錳鐵合金

英文:manganese-iron alloy 釋文:是以錳礦石為原料冶煉而成的合金。 冶煉不同類型的錳系鐵合金,對礦石中的錳含量和錳鐵比值的要求如表:用於煉鋼生鐵、含錳生鐵、鏡鐵的礦石,鐵含量不受限制,礦石中錳和鐵的總含量最好能達到40%~50%。

基本信息

磷在鋼鐵產品中屬有害元素,因而對合金中的磷含量有嚴格限制,合金中磷來源於錳礦石和焦炭,要求錳礦石中磷愈低愈好,如:錳矽合金即低碳錳鐵、中碳錳鐵,錳礦石中的P/Mn<0.0025;電爐錳鐵,錳礦石中的P/Mn<0.005;高爐錳鐵,錳礦石中的P/Mn<0.006。入爐錳礦石的含硫量,一般以不超過1%為宜;高硫錳礦石需進行脫硫處理。

錳礦

在現代工業中,錳及其化合物套用於國民經濟的各個領域。其中鋼鐵工業是最重要的領域,用錳量占90%~95%,主要作為煉鐵和煉鋼過程中的脫氧劑和脫硫劑,以及用來製造合金。其餘10%~5%的錳用於其他工業領域,如化學工業(製造各種含錳鹽類)、輕工業(用於電池、火柴、印漆、制皂等)、建材工業(玻璃和陶瓷的著色劑和褪色劑)、國防工業、電子工業,以及環境保護和農牧業,等等。總之,錳在國民經濟中具有十分重要的戰略地位。

礦物原料特徵

錳是元素周期表中第四周期的第七族元素。在自然界中錳有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及Ⅶ價態,其中以Ⅱ和Ⅳ價態最為常見。錳在空氣中非常容易氧化。在加熱條件下,粉狀的錳與氯、溴、磷、硫、矽及碳元素都可以化合。錳在地球岩石圈中以及矽酸鹽相的隕石中表現有強烈的親石性質,但在岩石圈上部則有強烈的親氧性質,錳與鐵在岩石圈中以及隕石中雖有許多相似的化學性質,但錳並不親鐵。

在自然界中已知的含錳礦物約有150多種,分別屬氧化物類、碳酸鹽類、矽酸鹽類、硫化物類、硼酸鹽類、鎢酸鹽類、磷酸鹽類等。但含錳量較高的礦物則不多。現就幾種常見的錳礦物敘述如下。

軟錳礦

四方晶系,晶體呈細柱狀或針狀,通常呈塊狀、粉末狀集合體。顏色和條痕均為黑色。光澤和硬度視其結晶粗細和形態而異,結晶好者呈半金屬光澤,硬度較高,而隱晶質塊體和粉末狀者,光澤暗淡,硬度低,極易污手。比重在5左右。軟錳礦主要由沉積作用形成,為沉積錳礦的主要成分之一。在錳礦床的氧化帶部分,所有原生低價錳礦物也可氧化成軟錳礦。軟錳礦在錳礦石中是很常見的礦物,是煉錳的重要礦物原料。

硬錳礦

單斜晶系,晶體少見,通常呈鍾乳狀、腎狀和葡萄狀集合體,亦有呈緻密塊狀和樹枝狀。顏色和條痕均為黑色。半金屬光澤。硬度4~6,比重4.4~4.7。硬錳礦主要是外生成因,見於錳礦床的氧化帶和沉積錳礦床中,亦是錳礦石中很常見的錳礦物,是煉錳的重要礦物原料。

水錳礦

單斜晶系,晶體呈柱狀,柱面具縱紋。在某些含錳熱液礦脈的晶洞中常呈晶簇產出,在沉積錳礦床中多呈隱晶塊體,或呈鮞狀、鍾乳狀集合體等。礦物顏色為黑色,條痕呈褐色。半金屬光澤。硬度3~4,比重4.2~4.3。水錳礦既見於內生成因的某些熱液礦床,也見於外生成因的沉積錳礦床,是煉錳的礦物原料之一。

黑錳礦

四方晶系,晶體呈四方雙錐,通常為粒狀集合體。顏色為黑色,條痕呈棕橙或紅褐。半金屬光澤。硬度5.5,比重4.84。黑錳礦由內生作用或變質作用而形成,見於某些接觸交代礦床、熱液礦床和沉積變質錳礦床中,與褐錳礦等共生,亦是煉錳的礦物原料之一。

褐錳礦

四方晶系,晶體呈雙錐狀,也呈粒狀和塊狀集合體產出。礦物呈黑色,條痕為褐黑色。半金屬光澤。硬度6,比重4.7~5.0。其他特徵與黑錳礦相同。

菱錳礦

三方晶系,晶體呈菱面體,通常為粒狀、塊狀或結核狀。礦物呈玫瑰色,容易氧化而轉變成褐黑色。玻璃光澤。硬度3.5~4.5,比重3.6~3.7。由內生作用形成的菱錳礦多見於某些熱液礦床和接觸交代礦床;由外生作用形成的菱錳礦大量分布於沉積錳礦床中。菱錳礦是煉錳的重要礦物原料。

硫錳礦

等軸晶系,常見單形有立方體、八面體、菱形十二面體等,集合體為粒狀或塊狀。顏色鋼灰至鐵黑色,風化後變為褐色,條痕呈暗綠色。半金屬光澤。硬度3.5~4,比重3.9~4.1。硫錳礦大量出現在沉積變質錳礦床中,是煉錳的礦物原料之一。

