Manganhaltiges Gestein auf einem Förderband

Manganhaltiges Gestein auf einem Förderband. (Bild: Sunshine Seeds - stock.adobe.com)

Casper ist im Weg. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven fanden den zehn Zentimeter kleinen Minikraken, als sie im Ostpazifik vor Hawaii nach Bodenschätzen suchten. Dort brüten der Knirps und seine Artgenossen in 4.000 Metern Tiefe ihre Eier ausgerechnet auf den Manganknollen aus, auf die es die Meereswissenschaftler abgesehen hatten.

Was ist Mangan?

Mangan ist ein chemisches Element. Es besitzt im Periodensystem die Abkürzung Mn und die Ordnungszahl 25. Es ist Teil der siebten Nebengruppe, die dem Rohstoff ihren Namen verdankt: die Mangangruppe. In manchen seiner Eigenschaften ähnelt es dem Eisen. Es zählt zu den Übergangsmetallen.

Mangan zählt zu den häufigeren Elementen in der Erdkruste. Mit einem Gehalt von 0,095 Prozent ist es ähnlich häufig wie Phosphor oder Fluor. Von den Übergangsmetallen kommen nur Eisen und Titan häufiger vor. Insgesamt ist Mangan das zwölfthäufigste Element.

Mangan kommt nicht elementar vor, sondern immer als Verbindung - etwa als Silikat oder Carbonat oder in Oxiden. Je nach Vorkommen unterscheiden sich die Eigenschaften: So ist zweiwertiges Mangan leicht wasserlöslich, während höhere Oxidationsstufen chemisch stabiler und damit auch schwerer löslich sind.

In der Natur ist der Rohstoff im sogenannten Braunstein zu finden. Diesen entdeckte vermutlich der österreichische Chemiker Ignatius Gottfried Kaim im Jahr 1770 als Manganlieferant. Überlieferungen zufolge war Kaim derjenige, der Mangan als erster als Element gewinnen konnte. Andere Quellen nennen den Schweden Johan Gottlieb Gahn als Entdecker. Beide reduzierten Braunstein mit Kohlenstoff zu Mangan. Daher leitete sich auch der erste Bezeichnung des Elements ab Mangan ab: Braunsteinkönig. Später wurde die lateinische Bezeichnung für Braunstein (manganesia nigra) gewählt, also Manganesium. Da Chemiker jedoch befürchteten, dass das Element mit Magnesium verwechselt werden könnte, wurde es zu Mangan(ium) abgekürzt.

Knappe 70 Jahre später im Jahr 1839 entdeckte Robert Forester Mushet, dass Mangan die Formbarkeit von Eisen verbessert.

Wie sieht Mangan aus?

Mangan ist silber- oder grauweiß, hart und sehr spröde. Es schmilzt bei 1.246 Grad Celsius, sein Siedepunkt liegt bei 2.100 Grad Celsius. Da Mangan unedel ist, reagiert es mit vielen Nichtmetallen, beispielsweise Sauerstoff. Mangan mit unterschiedlichen Oxidationsstufen hat verschiedene Farben. Beispielsweise sind dreiwertige Manganionen rot, vierwertige braun, fünfwertige blau, sechswertige grün und siebenwertige violett. Letzteres ist übrigens als Permanganat bekannt.

Aufgrund seiner Dichte von 7,47 g/cm3 zählt Mangan zu den Schwermetallen.

Weltweite Manganförderung als Balkendiagramm
Die Förderung von Mangan bleibt seit einigen Jahren fast konstant. (Bild: TECHNIK+EINKAUF mit Daten der USGS)

Wo wird Mangan gefördert?

Zwei der drei weltweit größten Förderländer von Mangan liegen in Afrika. Führend ist Südafrika mit 7,4 Millionen Tonnen Minenproduktion. Auf dem dritten Rang liegt Gabun (3,6 Millionen Tonnen). China (1,3 Millionen Tonnen) liegt auf dem undankbaren vierten Platz. Ukraine, Ghana und Indien liegen fast gleichauf.

