JP2014218390A - Method for producing trimanganese tetraoxide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムマンガン系複合酸化物の原料等として使用される四三酸化マンガンの製造方法に関する。詳細には、四三酸化マンガンをより効率よく晶析することができる四三酸化マンガンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing trimanganese tetraoxide used as a raw material for a lithium manganese composite oxide. In detail, it is related with the manufacturing method of trimanganese tetraoxide which can crystallize trimanganese tetraoxide more efficiently.
四三酸化マンガンは、マンガン酸化物の中でも理論密度が高いため、充填性の高いリチウムマンガン系複合酸化物が得られるマンガン原料として注目されている。 Since manganese tetraoxide has a high theoretical density among manganese oxides, it has been attracting attention as a manganese raw material from which a lithium-manganese composite oxide having a high filling property can be obtained.
例えば、水溶液中でマンガンイオンと錯化剤を反応させたマンガン錯塩から水酸化マンガンを得、これを酸化して得られた、タップ密度1.6g/cc以上の四三酸化マンガンが報告されている(特許文献1)。 For example, manganese trioxide obtained by obtaining manganese hydroxide from a manganese complex salt obtained by reacting manganese ions with a complexing agent in an aqueous solution and oxidizing the manganese hydroxide is reported. (Patent Document 1).
また、マンガンイオンから直接晶析して得られた、タップ密度1.6g/mL以上の四三酸化マンガンが報告されている(特許文献2)。 Further, trimanganese tetraoxide having a tap density of 1.6 g / mL or more obtained by direct crystallization from manganese ions has been reported (Patent Document 2).
特許文献1に記載の製造方法は、錯化剤とマンガンイオンとを熟成させて水酸化マンガンを得、その後、これを酸化して四三酸化マンガンを得る。水酸化マンガンを酸化する四三酸化マンガンの製造方法では、水酸化マンガンが十分に酸化されない場合に、層構造を有するマンガン酸化物が副生し、得られるマンガン酸化物のタップ密度が低下する。これに加え、反応スラリー中のカチオンやアニオンが層間に取り込まれて不純物量が増加する。 In the production method described in Patent Document 1, a complexing agent and manganese ions are aged to obtain manganese hydroxide, which is then oxidized to obtain trimanganese tetraoxide. In the manufacturing method of trimanganese tetraoxide that oxidizes manganese hydroxide, when manganese hydroxide is not sufficiently oxidized, manganese oxide having a layer structure is by-produced, and the tap density of the resulting manganese oxide is lowered. In addition to this, cations and anions in the reaction slurry are taken in between the layers, increasing the amount of impurities.
特許文献2に記載の製造方法は、マンガンイオンからマンガン水酸化物を経由せずに四三酸化マンガンを製造することができ、水酸化マンガンの熟成時間や、熟成工程から酸化工程への雰囲気切換えを必要としない。そのため、水酸化マンガンを酸化する製造方法と比べ、効率よく四三酸化マンガンを得ることができる。 The production method described in Patent Document 2 can produce manganese trioxide from manganese ions without going through manganese hydroxide, aging time of manganese hydroxide, and switching of atmosphere from the aging process to the oxidation process Do not need. Therefore, compared with the manufacturing method which oxidizes manganese hydroxide, trimanganese tetraoxide can be obtained efficiently.
しかしながら、近年のリチウムマンガン系複合酸化物の需要の増大に対応するため、より高い効率で四三酸化マンガンを製造することが求められている。そのため、本発明は従来の製造方法よりも、より高い効率で四三酸化マンガンを製造することができる製造方法を提供することを目的とする。 However, in order to respond to the recent increase in demand for lithium manganese composite oxides, it is required to produce manganese trioxide with higher efficiency. Therefore, an object of this invention is to provide the manufacturing method which can manufacture trimanganese tetroxide with higher efficiency than the conventional manufacturing method.
本発明者等は、マンガンイオンからマンガン水酸化物を経由せずに四三酸化マンガンを製造する四三酸化マンガンの製造方法において、より高い効率でこれを製造できる方法について鋭意検討を重ねた。 The inventors of the present invention have made extensive studies on a method for producing manganese trioxide from manganese ions without producing manganese hydroxide through a manganese hydroxide, and a method capable of producing this with higher efficiency.
マンガンイオンは、還元性又は酸化性のいずれかの雰囲気を強くすること、または、還元力の強い還元剤又は酸化力の強い酸化剤を使用することによって、その晶析が促進される。したがって、マンガンイオンからマンガン酸化物を晶析させる場合、強い酸化雰囲気下、又は強い酸化力の酸化剤を使用することで、これが促進される。しかしながら、本発明者らは、マンガンイオンからマンガン水酸化物を経由せずに四三酸化マンガンを晶析させる場合においては、強い雰囲気制御や、特別な酸化剤の使用をすることなく、四三酸化マンガンの晶析が促進できることを見出した。さらには、本発明者らは、総括酸素移動容量係数に着目し、これを制御しながら四三酸化マンガンを晶析することで、単位体積及び単位時間当たりの四三酸化マンガンの晶析が促進されることを見出し、本発明を完成するに至った。 The crystallization of manganese ions is promoted by strengthening a reducing or oxidizing atmosphere, or by using a reducing agent having a strong reducing power or an oxidizing agent having a strong oxidizing power. Therefore, when crystallization of manganese oxide from manganese ions, this is promoted by using an oxidizing agent having a strong oxidizing atmosphere or a strong oxidizing power. However, the present inventors, in the case of crystallizing manganese trioxide from manganese ions without going through manganese hydroxide, do not require strong atmosphere control or use of a special oxidizing agent. It has been found that crystallization of manganese oxide can be promoted. Furthermore, the present inventors pay attention to the overall oxygen transfer capacity coefficient, and crystallize manganese trioxide while controlling this, thereby promoting crystallization of manganese trioxide per unit volume and unit time. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、マンガンイオンを含有するマンガン塩水溶液から、マンガン水酸化物を経由せずに四三酸化マンガンを晶析させる晶析工程を有する四三酸化マンガンの製造方法であって、該晶析工程において、総括酸素移動容量係数を2.2min−1以上として四三酸化マンガンを晶析することを特徴とする四三酸化マンガンの製造方法である。 That is, the present invention is a method for producing trimanganese tetraoxide having a crystallization step of crystallizing trimanganese tetraoxide from an aqueous manganese salt solution containing manganese ions without going through manganese hydroxide, In the crystallization step, the manganese tetroxide is crystallized with a total oxygen transfer capacity coefficient of 2.2 min −1 or more, and is a method for producing trimanganese tetroxide.
以下、本発明の四三酸化マンガンの製造方法について説明する。 Hereinafter, the method for producing trimanganese tetraoxide of the present invention will be described.
本発明の四三酸化マンガンの製造方法では、晶析工程において、マンガンイオンを含有するマンガン塩水溶液(以下、単に「マンガン塩水溶液」とする。)から、マンガン水酸化物を経由することなく四三酸化マンガンを晶析させる。 In the method for producing trimanganese tetraoxide of the present invention, in the crystallization step, a manganese salt aqueous solution containing manganese ions (hereinafter, simply referred to as “manganese salt aqueous solution”) can be used without passing through manganese hydroxide. Crystallize manganese trioxide.