用途與技術經濟指標

錳礦產品包括冶金錳礦、碳酸錳礦粉、化工用二氧化錳礦粉和電池用二氧化錳礦粉等。使用錳礦產品的冶金部門、輕工部門和化工部門根據不同的用途對錳礦產品有不同的質量要求。

冶金工業對錳礦石的質量要求

用於煉鋼生鐵、含錳生鐵、鏡鐵的礦石,鐵含量不受限制,礦石中錳和鐵的總含量最好能達到40%~50%。

在冶煉各種牌號的錳系合金中,對礦石的含錳量和錳鐵比值有一定的要求。冶煉中、低碳錳鐵,礦石含錳量36%~40%,錳鐵比6~8.5,磷錳比0.002~0.0036;冶煉碳素錳鐵,礦石含錳量33%~40%,錳鐵比3.8~7.8,磷錳比0.002~0.005;冶煉錳矽合金,礦石含錳量29%~35%,錳鐵比3.3~7.5,磷錳比0.0016~0.0048;高爐錳鐵,礦石含錳量30%,錳鐵比2~7,磷錳比0.005。

化工及輕工部門對錳礦石的質量要求

化學工業上主要用錳礦石製取二氧化錳、硫酸錳、高錳酸鉀,其次用於製取碳酸錳、硝酸錳和氯化錳等。化工級二氧化錳礦粉要求MnO2含量大於50%(表3.3.3),制硫酸錳時,Fe≤3%、Al2O3≤3%、CaO≤0.5%、MgO≤0.1%;制高錳酸鉀時,Fe≤5%、SiO2≤5%、Al2O3≤4%。

天然二氧化錳是製造乾電池的原料,要求MnO2含量越高越好。對Ni、Cu、CO、Pb等有害元素一般廠定標準為:Cu<0.01%、Ni<0.03%、Co<0.02%、Pb<0.02%。礦粉的粒度要小於0.12mm。

礦業簡史

錳礦物的利用歷史十分悠久,據文獻記載,世界上利用錳礦物最早的國家有埃及、古羅馬、印度和中國。我國利用錳礦物的歷史可追溯到距今約4500~7000年前後新石器時代的仰韶文化(彩陶文化)時期。由於軟錳礦呈土狀,它的顏色呈黑色,極易染手,在古人看來,這是一種奇妙的陶器著色顏料。

可是錳元素的發現卻比較晚,到1774年才由瑞典礦物學家甘恩(J.G.Gahn)從軟錳礦中還原出了金屬錳。

錳在鋼鐵工業上的套用是各國冶金學家幾十年不懈努力的結果。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。

最早開採的錳礦山是美國田納西州惠特福爾德(Whitifeld)錳礦,始采於1837年,到1884年錳礦石年產量已達4萬t。印度也是開採錳礦較早的國家之一,始采於1892年。第一次世界大戰前,印度出口錳礦石一直居世界首位。1928年以後其地位被原蘇聯所取代。從本世紀20年代末原蘇聯的錳礦石產量一直居世界領先地位。此外,開採錳礦石比較早的還有巴西、加納、澳大利亞、南非和加彭等國。

我國錳礦的地質找礦工作開始得也比較早,據所見資料,從1886年開始,並於1890年首先在湖北興國州(今陽新)發現錳礦,隨後於1897年和1907年又先後在湖南發現安仁、攸縣和常寧、耒陽錳礦;1910年發現廣西防城大直、欽州黃屋屯錳礦;1913年和1918年,前後發現了湖南湘潭上五都錳礦(1937年改稱為湘潭錳礦)和廣西木圭、江西樂華錳礦。我國老一輩地質工作者,如朱庭祜、王曉青、田奇玲王雋、李殿臣、李四光等等對湖南、廣東、廣西、江蘇、江西等地做了大量錳礦地質調查,初步了解了我國一些錳礦產地及其錳礦石質量,探討了錳礦床的成因。

大規模的錳礦地質勘查工作是在新中國成立以後。從1950年廣西工業廳對桂平木圭錳礦、華東地測處對南京棲霞錳礦、西南工業廳對貴州遵義錳礦進行勘查開始,經過近50年廣大地質工作者的努力,到1996年底,全國錳礦地質勘查投入約6.8億元,機械岩心鑽探工作量約190多萬m,累計探明錳礦石6.48億t。

我國最早開採的錳礦山是湖北陽新錳礦,始采於1890年,後因質量不佳,不久即行停采。陽新錳礦停采後,漢冶萍煤鐵廠礦公司為了解決錳礦原料,於1908年在湖南常寧曲潭設常耒錳礦採運局,開採常寧—耒陽一帶錳礦。1913年在湖南湘潭上五都發現錳礦後,1914年即由新組建的裕?礦業公司負責開採,到1917年已初具規模,日產錳礦石百餘噸,最高年產達3萬t,僅1916~1927年的12年間,運銷日本八幡制鐵所的錳礦石就達14.3萬t(礦石品位不低於45%)。

據查閱資料表明,1949年以前全國曾開採過錳礦的地區有:湖北、湖南、廣西、廣東、江蘇、江西、福建、貴州、河北和遼寧。據不完全統計,從1912年到1945年的33年間,我國共開採錳礦石140萬t(表3.3.5),年均產量4.2萬t,最高年產7.43萬t(1927年),主要集中於桂、湘、贛、遼、粵、蘇6個省(區),合計135.8萬t,約占全國總產量的96.8%,其中又以桂、湘兩地為最多,占全國總產量的65.4%。

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