CN105886781B - 一种从电解锰阳极泥中回收二氧化锰的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从电解锰阳极泥中回收二氧化锰的方法，首先将电解锰阳极泥干燥后破碎成粉末，加入还原性碳粉煅烧得到主要成分为氧化亚锰的灰绿色粉末，用硫酸溶解，得到硫酸锰溶液，硫酸锰与高锰酸钾在酸性条件下发生氧化还原反应得到纳米二氧化锰。本发明将电解锰阳极泥中的锰元素回收制备成纳米二氧化锰，解决了电解锰阳极泥的资源再利用问题，避免了重金属污染，同时节约了资源。

Description

一种从电解锰阳极泥中回收二氧化锰的方法
技术领域
本发明属于电解锰阳极泥资源再利用技术领域，具体涉及一种从电解锰阳极泥中回收二氧化锰的方法。
背景技术
二氧化锰材料由于其结构的多样性及其独特的物理化学特性，另外价格低廉、环境友好，作为一种重要的电极材料，广泛应用于干电池、碱锰电池、锌锰电池、镁锰电池、埋锰电池等化学电源中，作为一种多功能精细无机功能材料，可应用为分子筛、高级催化剂料等。作为一种两性过渡金属氧化物，在工业生产和环境治理中有着广泛的应用，如有机污染物的吸附降解、处理含汞、福、铅、铬以及类金属砷等重金属废水方面也有较强的应用前景。特别是纳米级二氧化锰具有很多独特的性能，如特殊的微观结构和较大的比表面积、表面的键态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面活性位置增加，随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凹凸不平的原子台阶，增加了化学反应的接触面。特别是其拥有良好的电化学性能、优越的离子/电子传导率和相对高的电位使其在电化学领域有着非常重要的应用。
电解锰阳极泥是电解金属锰生产时，产生于阳极区的黑褐色副产物，每生产1吨电解金属锰，就会产生50公斤一150公斤的电解锰阳极泥。电解锰阳极泥中二氧化锰的含量约占50%-70%，由于其成分复杂，活性低，除少量用于电解锰厂的锰矿浸取液除铁外，绝大部分阳极泥被廉价出售或堆放，造成资源的浪费和环境污染。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种从电解锰阳极泥中回收二氧化锰的方法。
本发明是通过如下方式实现的：
一种从电解锰阳极泥中回收二氧化锰的方法，包括如下步骤：
（1）煅烧：将电解锰阳极泥干燥后破碎成粉末，与碳粉搅拌均匀，300-600℃煅烧15-30 min，得到灰绿色粉末，其主要成分为氧化亚锰；
（2）酸溶：将灰绿色粉末用硫酸浸泡10-15 min，每隔2-5 min搅拌一次，反应完全后加入石灰乳将pH调节到4.5-5.5，过滤，得滤液，滤液边搅拌边加入硫化钠，抽滤，得二次滤液，其主要成分为硫酸锰；
（3）结晶：将二次滤液于常温下真空浓缩，当滤液中有晶体析出时将滤液降温析出硫酸钠晶体，过滤，在剩余滤液中加入硫酸锰晶种，继续于常温下真空浓缩，大量析出硫酸锰晶体，当不再析出新的硫酸锰晶体时停止真空浓缩，过滤，得到硫酸锰晶体；
（4）氧化还原：将硫酸锰晶体与高锰酸钾按质量比为1:2-2.5混合，并加入双蒸水和酸，800-1200 W超声120-360 min，将产物过滤，先用100 ml 70%乙醇洗涤2-3次，再用双蒸水洗涤至中性，真空干燥，得到纳米二氧化锰。
优选的，步骤（1）中所述含锰混合物与所述碳粉的质量比为2.2-3:1。
优选的，步骤（2）所述硫酸的浓度为5-8 mol/L。
优选的，步骤（2）中加入硫化钠至不再产生沉淀为止。
优选的，步骤（3）所述降温为将温度降至2-5℃。
优选的，步骤（3）中所述硫酸锰晶种的加入量为0.1-0.5 g/100 ml剩余滤液。
优选的，步骤（4）中所述酸为盐酸或硫酸。
优选的，所述盐酸其浓度≥30%。
优选的，所述硫酸其浓度≥80%。
本发明的有益效果是：
1. 本发明将电解锰阳极泥中的锰元素回收制备成纳米二氧化锰，解决了电解锰阳极泥的资源再利用问题，避免了重金属污染，同时节约了资源。
2. 本发明制备的纳米二氧化锰具有较大的比表面积，增大活性物质的反应区域，在作为电极材料时，可以大大减小电极的内阻，使得电子在材料中转移顺畅，大大的提高了材料的导电性能，是一种优良的电极材料。
3. 本发明制备的二氧化锰在化工催化、环境治理、生物传感能等领域也有着良好的应用前景。
4. 本发明的制备方法简便易操作，需要的化学药品种类少且成本低廉，反应简单，易于控制，对环境无污染，不需要昂贵的设备，适合于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，但不限制本发明的保护范围和应用范围。
实施例1
一种从电解锰阳极泥中回收二氧化锰的方法，包括如下步骤：
（1）煅烧：将电解锰阳极泥干燥后破碎成粉末，与碳粉以质量比为2.6:1搅拌均匀，450℃煅烧20 min，得到灰绿色粉末；
（2）酸溶：将灰绿色粉末用6 mol/L硫酸浸泡12 min，每隔3 min搅拌一次，反应完全后加入石灰乳将pH调节到5.0，过滤，得滤液，滤液边搅拌边加入硫化钠，至不再产生沉淀为止，抽滤，得二次滤液；
（3）结晶：将二次滤液于常温下真空浓缩，当滤液中有晶体析出时将滤液降温至4℃析出硫酸钠晶体，过滤，在剩余滤液中以0.3 g/100 ml的量加入硫酸锰晶种，继续于常温下真空浓缩，大量析出硫酸锰晶体，当不再析出新的硫酸锰晶体时停止真空浓缩，过滤，得到硫酸锰晶体；
（4）氧化还原：将硫酸锰晶体与高锰酸钾按质量比为1:2.3混合，并加入双蒸水和浓度≥30%盐酸，1000 W超声180 min，将产物过滤，先用100 ml 70%乙醇洗涤3次，再用双蒸水洗涤至中性，真空干燥，得到纳米二氧化锰。
实施例2
（1）煅烧：将电解锰阳极泥干燥后破碎成粉末，与碳粉以质量比为2.2:1搅拌均匀，600℃煅烧15min，得到灰绿色粉末；
（2）酸溶：将灰绿色粉末用8 mol/L硫酸浸泡10 min，每隔5 min搅拌一次，反应完全后加入石灰乳将pH调节到4.5，过滤，得滤液，滤液边搅拌边加入硫化钠，至不再产生沉淀为止，抽滤，得二次滤液；
（3）结晶：将二次滤液于常温下真空浓缩，当滤液中有晶体析出时将滤液降温至5℃析出硫酸钠晶体，过滤，在剩余滤液中以0.1 g/100 ml的量加入硫酸锰晶种，继续于常温下真空浓缩，大量析出硫酸锰晶体，当不再析出新的硫酸锰晶体时停止真空浓缩，过滤，得到硫酸锰晶体；
（4）氧化还原：将硫酸锰晶体与高锰酸钾按质量比为1: 2.5混合，并加入双蒸水和浓度≥80%硫酸，800 W超声360 min，将产物过滤，先用100 ml 70%乙醇洗涤2次，再用双蒸水洗涤至中性，真空干燥，得到纳米二氧化锰。
实施例3
（1）煅烧：将电解锰阳极泥干燥后破碎成粉末，与碳粉以质量比为3:1搅拌均匀，300℃煅烧30 min，得到灰绿色粉末；
（2）酸溶：将灰绿色粉末用5 mol/L硫酸浸泡15 min，每隔2 min搅拌一次，反应完全后加入石灰乳将pH调节到5.5，过滤，得滤液，滤液边搅拌边加入硫化钠，至不再产生沉淀为止，抽滤，得二次滤液；
（3）结晶：将二次滤液于常温下真空浓缩，当滤液中有晶体析出时将滤液降温至2℃析出硫酸钠晶体，过滤，在剩余滤液中以0.5 g/100 ml的量加入硫酸锰晶种，继续于常温下真空浓缩，大量析出硫酸锰晶体，当不再析出新的硫酸锰晶体时停止真空浓缩，过滤，得到硫酸锰晶体；
（4）氧化还原：将硫酸锰晶体与高锰酸钾按质量比为1:2混合，并加入双蒸水和浓度≥30%盐酸， 1200 W超声120 min，将产物过滤，先用100 ml 70%乙醇洗涤3次，再用双蒸水洗涤至中性，真空干燥，得到纳米二氧化锰。