Insgesamt förderten die Bergbauunternehmen 2021 weltweit rund 20,1 Millionen Tonnen Mangan laut US Geological Survey. Das bestätigt den weltweiten Trend seit 2004: Mit einigen Rückschlägen (2009 und 2016) geht es mit der Mangan-Produktion stetig aufwärts. Im Jahr 2021 zum ersten Mal die 20-Millionen-Tonnen-Marke durchbrochen. Für 2022 rechnet die USGS ebenfalls mit rund 20 Millionen Tonnen.

Zu den größten Mangan-Förderern gehören sowohl die Großen der Branche wie Vale oder die BHP Group, aber auch kleinere Minengesellschaften wie African Rainbow Minerals oder Aquila Resources, die zu 85 Prozent chinesisch ist und in Australien schürft. Ebenfalls in Australien ansässig sind Archer Materials oder De Grey Mining.

Balkendiagramm mit den größten Förderländern von Mangan
Welches Land produziert am meisten Mangan? (Bild: TECHNIK+EINKAUF mit Daten von USGS)

Größte Mangan-fördernde Unternehmen

Zuverlässige und vor allem vergleichbare Zahlen zur Manganproduktion (Erz bzw. raffiniertes Mangan) zu finden, erweist sich als schwierig.

Fest steht, dass das australische Bergbauunternehmen South32 zu den größten Manganproduzenten gehört. Das Unternehmen gibt eine Produktion für 2022 in Höhe von 5,653 Millionen Tonnen Manganerz an. Die beiden Minen liegen in Nordaustralien sowie in der Kalahari-Wüste in Südafrika. Höher liegt die Produktion von Eramet, einem französischen Bergbau- und Metallurgieunternehmen. Für 2023 weißt Eramet 7,4 Millionen Tonnen Manganerz aus. Die Minen liegen in Gabun, raffiniert wird das Metall in den USA, Europa (Norwegen, Frankreich) und in Gabun selbst.

Ebenfalls ein großer Player ist Assmang, einem Joint Venture von African Rainbow Minerals und Assore. Die Minen Nchwaning und Gloria liegen in Südafrikas Nordkap-Provinz. Die Raffinerien Cato Ridge und Sakura sind ebenfalls in Südafrika zu finden. Produktionszahlen gibt Assmang, bzw. ARM nicht bekannt. Die beiden Minen haben aber eine mögliche Produktionskapazität von 4,3 Millionen Tonnen (Angaben für 2020).

Auch die beiden Dickschiffe BHP und Vale sind im Mangangeschäft aktiv, geben aber keine Produktionszahlen an.

Reserven: Wo liegt das meiste Mangan?

Die bekannten Reserven von Mangan steigen seit 2019 rasant an. Lagen Sie 2019 noch bei rund 810 Millionen Tonnen, sind mittlerweile 1,7 Milliarden Tonnen Manganlagerstätten bekannt, die wirtschaftlich ausgebeutet werden könnten. Ein Großteil der bekannten , aber noch unerschlossenen Mangan-Vorkommen liegt in der Kalahari Südafrikas. Auch in der Brasilien, Australien, China und Gabun sowie der Ukraine finden sich größere Manganvorkommen. Sie sind also gleichmäßiger über die Welt verteilt als manch andere Rohstoffe, etwa Seltene Erden.

Balkendiagramm mit den weltweiten Manganreserven seit 2011
Es werden weltweit immer mehr Manganvorkommen entdeckt, die (Bild: TECHNIK+EINKAUF mit Daten der USGS)

Das sind aber lediglich die Mangan-Reserven an Land. In größeren Mengen kommt Mangan in sogenannten Manganknollen vor. Das sind knollenförmige, poröse Ansammlungen von Schwermetalloxiden in der Tiefsee. Sie enthalten bis zu 50 Prozent Mangan, daneben auch Kupfer, Nickel und Kobalt sowie geringere Mengen Titan, Molybdän, Lithium und Neodym. Der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) zufolge liegen auf dem Grund der Meere rund 40 Milliarden Tonnen Mangan.

Zwei Drittel der Unterwasserschätze finden sich dabei im Pazifik, 23 Prozent im Atlantik und elf Prozent im Indischen Ozean. Besonders dicht nebeneinander liegen die Knollen in der Clarion-Clipperton-Zone zwischen Mexiko und Hawaii, wo sich pro Quadratmeter bis zu 20 Kilogramm Mangan bergen ließen und Knollen mit einem Durchmesser von bis zu 20 Zentimetern gefunden wurden.

