Mn/Mangaan

Naam

De naam mangaan vind zijn oorsprong in Magnesia, een gebied in de Griekse provincie Thessalië. Ook het Griekse woord voor magneet, magnes, is daarvan afgeleid. Overigens is mangaan niet magnetisch!

In Magnesia werden verschillende mineralen aangetroffen: magnesia negra (zwart) en magnesia alba (wit). Dat laatste bleek het metaal te bevatten dat we tegenwoordig magnesium noemen. Uit het zwarte materiaal (tegenwoordig noemen we dat pyrolusiet) werd mangaan geïsoleerd. Hoe die extra n in de naam is geslopen is onduidelijk. De oudste beschrijving van manganesa komt van de laat zestiende-eeuwse Italiaanse wetenschapper Michele Mercati. Hij schreef het werk Metallotheca, dat pas in 1717 werd gepubliceerd.

Ons woord mangaan is weer een soort afkor­ting voor manganesium, de oorspronkelijke naam voor het element. Deze afkorting zorgt voor een duidelijker onderscheid met magnesi­um (element 12).

Ontdekking

De Duitse chemicus Johann Heinrich Pott stelde al in 1740 dat het mineraal pyrolusiet een nieuwe ‘aarde’ (oxide) bevatte. Tot dan toe werd er van uitgegaan dat het ijzerachtig mineraal zou zijn. Pott maakte kaliummanganaten door het mineraal te mengen met kaliloog (kaliumhydroxide). Uit de kleuren die hij daarbij zag leidde hij af dat er geen ijzer in zat.

De Oostenrijkse chemicus Ignatius Gottfried Kaim publiceerde in 1770 onderzoek waarbij hij (onzuiver) mangaan produceerde via behandeling met ‘zwarte flux’ – waarschijnlijk houtskool. Bekender is Johann Gottlieb Gahn (foto), de Zweedse chemicus/metallurg die in 1774 op vergelijkbare wijze metallisch mangaan maakte door reductie van het oxide met koolstof. Gahn, die samenwerkte met zijn landgenoten Carl Wilhelm Scheele en Tobern Olaf Bergman, wordt tegenwoordig als de ontdekker van mangaan beschouwd.

Voorkomen

Het menselijk lichaam bevat ongeveer twaalf milligram mangaan, vooral in de botten, de lever en de nieren. Mangaan staat op plaats 25 van elementen die in het lichaam voorkomen

In de aardkorst is mangaan het op elf na meest voorkomende element. Het aandeel bedraagt 0,095 % op basis van gewicht.

Mangaan is te vinden in meer dan driehonderd mineralen. De belang­rijk­ste zijn:

Mangaan is ook vaak aanwezig in ijzer- en zinkert­sen.

Winning

De belangrijkste wingebieden liggen in Oekraïne, China, Zuid-Afrika, Brazilië, Gabon, India, Georgië, Ghana, Austra­lië, Japan en Zuid-Marokko. Mangaanerts is volgens de reguliere technieken te exploiteren bij een mangaangehalte van minstens 35 %.

Een andere geschikte bron lijken de zogenoemde mangaanknol­len (foto) die op de oceaanbodem voorkomen. Deze bevatten – naast ijzer, nikkel, kobalt en koper – 1,5 tot 50 % mangaan. De commerciële winning van mangaan (en andere meta­len) uit deze knollen is onderwerp van onderzoek. De voorraad op de oceaanbodem wordt geschat op minimaal 1.1012 ton.

Ook op de zon en in meteorieten is mangaan aangetoond. Men neemt aan dat de aard­kern voor ongeveer anderhalf procent uit mangaan bestaat.

Bereiding

Vroeger

De Zweedse chemicus/metallurg Johann Gottlieb Gahn maakte in 1774 metallisch mangaan door reductie van het oxide met koolstof. Het was niet bijzonder zuiver. Pas in 1930 werd echt zuiver mangaan verkregen door elektrolyse van mangaan(II)zouten.

Tegenwoordig

Bij de huidige mangaanproductie bereidt men meestal niet het zuivere metaal, maar legeringen met bijvoorbeeld ijzer, of ook wel silicium. In het geval van ijzer worden bruinsteen en ijzererts met cokes geredu­ceerd. Het product is ferromangaan, dat direct als metaal is te gebruiken. Maar het wordt vooral bij de staalpro­ductie toegevoegd aan ruw ijzer om de juiste samenstelling te bereiken.

Uit mangaanerts als bruinsteen (MnO₂) is zuiver mangaan te verkrijgen door het eerst om te zetten in Mn₃O₄ en dit vervolgens te reduceren met aluminiumpoeder:

$3 {\mathrm{Mn}}_3{\mathrm{O}}_4 + 8 \mathrm{Al} \to 4 {\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3 + 9 \mathrm{Mn}$

Ook elektrolyse van mangaan(II)zouten levert zuiver mangaan op.