Karakteristik, Ekstraksi dan Aplikasi Logam Mangan

Mangan merupakan unsur kimia dengan lambang Mn dan mempunyai nomor atomik 25. Mangan juga merupakan logam transisi, dengan konfigurasi elektron [Ar] 3d⁵ 4s². Berat atomiknya 54,938 gr, dengan massa jenis 7,21 gr/cm³. Titik leleh sekitar 1246^OC dan jari-jari atomik 127 pm. Struktur kristalnya adalah BCC. Mangan murni berwarna abu-abu keperakan.

Mangan adalah unsur yang sering ditemukan di bumi sebagai unsur murni, atau berikatan dengan besi. Sebagai unsur murni, mangan adalah logam yang penting dalam industri pembuatan baja tahan karat. Seperti besi, mangan juga berada dalam keadaan oksidasi beragam, namun yang paling banyak ditemukan adalah +2, +3, +4, +6, dan +7.

Kandungan mangan di bumi adalah sekitar 1000 bpj (0,1%) dari kerak bumi, membuatnya menjadi unsur terbanyak ke-12 yang ada. Tanah mengandung 7-9000 bpj mangan dengan rata-rata 440 ppm. Air laut hanya mengandung 10 bpj mangan. Mangan umum ditemui dalam mineral pirolusit (MnO₂) dan braunit (Mn₆SiO₁₂).

Pirolusit

Untuk mengolah mangan murni, dilakukan proses hidrometalurgi, yakni proses leaching dengan asam sulfat dan dilanjutkan proses elektrometalurgi, yakni proses elektrowinning guna mencapai kemurnian yang tinggi (~99%).

Aplikasi mangan murni sekarang sudah memudar, dimana mangan digunakan sebagai elektroda pada sel kering (baterai), namun sekarang perannya sudah mulai tergeser oleh teknologi lithium. Pada aplikasi lain, seperti kebutuhan akan mangan fosfat, mulai bisa digantikan dengan seng atau bahkan vanadium. Aplikasi terpenting lainnya pada mangan adalah dalam pembuatan kalium permanganat. Kalium permanganat merupakan agen oksidasi yang sangat kuat dengan alga dan bakteri, membuatnya dapat digunakan dalam pemurnian air mium dan pengolahan limbah. Larutan ini juga dapat digunakan sebagai agen penghilangan bau, seperti pada pembuangan pabrik cat, pabrik pengolahan ikan.

Jadi, penggunaan utama mangan adalah sebagai elemen paduan dengan logam lainnya, besi dan aluminum. Mangan memegang peranan penting dalam produksi besi baja karena kemampuannya dalam desulfurisasi, deoksidasi, dan pengaruhnya dalam karakteristik besi baja. 85-90% permintaan mangan di dunia digunakan sebagai elemen paduan. Sebagai contoh, salah satu faktor penting dalam pembuatan baja tahan karat yang rendah biaya adalah mangan.

Proses metalurgi mangan tidak berbeda jauh dengan proses metalurgi besi, kecuali butuh suhu yang lebih tinggi (lebih dari 1200^OC) untuk bisa mereduksi oksida mangan. Logam mangan pertama kali diproduksi dengan sebuah proses aluminotermik pada tahun 1898. DI awal abad 20, beberapa industri komersial mulai melirik produksi logam ini. Proses elektrolisis mangan mulai diperkenalkan pada tahun 1940 dan 14 tahun kemudian pabrik skala industri mulai didirikan. Mangan dihasilkan melalui elektrolisis larutan sulfat dan dijual dalam bentuk sebruk yang diambil dari pelepasan (stripping) deposit pada katoda. Elektrotermik mangan dengan kemurnian sekitar 93-98% pertama kali diproduksi dalam skala industri di Perancis.

Sedikit kandungan mangan akan meningkatkan kemampuan kerja (workability) baja pada suhu tinggi, karena mangan akan membentuk sulfida dengan titik lebur yang tinggi dan mencegah terbentuknya cairan sulfida besi pada batas butir. Jika kandungan mangan mencapai 4%, akan terjadi peningkatan pada sifat kerapuhan pada baja, namun dengan meningkatnya kandungan mangan, sifat kerapuhan ini akan menurun dan mencapai tingkat yag dapat diterima pada 8%. Baja dengan kandungan 8-15% mangan memiliki kekuatan tarik yang tinggi mencapai 863 MPa.

Sedangkan pada aluminum, kandungan mangan sekitar 1,5% meningkatkan ketahanan terhadap korosi karena pembentukan butir yang mampu menyerap pengotor yang menjadi penyebab korosi galvanis. Paduan aluminium 3004 dan 3104 yang tahan korosi dengan kandungan mangan 0,8-1,5% digunakan sebagai kaleng makanan dan minuman. Pada tahun 2000, lebih dari 1,6 juta ton paduan alumunium ini digunakan, dan dengan kandungan mangan 1%, berarti dibutuhkan 16.000 ton mangan.

Paduan antara besi dengan paduan utama mangan disebut ferromangan, dengan kriteria kandungan mangan minimal sekitar 30-80%. Paduan ini diproduksi dengan mencampurkan ore besi dan mangan, seperti hematit dan pirolusit dengan karbon dalam bentuk batu bara atau kokas. Pencampuran ini bisa dilakukan pada tanur tinggi atau sebuah tanur yang menyerupai tanur listrik, yakni submerged arc furnace. Oksida yang telah dimasukkan akan mengalami reduksi karbotermal pada tanur dan menghasilkan ferromangan. Ferromangan biasa digunakan sebagai deoksidasi pada produksi baja.

Mangan memiliki peranan penting dalam pembuatan baja karena menurunkan suhu dimana austenit berubah menjadi pearlit, dan menghindari terjadinya pengendapan sementit pada batas butir ferit, dan meningkatkan kehalusan pada struktur pearlit. Kekuatan dan ketangguhan baja tergantung pada ukuran butir dan fraksi volum yang mengandung pearlit. Elemen paduan, termasuk mangan juga berkontribusi pada pengerasan pada ferit, namun lebih terbatas dibandingkan dengan efek karbon, nitrogen, fosfor bahkan silikon.

Mangan juga meningkatkan respon baja terhadap pendinginan cepat karena efeknya pada suhu transformasi. Mangan juga lemah dalam pembentkan karbida. Kedua hal ini menjadi hal yang menguntungkan pada baja yang diberikan perlakuan panas secara khusus. Efek lain dari mangan adalah kemampuannya menstabilkan austenit pada baja, seperti juga nikel. Meski mangan tidak sekuat nikel dalam menciptakan kestabilan austenit, tetapi mangan memiliki keuntungan dari segi finansial, yakni jauh lebih ekonomis dibanding nikel. Untuk meningkatkan efek mangan pada pembentukan austenit juga dapat digunakan nitrogen, yang merupakan elemen pembentuk austenit.