CN104556235B - 一种制备四氧化三锰的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备四氧化三锰的方法是将高锰酸钾水溶液加入硫酸将其pH调为2.0‑2.5，调温至70‑90℃，滴加甲醇溶液，回流反应1‑4h，于室温下冷却静置静置1‑4h，将沉淀物通过抽滤分离，对滤饼先用稀硫酸洗涤，再用蒸馏水洗涤，然后用无水乙醇洗涤，干燥得四氧化三锰。本发明具有生产成本低，纯度高的优点。

Description

一种制备四氧化三锰的方法
技术领域
本发明涉及一种四氧化三锰的制备方法。
背景技术
四氧化三锰可作为涂料或油漆的色料，提高油漆或涂料抗腐蚀性能，作为吸附剂，处理重金属废水，净化水资源，以及作为锰基化合物的原料，如Li-Mn-O体系电池，Li-Mn-O体系是很有前途的锂离子电池正极材料，而最近研究发现四氧化三锰是制备LiMn2O4的优质原料，效果要优于二氧化锰原料，以四氧化三锰作为原料制备尖晶石LiMn2O4，可以较好地解决电池的放电比容量衰减问题，在未来几年可能成为制备尖晶石LiMn2O4的主要原料，而用量将超过在产软磁铁氧体方面的应用，但目前四氧化三锰还是主要用于电子工业生产软磁铁氧体，用作电子计算机中存储信息的磁芯、磁盘和磁带，电话用变压器和商品质电感器，电视回归变压器，磁头，电感器，磁放大器，饱和电感器，天线棒等。
Mn3O4的生产方法较多，根据不同的分类方法可以分成不同的生产方法，如按工艺和反应性质把Mn3O4生产方法分为火法(焙烧法、喷雾热解法、铁一锰合金法、燃烧法)和湿法(锰盐或Mn2+法、金属锰粉、粒、片法)两大种；按化学原理分为焙烧法、还原法、氧化法、电解法；按工艺分为高价锰氧化物法(MnOx，x>1.33)、碳酸锰法、铁锰合金法、锰盐或Mn2+法、金属锰法等多种方法。中国专利CN101066780A、CN101700911A、CN1935673A、CN101049971A、CN101698513A、CN101898797A、CN101948138A这些专利均以硫酸锰为原料制备四氧化三锰，先对硫酸锰溶液进行除杂，然后用沉淀剂沉淀锰离子，第三步通入氧化剂对其氧化得到四氧化三锰。这个方法的主要缺点就是纯度不高，一是硫酸锰溶液中含有较多Na+、Ca2+、Mg2+、SiO3 2-，而且很难除尽；二是在形成锰氧化物时，碱式硫酸锰和硫酸盐夹杂在沉淀中，造成硫含量偏高。
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低，纯度高的制备四氧化三锰的方法。
本发明制备四氧化三锰的方法，包括以下步骤：
(1)、将高锰酸钾水溶液置于反应器中，室温下搅拌使高锰酸钾溶解，加入硫酸将其pH值调整为2.0-2.5，调温至70-90℃，滴加甲醇溶液，在持续搅拌条件下回流反应1-4h，其中，高锰酸钾与甲醇的质量比为1:0.4-1:1.6；高锰酸钾水溶液的质量浓度为5-10％，甲醇溶液的体积浓度为50-100％；
(2)、将步骤(1)所得产物置于室温下冷却静置静置1-4h；
(3)、将沉淀物通过抽滤分离，先用稀硫酸洗涤滤饼3-5次，以去除游离的二氧化锰；再用蒸馏水洗涤滤饼，直至滤液中检测不到SO4 2-和CO3 2-；然后用无水乙醇洗涤滤饼3-5次；
(4)、将步骤(3)所得产物在105-120℃控温条件下，干燥10h-15h，得四氧化三锰。
如上所述的步骤(1)中的酸为0.1mol/L的硫酸。
