[发明专利]一种以MnCO3为原料制备微细球形Mn3O4粉末的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末制备技术领域，特别是提供了一种微细球形Mn₃O₄粉末的制备方法。

技术背景

四氧化三锰属于高性能结构材料，主要用于电子工业。近些年，随着电子工业的飞速发展，优质Mn₃O₄的需求量日益增加。其中，球形的四氧化三锰具有流动性好、填充性高和比表面积大的优点，被广泛应用于各行各业，例如可用作熔融生铁预处理的锰添加剂、电池材料，还可以用来制造锰铁氧体材料、农业处肥料、玻璃着色剂、橡胶充填剂、瓷釉和焊条熔剂等，尤其在油井水泥中作为加重剂使用，可获得高致密水泥浆料，目前这种球形Mn₃O₄还主要依赖进口，成本高。

目前，国内四氧化三锰的生产基本都采用电解金属锰粉（片）悬浮液氧化法。存在的问题主要有：技术含量低，生产成本高，利润很低；各种杂质含量普遍偏高，只能生产出普通级别的产品；比表面积较小；产品的细度与反应速度的快慢有关，氧化速度过快导致产品粒径增大，而氧化速度太慢又会导致金属锰过分氧化为二氧化锰。这显然无法满足生产锰铁氧体材料、电池材料和油井水泥加重剂所要求的高纯度、高比表面积等特性。

等离子体具有温度高、活性高、能量高和温度梯度大的特性。感应耦合等离子体球化制粉技术是制备出组分均匀、缺陷少、流动性好的球形粉末的良好途径，又兼备生产成本低、生产率高、流程短的优点。同时，射频等离子体技术由于无电极污染，尤其适合制备高纯粉末，在高性能结构材料或功能材料制备和加工领域具有更高的应用价值。感应耦合等离子体球化处理粉末的原理为：以氩气为载气将粉末送入高温等离子体中，粉末颗粒穿过高温区的同时迅速吸热熔融，并在表面张力作用下缩聚成球形液滴，随后进入冷却室，骤冷获得球形粉末。等离子熔融球化技术被认为是获得致密、规则球形颗粒的最有效手段。

以MnCO₃为原料，应用上述感应耦合等离子体技术制备微细球形Mn₃O₄粉的方法，目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于锰铁氧体材料、电池材料和油井水泥加重剂等材料所使用的微细球形Mn₃O₄的制备方法，为大规模工业化生产高纯微细球形Mn₃O₄粉末开辟新的路径。本方法节约能源、无污染、流程短、生产效率高、生产成本低。

本发明所采用的技术方案是：依托感应耦合等离子体技术，激发稳定运行的Ar-O₂等离子体后，将大颗粒MnCO₃粉末轴向送入等离子体高温区进行热分解、破碎、熔融、冷凝成球，最终得到微细球形Mn₃O₄粉。

—种以MnCO₃为原料制备微细球形Mn₃O₄粉的方法，包括以下步骤：

1、建立稳定运行的感应耦合等离子体，其主要工艺参数为：功率保持60KW，等离子体工作气（Ar）流量35～50slpm；边气（Ar：O₂=10：1）流量200～350slpm，。

2、以氩气为载气将平均粒度为50～150μm的MnCO₃粉末为轴向送入等离子高温区，其载气流量5～10slpm，送粉速率为15～50g/min。

3、MnCO₃粉末在高温等离子体炬中吸热并迅速分解，同时在分解过程中由于瞬间吸热和释放出大量CO₂气体使颗粒裂解、破碎，随后熔融球化并骤冷缩聚成球形微细球形Mn₃O₄粉末，平均粒径5～30μm。

本发明主要包括以下反应：

MnCO₃→MnO+CO₂

MnO+O₂→γ-MnO₂

γ-MnO₂+CO→γ-Mn₂O₃

γ-Mn₂O₃→α-Mn₂O₃

α-Mn₂O₃→Mn₃O₄。

采用以上技术方案，本发明的优点在于：