[发明专利]制备四氧化三锰的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备四氧化三锰的方法，属于化工生产技术领域。

背景技术

高纯四氧化三锰主要用于制备锰锌铁软磁材料，其制得的软磁铁氧体具有狭窄的剩磁感应曲线，可以反复磁化；直流电阻率高，可降低涡流损失，广泛用于各种电子元件的制造，是机电、电子、信息等行业的基础材料。另外，四氧化三锰也可用于半导体陶瓷、油漆或涂料添加剂、玻璃着色剂、橡胶填充剂、瓷釉和焊条熔剂等；纳米级的四氧化三锰还可以作为分解碳、氮氧化物，氧化甲烷及选择性还原硝基苯的催化剂。四氧化三锰用途广泛，市场需求量大，应用前景广，正日益受到人们重视。

目前，我国生产四氧化三锰的主要方法是电解金属锰粉悬浮液氧化法。该法以电解金属锰为原料，通过将锰片粉碎制成悬浮液，利用空气或氧气为氧化剂，在一定温度和添加剂浓度下制备四氧化三锰。其基本工艺步骤包括电解金属锰→破碎→氧化→洗涤→干燥→成品。电解金属锰粉悬浮液氧化法是一种成熟的工艺，它采用高纯度的金属锰为原料，简化了除杂过程；单位产量大；溶液可反复使用，减少了废液的排放，所以大多数企业都采用该方法生产四氧化三锰。但是，它也存在一些问题：产品纯度受金属锰制约，如电解时添加抗氧化剂二氧化硒使制备的四氧化三锰中Se含量高；产品物理性能一般，如BET比表面积多在4～15m²/g之间，松装密度在0.5～0.8g/cm³之间；使用电解金属锰为原料，能耗大，成本高。

以锰盐作为原料（包括硫酸锰、硝酸锰、氯化锰等可溶性锰盐）生产四氧化三锰的锰盐法因其具有原料来源广泛，工艺流程简单，产品物理性能好，成本低等优势，是未来的发展方向。硫酸锰作为市场上最常见的锰盐，是人们主要研究的对象。由硫酸锰制备四氧化三锰存在多条工艺路线，主要如下：

（1）将硫酸锰直接焙烧，或硫酸锰经碳化转化为碳酸锰后，或硫酸锰经碱沉淀转化为氢氧化锰后再焙烧生产四氧化三锰。公开号CN102060332A的中国发明专利申请报道了一种硫酸锰在950~1050℃煅烧1～2h制备四氧化三锰的方法。公开号CN1295978A的中国发明专利申请报道了硫酸锰经除杂、碳酸氢铵碳化、焙烧等工序制备四氧化三锰。公开号CN1365949A的中国发明专利申请报道了硫酸锰经氨水沉淀制得氢氧化锰，再于1000℃下焙烧生产四氧化三锰的方法。此类工艺简单，成本低，但是对原料纯度要求高，产品质量易受Ca、Mg、Si等杂质影响，高温焙烧能耗高，易造成环境污染，制得的产品的物理性能也难以得到保证。

（2）硫酸锰经碱沉淀转化为氢氧化锰后，在液相条件下使用空气氧化氢氧化锰。公开号CN101066780A、CN1821091A的中国发明专利介绍了以硫酸锰为原料，氨水为沉淀剂制备前驱体氢氧化锰，再通过空气或氧气氧化制备四氧化三锰。该方法条件宽松，操作简单，成本低，产品比表面积大、活性较好，但也存在着收率低，锰氢氧化物氧化速度慢，耗时长，产品易过氧化及S、Mg等杂质含量高等缺点。

（3）利用空气或氧气直接氧化游离Mn²⁺。公开号CN1359855A、CN1935673A的中国专利公布了游离Mn²⁺经空气或氧气氧化制备四氧化三锰的方法。该方法流程短，可避免Ca²⁺、Mg²⁺等的沉淀，但需要在氧化过程中滴加碱液，严格控制溶液的pH值，这使得工艺操作难度增加，而且氧化时间很长，产率低。

水热法属于液相法，是制备氧化物超微粉体的常用方法。在高温、高压的水热条件下制得的粉体具有结晶度高、尺寸均匀、可控性好等特点。但是目前所报道的水热法制备四氧化三锰研究中多以高锰酸钾为原料，在碱性条件下经过低级醇还原后制备纳米四氧化三锰。比如：汤林，水热法四氧化三锰超细粉体的研究与表征，《矿冶工程》，2003年04月第23卷第2期中就公开了一种采用水热法制备四氧化三锰的工艺，该工艺采用乙醇和高锰酸钾为原料，利用高压反应釜水热法制备四氧化三锰超细粉体。制得的四氧化三锰产品平均粒径可达25nm，总锰质量分数可达71.96%，产品质量好，为四氧化三锰的制备提供了一条新的思路，但是其所用原料价格高，消耗大，而且制备工艺能耗较高，生产成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生产成本较低的制备四氧化三锰的方法。

本发明制备四氧化三锰的方法，包括如下步骤：