晶析工程における「マンガン水酸化物を経由することなく」とは、マンガン水酸化物が全く生じない形態のみならず、マンガン水酸化物の六角板状の結晶粒子が成長する前に四三酸化マンガンに転化する形態を含む。そのため、本発明の製造方法における晶析工程は、マンガンイオン(Mn2+)がマンガン水酸化物を経由することなく四三酸化マンガンを晶析させる工程、又は、マンガン水酸化物の結晶成長を十分に抑止した条件下において四三酸化マンガンを晶析させる工程であればよい。 In the crystallization process, “without going through manganese hydroxide” means not only the form in which manganese hydroxide does not occur at all, but also quaternary oxidation before the growth of hexagonal plate-like crystal particles of manganese hydroxide. Includes forms that convert to manganese. Therefore, the crystallization step in the production method of the present invention is a step in which manganese ions (Mn 2+ ) crystallize trimanganese tetroxide without going through manganese hydroxide, or sufficient crystal growth of manganese hydroxide. Any process may be used as long as it crystallizes trimanganese tetraoxide under the conditions suppressed.
従来の製造方法では、還元雰囲気下でマンガン水酸化物を生成させ、その後、酸化雰囲気下でマンガン水酸化物を酸化して四三酸化マンガンを製造する必要があった。これに対し、本発明の製造方法における晶析工程では、雰囲気の変更をすることなく、マンガンイオンから四三酸化マンガンを晶析することができる。そのため、本発明の製造方法における晶析工程では、四三酸化マンガンを連続的に製造することができる。 In the conventional production method, it was necessary to produce manganese hydroxide under a reducing atmosphere, and then oxidize the manganese hydroxide under an oxidizing atmosphere to produce trimanganese tetraoxide. On the other hand, in the crystallization step in the production method of the present invention, trimanganese tetraoxide can be crystallized from manganese ions without changing the atmosphere. Therefore, in the crystallization step in the production method of the present invention, trimanganese tetraoxide can be continuously produced.
晶析工程においては、総括酸素移動容量係数は2.2min−1以上として四三酸化マンガンを晶析する。総括酸素移動容量係数が大きいほど、四三酸化マンガンの晶析速度が速くなり、より効率よく四三酸化マンガンが得られる。そのため、総括酸素移動容量係数は2.5min−1以上であることが好ましく、3min−1以上であることがより好ましく、3.3min−1以上であることが更に好ましい。 In the crystallization process, trimanganese tetraoxide is crystallized with an overall oxygen transfer capacity coefficient of 2.2 min −1 or more. The larger the overall oxygen transfer capacity coefficient, the faster the crystallization rate of trimanganese tetraoxide, and the more efficient production of trimanganese tetraoxide. Therefore, it is preferred that the overall volumetric oxygen transfer coefficient is 2.5 min -1 or more, more preferably 3min -1 or more, more preferably 3.3Min -1 or more.
本発明における総括酸素移動容量係数とは、四三酸化マンガンが晶析するときのマンガン塩水溶液の状態を表す値である。なお、ここでいうマンガン塩水溶液には、晶析した四三酸化マンガンを含むマンガン塩水溶液(以下、「四三酸化マンガンスラリー」又は「反応スラリー」ともいう)を含む。 The overall oxygen transfer capacity coefficient in the present invention is a value that represents the state of the aqueous manganese salt solution when trimanganese tetroxide is crystallized. The manganese salt aqueous solution here includes a manganese salt aqueous solution containing crystallized manganese trioxide (hereinafter also referred to as “trimanganese tetraoxide slurry” or “reaction slurry”).
総括酸素移動容量係数は以下の方法で求めることができる。すなわち、溶存酸素濃度が0.01体積ppm以下の水又は水溶液を攪拌し、当該水溶液等の溶存酸素濃度が実質的に飽和するまで空気を吹き込む。この際に、空気の吹き込み開始からの経過時間(t)と、当該tにおける水溶液の溶存酸素濃度を測定する。測定は、溶存酸素濃度が実質的に飽和するまでに30点以上行う。当該tにおける溶存酸素濃度(CSt)と飽和酸素濃度(CL)との関係から、以下の式より、当該tにおける係数(Xt)を求めた。 The overall oxygen transfer capacity coefficient can be determined by the following method. That is, water or an aqueous solution having a dissolved oxygen concentration of 0.01 volume ppm or less is stirred, and air is blown until the dissolved oxygen concentration of the aqueous solution or the like is substantially saturated. At this time, the elapsed time (t) from the start of air blowing and the dissolved oxygen concentration of the aqueous solution at the time t are measured. The measurement is performed at 30 points or more until the dissolved oxygen concentration is substantially saturated. From the relationship between the dissolved oxygen concentration (C St ) and the saturated oxygen concentration (C L ) at t, the coefficient (X t ) at the t was obtained from the following equation.
Xt=−ln(CL−CSt) X t = -ln (C L -C St)
30点以上の各経過時間tにおけるXtの値を最小二乗法による直線近似をして直線を得、得られた直線の傾きをもって、総括酸素移動容量係数とすることができる。なお、飽和酸素濃度CLは水溶液の温度と酸素分圧に依存し、例えば水溶液の温度が80℃で大気圧で空気を吹き込む場合、CLは2.86体積ppmとなる。 To obtain a straight line by linear approximation by a least square method the value of X t at each elapsed time t over 30 points, with the slope of the resulting straight line can be summarized oxygen transfer capacity coefficient. The saturated oxygen concentration C L depends on the temperature of the aqueous solution and the oxygen partial pressure. For example, when the temperature of the aqueous solution is 80 ° C. and air is blown at atmospheric pressure, C L becomes 2.86 ppm by volume.
晶析工程において、マンガン塩水溶液を攪拌することで、総括酸素移動容量係数が大きくなりやすい。そのため、晶析工程においてはマンガン塩水溶液等を攪拌しながら四三酸化マンガンを晶析することが好ましい。 In the crystallization step, the overall oxygen transfer capacity coefficient tends to increase by stirring the aqueous manganese salt solution. Therefore, in the crystallization step, it is preferable to crystallize trimanganese tetraoxide while stirring an aqueous manganese salt solution or the like.
攪拌所要動力が大きくなると、総括酸素移動容量係数は大きくなる傾向がある。攪拌所要動力とはマンガン塩水溶液を攪拌する際の動力である。晶析工程においては、攪拌所要動力を1.4kW/m3以上、更には1.5kW/m3以上、また更には1.8kW/m3以上として四三酸化マンガンを晶析することが好ましい。一方、四三酸化マンガンの粒子径が適度に大きくなるため、攪拌所要動力を6kW/m3以下、更には4.8kW/m3以下、また更には4kW/m3以下、また更には3kW/m3以下として四三酸化マンガンを晶析することが好ましい。 As the power required for stirring increases, the overall oxygen transfer capacity coefficient tends to increase. The power required for stirring is power for stirring the aqueous manganese salt solution. In the crystallization step, the stirring power requirement of 1.4 kW / m 3 or more, further 1.5 kW / m 3 or more, and more preferably be crystallized trimanganese tetraoxide as 1.8 kW / m 3 or more . On the other hand, since the particle size of trimanganese tetraoxide is appropriately increased, the power required for stirring is 6 kW / m 3 or less, further 4.8 kW / m 3 or less, further 4 kW / m 3 or less, or even 3 kW / It is preferable to crystallize trimanganese tetraoxide as m 3 or less.
