med väte.