Ein Abbau dieser Manganknollen, auch zur Gewinnung der anderen Rohstoffe, wurde zeitweise intensiv untersucht, scheiterte bislang jedoch an hohen technischen Anforderungen und hohen Abbaukosten bei gleichzeitig vergleichsweise niedrigen Preisen für an Land abgebaute Metalle .Außerdem fehlt es an Fördertechnik, die in bis zu 6.000 Metern Tiefe unter enormem Druck und bei Temperaturen um den Gefrierpunkt über einen langen Zeitraum zuverlässig und wartungsfrei funktioniert.

Auch Umweltschutzverbände sprechen sich vehement gegen den Tiefseeabbau aus. Denn die ökologischen Folgen des Abbaus in der Tiefsee lassen sich derzeit noch nicht absehen.

Carsten Rühle, Leiter der Expeditionen, auf denen die BGR das deutsche Lizenzgebiet erkundet hat, rechnet deshalb damit, dass die Schätze in der Clarion-Clipperton-Zone erst in fünf bis zehn Jahren gehoben werden können. Bis dahin dürfen Casper und seine Freunde wohl weiterbrüten.

Balkendiagramm mit den Ländern mit den höchsten Mangan-Reserven
In welchem Land liegt das meiste Mangan versteckt? (Bild: TECHNIK+EINKAUF mit Daten der USGS)

Mangan-Verwendung: Wofür wird Mangan benötigt?

90 Prozent des geförderten Mangans wird in der Stahlindustrie verwendet, allerdings nicht als reines Mangan, sondern als Ferromangan, Spiegeleisen oder Silicomangan. Es wirkt desoxidierend und entschwefelnd. Stähle werden so rostfrei und härter. Mangan kann auch als Ersatz von Nickel bei der Veredelung von Stahl oder Legierungen dienen. Während normaler Stahl etwa ein Prozent Mangan enthält, sind es bei Manganstahl rund 13 Prozent. Derart gehärteter Stahl wird beispielsweise für Eisenbahnschienen, Lager oder Panzerschränke gefertigt.

Aber auch Nichteisenmetalle werden mit Mangan legiert, insbesondere Kupfer und Aluminium. Das sorgt für eine höhere Festigkeit und gleichzeitig Formbarkeit sowie eine bessere Korrosionsbeständigkeit der jeweiligen Metalle.

In elektrischen Messgeräten kommt Mangan ebenfalls zum Einsatz. Dabei wird es beispielsweise mit Kupfer und Nickel legiert (Manganin oder Konstantan) und führt zu einem Werkstoff mit einem sehr konstanten elektrischen Widerstand.

Kuchendiagramm mit den Anteilen, wie Mangan verwendet wird
Wie wird Mangan in der Industrie verwendet? (Bild: TECHNIK+EINKAUF mit Daten des EU Raw Material Information System)

Was ist eine Alkali-Batterie?

Eine Alkali-Batterie oder auch Alkali-Mangan-Zelle oder Alkaline genannt, ist der Nachfolger der Zink-Kohle-Batterie. Bei ihr besteht die innenliegende Anode aus Zink und Kaliumhydroxid als Elektrolyt. Die Kathode ist um die Anode herum angeordnet und besteht aus Mangandioxid. Wie bei der Zink-Kohle-Batterie liefern hier die Oxidation von Zink und die Reduktion von Mangandioxid die elektrische Energie.

Die häufigste Form der Alkaline ist die zylindrische Rundzelle (AA oder Mignon), es gibt sie aber auch in Form von Knopfzellen. Handelsübliche Alkali-Batterien sind in der Regel nicht wiederaufladbar, es gibt jedoch spezielle Zellen, die wiederaufladbar sind – sogenannte RAM-Zellen (Rechargeable Alkaline Manganese).

