|  | ||||||
0,095 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit mangaan; het is het 12e element in rangorde van voorkomen.
Men treft het aan in meer dan 300 mineralen. De belangrijkste zijn:
Mangaan wordt vaak aangetroffen als nevenbestanddeel van ijzer- en zinkertsen. Ook op de zon en in meteorieten is mangaan aangetoond. Men neemt aan dat de aardkern voor ca. 1,5 % uit mangaan bestaat. De paarse kleur van de edelsteen amethist wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van mangaan.
Ook komt mangaan voor in de zogenoemde mangaanknollen op de oceaanbodem. Deze knollen bevatten - naast ijzer, nikkel, kobalt en koper - 1,5 tot 50 % mangaan. Mangaanverbindingen worden uit mangaanhoudend gesteente in colloïdale toestand meegevoerd door het water. De voorraad op de oceaanbodem wordt geschat op minimaal 1.1012 ton. Er komt jaarlijks ongeveer 1.107 ton bij. De mogelijkheden voor commerciële winning van mangaan (en andere metalen) uit deze knollen worden onderzocht. Voor exploitatie volgens de klassieke methode moeten mangaanertsen minstens 35 % mangaan bevatten.
De belangrijkste wingebieden liggen in Oekraïne, China, Zuid-Afrika, Brazilië, Gabon, India, Georgië, Ghana, Australië, Japan en Zuid-Marokko.
De naam is afgeleid van Magnesia, een deel van de Griekse provincie Thessalië, waarvan ook het Griekse woord voor magneet, magnes, is afgeleid. Mangaan is de afkorting van manganesium (in het Frans, manganèse, in het Engels manganese), de oude naam voor het element. Deze naam werd gegeven vanwege magnetische eigenschappen van het mineraal pyrolysiet, een mineraal dat reeds in de Oudheid bekend was en in de tijd van de Farao's gebruikt werd om glas te maken. De naam magnesium is eveneens afgeleid van Magnesia. Om verwarring met de namen te voorkomen, werd besloten manganesium af te korten tot mangaan.
Mangaan werd in 1740 ontdekt als niet-ontleedbare stof door J.H. Pott en in 1774 door C.W. Scheele en T. O. Bergman.
Bruinsteen (MnO2) werd in de Romeinse tijd reeds door Plinius beschreven, maar is tot in de 18e eeuw beschouwd als een afwijkend soort ijzererts.
In 1774 slaagde J.H. Gahn er - op aanwijzingen van C. W. Scheele - in door het verhitten van bruinsteen (MnO2) met koolstof en olie wat metaal te verkrijgen. De zuiverheid ervan was niet groot.
Zuiver metallisch mangaan werd pas in 1930 verkregen door elektrolyse van mangaan(II)zouten.
Mangaan wordt meestal niet in zuivere vorm bereid, maar als mengsel met onder andere ijzer of silicium. Mengsels van bruinsteen en ijzererts worden met cokes gereduceerd. Het mengsel dat ontstaat kan als metaal worden gebruikt of wordt bij de staalproductie toegevoegd aan ruw ijzer om de juiste samenstelling van de legering te bereiken.
Vrij zuiver mangaan wordt bereid door bruinsteen (MnO2) eerst om te zetten in Mn3O4 en dit vervolgens te reduceren met aluminiumpoeder:
3 Mn3O4 + 8 Al → 4 Al2O3 + 9 Mn
Door elektrolyse van mangaan(II)zouten wordt zuiver mangaan verkregen.
De wereldproductie bedraagt ongeveer 20.106 ton per jaar.
Staal: railwissel, gereedschap, wielas, kluis, ploegijzer
Voor al deze toepassingen wordt Hadfieldstaal gebruikt. Dit is een staalsoort die - naast ijzer - tot 14 % mangaan en 1,25 % koolstof bevat en die wordt toegepast in situaties waar hoge eisen gesteld worden aan schokbestendigheid en slijtvastheid. Deze staalsoort is zeer bestand tegen weersinvloeden, hard en niet-magnetisch.
Ook voor tralies en deuren in gevangenissen wordt deze staalsoort gebruikt. Bij gebruik van vijlen treedt plaatselijk een verharding van het metaal op en wordt de vijl onbruikbaar.
Ongeveer 75 % van de mangaanproductie wordt gebruikt voor de bereiding van legeringen.
