[发明专利]一种四氧化三锰及其制备方法

说明书

技术领域

本发属于四氧化三锰的制备领域，具体涉及一种四氧化三锰的制备方法，及其制备得到的四氧化三锰，所述四氧化三锰的制备方法能够明显的缩短反应时间，提高锰含量，减少杂质的生成和提高四氧化三锰的纯度。

背景技术

锰元素是常见的变价金属元素之一，其氧化物形态有一氧化锰、四氧化三锰、三氧化二锰、二氧化锰等。锰的氧化物初级结构单元基本相同，都是锰氧八面体；二级结构单元相似，由共棱的锰氧八面体链或带状链连接而成。由于锰的价态可变(如Mn³⁺和Mn⁴⁺之间的相互转化)及晶体结构内部存在缺陷，锰氧化物结构具有相当大的可变性。同时，微观结构中孔道尺寸、形状、晶格缺陷以及晶体粒径的差异，使得锰氧化物的理化性质存在很大差异。

Mn₃O₄是锰的稳定氧化物之一，是一种重要的新型功能性材料，在空气净化、催化、电池、电化学和电磁学领域应用广泛。例如，在电学和磁学领域，可作为生产电子工业用软磁铁氧体的原料，也可用作存储信息的磁芯、磁带和磁盘，电话和电视用变压器、电感器、磁头、天线棒、磁放大器等。

四氧化三锰(Mn₃O₄)属四方晶系，具有尖晶石结构。Mn₃O₄一般被认为是一种由MnO和Mn₂O₃两种晶相混合而成的混合氧化物，其中二价锰位于锰氧四面体位置，三价锰位于锰氧八面体位置，在1170℃以下焙烧所得的四氧化三锰为扭曲的四方晶系的尖晶石结构，而在1170℃以上焙烧所得的结晶则为立方尖晶石结构。在自然界中，一般以黑锰矿的形式存在。Mn₃O₄在高温下能被H₂或CO还原成MnO，在O₂中氧化成MnO₂，它与盐酸共热时可以生成MnCl₂并放出氯气。

Mn₃O₄的制备方法可分为还原法、氧化法和氧化还原法。

还原法主要是利用含Mn³⁺、Mn⁴⁺、Mn⁵⁺和Mn⁷⁺的化合物发生还原反应而得到(如CN103991910A)，还原反应既可以在液相中发生，也可以通过固相高温焙烧实现(如CN101177304)。

氧化还原法是将低价锰的化合物与高价锰的化合物在一定条件下混合，发生氧化还原反应得到(CN1232788、CN101177304、CN102765760A、CN102786095A)。

氧化法主要是利用金属锰或Mn²⁺的化合物进行氧化反应得到，氧化反应既可以在液相中发生(CN1814551、CN1935673、CN101219809)，也可以通过固相高温焙烧实现(CN1295978、CN1365949、CN201010537545)。

金属锰或锰合金的氧化法(US4812302A、CN1252386、CN1252385、CN101428859、CN102249332A、CN103178256A、CN103121722A、CN103058280A、CN103435101A、CN103030110A)，是将金属锰粉或锰合金在电解质或者高温下的水中发生氧化反应，在氧化反应过程中或者反应之后，再加入氧化剂，使得该氧化产物与之发生反应，得到四氧化三锰。所述氧化剂主要是空气、氧气、臭氧、过氧化氢以及高锰酸钾等，其中臭氧、过氧化氢和高锰酸钾作氧化剂，因为氧化性太强，氧化程度难以控制，易造成锰化合物的过度氧化，产物中含有一定量的高价锰氧化合物，使得产物Mn₃O₄中含有一定量的杂质。因此，最常用的氧化剂为空气或者氧气。氧化反应既可以在金属锰被氧化后的液相浆料中直接进行，也可以在金属锰反应后形成的化合物固液分离后焙烧实现。因焙烧过程能耗较高、设备投资较大、晶体粒度大、产品性能较差，工业上更倾向于在液相浆料中直接进行氧化。