Le manganèse est un élément clé de la production de acier. Bien que classée comme un métal mineur, la quantité de manganèse produite dans le monde chaque année ne prend que du retard le fer, aluminium, cuivre, et zinc.
Propriétés
- Symbole atomique: Mn
- Numéro atomique: 25
- Catégorie d'élément: Métal de transition
- Densité: 7,21 g / cm³
- Point de fusion: 2274,8°F (1246°C)
- Point d'ébullition: 3741.8° F (2061 °C)
- Dureté Mohs: 6
Les caractéristiques
Le manganèse est un métal gris argenté extrêmement fragile et dur. Douzième élément le plus abondant de la croûte terrestre, le manganèse augmente la résistance, la dureté et la résistance à l'usure lorsqu'il est allié en acier.
C'est la capacité du manganèse à se combiner facilement avec le soufre et l'oxygène, ce qui le rend essentiel dans la production d'acier. La propension du manganèse à s'oxyder aide à éliminer les impuretés de l'oxygène, tout en améliorant la maniabilité de l'acier à des températures élevées en le combinant avec du soufre pour former un sulfure à point de fusion élevé.
Histoire
L'utilisation de composés du manganèse remonte à plus de 17 000 ans. Les peintures rupestres anciennes, y compris celles de Lascaux en France, tirent leur couleur du dioxyde de manganèse. Le manganèse n'est cependant isolé qu'en 1774 par Johan Gottlieb Gahn, trois ans après que son collègue Carl Wilhelm Scheele l'ait identifié comme un élément unique.
Le développement le plus important du manganèse est peut-être survenu près de 100 ans plus tard, lorsque, en 1860, Sir Henry Bessemer, suivant les conseils de Robert Forester Mushet, a ajouté du manganèse à son processus de production d'acier pour éliminer le soufre et oxygène. Il a augmenté la malléabilité du produit fini, lui permettant d'être roulé et forgé à des températures élevées.
En 1882, Sir Robert Hadfield a allié du manganèse à de l'acier au carbone, produisant le tout premier acier alliage, qui est maintenant connu sous le nom d'acier Hadfield.
Production
Le manganèse est principalement produit à partir de la pyrolusite minérale (MnO2), qui contient en moyenne plus de 50% de manganèse. Pour une utilisation dans l'industrie sidérurgique, le manganèse est transformé en alliages métalliques silicomanganèse et ferromanganèse.
Le ferromanganèse, qui contient 74 à 82% de manganèse, est produit et classé comme riche en carbone (> 1,5% de carbone), moyen en carbone (1,0-1,5% de carbone) ou faible en carbone (<1% de carbone). Tous les trois sont formés par fusion du dioxyde de manganèse, de l'oxyde de fer et du charbon (coke) dans un souffle ou, plus souvent, dans un four à arc électrique. La chaleur intense fournie par le four conduit à une réduction carbothermique des trois ingrédients, entraînant du ferromanganèse.
Silicomanganèse, qui contient 65-68% silicium, 14 à 21% de manganèse et environ 2% de carbone sont extraits des scories créées lors de la production de ferromanganèse à haute teneur en carbone ou directement du minerai de manganèse. En fondant du minerai de manganèse avec du coke et du quartz à des températures très élevées, l'oxygène est éliminé tandis que le quartz se transforme en silicium, laissant du silicomanganèse.
Le manganèse électrolytique, d'une pureté comprise entre 93 et 98%, est fabriqué par lixiviation du minerai de manganèse avec de l'acide sulfurique. L'ammoniac et l'hydrogène sulfuré sont ensuite utilisés pour précipiter les impuretés indésirables, notamment le fer, l'aluminium, l'arsenic, le zinc, conduire, cobalt, et molybdène. La solution purifiée est ensuite introduite dans une cellule électrolytique et grâce à un processus d'électro-extraction crée une fine couche de manganèse métallique sur la cathode.
La Chine est à la fois le plus grand producteur de minerai de manganèse et le plus grand producteur de matières raffinées au manganèse (à savoir ferromanganèse, silicomanganèse et manganèse électrolytique).
Applications
Environ 90 pour cent de tout le manganèse consommé chaque année est utilisé production d'acier. Un tiers de celui-ci est utilisé comme désulfurant et désoxydant, la quantité restante étant utilisée comme agent d'alliage.
Sources:
L'Institut international du manganèse. www.manganese.org
Association mondiale de l'acier.http://www.worldsteel.org
Newton, Joseph. Une introduction à la métallurgie. Deuxième édition. New York, John Wiley & Sons, Inc.