Zwischenzeitlich hatten Alkaline-Batterien einen schlechten Ruf. Denn früher – sogar bis in die 1990er-Jahre hinein – wurde in den Alkali-Mangan-Batterien Quecksilber verbaut. Für die chemische Reaktion war das irrelevant, es sollte jedoch das in der Anode verwendete Zink vor Korrosion schützen. Das passierte hauptsächlich durch den Kontakt des alkalischen Elektrolyts Kaliumhydroxid mit den Verunreinigungen im Zink (zum Beispiel Kupfer, Nickel oder Kobalt). Seitdem hochreines Zink (99,99 Prozent) verwendet wird, kann dieser Korrosionsschutz auch ohne Quecksilber erreicht werden.

Mangan für E-Autos

Aber auch für Batterien in E-Autos gewinnt Mangan an Bedeutung. Denn Akkus, in denen Mangan Hauptbestandteil der Kathode ist, könnten künftig die heute gebräuchlichen Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos ersetzen. Da Hersteller dabei auf teures Kobalt als Material für die Kathode weitgehend verzichten würden, könnten sie Akkus herstellen, die nicht viel mehr kosten als herkömmliche Bleisäure-Batterien. Gleichzeitig bieten Akkus auf Manganbasis aber eine höhere Energiedichte und damit größere Reichweite als Lithium-Ionen-Batterien, lassen sich in wenigen Minuten aufladen und verfügen nach über 50.000 Ladezyklen noch immer 92 Prozent ihrer anfänglichen Speicherfähigkeit.

BMW verwendet in seinem Elektrokleinwagen i3 daher Nickel-Kobalt-Mangan-Zellen. Der südkoreanische Elektronikkonzern LG beliefert Nissan, Chevrolet und künftig Opel mit der Technologie.

So hat sich die Opel-Mutter Stellantis Mangansulfat-Lieferungen für seine Batteriepacks von Element 25 gesichert. Der Rohstoff kommt aus einer westaustralischen Mine und soll ab 2026 fünf Jahre laufen. Das Gesamtvolumen liegt bei 45 Kilotonnen.

Darüberhinaus kommt Mangan auch als Bestandteil von Bronzelegierungen zum Einsatz. Da Manganbronze in Salzwasser nicht korrodiert, benötigen Werften die Legierung zur Produktion von Schiffsschrauben. Kleinere Mengen Mangan verarbeitet die chemische und pharmazeutische Industrie zudem zu Düngern, Färbe- sowie Desinfektionsmitteln.

Ist Mangan giftig?

Mangan ist nicht nur ein Rohstoff für die Industrie, es ist auch ein Spurenelement, das der menschliche Körper benötigt. Es ist einerseits essenziell, also lebensnotwendig, andererseits ist es bei einer zu hohen Dosierung giftig. Größere Mengen Mangan in Form von Nahrungsergänzungsmitteln können Nervenschäden verursachen, diese können sich auf die Atemwege oder das Gehirn auswirken.

Laut der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) ist eine zusätzliche Manganzufuhr über Nahrungsergänzungsmittel bis zu 4 mg täglich unkritisch. Wer Mangan in größeren Mengen aus Lebensmitteln, etwa gekeimtem Buchweizen, Spirulina oder Chlorella aufnimmt, kann sogar bis zu 10 mg pro Tag ohne toxische Auswirkungen aufnehmen, so die Verbraucherzentrale.

Wieviel kostet eine Tonne Mangan?

Seit Jahresbeginn 2024 legt Mangan eine regelrechte Preisrallye hin: Die Preise für 44-prozentiges Mangan-Erz haben sich seit Januar nahezu verdoppelt. Das liegt zum Teil daran, dass ein Zyklon die Bergbauanlage von Groote Eylandt Mining (GEMCO) in Nordaustralien im Golf von Carpentaria schwer beschädigt hat. Es wird sogar gemutmaßt, dass Auslieferungen bis 2025 nicht mehr über den nahen Hafen möglich sein sollen. Die GEMCO-Mine liefert ihr Erz an Manganhütten in Asien, und ist für rund 15 Prozent des weltweiten Angebots an hochgradigem Mangan verantwortlich.

Für Manganlegierungen werden vor allem Ferromangan- und Siliciummangan-Sorten nachgefragt. Am teuersten sind Manganflocken, auch EMM genannt (Electrolytic Manganese Metal) Sie besitzen einen Reinheitsgrad von 99,7 Prozent und werden mittels Elektrolyse hergestellt. Der Preistrend folgt dem der Stahlpreise, daher zeigte der von 2018 bis 2020 eher abwärts. Seitdem die Stahlpreise jedoch wieder steigen, wird auch Mangan wieder mit nach oben gezogen.

