Les applications chimiques du manganèse


Le manganèse - de symbole Mn - est l'un des éléments chimiques les plus polyvalents. Bien qu'il s'agisse d'un métal, le manganèse n'est jamais utilisé en tant que tel, mais constitue une matière première nécessaire à une multitude d'applications.
Le nom de "manganèse" provient du fait que certains de ses dérivés chimiques présentent des propriétés magnétiques.
A partir du minerai de manganèse à haute teneur extrait au Gabon, de nombreux produits variés tels que MnO2 (NMD-Natural Manganese Dioxide, EMD-Electrolytic Manganese Dioxide, CMD-Chemical Manganese Dioxide), Mn3O4, MnSO4, MnO, MnCO3, Mn(NO3)2, MnCl2, LiMn2O4 sont commercialisées sur les cinq continents.


Principes de production du manganèse et de ses dérivés

  • Le manganèse est préparé à partir d'un minerai riche en oxydes (MnO2 ou Mn2O3) par aluminothermie, ou à partir de sulfate par électrolyse. La seconde méthode permet d'obtenir du manganèse pur à plus de 99%.

  • Le mancozèbe est un complexe de zinc et de manèbe contenant 20 % de manganèse et
    2,55 % de zinc.
    Il est produit par réaction d'une solution concentrée de sulfate de zinc avec une suspension aqueuse de manèbe.

  • Le manèbe est obtenu par réaction de l'éthylène-diamine avec du disulfure de carbone en présence d'hydroxyde de sodium ou d'ammonium, suivie d'un traitement par des sels de manganèse.

  • Le MMT ou manganèse tricarbonyle (méthylcyclopentandiényl) est formé par réaction entre le méthylcyclopentadiène et le manganèse carbonyle.
    Une autre méthode consiste à faire réagir du bromure de cyclopentadiénylmagnésium avec du chlorure de manganèse. Le bis-cyclopentadiénylmanganèse obtenu réagit avec du monoxyde de carbone en formant du tricarbonyle. Celui-ci est ensuite méthylé en présence d'un catalyseur pour former le MMT.

  • L'acétate de manganèse est obtenu par l'action de l'acide acétique sur l'hydroxyde de manganèse.


  • Le carbonate de manganèse est présent naturellement dans l'environnement (rhodochrosite).

    Il peut aussi être produit suivant plusieurs méthodes :

    •par traitement hydrométallurgique du minerai de fer manganoferreux,
    •par précipitation résultant de l'addition de carbonate de sodium à une solution de sel de manganèse,
    •à partir de sulfate de manganèse par précipitation avec des carbonates de métaux alcalins ou avec des carbonates d'hydrogène.

  • Le chlorure de manganèse est obtenu par réaction entre l'acide chlorhydrique dilué et des oxydes de manganèse (monoxyde, dioxyde ou trioxyde) ou par chloration directe de manganèse ou de ferromanganèse.

  • L'oxyde de manganèse est formé par réduction du dioxyde de manganèse dans l'hydrogène ou en chauffant du carbonate de manganèse, sans air.


  • Le dioxyde de manganèse peut être produit

    a - par des méthodes strictement chimiques :

    •oxydation de sels ou de monoxyde de manganèse,
    •décomposition thermique de nitrate de manganèse (méthode permettant d'obtenir un produit de pureté élevée),
    •décomposition thermique/oxydation de carbonate de manganèse,

    b - par une méthode électrochimique dans laquelle le minerai dioxyde de manganèse est réduit en monoxyde. Celui-ci réagit avec l'acide sulfurique en formant une solution de sulfate de manganèse dont l'électrolyse permet d'obtenir du dioxyde de manganèse.

  • Le tétraoxyde de manganèse est naturellement présent dans l'environnement (hausmannite). Il peut être obtenu en chauffant d'autres oxydes de manganèse à une température supérieure à 950 °C en présence d'air ou en oxydant dans l'air (à une température de 30 à 100 °C en présence de sels d'ammonium) une suspension aqueuse de manganèse métal finement divisée.

  • Le sulfate de manganèse est formé par action de l'acide sulfurique sur l'hydroxyde, le carbonate, l'oxyde, ou le minerai de manganèse.
    Le sulfate de manganèse est également un sous-produit de la fabrication de l'hydroquinone.


    Utilisations

    Plus de 90% du "Mn" produit dans le monde est utilisé sous forme de ferro-alliages, principalement dans la sidérurgie.
    Le manganèse est utilisé sous différentes formes et est indispensable à l'industrie chimique pour la fabrication de piles, d'engrais, de pigments et de divers réactifs, comme les permanganates.
    Le minerai de manganèse et l’aggloméré sont utilisés principalement dans la fabrication de ferro-alliages, ferromanganèse et silico-manganèse, destinés à la sidérurgie et aux fonderies. Mais le manganèse trouve aussi de nombreux débouchés dans la chimie


  • Le manganèse entre dans la composition de nombreux alliages :

    •avec le fer : ferromanganèses, ferromanganèses carburés utilisés dans les aciers spéciaux et dans l'affinage de l'acier, fonte manganée.

