複合吹煉轉爐鍊鋼
[拼音]：meng
[英文]：manganese
元素符號Mn，銀白色脆性金屬，在元素週期表中屬ⅦB族，原子序數25，原子量54.938，常見化合價為+2和+7，但也有+3、+4、+6。
1774年瑞典礦物學家甘恩 (J.G.Gahn)和伯格曼(T.Bergman)幾乎同時各自用碳還原軟錳礦的方法制得金屬錳。因為軟錳礦具有磁性，以希臘文magnes(磁石)命名。1875年以後，歐洲各國開始用高爐生產含錳15～30%的鏡鐵和含錳達80％的錳鐵。1890年用電爐生產錳鐵，1898年用鋁熱法生產金屬錳。並發展了電爐脫矽精煉法生產低碳錳鐵。1939年開始用電解法生產金屬錳。
性質和用途
錳有四種同素異形體，α錳(體心立方)，β錳(立方體)，γ錳(面心立方)，δ錳(體心立方)；轉變溫度為:α
β，β
γ，γ
δ
純錳在常溫下不受氧、氮、氫的侵蝕，但在赤熱溫度以上與空氣中的氧及硫起猛烈反應。
錳是動植物機體中重要的微量組分，某些錳鹽可作為植物的微量元素化肥和動物飼料新增劑。錳的毒性不大。但是錳礦粉塵和錳蒸氣長期吸入肺部，可引起神經系統病害，甚至四肢癱瘓。
錳是脆性金屬，不能單獨作結構材料使用。主要以鐵合金形態用作鍊鋼脫氧劑或合金新增劑，也是良好的脫硫劑。每噸粗鋼平均消耗錳 6公斤左右。金屬錳則是優質鋼和銅、鎳、鋁、鎂等合金的脫氧劑或合金新增劑。鋼由於用錳脫氧，一般都含錳0.3～0.7％。鋼中加錳起細化結晶組織的作用，並因形成碳化物而提高強度，所以錳廣泛用於結構鋼、鋼軌鋼、彈簧鋼等方面。錳還起降低γ-α鐵轉變點的作用；在不鏽鋼中可以部分代替鎳(例如Cr18Mn8Ni5)；含錳 12％的奧氏體型高錳耐磨鋼具有極好的耐磨效能。在銅合金中，錳青銅 (Zn39％、Mn1％)有良好的強度和韌性，廣泛用作輪船螺旋槳和渦輪機葉片材料。銅鎳錳合金錳加寧(Manganin)是溫度係數很低的電阻材料。鑄造錳銅合金(高阻尼合金)，具有良好的結構強度和減振、消聲效能。彌散硬化型鋁鎂合金新增少量錳，可改善時效效能，並提高耐腐蝕性。此外二氧化錳及其他錳化合物廣泛用於乾電池、玻璃、陶瓷、醫藥、食品等工業。
70年代用於鋼鐵工業的錳，佔世界錳礦總開採量的95％以上（其中約98％用於鍊鋼），餘額半數用於有色金屬合金，半數用於電池、化學工業等。
資源
錳以氧化物、氫氧化物、矽酸鹽和碳酸鹽狀態廣泛分佈於世界各地。具有工業價值的錳礦物主要有軟錳礦(MnO2)、硬錳礦 (mMnO·MnO2·nH2O)、水錳礦(Mn2O3·H2O)、褐錳礦(Mn2O3)和黑錳礦(Mn3O4)。另外還有菱錳礦(MnCO3)和薔薇輝石(MnO·SiO2)等。由於錳的性質接近鐵、鈷、鎳，一般錳礦伴生有鐵、鈷、鎳等礦物，鐵礦中多數也含錳。蘊藏於海底的錳結核為錳、鎳、鈷的複合礦物。冶煉用錳礦一般要求含錳40～50％，錳鐵比大於7，磷錳比小於0.003。中國廣西、湖南、貴州等地區有錳礦儲藏，但以貧礦、難選礦居多，一般含錳僅30％左右，且含鐵、磷或SiO2較高，為選礦和生產優質錳合金帶來一定困難。
1979年世界各國錳的儲量和產量（中國除外）見下表。
世界金屬錳的生產能力（1978年）為：日本9600噸，美國32000噸，南非（阿扎尼亞）41500噸，法國8500噸。1981年歐洲市場錳礦價格(品位48～50％錳，＜0.1％磷)為:每噸度1.70～1.73美元(摺合81～86美元/噸礦)；金屬錳(電解產品，含錳＞99.95％)每噸680～685英鎊。