晶析工程において、マンガン塩水溶液は適度な濃度の酸素を含んでいることが好ましい。晶析工程においては、溶存酸素濃度を0.2体積ppm以上、更には0.3体積ppm以上、また更には0.6体積ppm以上、また更には1.0体積ppm以上とすることが好ましい。 In the crystallization step, the manganese salt aqueous solution preferably contains an appropriate concentration of oxygen. In the crystallization step, the dissolved oxygen concentration is preferably 0.2 volume ppm or more, more preferably 0.3 volume ppm or more, still more preferably 0.6 volume ppm or more, and even more preferably 1.0 volume ppm or more. .
晶析工程においては、酸素含有ガスを吹き込みながらマンガン塩水溶液から四三酸化マンガンを晶析することが好ましい。酸素含有ガスを吹き込むことで総括酸素移動容量係数が本発明の範囲となりやすくなる。酸素含有ガスとしては、酸素ガス、空気などを挙げることができる。簡便であるため、酸素含有ガスは空気であることが好ましい。 In the crystallization step, it is preferable to crystallize manganese trioxide from an aqueous manganese salt solution while blowing an oxygen-containing gas. By blowing the oxygen-containing gas, the overall oxygen transfer capacity coefficient is easily within the range of the present invention. Examples of the oxygen-containing gas include oxygen gas and air. For simplicity, the oxygen-containing gas is preferably air.
本発明の総括酸素移動容量係数とするため、晶析工程におけるマンガン塩水溶液への酸素含有ガスの吹き込み量は10L/min以上、更には20L/min以上、また更には30L/min以上であることが挙げられる。 In order to obtain the overall oxygen transfer capacity coefficient of the present invention, the amount of oxygen-containing gas blown into the manganese salt aqueous solution in the crystallization step is 10 L / min or more, more preferably 20 L / min or more, or even 30 L / min or more. Is mentioned.
晶析工程において、マンガン塩水溶液からマンガン水酸化物を経由することなく四三酸化マンガンを晶析させる方法として、マンガン塩水溶液中のマンガンイオン(Mn2+)とアルカリ水溶液中の水酸化物イオン(OH−)との比(OH−/Mn2+;以下、「マンガンモル比」とする)を制御しながら、マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液とを混合する方法を挙げることができる。 In the crystallization step, as a method of crystallizing manganese trioxide from an aqueous manganese salt solution without passing through a manganese hydroxide, manganese ions (Mn 2+ ) in the aqueous manganese salt solution and hydroxide ions in the aqueous alkaline solution ( A method of mixing an aqueous manganese salt solution and an aqueous alkaline solution while controlling the ratio to OH − ) (OH − / Mn 2+ ; hereinafter referred to as “manganese molar ratio”) can be mentioned.
マンガン塩水溶液としては、硫酸マンガン、塩化マンガン、硝酸マンガン、及び酢酸マンガン等のマンガンイオン(Mn2+)を含むマンガン化合物の水溶液、又は金属マンガン、マンガン酸化物等を硫酸、塩酸、硝酸、及び酢酸などの各種の酸水溶液に溶解した水溶液を挙げることができる。一方、アルカリ溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の水溶液が例示できる。なお、アンモニアなどの錯体を形成する錯化能を有する化合物を含むアルカリ溶液は使用しないことが好ましい。 Examples of the manganese salt aqueous solution include an aqueous solution of a manganese compound containing manganese ions (Mn 2+ ), such as manganese sulfate, manganese chloride, manganese nitrate, and manganese acetate, or metal manganese, manganese oxide, and the like. And aqueous solutions dissolved in various acid aqueous solutions. On the other hand, examples of the alkaline solution include aqueous solutions of alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. In addition, it is preferable not to use the alkaline solution containing the compound which has the complexing ability which forms complexes, such as ammonia.
晶析工程において、マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液とを混合する場合、マンガンモル比は0.55以下、更には0.5以下となるように両者を混合することが好ましい。マンガンモル比をこの範囲とすることで、得られる四三酸化マンガンの粒子径の相対標準偏差が小さくなりやすくなる。すなわち、粒子径が均一な四三酸化マンガン粒子が得られやすくなる。 In the crystallization step, when the manganese salt aqueous solution and the alkaline aqueous solution are mixed, it is preferable to mix the two so that the manganese molar ratio is 0.55 or less, and further 0.5 or less. By setting the manganese molar ratio within this range, the relative standard deviation of the particle size of the resulting trimanganese tetroxide tends to be small. That is, it becomes easy to obtain trimanganese tetraoxide particles having a uniform particle diameter.
マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液の混合方法は、両者を均一に混合できれば特に限定されない。混合方法としては、マンガン塩水溶液にアルカリ水溶液を添加して混合する方法、マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液を純水等の溶媒中に添加して混合する方法等が例示できる。マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液を十分かつ均一に混合させるため、混合方法はマンガン塩水溶液とアルカリ水溶液を純水中に添加して混合する方法が好ましい。なお、マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液を純水中に添加して混合する場合、当該純水にマンガン塩水溶液が混合されることで、当該純水がマンガンイオンを含む水溶液、すなわちマンガン塩水溶液となり、これに含まれるマンガンイオンが四三酸化マンガンとして晶析する。 The mixing method of the manganese salt aqueous solution and the alkaline aqueous solution is not particularly limited as long as both can be uniformly mixed. Examples of the mixing method include a method in which an alkaline aqueous solution is added to a manganese salt aqueous solution and mixed, a method in which a manganese salt aqueous solution and an alkaline aqueous solution are added to a solvent such as pure water, and the like. In order to sufficiently and uniformly mix the manganese salt aqueous solution and the alkaline aqueous solution, the mixing method is preferably a method in which the manganese salt aqueous solution and the alkaline aqueous solution are added to pure water and mixed. In addition, when adding and mixing a manganese salt aqueous solution and an alkaline aqueous solution in pure water, the pure water becomes an aqueous solution containing manganese ions, that is, a manganese salt aqueous solution by mixing the manganese salt aqueous solution with the pure water. Manganese ions contained therein crystallize as trimanganese tetraoxide.
晶析工程において、マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液とを混合する際の標準水素電極に対する酸化還元電位(以下、単に「酸化還元電位」という。)は0mV以上、更には30mV以上、また更には50mV以上であることが好ましい。マンガン塩水溶液の酸化還元電位がこの範囲であることで、四三酸化マンガン以外のマンガン酸化物がより副生しにくくなる。一方、酸化還元電位は300mV以下、更には200mV以下、また更には180mV以下であることで、得られる四三酸化マンガンの充填性が高くなりやすい。 In the crystallization step, the oxidation-reduction potential (hereinafter simply referred to as “oxidation-reduction potential”) with respect to the standard hydrogen electrode when mixing the manganese salt aqueous solution and the alkaline aqueous solution is 0 mV or more, further 30 mV or more, or even 50 mV or more. It is preferable that When the oxidation-reduction potential of the manganese salt aqueous solution is within this range, manganese oxides other than trimanganese tetraoxide are less likely to be by-produced. On the other hand, when the oxidation-reduction potential is 300 mV or less, further 200 mV or less, and further 180 mV or less, the filling property of the obtained trimanganese tetraoxide tends to be high.
