一种高纯化学二氧化锰的制备方法技术

本申请涉及一种高纯化学二氧化锰的制备方法，涉及二氧化锰制备技术的领域，其包括以下步骤：取硫酸锰溶于水配置成溶液，用稀硫酸调节溶液pH值至3.4

【技术实现步骤摘要】
一种高纯化学二氧化锰的制备方法


[0001]本申请涉及二氧化锰制备技术的领域，尤其是涉及一种高纯化学二氧化锰的制备方法。

技术介绍

[0002]二氧化锰亦称为四价锰的氧化物，化学式为MnO2，常温下二氧化锰为稳定的黑色或棕黑色粉末状固体，作为一种两性过渡金属氧化物主要存在于软锰矿中。二氧化锰具有独特的性能，在众多领域有广泛应用。二氧化锰是重要的电极材料，广泛应用碱锰电池、锌锰电池、镁锰电池、锂锰电池等化学电源中。此外，二氧化锰作为一种多功能精细无机试剂，在纳米材料、高级催化剂等新兴领域具有广阔应用前景。
[0003]目前多采用电解法制备高纯度的二氧化锰，但电解二氧化锰(EMD)成本高，产品质量不稳定，已经不能满足迅猛发展的电池工业对优质二氧化锰的需求。而化学二氧化锰的性能接近于电解二氧化锰，生产成本低，且化学二氧化锰的粗产品和优质品均具有良好的放电性能，二氧化锰纯度越高，产品的放电性能会增强。但是当前制备的化学二氧化锰不能达到很高的纯度，这在一定程度上制约了化学二氧化锰的应用。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本申请提供一种高纯化学二氧化锰的制备方法，以期提高化学二氧化锰的纯度，进而提升其在各领域的应用。
[0005]一种高纯化学二氧化锰的制备方法，包括以下步骤：S1、取硫酸锰溶于水配置成溶液，用稀硫酸调节溶液pH值至3.4
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4.1，加热至50
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70℃搅拌反应2
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5h，滤除沉淀收集滤液；S2、取步骤S1中收集的滤液，低温浓缩至硫酸锰浓度为135
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150g/L，滤除沉淀收集滤液；S3、取步骤S2中的滤液调节pH值至7.2
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7.8，升温至50
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65℃保温反应5
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6h，滤除沉淀收集滤液；S4、取步骤S3中滤液调节pH值至9
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12，50
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60℃水浴搅拌反应3
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5h，然后加入氧化剂升温至50
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85℃搅拌反应5
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8h，滤除水分收集滤饼烘干；S5、用去离子水清洗步骤S4中收得的产物，然后烘干，产物在300
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400℃煅烧4
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5h，然后水洗，过滤，烘干水分，粉磨后得到二氧化锰粉体。
[0006]通过采用上述技术方案，本申请技术方案以硫酸锰为原料制备二氧化锰，硫酸锰原料中含有的钙、镁等杂质与硫酸反应生成的硫酸镁、硫酸钙等不溶于水，通过用稀硫酸调整硫酸锰溶液的pH值将其中的钙、镁等杂质沉淀后过滤去除。进一步调节pH值至弱碱性，在此范围下部分不溶于碱性物质的沉淀进一步析出后过滤去除，在继续调节溶液pH值至9
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12的过程中，锰离子经氧化生成氢氧化锰，后续经过煅烧得到二氧化锰粉体。
[0007]可选的，步骤S1中稀硫酸的浓度为15
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25％。
[0008]通过采用上述技术方案，通过稀硫酸调节硫酸锰溶液的浓度，使其中含有的钙、镁等杂质离子沉淀后可以过滤去除，使用稀硫酸调节溶液的pH可以避免引入新的杂质离子，同时使用稀硫酸可以避免锰离子被提前氧化出现沉淀，影响产物的纯度和收率。
[0009]可选的，步骤S3中，pH调节剂为氨水。
[0010]通过采用上述技术方案，步骤S3中通过调节溶液的pH至弱碱性可以进一步去除溶液中的部分不溶于碱性溶液的杂质成分，氨水的碱性相较于氢氧化钠较弱，在弱碱环境下可以减少溶液中氢氧化锰产物的生成，提升二氧化锰产物的收率。另外，通过氨水调节pH同样可以减少其他杂质元素的引入，提高产物的纯度。
[0011]可选的，步骤S4中，pH调节剂为氢氧化钠。
[0012]通过采用上述技术方案，步骤S4中通过调节硫酸锰溶液的pH值至10
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12使硫酸锰生产氢氧化锰，氢氧化锰不溶于水可以通过过滤将其与溶液及其中的杂质成分分离。
[0013]可选的，步骤S4中，所述氧化剂包括过氧化氢、过硫酸钠、过硫酸钾中的至少一种。
[0014]通过采用上述技术方案，步骤S4中通过氧化剂对锰离子进行氧化处理，将正二价的锰离子氧化成正四价，进而在后续灼烧过程中生成二氧化锰。氧化剂选用过氧化氢、过硫酸钠以及过硫酸钾等强氧化剂，其具有良好的氧化效果，可以将溶液中的二价锰离子尽可能多地氧化，减少产物中低价锰离子的含量，提高二氧化锰产物的纯度。
[0015]可选的，步骤S4中，加入氧化剂后按照以下方式升温：先以8
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10℃/min的升温速率升温至50
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55℃，保温反应1
