منگنر یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۲۵ و نماد Mn است. این عنصر در دوره چهارم جدول تناوبی و در گروه فلزات واسطه قرار دارد. منگنز در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی‌شود و معمولاً در مجاورت آهن است. کانی اصلی منگنز، پیرولوزیت است. یکی از کاربردهای مهم منگنر، آلیاژهای فلزی و به‌ویژه فولاد ضد زنگ است.
مصارف عمده منگنز
در حدود ۹۰ درصد منگنز مصرفي در جهان در صنايع متالورژيكي نظير توليد فولاد و آلياژهاي غير آهني مصرف مي شود. صنايع باتري سازي با مصرف ساليانه ۴۰ الي ۵۰ هزار تن، معادل ۷-۵ درصد كل مصرف در مقام دوم قرار مي‌گيرند.
سنگ منگنز عمدتاً براي توليد فرومنگنز، چدن و فولاد به مصرف مي رسد. علاوه بر مصارف متالورژيکي، منگنز کاربردهاي غير متالورژيکي متعددي نيز دارد که عبارتند از دي اکسيد طبيعي يا مصنوعي در باتريهاي خشک و شيميايي، سولفات و اکسي سولفات هاي منگنز در خوراک دام و افزودني هاي کودهاي گياهي در كشاورزي، پرمنگنات ( به عنوان اکسيد کننده)، صنايع کبريت سازي، سراميک، شيشه و آجر، الکترود جوشکاري، فروسيليکومنگنز، توليد فريت‌ها، تصفيه آب، هيدرومتالوژي، افزودني هاي سوخت و ساير كاربردهاي فرعي.
توليد فولاد و آلياژ:
مهمترين کاربرد منگنز در صنعت، تهيه آلياژهاي آهن و به عنوان ماده اساسي براي توليد چدن و فولاد مي باشد. منگنز بيشترين کاربرد را در توليد فولاد (فولادهاي کربن دار، آلياژ کم مقاومت، ضدزنگ ابزارآلات)، آلياژهاي غيرفولادي (آلياژهاي غيرآهني، فروآلياژها و چدن) دارد. فولاد بخصوص فولادهاي كربن دار بخش اصلي بازار منگنز را به خود را اختصاص مي‌دهد.
ميزان مصرف جهاني منگنز موجود در فرو آلياژها و به عنوان فلز در سال ۱۹۹۸ برابر ۵ تن ميليون بوده است. تقاضا براي منگنز در توليد آهن و فولاد در حدود ۸۸ درصد كل تقاضا را تشكيل مي‌دهد كه برابر ۴/۴ ميليون تن در سال است.
فولاد خام، محصول پايه اي است كه انواع فولادهاي كربن دار، ضد زنگ و آلياژ کم مقاومت از آن توليد مي‌شود. منگنز در اكثر فولادها حضور دارد. و مقدار آن معمولا در حدود ۱% وزني است. در فولادهاي ضد زنگ درصد منگنز تا ۲ درصد است، با اين وجود در بعضي از انواع خاص فولادها ممكن است تا ۱۹ درصد افزايش يابد. برآورد ميزان واقعي منگنز مورد نياز در صنعت فولاد به دليل گستردگي انواع و متغير بودن ميزان منگنز مصرفي در هر نوع خاص فولاد مشكل است. با اين وجود فولادهاي كربن دار با در حدود ۶/۱ درصد منگنز در تركيب خود،اصلي ترين نوع فولاد و بزرگترين بازار منگنز هستند.
در حدود ۹۵ – ۹۰% از توليد جهاني ماده معدني منگنز در صنايع متالوژيكي توليد فولادي معمولي، ريخته گري ها و ساخت فرو آلياژهاي مختلف به کار مي رود و عرضه و تقاضاي اين فلز نيز به عرضه و تقاضاي فولاد و فروآلياژ بستگي زيادي دارد.
اگر چه منگنز ارزان ترين فلز مورد استفاده در ساخت فروآلياژها ماسيوسولفيد مي باشد، دلايل مهم تري نيز در كاربردهاي وسيع آن در صنايع وابسته به آهن و فولاد وجود دارد. در سال ۱۸۵۶ ميلادي توسعه فرآيند فولاد سازي سبب رونق اقتصادي منگنز گرديد، بعدها رابرت هادفيلد موفق به كشف مزاياي فولادهاي با محتواي منگنزي بالا شد و امروزه نوعي فولاد با محتواي منگنز بالا فولاد هادفيلد شهرت دارد.
مقدار منگنز در فولاد به طور ميانگين ۷/۰ % ( و در بسياري از انواع فولادها ۵%) مي باشد وليكن انواع فولاد منگنزي که در حدود ۱۴ – ۱۰% منگنز دارند، به فولادهاي هادفيلد Hadfield steels معروفند. اين گونه فولاد ها به مقدار ناچيزي توليد مي شوند.