マンガン塩水溶液の酸化還元電位はこれらの範囲であり、なおかつ、それが一定であることが好ましい。ここで、本発明において酸化還元電位が一定とは、酸化還元電位を±50mV、更には±30mV、また更には±20mVの範囲であればよい。 The redox potential of the aqueous manganese salt solution is within these ranges, and it is preferable that it is constant. Here, in the present invention, the constant redox potential may be within the range of ± 50 mV, further ± 30 mV, or even ± 20 mV.
晶析工程おける晶析温度は40℃以上、更には60℃以上、また更には70℃以上であればよい。一方、晶析温度は95℃以下、更には90℃以下であれば、マンガン塩水溶液の蒸発による、マンガン塩水溶液中のマンガンイオン濃度の変動が小さくなる。 The crystallization temperature in the crystallization step may be 40 ° C. or higher, further 60 ° C. or higher, and further 70 ° C. or higher. On the other hand, if the crystallization temperature is 95 ° C. or lower, and further 90 ° C. or lower, the fluctuation of manganese ion concentration in the manganese salt aqueous solution due to evaporation of the manganese salt aqueous solution becomes small.
晶析工程において、四三酸化マンガンを晶析させたマンガン塩水溶液、すなわち、晶析した四三酸化マンガンを含むスラリーを攪拌することで、当該スラリー中に四三酸化マンガンを滞在させてもよい。当該スラリー中での四三酸化マンガンの平均滞在時間としては6時間以上、更には8時間以上を挙げることができる。 In the crystallization step, the manganese salt aqueous solution crystallized with trimanganese tetroxide, that is, the slurry containing crystallized trimanganese tetroxide may be stirred to allow the trimanganese tetroxide to stay in the slurry. . Examples of the average residence time of trimanganese tetraoxide in the slurry include 6 hours or more, and further 8 hours or more.
晶析工程では、マンガン塩水溶液からの四三酸化マンガンの晶析を連続的に行うことができる。晶析を連続的に行う場合、混合するマンガン塩水溶液と同量の、スラリーの一部を系外に抜液すればよい。これにより、当該スラリー中での四三酸化マンガンの平均滞在時間を上記の範囲としながら、連続して晶析が行うことができる。そのため、晶析工程における晶析時間を50時間以上、更には100時間以上とすることができる。 In the crystallization step, crystallization of trimanganese tetraoxide from an aqueous manganese salt solution can be performed continuously. When crystallization is performed continuously, a part of the slurry having the same amount as the manganese salt aqueous solution to be mixed may be drained out of the system. Thereby, crystallization can be performed continuously while keeping the average residence time of trimanganese tetraoxide in the slurry within the above range. Therefore, the crystallization time in the crystallization step can be 50 hours or longer, and further 100 hours or longer.
晶析工程において、錯化剤は四三酸化マンガンの晶析挙動に影響を及ぼす。そのため、晶析工程においては、錯化剤が実質的に存在しない雰囲気で四三酸化マンガンを晶析することが好ましい。錯化剤としてはアンモニア、アンモニウム塩、ヒドラジン、及びEDTA等を例示することができる。 In the crystallization process, the complexing agent affects the crystallization behavior of trimanganese tetraoxide. Therefore, in the crystallization step, it is preferable to crystallize trimanganese tetraoxide in an atmosphere in which the complexing agent is not substantially present. Examples of complexing agents include ammonia, ammonium salts, hydrazine, and EDTA.
本発明の製造方法において、晶析工程の後、ろ過及び洗浄工程、又は乾燥工程若しくはその両者を含んでいてもよい。 The production method of the present invention may include a filtration and washing step, a drying step, or both after the crystallization step.
ろ過及び洗浄工程では、反応スラリーから四三酸化マンガンを回収する。洗浄方法として、晶析した四三酸化マンガンをろ過して固液分離し、これを純水等で洗浄することが挙げられる。 In the filtration and washing steps, trimanganese tetraoxide is recovered from the reaction slurry. As a washing method, the crystallized manganese trioxide is filtered and solid-liquid separated, and this is washed with pure water or the like.
乾燥工程では、晶析後又はろ過及び洗浄後の四三酸化マンガンの水分を除去する。乾燥方法として、四三酸化マンガンを空気中、100℃から120℃程度に5〜24時間程度おくことが挙げられる。 In the drying step, the water content of trimanganese tetraoxide after crystallization or after filtration and washing is removed. As a drying method, it is possible to put trimanganese tetraoxide in air at about 100 ° C. to 120 ° C. for about 5 to 24 hours.
本発明の製造方法によれば、充填性が高い四三酸化マンガンを製造できるだけでなく、分級や粉砕等の追加的な整粒処理を行う必要なく、均一な粒子径分布を有する四三酸化マンガンを製造することができる。そのため、本発明の製造方法では、四三酸化マンガンの粒子径を調整する粉砕や分級などの整粒工程を含まなくてもよい。 According to the production method of the present invention, it is possible not only to produce manganese trioxide having a high filling property, but also to carry out additional sizing treatment such as classification and pulverization, and to have a uniform particle size distribution. Can be manufactured. Therefore, the production method of the present invention does not need to include a sizing step such as pulverization or classification for adjusting the particle diameter of manganese trioxide.
本発明により、晶析速度は7kg/(m3・hr)以上、更には8kg/(m3・hr)以上と、晶析速度の速い四三酸化マンガンの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing trimanganese tetraoxide having a high crystallization rate of 7 kg / (m 3 · hr) or more, further 8 kg / (m 3 · hr) or more.
本発明の製造方法では、充填性が高く、なおかつ、粒子径が均一な四三酸化マンガンを得ることができる。 In the production method of the present invention, trimanganese tetraoxide having a high filling property and a uniform particle size can be obtained.
本発明の製造方法により得られる四三酸化マンガンは、スピネル構造を有している。また、その化学式はMnOx(但し、1.20≦x≦1.40、好ましくは1.25≦X≦1.35)であることが好ましい。 Manganese tetroxide obtained by the production method of the present invention has a spinel structure. The chemical formula is preferably MnOx (where 1.20 ≦ x ≦ 1.40, preferably 1.25 ≦ X ≦ 1.35).
スピネル構造は、JCPDSパターンのNo.24−734のX線回折(以下、「XRD」とする)パターンと同等のXRDパターンを示す構造である。 The spinel structure is the JCPDS pattern no. This is a structure showing an XRD pattern equivalent to the X-ray diffraction (hereinafter referred to as “XRD”) pattern of 24-734.
四三酸化マンガンのタップ密度は1.8g/cm3以上であることが好ましく、1.9g/cm3以上であることがより好ましく、1.95g/cm3以上であることが更に好ましい。四三酸化マンガンのタップ密度が1.8g/cm3以上であれば、これを原料として得られるリチウムマンガン系複合酸化物の密度も高くなりやすい。一方、本発明の製造方法で得られる四三酸化マンガンのタップ密度は2.3g/cm3以下、更には2.1g/cm3以下となりやすい。 The tap density of trimanganese tetraoxide is preferably 1.8 g / cm 3 or more, more preferably 1.9 g / cm 3 or more, and still more preferably 1.95 g / cm 3 or more. If the tap density of trimanganese tetraoxide is 1.8 g / cm 3 or more, the density of the lithium manganese composite oxide obtained using this as a raw material tends to be high. On the other hand, the tap density of the trimanganese tetraoxide obtained by the process of the present invention is 2.3 g / cm 3 or less, more likely to be 2.1 g / cm 3 or less.