如上所述的步骤(3)中稀硫酸的浓度为0.5-1.0mol/L。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明采用的原料均为分析纯，以高锰酸钾为氧化剂，甲醇为还原剂制备四氧化三锰不仅避免了传统方法直接引入Na+、Ca2+、Mg2+、SiO3 2-杂离子的步骤而且降低了四氧化三锰的生产成本，进一步通过控制pH值减少了可能的Ca2+、Mg2+沉淀，并通过充分的洗涤去除了K+。本发明产品的XRD谱图与四氧化三锰的标准X射线衍射谱图吻合，结晶度好。
附图说明
图1本发明实施例1制备四氧化三锰的XRD谱图。
图2本发明实施例2制备四氧化三锰的XRD谱图。
图3本发明实施例3制备四氧化三锰的XRD谱图。
图4本发明实施例4制备四氧化三锰的XRD谱图。
图5本发明实施例5制备四氧化三锰的XRD谱图。
图6本发明实施例6制备四氧化三锰的XRD谱图。
具体实施方式
以下为采用本发明方法制备四氧化三锰的实施例。
实施例1
准确称取高锰酸钾5.0g，量取去离子水95ml，配置成5.0％的高锰酸钾水溶液，室温下搅拌使高锰酸钾溶解，使用酸度仪，通过向高锰酸钾水溶液中滴加0.1mol/L的H2SO4，调整pH至2.0；准确量取10ml的无水甲醇，配制成100％的甲醇溶液。将高锰酸钾水溶液转移至反应器中，升高体系温度至70℃，开始滴加甲醇溶液，持续搅拌条件下回流反应4h，完全反应至生成棕色沉淀。将所得物置于室温下冷却静置1h。将沉淀物通过抽滤分离，先用1.0mol/L的稀硫酸洗涤滤饼3次；再用蒸馏水洗涤滤饼，直至滤液中检测不到SO4 2-和CO3 2-；然后用无水乙醇洗涤滤饼3次。将所得产物在105℃控温条件下干燥15h，得四氧化三锰，产品纯度为96.91％，其总锰含量为69.83％。
实施例2
准确称取高锰酸钾10.0g，量取去离子水90ml，配置成10.0％的高锰酸钾水溶液，室温下搅拌使高锰酸钾溶解，使用酸度仪，通过向高锰酸钾水溶液中滴加0.1mol/L的H2SO4，调整pH至2.5；准确量取5ml无水甲醇，5ml去离子水配制成50％的甲醇溶液。将高锰酸钾水溶液转移至反应器中，升高体系温度至90℃，滴加甲醇溶液，持续搅拌条件下回流反应1h，完全反应至生成棕色沉淀。将所得物置于室温下冷却静置2h。将沉淀物通过抽滤分离，先用0.5mol/L的稀硫酸洗涤滤饼5次；再用蒸馏水洗涤滤饼，直至滤液中检测不到SO4 2-和CO3 2-；然后用无水乙醇洗涤滤饼3次。将所得产物在120℃控温条件下干燥10h，得四氧化三锰，产品纯度为98.53％，其总锰含量为70.99％。
实施例3
准确称取高锰酸钾7.0g，量取去离子水93ml，配置成7.0％的高锰酸钾水溶液，室温下搅拌使高锰酸钾溶解，使用酸度仪，通过向高锰酸钾水溶液中滴加0.1mol/L的H2SO4，调整pH至2.2；准确量取7ml的无水甲醇，3ml的去离子水配制成70％的甲醇溶液。将高锰酸钾水溶液转移至反应器中，升高体系温度至80℃，滴加甲醇溶液，持续搅拌条件下回流反应3h，完全反应至生成棕色沉淀。将所得物置于室温下冷却静置3h。将沉淀物通过抽滤分离，先用0.8mol/L的稀硫酸洗涤滤饼3次；再用蒸馏水洗涤滤饼，直至滤液中检测不到SO4 2-和CO3 2-；然后用无水乙醇洗涤滤饼4次。将所得产物在110℃控温条件下干燥13h，得四氧化三锰，产品纯度为98.04％，其总锰含量为70.64％。
实施例4