錳的生產
應用最廣的錳鐵、鏡鐵和錳矽分別用高爐或電爐冶煉。
金屬錳的生產採用鋁熱法、電熱法和電解法。鋁熱法必須採用優質錳礦作原料，且耗鋁多，成本高；電熱法工藝流程長，操作比較複雜；電解法則可用貧錳礦作原料獲得高純度的產品，得到廣泛應用。
鋁熱法
冶煉時，MnO2、Mn2O3、Mn3O4和MnO還原反應的反應焓-△H圏分別為 106.8、85.3、75.6和62.0千卡/摩爾(鋁)。通常金屬熱還原反應要求-△H圏大於72千卡/摩爾(鋁)，反應才能自動地進行。可見以MnO作原料時，熱量不夠，需要補充熱量；而用MnO2作原料時，反應又過於激烈，不易控制。用Mn2O3和Mn3O4作原料，能釋放足夠的熱量，且易於控制。冶煉時要用含雜質低的氧化錳礦，磨細後與約為理論需要量90％的鋁粒和相當於10～20％鋁量的石灰混合均勻後，用上部點火法冶煉。所得金屬錳產品含錳93～96％，甚至更高。錳含量也因原料而異。
電熱法
先用錳礦配加少量焦炭在電爐中進行控制還原，煉得低鐵、低磷的富錳渣(Mn>45％，P<0.030％，Fe30％)。最後用高矽錳矽合金和富錳渣配加石灰，在電弧爐內進行脫矽精煉，得到含錳93～97％的金屬錳。
電解法
生產金屬錳採用硫酸錳水溶液電解法。雖然錳的電解電動勢達－1.05伏，但由於氫在金屬錳上的過電壓，錳仍然可從中性溶液析出到固體陰極上。電解的重要條件是溶液中不含其他金屬雜質，所以硫酸錳溶液必須在電解前充分淨化。此外在陽極上有Mn2+ +2H2O－2e─→MnO2+4H+反應產生MnO2，所以必須採用隔膜電解槽。硫酸錳電解的工業生產流程見圖。
採用菱錳礦作原料時，可直接溶解於稀硫酸。如用氧化錳礦則須先經還原焙燒，把錳轉化為可溶的MnO。浸出（見浸取）一般利用電解後的陽極液，並配加硫酸，調節pH到2.5左右。浸出液經澄清過濾後用氨水、MnO2(可用陽極泥）或石灰乳中和到 pH為6.5，沉澱出氫氧化鐵、氫氧化鋁、二氧化矽、砷、鉬和鎳等雜質。濾液加硫化銨[(NH4)2S]或硫化氫(H2S)，將剩餘的微量鐵、砷、銅、鋅、鎳等再沉澱除去。同時加入少量硫酸亞鐵(FeSO4)除去膠體及硫化物。淨化液經貯液槽匯入電解槽。在貯液槽及輸送管道上引入SO2約0.1克／升以防止氧化。
電解槽用不鏽鋼作陰極，用鉛板(一般含Ag1％)作陽極。電解液經陰極室通過隔膜流入陽極室。帶有MnO2的陽極液從槽底流出。操作電壓約5伏，陰極電流密度450～500安/米2，溫度控制在34～37℃，電流效率 50～60％。入槽電解液濃度135～140克/升(NH4)2SO4，30～40克/升錳，pH為8.1～8.4。離槽陽極液一般含錳 3克／升左右，H2SO425～40克/升。從陰極取下的產品為2～3毫米的碎片，含錳99.9％以上。電解錳可直接作合金新增劑使用，也可以使之在氮氣流中加熱到1000℃，得到含氮6～7％的錳，用於煉高氮鋼；還可以與鋁壓制成錳鋁塊，用於製造鋁合金。
參考書目
R.S.Dean， Electrolytic Mang anese and Its Alloys，Ronald，New York， 1952.
福爾克特編，俞輝、顧鏡清譯：《鐵合金冶金學》，上海科學技術出版社，上海，1978。 （Durrer／Volkert，Metallurgie der Ferrolegierungen， 2．Auflage， Springer Verlag， Berlin，1972.）