本発明における「タップ密度」は、粉末を充填した容器を機械的に複数回タッピングした後に得られる粉末のかさ密度である。これは、粉末を加圧成型した後に得られる粉末の密度、いわゆるプレス密度とは異なる。タップ密度は、例えば、後述する実施例に示す方法で測定できる。 The “tap density” in the present invention is the bulk density of the powder obtained after mechanically tapping the container filled with the powder multiple times. This is different from the density of the powder obtained after press molding the powder, that is, the so-called press density. The tap density can be measured, for example, by the method shown in the examples described later.
四三酸化マンガンの平均粒子径は1μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましく、5μm以上であることが更に好ましく、6μm以上であることが更により好ましい。一方、平均粒子径は50μm以下、更には20μm以下、また更には10μm以下であればよい。 The average particle size of trimanganese tetraoxide is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, further preferably 5 μm or more, and further preferably 6 μm or more. On the other hand, the average particle diameter may be 50 μm or less, further 20 μm or less, and further 10 μm or less.
本発明において、平均粒子径とは、体積基準で50%になる粒子径(いわゆるD50)である。粒子径分布が単分散(monomodal)である場合、その最頻粒子径と平均粒子径が一致する。この場合、最頻粒子径が平均粒子径となる。 In the present invention, the average particle size is a particle size (so-called D 50 ) that is 50% on a volume basis. When the particle size distribution is monomodal, the mode particle size and the average particle size match. In this case, the mode particle size is the average particle size.
本発明の製造方法で得られる四三酸化マンガンの粒子径は均一であり、その粒子径の相対標準偏差は40%以下、更には35%以下、また更には30%以下となる。四三酸化マンガンの粒子径が均一であるほど、リチウム化合物と反応が均一に進行しやすくなる。 The particle diameter of trimanganese tetraoxide obtained by the production method of the present invention is uniform, and the relative standard deviation of the particle diameter is 40% or less, further 35% or less, and further 30% or less. The more uniform the particle size of trimanganese tetraoxide, the more easily the reaction with the lithium compound proceeds.
四三酸化マンガンの粒子径の相対標準偏差は以下の式から求めることができる。 The relative standard deviation of the particle diameter of trimanganese tetraoxide can be obtained from the following equation.
粒子径の相対標準偏差(%) = (粒子径の標準偏差/平均粒子径)×100 Relative standard deviation of particle diameter (%) = (standard deviation of particle diameter / average particle diameter) x 100
粒子径の標準偏差は、四三酸化マンガンの粒子径分布及び平均粒子を測定し、これより求めることができる。 The standard deviation of the particle diameter can be obtained by measuring the particle size distribution and average particle of manganese trioxide.
四三酸化マンガンは不純物が少ないことが好ましく、特にナトリウム(Na)が少ないことが好ましい。四三酸化マンガンのNaが少ないことで、これを原料として得られるリチウム系複合酸化物とした時の電池特性が高くなりやすい。四三酸化マンガンのNa含有量として200重量ppm以下、更には150重量ppm以下、また更には重量130ppm以下を挙げることができる。 Trimanganese tetraoxide is preferably low in impurities, and particularly preferably low in sodium (Na). When there is little Na of trimanganese tetroxide, the battery characteristics when this is used as a lithium-based composite oxide obtained as a raw material tends to be high. As Na content of trimanganese tetraoxide, 200 weight ppm or less, Furthermore 150 weight ppm or less, Furthermore, 130 weight or less can be mentioned.
本発明の製造方法により得られる四三酸化マンガンは、リチウムマンガン系複合酸化物のマンガン原料として使用することができる。更には、本発明の製造方法で得られる四三酸化マンガンは、分級、整粒又は粉砕等の製造後の粒度調整を必要とせずに、リチウム化合物と混合できるマンガン原料として使用することができる。 The trimanganese tetraoxide obtained by the production method of the present invention can be used as a manganese raw material for a lithium manganese composite oxide. Furthermore, the trimanganese tetraoxide obtained by the production method of the present invention can be used as a manganese raw material that can be mixed with a lithium compound without requiring particle size adjustment after production such as classification, sizing or grinding.
本発明の製造方法により得られる四三酸化マンガンを用いたリチウムマンガン系複合酸化物は、上述の四三酸化マンガンとリチウム化合物の少なくとも一方とを混合する混合工程と、熱処理する加熱工程と、を有するリチウムマンガン系複合酸化物の製造方法により得ることができる。 A lithium manganese based composite oxide using trimanganese tetraoxide obtained by the production method of the present invention comprises a mixing step of mixing at least one of the above-described trimanganese tetraoxide and a lithium compound, and a heating step of heat treatment. It can obtain by the manufacturing method of the lithium manganese type complex oxide which has.
混合工程において、四三酸化マンガンをリチウム化合物と混合する際に、リチウムマンガン系複合酸化物のリチウム二次電池正極材料の特性を改善するために、異種金属化合物を添加してもよい。 In the mixing step, when mixing trimanganese tetraoxide with a lithium compound, a different metal compound may be added in order to improve the characteristics of the lithium secondary battery positive electrode material of the lithium manganese composite oxide.
異種金属化合物は、構成元素としてマンガン及びリチウムとは異なる金属元素、例えば、構成元素としてアルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、クロム(Cr)、チタン(Ti)及びジルコニウム(Zr)の群から選ばれる少なくとも1種を含む化合物である。 The different metal compound is a metal element different from manganese and lithium as constituent elements, for example, aluminum (Al), magnesium (Mg), nickel (Ni), cobalt (Co), chromium (Cr), titanium (Ti) as constituent elements. And at least one selected from the group of zirconium (Zr).
リチウムマンガン系複合酸化物は結晶構造がスピネル型であることが好ましく、さらに、下記化学式で表されることが好ましい。 The lithium manganese composite oxide preferably has a spinel crystal structure, and is preferably represented by the following chemical formula.
Li1+xMyMn2−x−yO4 Li 1 + x M y Mn 2 -x-y O 4
但し、0≦x≦0.33、0≦y≦1.0、MはLi、Mn及びO以外の元素から選ばれる少なくとも1種類以上の金属元素である。 However, 0 ≦ x ≦ 0.33, 0 ≦ y ≦ 1.0, and M is at least one metal element selected from elements other than Li, Mn and O.
リチウム化合物は、如何なるものを用いてもよい。リチウム化合物として、水酸化リチウム、酸化リチウム、炭酸リチウム、ヨウ化リチウム、硝酸リチウム、シュウ酸リチウム、及びアルキルリチウム等が例示される。好ましいリチウム化合物としては、水酸化リチウム、酸化リチウム、及び炭酸リチウムなどが例示できる。 Any lithium compound may be used. Examples of the lithium compound include lithium hydroxide, lithium oxide, lithium carbonate, lithium iodide, lithium nitrate, lithium oxalate, and alkyl lithium. Examples of preferable lithium compounds include lithium hydroxide, lithium oxide, and lithium carbonate.
