Марганец

Марганец, элемент, химический знак Mn, атомный вес 55, в металлическом виде в природе не встречается; в виде же окислов, водных и безводных, в виде углекислой закиси марганец (марганцовый шпат), силикатов, фосфорнокислых солей и др. довольно распространен в земной коре, однако встречается в гораздо меньшем количестве, чем близкий к нему элемент железо. Марганцовые руды, которые служат  материалом для добывания марганца, суть перекись марганца и различные промежуточные окислы, содержащие больше кислорода, чем закиси марганца; наичаще встречаются: пиролюзит (МnO₂), псиломелан (МnО МnO₂), браунит (Мn₂O₃), вод (водный манганат). В марганцовых рудах всегда содержатся небольшие примеси окислов многих элементов, в числе которых могут находиться и редкие. Употребляются марганцовые руды не только для добывания марганца и его сплавов, но и для многих других надобностей. Металлический марганец, не содержащий углерода, технически готовится по способу Гольдшмидта восстановлением его из окисла алюминием, например:

Мn₂O₃ + 2Аl = 2Мn + Аl₂O₃.

Для этого лучше всего брать закись-окись марганца в виде порошка и смешать с алюминием в виде зернистого порошка; смесь помещается в гессенский тигель, изнутри выложенный магнезией; для возбуждения реакции, смесь зажигается лентой магния, воткнутой в порошковатый магний. Вследствие большого сродства алюминия к кислороду, реакция восстановления марганца протекает без всякого подогревания на счет теплоты реакции; восстановленный марганец выплавляется в виде королька на дне тигля. Алюминий следует смешивать с порошком марганцового окисла в пайных количествах, требуемых по теории; избыток Аl надо избегать, так как тогда получается сплав алюминия с марганцем. Можно марганец восстановить из руд углем, подобно железу. Например, Девиль получил чистый марганец в своей печи, исходя из чистой перекиси марганца, полученной искусственно. Сперва она прокаливается и превращается в Мn₃O₄ (закись-окись); эта последняя смешивается с таким количеством угля из сахара, которого недостаточно для восстановления всего марганца, и смесь прокаливается в двойном известковом тигле. Металл получается в виде порошка на дне тигля. Для технического добывания марганца восстановлением углем приходится брать природные окислы Мn. Такую плавку производят в тиглях с плавнем, в состав которого входят бутылочное стекло, известь и фтористый кальций. Металл получается при этом нечистый, содержащий углерод, кремний и железо. Внешний видь металлического марганца различен, смотря по способу его приготовления. В сплавленном виде это серое вещество с металлическим блеском, похожее на светло-серый чугун. Из амальгамы получается в виде черного порошка или серого пористого вещества. Марганец  тверже железа, чертит стекло и сталь, вместе с тем так хрупок, что толчется в ступке. Плавится около 1300°. Чистый марганец на воздухе довольно постоянен; марганец же, содержащий углерод, легко окисляется. При нагревании на воздухе быстро покрывается закисью-окисью марганца (Мn₃О₄). Разбавленные кислоты растворяют Мn с выделением водорода и образуют соли марганца.

Применение марганца. В чистом виде Мn не находит применения; но он легко сплавляется с другими металлами и в виде сплавов находит употребление. Например, он легко сплавляется с медью, хромом. Вследствие легкой сплавляемости с медью, он особенно ценится при изготовлении марганцовой бронзы. Бронза с 5% Мn и 95% Сu плотно отливается и обладает большей механической прочностью. Чистый марганец также употребляется для приготовления специальной марганцовой стали. 

Сплавы марганца с железом. Марганец  сплавляется с железом во всех пропорциях. В технике употребляются сплавы их разного состава, обыкновенно они содержат еще углерод в различных количествах, некоторые еще кремний. Эти сплавы можно разделить на 4 группы: ферроманган, зеркальный чугун, марганцовую сталь и силикошпигель. Ферроманган (железо-марганец) с большим содержанием Мn, большей частью 60-90%; получается обыкновенно в домнах из железо-марганцовых и железных руд восстановлением при помощи кокса. Марганец труднее восстанавливается, чем железо, а потому для получения ферромангана требуется более высокая температура. Кроме Мn и Fe, в ферромангане содержится всегда углерод, немного кремния и фосфора. Содержание углерода: 4-7,6%; углерод в химически связанном виде. Цвет ферромангана серебристо-белый; при изломе в горячем виде на нем появляются радужные цвета вследствие окисления. Сплавы эти вообще хрупки и тем более, чем больше содержат марганца. Употребляются, когда нужно ввести марганец в металлическую ванну, не вводя много углерода, главным образом для получения мягкого железа и стали при бессемеровании, томасировании и мартеновании. Силикошпигель – это сплав железа с марганцем и кремнием, содержащий до 30% Мn и от 8 до 12% кремния. Употребляется для получения стальных отливок без раковин в мартеновском и других способах получения стали. Зеркальный чугун, представляющий сплав железа с Мn и С, содержит не более 20% Мn; получается в домнах при выплавке железа из железных руд, заключающих много Мn, или из смеси железных и марганцовых руд. Зеркальный чугун содержит большей частью 5-20% Мn и 4-5% С. Углерод химически связан. Зеркальному чугуну присущ крупнокристаллический излом на котором видны блестящие, иногда довольно значительные плоскости, пересекающиеся под различными углами. Он очень хрупок и легко разбивается молотком, но при царапании тверд. Употребление зеркального чугуна – в производстве стали по способу Бессемера, Мартена и тигельной. Марганцовая сталь представляет сплавы железа с Мn, содержащие мало углерода. Литые железо и сталь почти постоянно содержат небольшие количества Мn, а потому, строго говоря, тоже могут считаться «марганцовой сталью». Но это название применяется лишь к сплавам, в которых содержание Мn не слишком мало. Марганцовая сталь, содержащая от 12 до 15% Мn и 1— 1,5% С, носит название стали Гадфильда; она представляет значительное сопротивление ударам и изнашиванию и применяется для изготовления частей, подверженных ударам, например, железнодорожных стрелок, денежных шкафов, дробилок. Марганцовая сталь с малым содержанием Мn (не более 6%) и углерода может вполне заменить при некоторых технических применениях никелевую сталь, как более дорогую. О добыче марганца см. XV, 496, приложение, 3/5 и ХХIIІ, 76. См.: П. Н. Любавин, «Техническая химия», т. IV.

Е. Орлов.