Claims (1)

1.一种从电解锰阳极泥中回收二氧化锰的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）煅烧：将电解锰阳极泥干燥后破碎成粉末，与碳粉搅拌均匀，300-600℃煅烧15-30min，得到灰绿色粉末；
（2）酸溶：将灰绿色粉末用硫酸浸泡10-15 min，每隔2-5 min搅拌一次，反应完全后加入石灰乳将pH调节到4.5-5.5，过滤，得滤液，滤液边搅拌边加入硫化钠，抽滤，得二次滤液；
（3）结晶：将二次滤液于常温下真空浓缩，当滤液中有晶体析出时将滤液降温析出硫酸钠晶体，过滤，在剩余滤液中加入硫酸锰晶种，继续于常温下真空浓缩，大量析出硫酸锰晶体，当不再析出新的硫酸锰晶体时停止真空浓缩，过滤，得到硫酸锰晶体；
（4）氧化还原：将硫酸锰晶体与高锰酸钾按质量比为1:2-2.5混合，并加入双蒸水和酸，800-1200 W超声120-360 min，将产物过滤，先用100 ml 70%乙醇洗涤2-3次，再用双蒸水洗涤至中性，真空干燥，得到纳米二氧化锰；
步骤（1）中所述粉末与所述碳粉的质量比为2.2-3:1；
步骤（2）所述硫酸的浓度为5-8 mol/L；
步骤（2）中加入硫化钠至不再产生沉淀为止；
步骤（3）所述降温为将温度降至2-5℃；
步骤（3）中所述硫酸锰晶种的加入量为0.1-0.5 g/100 ml剩余滤液；
步骤（4）中所述酸为盐酸或硫酸；
所述盐酸其浓度≥30%；
所述硫酸其浓度≥80%。
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