本発明の四三酸化マンガンを原料として得られたリチウムマンガン系複合酸化物は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用することができる。 The lithium manganese composite oxide obtained using the trimanganese tetraoxide of the present invention as a raw material can be used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery.
本発明の製造方法により、より効率高く、マンガン塩水溶液からマンガン水酸化物を経由せずに四三酸化マンガンを得ることができる。また、本発明の製造方法では、特別な雰囲気制御や、酸化力の強い酸化剤等、追加の成分を必要とすることなく、効率よく四三酸化マンガンを得ることができる。 By the production method of the present invention, trimanganese tetraoxide can be obtained from a manganese salt aqueous solution with high efficiency without going through manganese hydroxide. Further, in the production method of the present invention, trimanganese tetraoxide can be efficiently obtained without requiring additional components such as special atmosphere control and an oxidizing agent having strong oxidizing power.
また、本発明により、晶析速度が7kg/(m3・hr)以上と、晶析速度の速い四三酸化マンガンの製造方法を提供する事ができる。 In addition, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing trimanganese tetraoxide having a crystallization rate of 7 kg / (m 3 · hr) or more and a high crystallization rate.
さらに、本発明の製造方法により、マンガン塩水溶液とアルカリ水溶液を添加する速度を遅くすることなく、粒子径が大きく、なおかつ充填性の高い四三酸化マンガンを得ることができる。 Furthermore, with the production method of the present invention, it is possible to obtain trimanganese tetraoxide having a large particle size and high filling properties without slowing the rate of adding the manganese salt aqueous solution and the alkaline aqueous solution.
本発明の製造方法によって、より高効率で四三酸化マンガンを製造することができる。例えば、マンガン塩水溶液が100L以上、更には150L以上であっても、効率よく均一な四三酸化マンガンを製造することができる。 By the production method of the present invention, trimanganese tetraoxide can be produced with higher efficiency. For example, even when the manganese salt aqueous solution is 100 L or more, and even 150 L or more, uniform manganese trioxide can be efficiently produced.
本発明の製造方法により、分級、整粒又は粉砕等の製造後の粒度調整を必要としない四三酸化マンガンを提供することができる。 By the production method of the present invention, it is possible to provide trimanganese tetraoxide that does not require particle size adjustment after production such as classification, sizing or pulverization.
本発明の製造方法により得られる四三酸化マンガンはリチウムマンガン系複合酸化物の原料などの用途に使用することができる。 The trimanganese tetraoxide obtained by the production method of the present invention can be used for applications such as a raw material of lithium manganese composite oxide.
次に、本発明を具体的な実施例で説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be described with specific examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(総括酸素移動容量係数)
溶存酸素の測定は、市販の光学式酸素濃度測定器(VISIFERMTM DO SENSORS、HAMILTON製)を使用して行った。試料溶液の溶存酸素濃度を0.01体積ppm以下とした後、溶存酸素濃度を測定しながら、攪拌しながら当該試料溶液に空気を吹き込んだ。空気の吹込みは、溶存酸素濃度が大気圧の空気に対する飽和酸素濃度(CL;80℃においては、2.86体積ppm)になるまで行った。この際に、空気の吹き込み開始からの1秒間隔で各時間における溶存酸素濃度を測定した。測定は、溶存酸濃度が実質的に飽和するまでに30点以上行った。各時間tにおける溶存酸素濃度(CSt)と飽和酸素濃度(CL)との関係から、以下の式より、当該tにおける係数(Xt)を求めた。
(Overall oxygen transfer capacity coefficient)
The measurement of dissolved oxygen was performed using a commercially available optical oxygen concentration meter (VISIFERTM ™ DO SENSORS, manufactured by HAMILTON). After the dissolved oxygen concentration of the sample solution was set to 0.01 volume ppm or less, air was blown into the sample solution while stirring while measuring the dissolved oxygen concentration. The air was blown in until the dissolved oxygen concentration reached a saturated oxygen concentration (C L ; 2.86 vol ppm at 80 ° C.) with respect to air at atmospheric pressure. At this time, the dissolved oxygen concentration at each time was measured at an interval of 1 second from the start of air blowing. The measurement was performed at 30 points or more until the dissolved acid concentration was substantially saturated. From the relationship between the dissolved oxygen concentration (C St ) and the saturated oxygen concentration (C L ) at each time t, the coefficient (X t ) at the t was determined from the following equation.
Xt=−ln(CL−CSt) X t = -ln (C L -C St)
30点以上の各経過時間tにおけるXtの値を最小二乗法による直線近似をして直線を得、得られた直線の傾きをもって、総括酸素移動容量係数とした。 To obtain a straight line by linear approximation by a least square method the value of X t at each elapsed time t over 30 points, with the slope of the resulting straight lines and the overall oxygen transfer capacity coefficient.
(溶存酸素濃度)
晶析工程におけるマンガン塩水溶液の溶存酸素濃度は市販の酸素濃度測定器(VISIFERMTM DO SENSORS、HAMILTON製)で測定した。
(Dissolved oxygen concentration)
The dissolved oxygen concentration of the manganese salt aqueous solution in the crystallization process was measured with a commercially available oxygen concentration measuring device (VISIFERTM ™ DO SENSORS, manufactured by HAMILTON).
(晶析速度)
晶析速度は、晶析に使用したマンガン量、晶析したマンガン量及び晶析時間から以下の式によって求めた。なお、Mn1及びMn2は、マンガン塩水溶液の量を測定し、なおかつ、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP)測定法によってマンガン塩水溶液中のMn濃度を測定した。
(Crystallization rate)
The crystallization rate was determined by the following equation from the amount of manganese used for crystallization, the amount of manganese crystallized, and the crystallization time. In addition, Mn1 and Mn2 measured the quantity of manganese salt aqueous solution, and also measured Mn density | concentration in manganese salt aqueous solution by the inductively coupled plasma emission-spectral-spectroscopy (ICP) measuring method.
α=[{(Mn1−Mn2)/Mn1}×Mn1]/(V・T)
ここで、
α:晶析速度(kg/(m3・hr))
Mn1:晶析に使用した硫酸マンガン水溶液中のマンガンイオン(Mn2+)量(kg)
Mn2:晶析後に回収されたろ液中のマンガンイオン(Mn2+)量(kg)
V:晶析中の反応スラリー量(m3)
T:晶析時間(hr)
である。
α = [{(Mn1-Mn2) / Mn1} × Mn1] / (V · T)
here,
α: Crystallization rate (kg / (m 3 · hr))
Mn1: Manganese ion (Mn 2+ ) amount (kg) in the aqueous manganese sulfate solution used for crystallization
Mn2: Manganese ion (Mn 2+ ) amount (kg) in the filtrate recovered after crystallization
V: Amount of reaction slurry during crystallization (m 3 )
T: Crystallization time (hr)
It is.
(タップ密度)
試料100gを100mLメスシリンダーに充填し、200回タッピングした後の密度をタップ密度とした。
(Tap density)
The density after 100 g of a sample was filled in a 100 mL graduated cylinder and tapped 200 times was defined as the tap density.