Bewegte sich der Preis für Manganmetallflocken auf der Metallhandelsplattform Metalshub im zweiten Quartal 2021 noch zwischen 2.269 und 2.903 Euro pro Tonne, stieg er im vierten Quartal auf eine Spanne zwischen 5.176 und 7.039 Euro pro Tonne. Die Daten stellt Metalshub aus den Handelspreisen auf der eigenen Plattform zusammen.

Die Deutsche Rohstoffagentur DERA gibt für die Jahre 2017 bis 2021 einen durchschnittlichen Preis für EMM von 2.268 US-Dollar an. Im Jahr 2022 betrug der Durchschnittspreis der Behörde zufolge bereits 3.167 US-Dollar pro Tonne. Die Daten der DERA stammen von Shanghai Metals Market (SMM).

2023 sank der durchschnittliche Manganpreis wieder. Durch den Zyklon in Australien und das damit einhergehende knappere Manganangebot, stieg der Manganpreis auf dem europäischen Spotmarkt im Mai wieder auf bis zu 2.115 US-Dollar pro Tonne.

Durchschnittlicher Preis für hochreine Manganmetallflocken

Balkendiagramm mit dem durchschnittlichen Manganpreis der letzten 6 Jahre
Wie teuer ist Mangan? (Bild: TECHNIK+EINKAUF mit Daten von DERA)

Ferromangan kommt auf einen Mangangehalt von 75 Prozent und besitzt einen hohen Kohlenstoffgehalt. Pro Tonne wurden laut Metalshub im zweiten Quartal des Boomjahres 2021 zwischen 1.106 und 1.310 Euro pro Tonne dafür fällig. Sechs Monate später waren es bereits zwischen 1.595 und 1.929 Euro, die Einkäufer für eine Tonne berappen mussten. Laut DERA, die sich auf Daten von Ferroalloynet beruft, betrug der durchschnittliche Preis für Ferromangan zwischen 2017 und 2021 1.141 US-Dollar pro Tonne. Im Jahr 2022 lag der Durchschnittspreis bei 1.265 US-Dollar. Hier hält sich der Preisanstieg also in Grenzen.

Siliziummangan kostete bei Metalshub im zweiten Quartal 2021 zwischen 1.217 und 1.460 Euro pro Tonne und schraubte sich im vierten Quartal auf eine Spanne zwischen 1.643 und 1.731 Euro pro Tonne hoch. Für Siliziummangan veröffentlicht die DERA keine Preise.

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Einkauf Rohstoff Mangan

Beschreibung · chemisches Element ‚Mn‘ mit der Ordnungszahl 25
· silberweißes, hartes und sehr sprödes Metall
· fast ein Prozent der Erdkruste bestehen aus Mangan. Dabei kommt das Element nur in Verbindung mit anderen Mineralen vor. Lediglich in Meteoriten wurde reines Mangan gefunden
Verwendung · Legierungsbestandteil bei der Stahlherstellung
· Als Material für Kathoden in Batterien und Akkumulatoren
· Düngemitteln
· Farbstoffen
· In Form von Permanganat bei der Herstellung von Desinfektionsmitteln
Größte Förderländer · China
· Südafrika
· Australien
Größte manganfördernde Unternehmen (2016) · South32
· Eramet Gruppe
· African Rainbow Minerals
· Consolidated Minerals Ltd.
· Vale
· Jupiter Mines
Vorhandene Reserven* 810 Millionen Tonnen
Vorhandene Ressourcen** 5.990 Millionen Tonnen
Statistische Reichweite der Reserven 34 Jahre
Statistische Reichweite der Ressourcen 289 Jahre
Recyclingquote gering
Substituierbarkeit In Legierungen ist Mangan nicht substituierbar.
Bergbauförderung von Mangan 2019 79 Millionen Tonnen.

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, US Geological Survey

*Reserven = aktuell bekannte, mit der vorhandenen Technologie rentabel ausbeutbare Vorkommen

**Ressourcen = aktuell bekannte, aber noch nicht rentabel ausbeutbare Vorkommen

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