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神奇的锰

 零壹贰012 2022-08-15 发布于湖北

文章转载自“地球杂志

我们的生活中有一种元素,很多地方都有它的身影,

从新能源电动车的电池到高铁的铁轨,从不锈钢保温水杯到计算机磁盘,

从农业所需的肥料到医药常用的消毒剂.

虽然它总是显得那么不起眼,

像一位无足轻重的配角,

事实上,这位“配角”却十分重要,它就是“锰”。

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锰元素

锰的利用历史及特性

人类对锰的利用有着悠久的历史。

古人早就发现了一种神奇的着色颜料——软锰矿

在我国黄河中游的仰韶遗址,

出土了大量特征鲜明的彩陶,

证明了七千年前的先民们早已开始使用软锰矿。

我国战国时期出土的铁箭、古希腊斯巴达人使用的武器中也发现了锰的身影。

中世纪的玻璃匠们还软锰矿去除天然玻璃中的颜色。

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软锰矿

人们真正地“认识”锰还要追溯到18世纪,

那时锰才作为一种新的元素被关注,

它的神秘面纱也被人类彻底揭开

瑞典科学家甘恩从他的朋友舍勒提纯过的软锰矿粉中,

提纯出一块未曾见过的金属块,

后来被命名为manganese,也就是“锰”。

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菱锰矿晶体

锰像个小淘气,性质非常活泼。

它的化合价有 2、 3、 4、 5、 6和 7,

不同价态的锰化合物会呈现出不同的颜色。

正因如此,含锰矿物也就因锰价态的多变而多姿多彩

比如含二价锰的菱锰矿呈粉红、深红色

蔷薇辉石呈浅粉、红色,含四价锰的软锰矿呈黑色

紫水晶就是因为水晶中含有铁锰而呈紫色,才具有宝气。

还有锰橄榄石、锰石榴石都会因为锰的加入,颜色更加丰富。

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蔷薇辉石

锰又像坚硬的鸡蛋壳,具有“坚而脆”的特点,

它不能单独构成结构材料使用,经常与它的“铁”哥们一起,

以锰铁合金的形式出现,在冶金行业,素有“无锰不成钢”之说。

它们的合作十分有趣:

锰含量比较低(2.5—3.5%)的低锰钢是脆弱的“玻璃心”,

但是如果是锰含量13%以上的高锰钢

那就是坚硬又富有韧性的“钢铁直男”。

这样的“钢铁直男”广泛用于军事工业,

常被用来做坦克的履带、防弹钢板等。

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锰锌铁的氧化物制成的计算机磁盘

锰也是个非常具有“亲和力”的小可爱,

它与氧、硫的亲和力都比较大,

所以锰是钢液的脱氧剂和脱硫剂。

除此以外,锰还与铜、铝、镁等金属合作

,真心实意地帮助“小伙伴”改掉缺点,

生成许多有工业价值的合金,如黄铜、铝锰合金、镁锰合金等,

锰可以提高这些合金的强度、耐磨性和耐腐蚀性。

锰矿的形成

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锰钢制成的钢轨

锰矿是如何形成的呢?

对于锰矿的形成过程,有两种不同的成矿说。

一种观点认为锰质来自于大陆风化,即锰的陆源汲取成矿说;

这种成矿过程主要分为大陆和海洋两个阶段。

大陆阶段中,陆地上的含锰岩石风化,大陆径流搬运进入海洋。

海洋阶段中,含锰物质在有机质参与的情况下海解,

成矿物质被海洋底水汲取,

在特殊的水环境条件中,聚集并淀积成矿。

另一种认为锰质来源于地球深处,即锰的“内源外生”成矿说。

认为构成海相沉积锰矿床的锰质,主要来自地球内部。

来自上地幔的锰物质进入地表海水,

会通过洋流、生物携带等方式运移,

并在适合的地区蕴集,使海水中的溶解锰浓度增高。

在水体深度适宜、弱氧化、弱碱性环境中,

溶解锰就能够转变成氧化锰颗粒悬浮于海水中,

然后在强大水压的作用下下沉到洋底并沉积下来。

锰矿的分布

全球陆地锰矿资源丰富,

据不完全统计,锰矿石的储量近410亿吨,

世界五大洲和四大洋均有锰矿床分布,

但要集中在南非、乌克兰,巴西、澳大利亚、中国、印度和加蓬。

这7个国家的锰矿储量占全球锰矿总储量的95.9%以上。

中国锰矿在全国24个省(区)有分布,

但主要分布在南方,

中广西、贵州、湖南三省(区)的资源储量占全国比例为76%以上。

锰矿成为维系国民经济正常运行的支柱性矿产,

也成为涉及国家资源安全的大宗紧缺关键性矿产。

加大锰矿勘查,开发利用好我国的锰矿,

对保障我国锰矿资源安全有着重大的战略意义。

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不代表中科院地质地球所立场

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