(平均粒子径)
試料を純水に分散させて測定溶液とし、そこにアンモニア水を添加してpH8.5にした後、測定溶液を3分間の超音波分散をした。市販の粒度測定装置(商品名:MICROTRAC HRA 9320−X100,日機装株式会社製)により、当該測定溶液を用いて粒子径分布を求めた。体積基準で50%になる粒子径(いわゆるD50)を求め、これを平均粒子径とした。
(Average particle size)
A sample was dispersed in pure water to obtain a measurement solution. Ammonia water was added to adjust the pH to 8.5, and then the measurement solution was subjected to ultrasonic dispersion for 3 minutes. The particle size distribution was calculated | required using the said measurement solution with the commercially available particle size measuring apparatus (brand name: MICROTRAC HRA 9320-X100, Nikkiso Co., Ltd. product). A particle diameter (so-called D 50 ) that is 50% on a volume basis was determined, and this was defined as an average particle diameter.
(X線回折測定)
試料の結晶相をXRDによって測定した。測定は一般的なX線回折装置で測定した。線源にはCuKα線(λ=1.5405Å)を用い、測定モードはステップスキャン、スキャン条件は毎秒0.04°、計測時間は3秒、および測定範囲は2θとして5°から80°の範囲で測定した。
(X-ray diffraction measurement)
The crystal phase of the sample was measured by XRD. The measurement was performed with a general X-ray diffractometer. A CuKα ray (λ = 1.5405 mm) is used as the radiation source, the measurement mode is step scan, the scan condition is 0.04 ° per second, the measurement time is 3 seconds, and the measurement range is 2 ° to 5 ° to 80 °. Measured with
JCPDSパターンのNo.24−734のXRDパターンを四三酸化マンガンの粉末X線回折パターンとし、これと得られた試料のXRDパターンとを対比することで試料の同定を行った。 JCPDS pattern No. The XRD pattern of 24-734 was used as a powder X-ray diffraction pattern of trimanganese tetraoxide, and the sample was identified by comparing this with the XRD pattern of the obtained sample.
(化学組成分析)
試料を塩酸と過酸化水素の混合水溶液で溶解した後、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP)測定法によりNa量を測定した。
(Chemical composition analysis)
After the sample was dissolved in a mixed aqueous solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide, the amount of Na was measured by an inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP) measurement method.
実施例1
攪拌所要動力を1.9kW/m3として攪拌翼を回転することで150Lの純水を攪拌しながら、当該純水を80℃とした。
Example 1
The pure water was set to 80 ° C. while stirring 150 L of pure water by rotating the stirring blade with a required power of stirring of 1.9 kW / m 3 .
次いで、窒素ガスを吹き込むことにより、当該純水の溶存酸素濃度を0.01mg/L以下とした後、当該純水に36L/minで空気を吹き込み、総括酸素移動容量係数を測定した。本実施例の総括酸素移動容量係数は2.3min−1であった。 Next, nitrogen gas was blown to bring the dissolved oxygen concentration of the pure water to 0.01 mg / L or less, and then air was blown into the pure water at 36 L / min to measure the overall oxygen transfer capacity coefficient. The overall oxygen transfer capacity coefficient of this example was 2.3 min −1 .
次いで、上記の空気の吹き込み量及び攪拌所要動力を維持しながら、純水中のマンガンモル比(OH−/Mn2+)が0.47となるように、2mol/Lの硫酸マンガン水溶液と6mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を、当該純水に連続的に添加することで当該純水中のマンガンイオンから四三酸化マンガンを晶析させた。四三酸化マンガンを晶析させる際の酸化還元電位は160mVとした。これにより、四三酸化マンガンを含む反応スラリーを得た。なお、晶析は、反応スラリー量が150Lで一定となるように、硫酸マンガン塩水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液の添加量と同量の反応スラリーを抜液しながら行ない、晶析時間を100時間とした。なお、反応スラリーの抜液により、反応スラリー中における四三酸化マンガンの平均滞在時間を8時間とした。晶析後、これをろ過、洗浄、及び乾燥し、本実施例の四三酸化マンガンを得た。 Next, a 2 mol / L manganese sulfate aqueous solution and 6 mol / L were added so that the manganese molar ratio (OH − / Mn 2+ ) in pure water was 0.47 while maintaining the above air blowing amount and the required power for stirring. By adding L sodium hydroxide aqueous solution continuously to the pure water, manganese trioxide was crystallized from manganese ions in the pure water. The oxidation-reduction potential when crystallizing trimanganese tetraoxide was 160 mV. Thereby, a reaction slurry containing trimanganese tetraoxide was obtained. The crystallization is performed while draining the same amount of the reaction slurry as the addition amount of the manganese sulfate aqueous solution and the sodium hydroxide aqueous solution so that the reaction slurry amount is constant at 150 L, and the crystallization time is 100 hours. did. The average residence time of trimanganese tetroxide in the reaction slurry was set to 8 hours by extracting the reaction slurry. After crystallization, this was filtered, washed, and dried to obtain trimanganese tetraoxide of this example.
晶析速度は8.0kg/(m3・hr)であった。また、反応スラリー中の溶存酸素量は1.4体積ppmであった。 The crystallization rate was 8.0 kg / (m 3 · hr). Moreover, the amount of dissolved oxygen in the reaction slurry was 1.4 volume ppm.
本実施例の製造条件を表1に、得られた四三酸化マンガンの物性を表2に示す。また、本実施例の四三酸化マンガンのXRDパターンを図1に示した。 The production conditions of this example are shown in Table 1, and the physical properties of the obtained manganese trioxide are shown in Table 2. Moreover, the XRD pattern of the trimanganese tetraoxide of a present Example was shown in FIG.
実施例2
攪拌所要動力を2.9kW/m3としたこと、及び、純水に23L/minで空気を吹き込んだこと以外は実施例1と同様な方法により、総括酸素移動容量係数を測定した。本実施例の総括酸素移動容量係数は2.7min−1であった。
Example 2
The overall oxygen transfer capacity coefficient was measured by the same method as in Example 1 except that the power required for stirring was 2.9 kW / m 3 and air was blown into pure water at 23 L / min. The overall oxygen transfer capacity coefficient of this example was 2.7 min −1 .
その後、マンガンモル比(OH−/Mn2+)が0.48となるように硫酸マンガン水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液を添加したこと、並びに酸化還元電位を110mVとしたこと以外は実施例1と同様な方法で反応スラリーを得た。 Thereafter, the same as in Example 1 except that an aqueous manganese sulfate solution and an aqueous sodium hydroxide solution were added so that the manganese molar ratio (OH − / Mn 2+ ) was 0.48, and that the oxidation-reduction potential was 110 mV. A reaction slurry was obtained by this method.
晶析速度は8.1kg/(m3・hr)であった。また、反応スラリー中の溶存酸素量は1.5体積ppmであった。 The crystallization rate was 8.1 kg / (m 3 · hr). Moreover, the amount of dissolved oxygen in the reaction slurry was 1.5 ppm by volume.
本実施例の製造条件を表1に、得られた四三酸化マンガンの物性を表2に示す。 The production conditions of this example are shown in Table 1, and the physical properties of the obtained manganese trioxide are shown in Table 2.