Batterij
Mangaandioxide (bruinsteen) wordt toegepast in de cel van Leclanché (de klassieke batterij). Deze cel bestaat uit een zinken omhulsel gevuld met onder meer bruinsteen (MnO2), een koolstaafje of koolpoeder en ammoniumchloride, dat voor een goede geleiding van de stroom zorgt. Aan de polen van de batterij treden de volgende reacties op:
+ pool: 2 MnO2 + 2 H2O + 2 e- → 2 MnO(OH) + 2 OH-
- pool: Zn → Zn2+ + 2 e-
met als volgreactie:
Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2
Het gevormde zinkhydroxide kan bruinsteen "vergiftigen". Dit wordt voorkomen doordat de in overmaat aanwezige ammoniumchloride het gevormde hydroxide wegneemt onder vorming van zinkdiammine-complex:
Zn(OH)2 + 2 NH4+ → Zn(NH3)22+ + 2 H2O
De cel is niet oplaadbaar, heeft een spanning van 1,5 V en kent een breed scala aan toepassingen. Deze batterijsoort wordt meer en meer vervangen door de alkalinebatterij, die volgens hetzelfde principe werkt.
Meststof
Mangaan is een zeer belangrijk (sporen)element voor vele planten, in het bijzonder in de teelt van groenten en citrusvruchten. Om tekort aan mangaan te voorkomen, wordt aan de meststof mangaansulfaat (MnSO4) of mangaanacetaat {Mn(CH3COO)2} toegevoegd.
Ook voor dieren is het een onmisbaar sporenelement bij de opname van vitamine B1.
Glas
Glas krijgt door toevoeging van bruinsteen (MnO2) een violette, bruine of zwarte kleur. De kleur is afhankelijk van de bereidingswijze en de samenstelling van het glas. De kleuring van het glas wordt veroorzaakt door metaalionen en colloïdaal verdeelde metalen. Ook de specifieke violette kleur van amethist wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van sporen mangaanverbindingen.
In andere situaties kan glas dat licht groen gekleurd is door aanwezigheid van ijzerverbindingen juist ontkleurd worden door toevoeging van mangaanverbindingen.
Zwart pigment
Een donkerbruine of zwarte kleur in keramische materialen (onder andere in stenen en tegels) wordt veroorzaakt door toevoeging van bruinsteen, veelal in combinatie met andere metaaloxiden, zoals die van ijzer en chroom. Steenbakkerijen zijn grootverbruikers van bruinsteen.
Ook worden sommige soorten bakstenen gekleurd met bruinsteen. Het geeft de stenen een bijzondere kleur. Soms wordt dit soort stenen aangeduid als mangaansteen.
Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element) of als legering:
as, drilboor, plaatveer, baggerwerktuigen, plaat voor bepantsering (o.a. Hadfieldstaal met 13 % Mn, 1,5 % Si)
bimetaal in thermostaat (manganine: 72 % Mn, 18 % Cu, 10 % Ni)
brons (toevoegen van mangaan - 5 tot 15 % - verhoogt de weerstand tegen corrosie; bijv. voor schroeven, stuurinrichting e.d. die bestand moeten zijn tegen zeewater)
constructiestaal voor toepassingen met hoge belasting (staal met 1,5 % Mn)
elektrische weerstand (Mn, Ni, Cu)
fietsframe (licht en sterk; Al, Mn)
kogelmolen (om hard materiaal te verpulveren)
metallurgie (defosfateren)
roestvrij en zeer hard staal (met 10 - 15 % Mn, 8 - 10 % Cr)
tandwiel voor geruisarme overbrenging (80 % Mn, 20 % Cu)
vliegtuigen (o.a. voor de Concorde; “Al-2000” met o.a. Al en Mn)
Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding):
algenbestrijding in waterwerken KMnO4 bleekmiddel voor klei KMnO4 bleekmiddelactivator in wasmiddel Mn-complex controle waterkwaliteit KMnO4 drinkwaterzuivering (tabletten voor militairen en kampeerders) KMnO4 MnO2 droogmiddel (siccatief) in verf/lak Mn(CH3COO)2 MnCl2 MnO2 etsmiddel voor rubber en plastics KMnO4 ferrietantenne MnFe2O4 gasmaskers MnO2 geneesmiddel desinfectiemiddel MnSO4 KMnO4 mondspoeling bij angina KMnO4 tegen anemie MnCl2 tegengif bij cyanidevergiftiging KMnO4 tegen mangaantekort MnCl2 MnSO4 groen pigment (bijv. in fresco's) BaMnO4 houtbeits KMnO4 MnSO4 krachtvoer (toevoeging) MnSO4 MnCO3 leerlooien Mn(CH3COO)2 pigment violet, onder andere in cosmetica mangaanammoniumdifosfaat roze in porselein MnSO4 blauw in cement, keramiek, glas, kunststof en lak BaMnO4 / BaSO4 BaSO4.Ba3(MnO4)2 zwartbruin in porselein, aardewerk, olieverf MnO(OH) MnO2 stimulans voor voeding wegens katalytische eigenschappen MnO2 tegen parasieten bij vissen KMnO4 vuurwerk MnO2.