امروزه منگنز به صورت كانسنگ و يا به صورت فروآلياژهاي مختلف در فولاد سازي به كار مي رود كه در اين زمينه نقش هاي عمده منگنز عبارت خواهد بود از:
منگنز به عنوان احيا كننده و تميز كننده در فولاد مذاب به منظور حذف گوگرد و بهبود خواص فولاد مورد استفاده دارد و گوگرد و عناصر مزاحم را به خود جذب نموده و آنها را وارد سرباره مي کند.
منگنز به عنوان يكي از اجزاي آلياژي براي افزايش مقاومت، افزايش سختي و كاهش شكنندگي و رفتار حرارتي فولادها مي باشد. فروآلياژهاي منگنز براي جدا كردن گوگرد و اكسيژن زائد در كوره فولاد سازي به كار مي روند زيرا غلظت زياد گوگرد در فولاد، همگني آن را كاهش داده، باعث سهولت شكست آن مي گردد. لذا منگنز با گوگرد تركيب مي شود تا سولفيد منگنز موجود در سرباره را تشكيل دهد.
در صنعت فولاد، منگنز در اشكال مختلف كانسنگ و فروآلياژهاي فرو منگنز، اسپيگل ايزن- سيليكو منگنز و سيليكو اسپيگل- ايزن استفاده مي شود.
كانسنگ هاي منگنز مورد استفاده داراي عيار منگنز ۵۵-۳۸% مي باشند، گرچه در مواردي سنگ هاي با عيار ۳۰% نيز به كار مي روند. از آنجا كه عيار منگنز ۴۸% براي توليد فرومنگنز مورد نياز مي باشند. اين عيار به عنوان مبناي قيمت گذاري كانسنگ هاي منگنز فرض شده است.
اين كانسنگ داراي تركيب شيميايي زير مي باشد و به كانسنگ متالوژيكي منگنز معروفند.
Cu+Pb+2n<0/3%، p<0/19%، As<0/18%، Al2O3 + SiO2 <11%،
Al2O3 <7% , Fe<4%
منگنز اساساً براي کنترل ناخالصي هاي اکسيژن و سولفور در توليد فولاد به کار مي رود و باعث افزايش پايداري، سختي و استحکام فولاد مي شود.
منگنز در پوشش هاي مقاوم مانند ريل هاي راه آهن و تجهيزات معدني استفاده مي شود. اين فلز يک سازنده مهم در ترکيب آلياژهاي غير آهني به ويژه آلياژ آلومينيوم مي باشد.
آلياژهاي مسي با افزوده شدن مقدار ناچيزي منگنز پايدارتر مي شوند که در اين صورت برنزهاي منگنز نام دارند و همچنين در آلياژهاي مس براي اکسيدزايي نيز از منگنز استفاده مي شود.
آلياژهاي مس، منگنز و نيکل به عنوان آلياژهاي مقاوم الکتريکي به کار مي روند و ۱۰ % منگنز دارند و برخي آلياژها با منگنز بيشتر، داراي ضريب انبساط گرمايي بالايي هستند که در ساختمان ترموستات به کار مي روند. انواع مختلف منگنز براي ساخت پوشش هاي ميله جوشکاري مصرف مي شوند. در توليد آهن خام، منگنز به شكل سنگ خام و يا كلوخه (سينترشده) به كوره وارد مي‌شود. در توليد فولاد، منگنز به شكل كانسنگ، كنسانتره، فرو آلياژ و يا فلز خالص در خلال و يا در مرحله نهايي فرايند توليد مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
افزودن منگنز در فرايند توليد آهن خام تا حد يك درصد، علاوه بر بهبود خواص فيزيكي آهن خام به دليل حذف گوگرد، باعث افزايش راندمان در مرحله بعدي توليد فولاد، كاهش مصرف كمك ذوب‌ها و افزايش عمر مصالح نسوز كوره مي‌شود. نقش منگنز در زدودن گوگرد به اين صورت است كه تركيب منگنز و گوگرد موجود در سنگ آهن توليد سولفيد منگنز مي‌كند كه به راحتي توسط سرباره از كوره خارج شود. بعلاوه سولفيد منگنز ـ آهن كه در تركيب آهن باقي مي‌ماند به مراتب اثرات مضر كمتري از سولفيد آهن دارد. نحوه و تا حدودي ميزان افزودن منگنز بستگي به فناوري استفاده شده در توليد آهن و فولاد دارد. يكي از روشهاي معمول افزودن مستقيم سنگ آهن منگنزدار، سنگ منگنز كم عيار آهن دار و يا سرباره‌هاي منگنزدار برگشتي به كوره بلند است.
ميزان مصرف منگنز در فرايند فولاد توليد آهن خام وفولاد، بستگي به موارد زير دارد :
٭ ميزان فسفر موجود در آهن خام
٭ ميزان گوگرد و درصد منگنز موجود در سنگ آهن
٭ راندمان فرآيند گوگرد زدايي
٭ عيار منگنز در كانسنگ منگنز
٭ مقدار منگنز در سرباره
فرو آلياژهاي منگنز
عيار منگنز در سنگ معدن مورد نياز براي توليد فرومنگنز كمتر از عيار مورد نياز در صنايع شيميايي مي باشد.