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2h，然后以3
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5℃/min的速率升温至65
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70℃保温反应2
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3h，最后以1
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3℃/min的升温速率升温至80
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85℃保温反应2
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3h。
[0016]通过采用上述技术方案，在氧化反应的过程中，先以较快的升温速率加热至50
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55℃，快速达到基础反应温度，避免在低温环境下出现氢氧化氧锰等反应副产物。温度达到基础反应速度后转为较慢的升温速度进行氧化反应，避免反应温度变化太快出现反应不完全以及锰离子化合价发生较大的变化，产生过多的高价锰离子副产物。并且在升温过程中温度越高时采用更低的升温速度，确保温度缓慢平稳升高，提高氧化反应过程的稳定性。
[0017]可选的，在S2和S3之间，还包括以下步骤：向滤液中加入硫酸亚铁，在45
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60℃水浴下搅拌反应1
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2h，冷却至室温，滤除沉淀。
[0018]通过采用上述技术方案，硫酸锰溶液中含有的杂质元素除了钙、镁之外还包括钠、钾等元素，钠、钾元素的硫酸盐不能沉淀，不能通过过滤的方式去除，而加入的硫酸亚铁可以与硫酸锰溶液中的钾、钠元素形成黄钾铁矾和黄钠铁矾沉淀的形式析出，进而去除掉硫酸锰溶液中的钾离子和钠离子，进一步降低产物中杂质成分的含量，提升产物的纯度。
[0019]可选的，硫酸亚铁占硫酸锰的质量百分比为6.8
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11.2％。
[0020]通过采用上述技术方案，硫酸亚铁的添加量过少时不能将硫酸锰溶液中钾、钠离子完全沉淀析出，导致产物的纯度不达标；而硫酸亚铁添加量过多会引入过量的亚铁离子，亚铁离子在后续氧化反应过程中会被氧化成三价铁离子进而形成氢氧化铁等沉淀，使得产物的纯度降低。
[0021]可选的，所述硫酸锰为饲料级硫酸锰。
[0022]通过采用上述技术方案，饲料级硫酸锰中的杂质含量更少，纯度更高，更加有利于高纯度二氧化锰的制备。
[0023]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请技术方案中，以硫酸锰为原料制备高纯二氧化锰，在硫酸锰溶液中首先通过加入稀硫酸调节溶液至弱酸性，在此过程中硫酸锰溶液中的镁、钙等杂质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯化学二氧化锰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、取硫酸锰溶于水配置成溶液，用稀硫酸调节溶液pH值至3.4
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4.1，加热至50
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70℃搅拌反应2
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5h，滤除沉淀收集滤液；S2、取步骤S1中收集的滤液，低温浓缩至硫酸锰浓度为135
‑
150g/L，滤除沉淀收集滤液；S3、取步骤S2中的滤液调节pH值至7.2
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7.8，升温至50
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65℃保温反应5
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6h，滤除沉淀收集滤液；S4、取步骤S3中滤液调节pH值至9
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12，50
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60℃水浴搅拌反应3
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5h，然后加入氧化剂升温至50
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85℃搅拌反应5
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8h，滤除水分收集滤饼干燥；S5、用去离子水清洗步骤S4中收得的产物，干燥，产物在300
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400℃煅烧4
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5h，水洗，过滤，干燥，即得二氧化锰产物。2.根据权利要求1所述的一种高纯化学二氧化锰的制备方法，其特征在于，步骤S1中稀硫酸的浓度为15
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25%。3.根据权利要求1所述的一种高纯化学二氧化锰的制备方法，其特征在于，步骤S3中，pH调节剂为氨水。4.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王茁羽，张磊，王建存，颜婕妤，
申请(专利权)人：湖南青冲新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：