准确称取高锰酸钾9.0g，量取去离子水91ml，配置成9.0％的高锰酸钾水溶液，室温下搅拌使高锰酸钾溶解，使用酸度仪，通过向高锰酸钾水溶液中滴加0.1mol/L的H2SO4，调整pH至2.3；准确量取9ml无水甲醇，1ml去离子水配制成90％的甲醇溶液。将高锰酸钾水溶液转移至反应器中，升高体系温度至75℃，滴加甲醇溶液，持续搅拌条件下回流反应2h，完全反应至生成棕色沉淀。将所得物置于室温下冷却静置4h。将沉淀物通过抽滤分离，先用0.7mol/L的稀硫酸洗涤滤饼4次；再用蒸馏水洗涤滤饼，直至滤液中检测不到SO4 2-和CO3 2-；然后用无水乙醇洗涤滤饼5次。将所得产物在115℃控温条件下干燥12h，得四氧化三锰，产品纯度为97.84％，其总锰含量为70.50％。
实施例5
准确称取高锰酸钾6.0g，量取去离子水94ml，配置成6.0％的高锰酸钾水溶液，室温下搅拌使高锰酸钾溶解，使用酸度仪，通过向高锰酸钾水溶液中滴加0.1mol/L的H2SO4，调整pH至2.4；准确量取6ml的无水甲醇，4ml的去离子水配制成60％的甲醇溶液。将高锰酸钾水溶液转移至反应器中，升高体系温度至85℃，滴加甲醇溶液，持续搅拌条件下回流反应1h，完全反应至生成棕色沉淀。将所得物置于室温下冷却静置1h。将沉淀物通过抽滤分离，先用0.9mol/L的稀硫酸洗涤滤饼3次；再用蒸馏水洗涤滤饼，直至滤液中检测不到SO4 2-和CO3 2-；然后用无水乙醇洗涤滤饼5次。将所得产物在105℃控温条件下干燥15h，得四氧化三锰，产品纯度为98.29％，其总锰含量为70.82％。
实施例6
准确称取高锰酸钾5.0g，量取去离子水95ml，配置成5.0％的高锰酸钾水溶液，室温下搅拌使高锰酸钾溶解，使用酸度仪，通过向高锰酸钾水溶液中滴加0.1mol/L的H2SO4，调整pH至2.1；准确量取8ml的无水甲醇，2ml的去离子水配制成80％的甲醇溶液。将高锰酸钾水溶液转移至反应器中，升高体系温度至80℃，滴加甲醇溶液，持续搅拌条件下回流反应2h，完全反应至生成棕色沉淀。将所得物置于室温下冷却静置2h。将沉淀物通过抽滤分离，先用1mol/L的稀硫酸洗涤滤饼3次；再用蒸馏水洗涤滤饼，直至滤液中检测不到SO4 2-和CO3 2-；然后用无水乙醇洗涤滤饼3次。将所得产物在120℃控温条件下干燥12h，得四氧化三锰，产品纯度为98.14％，其总锰含量为70.71％。

Claims (3)

1.一种制备四氧化三锰的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、将高锰酸钾水溶液置于反应器中，室温下搅拌使高锰酸钾溶解，加入硫酸将其pH值调整为2.0-2.5，调温至70-75℃，滴加甲醇溶液，在持续搅拌条件下回流反应1-4h，其中，高锰酸钾与甲醇的质量比为1:0.4-1:1.6；高锰酸钾水溶液的质量浓度为5-10％，甲醇溶液的体积浓度为50-100％；
(2)、将步骤(1)所得产物置于室温下冷却静置静置1-4h；
(3)、将沉淀物通过抽滤分离，先用稀硫酸洗涤滤饼3-5次，以去除游离的二氧化锰；再用蒸馏水洗涤滤饼，直至滤液中检测不到SO4 2-和CO3 2-；然后用无水乙醇洗涤滤饼3-5次；
(4)、将步骤(3)所得产物在105-120℃控温条件下，干燥10h-15h，得四氧化三锰。
2.如权利要求1所述的一种制备四氧化三锰的方法，其特征在于所述的步骤(1)中的硫酸为0.1mol/L的硫酸。
3.如权利要求1所述的一种制备四氧化三锰的方法，其特征在于所述的步骤(3)中稀硫酸的浓度为0.5-1.0mol/L。
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