    •avec le cuivre : bronze au manganèse utilisé pour les hélices de bateaux, manganineutilisée pour les résistances électriques, laiton au manganèse utilisé dans la construction navale pour sa résistance à l'eau de mer,

    •avec le titane : pour les moulages d'acier,
    •avec le nickel : pour la malléabilité,
    •avec l'aluminium : alliages employés dans l'industrie automobile (résistants à la rupture),
    •avec le silicium, le cobalt, le zinc, l'étain, le bismuth : alliages légers dans lesquels le manganèse améliore les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion,
    •avec le chrome, le molybdène, le nickel : pour la fabrication d'aciers spéciaux dont l'acier inoxydable.



    Les durcisseurs pour l’aluminium sont des produits pouvant, selon les références, associer du fer, de l’aluminium, du chrome et du manganèse. Ils se présentent sous forme de briquettes et sont utilisés pour la fabrication de cannettes, mais aussi dans la production de film aluminium fins, ou encore de câbles électriques.

    Le chrome électrolytique est utilisé dans la production d’alliages et de superalliages destinés à l’industrie aéronautique, aux turbines à gaz ou à d’autres applications industrielles. Aussi, la société française Aubert & Duval est le 2ème producteur mondial de pièces produites par matriçage de haute puissance, destinées aux secteurs de l’aéronautique et des turbines à gaz. Ces pièces peuvent être à base d’aciers de hautes performances, de titane, d’aluminium ou de superalliages.


    Le chrome électrolytique sert aussi, sous forme carburée ou nitrurée, dans des solutions pour le traitement de surface, le soudage et diverses autres applications.

    Sous forme d’oxyde, de sulfate, de nitrate ou de carbonate, le Mn est utile dans les fertilisants, les fongicides, l’alimentation animale.


  • Le mancozèbe est utilisé comme fongicide pour les fruits, les légumes, les noix, les plantes d'ornement et pour traiter les champs agricoles.
    Il est utilisé contre le mildiou, la rouille (pommes de terre, tomates, céréales) et le brunissement des feuilles (céleri, concombres, betteraves, baies diverses).
    Il est utilisé en application sur les feuilles ou pour le traitement des graines.

  • Le manèbe est également employé comme fongicide. Son domaine d'utilisation est sensiblement le même que celui du mancozèbe.

  • Le MMT ou tricarbonyl (méthylcyclopentandiényl) manganèse a été utilisé à la place du plomb comme additif aux carburants pour augmenter l'indice d'octane.

  • L'acétate de manganèse est employé en teinturerie, en tannerie, dans les engrais, les siccatifs (peinture et vernis). Il est également utilisé dans la préparation de bistre de manganèse.

  • Le carbonate de manganèse est utilisé dans la synthèse d'autres sels de manganèse, dans la préparation de composants électroniques pour les téléviseurs et les ordinateurs.
    MnCO3, MnO, Mn3O4 se retrouvent dans des composants high-tech tels que les ferrites doux et les capaciteurs.


    Le carbonate de manganèse est également employé comme complément alimentaire pour animaux et entre dans la composition de produits thérapeutiques.

  • Le chlorure de manganèse est employé dans la synthèse du MMT. Il est utilisé en teinturerie, pour la purification du gaz naturel et dans les batteries électriques. Il est également employé pour la préparation d'alliages avec le magnésium (dureté et résistance à la corrosion élevées).

  • L'oxyde de manganèse est utilisé pour l'impression de textiles, en chimie analytique, comme catalyseur pour la fabrication d'alcool allylique, dans l'industrie des céramiques et du verre. Il est également employé dans l'alimentation animale, dans les fertilisants agricoles et pour le blanchiment du suif.

    De nombreux sels et oxydes de manganèse peuvent également être utilisés dans des applications telles que traitement de surface des métaux, catalyse, soudure, additifs pour industrie pétrolière, pharmacie, pigments …

    Sels et oxydes de manganèse




  • Le dioxyde de manganèse constitue la matière première pour la fabrication de manganèse métal et d'alliages manganésiens employés en métallurgie.

    Il est employé pour la fabrication des piles sèches, notamment des piles alcalines, comme oxydant ou catalyseur d'oxydation en synthèse organique ;
    Le manganèse est indispensable à l'industrie chimique pour la fabrication de piles. C’est ainsi que certaines usines a l’instar d’Eramet Manganèse, se sont spécialisées dans la production du bioxyde de manganèse électrolytique destiné a la fabrication des piles alcalines.

    Piles électriques

    Energie portable : LiMn2O4 et EMD ( Electrolytic Manganese Dioxide ), NMD (Natural Manganese Dioxide) : MnO2 se retrouvent dans les piles primaires (alcalines et salines) et les piles secondaires (rechargeables)

    Le dioxyde de manganèse est également employé comme agent de coloration pour le verre, la porcelaine, la faïence, la céramique, les briques et les tuiles.
    Il est également utilisé dans la fabrication d'électrodes de soudage et de matériels électroniques tels que les ferrites et employé comme siccatif pour peintures et vernis.

  • Le tétraoxyde de manganèse est employé dans la fabrication de matériels électroniques, notamment les semi-conducteurs.

  • Le sulfate de manganèse sert à fabriquer d'autres dérivés de manganèse. Il est d'autre part utilisé pour l'impression des textiles, pour l'émaillage rouge des porcelaines, dans l'industrie du verre.

    Il est également employé comme fertilisant pour les sols (vigne, tabac), comme complément alimentaire pour les animaux et en médecine vétérinaire.