実施例3
攪拌所要動力を4.6kW/m3としたこと、及び、純水に23L/minで空気を吹き込んだこと以外は実施例1と同様な方法により、総括酸素移動容量係数を測定した。本実施例の総括酸素移動容量係数は3.8min−1であった。
Example 3
The overall oxygen transfer capacity coefficient was measured by the same method as in Example 1 except that the power required for stirring was 4.6 kW / m 3 and air was blown into pure water at 23 L / min. The overall oxygen transfer capacity coefficient of this example was 3.8 min −1 .
その後、マンガンモル比(OH−/Mn2+)が0.48となるように硫酸マンガン水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液を添加したこと、並びに酸化還元電位を110mVとしたこと以外は実施例1と同様な方法で反応スラリーを得た。 Thereafter, the same as in Example 1 except that an aqueous manganese sulfate solution and an aqueous sodium hydroxide solution were added so that the manganese molar ratio (OH − / Mn 2+ ) was 0.48, and that the oxidation-reduction potential was 110 mV. A reaction slurry was obtained by this method.
晶析速度は8.4kg/(m3・hr)であった。また、反応スラリー中の溶存酸素量は1.6体積ppmであった。 The crystallization rate was 8.4 kg / (m 3 · hr). Moreover, the amount of dissolved oxygen in the reaction slurry was 1.6 volume ppm.
本実施例の製造条件を表1に、得られた四三酸化マンガンの物性を表2に示す。 The production conditions of this example are shown in Table 1, and the physical properties of the obtained manganese trioxide are shown in Table 2.
実施例4
攪拌所要動力を2.6kW/m3としたこと、及び、純水に53L/minで空気を吹き込んだこと以外は実施例1と同様な方法により、総括酸素移動容量係数を測定した。本実施例の総括酸素移動容量係数は3.3min−1であった。
Example 4
The overall oxygen transfer capacity coefficient was measured by the same method as in Example 1 except that the power required for stirring was 2.6 kW / m 3 and air was blown into pure water at 53 L / min. The overall oxygen transfer capacity coefficient of this example was 3.3 min −1 .
その後、マンガンモル比(OH−/Mn2+)が0.48となるように硫酸マンガン水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液を添加したこと、並びに、酸化還元電位を80mVとしたこと以外は実施例1と同様な方法で反応スラリーを得た。 Thereafter, the same as in Example 1 except that an aqueous manganese sulfate solution and an aqueous sodium hydroxide solution were added so that the manganese molar ratio (OH − / Mn 2+ ) was 0.48, and that the oxidation-reduction potential was 80 mV. The reaction slurry was obtained by various methods.
晶析速度は7.4kg/(m3・hr)であった。また、反応スラリー中の溶存酸素量は0.6体積ppmであった。 The crystallization rate was 7.4 kg / (m 3 · hr). Moreover, the amount of dissolved oxygen in the reaction slurry was 0.6 ppm by volume.
本実施例の製造条件を表1に、得られた四三酸化マンガンの物性を表2に示す。 The production conditions of this example are shown in Table 1, and the physical properties of the obtained manganese trioxide are shown in Table 2.
実施例5
攪拌所要動力を2.6kW/m3としたこと、及び、純水に103L/minで空気を吹き込んだこと以外は実施例1と同様な方法により、総括酸素移動容量係数を測定した。本実施例の総括酸素移動容量係数は3.5min−1であった。
Example 5
The overall oxygen transfer capacity coefficient was measured by the same method as in Example 1 except that the power required for stirring was 2.6 kW / m 3 and air was blown into pure water at 103 L / min. The overall oxygen transfer capacity coefficient of this example was 3.5 min −1 .
その後、マンガンモル比(OH−/Mn2+)が0.48となるように硫酸マンガン水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液を添加したこと、並びに酸化還元電位を70mVとしたこと以外は実施例1と同様な方法で反応スラリーを得た。 Thereafter, the same as in Example 1 except that an aqueous manganese sulfate solution and an aqueous sodium hydroxide solution were added so that the manganese molar ratio (OH − / Mn 2+ ) was 0.48, and the oxidation-reduction potential was 70 mV. A reaction slurry was obtained by this method.
晶析速度は8.1kg/(m3・hr)であった。また、反応スラリー中の溶存酸素量は0.8体積ppmであった。 The crystallization rate was 8.1 kg / (m 3 · hr). Moreover, the amount of dissolved oxygen in the reaction slurry was 0.8 ppm by volume.
本実施例の製造条件を表1に、得られた四三酸化マンガンの物性を表2に示す。 The production conditions of this example are shown in Table 1, and the physical properties of the obtained manganese trioxide are shown in Table 2.
比較例1
攪拌所要動力を1.3kW/m3として攪拌翼を回転することで150Lの純水を攪拌しながら、当該純水を80℃とした。
Comparative Example 1
The pure water was brought to 80 ° C. while stirring 150 L of pure water by rotating the stirring blade with a required power of stirring of 1.3 kW / m 3 .
次いで、窒素ガスを吹き込むことにより、当該純水の溶存酸素濃度を0.01mg/L以下とした後、当該純水に76L/minで空気を吹き込み、総括酸素移動容量係数を測定した。本比較例の総括酸素移動容量係数は2.1min−1であった。 Next, nitrogen gas was blown to bring the dissolved oxygen concentration of the pure water to 0.01 mg / L or less, and then air was blown into the pure water at 76 L / min to measure the overall oxygen transfer capacity coefficient. The overall oxygen transfer capacity coefficient of this comparative example was 2.1 min −1 .
次いで、上記の空気の吹き込み量及び攪拌所要動力を維持しながら、純水中のマンガンモル比(OH−/Mn2+)が0.46となるように、2mol/Lの硫酸マンガン水溶液と6mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液とを、当該純水に連続的に添加することで当該純水中のマンガンイオンからマンガン酸化物を晶析させた。マンガン酸化物を晶析させる際の酸化還元電位は−90mVとした。これにより、マンガン酸化物を含む反応スラリーを得た。なお、晶析は、反応スラリー量が150Lで一定となるように、硫酸マンガン塩水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液の添加量と同量の反応スラリーを抜液しながら行ない、晶析時間を100時間とした。反応スラリーの抜液により、反応スラリー中における四三酸化マンガンの平均滞在時間を11時間とした。晶析後、これをろ過、洗浄、及び乾燥し、本比較例のマンガン酸化物を得た。 Next, a 2 mol / L manganese sulfate aqueous solution and 6 mol / L were added so that the molar ratio of manganese in pure water (OH − / Mn 2+ ) was 0.46 while maintaining the above air blowing amount and the required power for stirring. By adding L sodium hydroxide aqueous solution continuously to the pure water, manganese oxide was crystallized from manganese ions in the pure water. The oxidation-reduction potential for crystallization of manganese oxide was −90 mV. Thereby, a reaction slurry containing manganese oxide was obtained. The crystallization is performed while draining the same amount of the reaction slurry as the addition amount of the manganese sulfate aqueous solution and the sodium hydroxide aqueous solution so that the reaction slurry amount is constant at 150 L, and the crystallization time is 100 hours. did. By removing the reaction slurry, the average residence time of trimanganese tetraoxide in the reaction slurry was set to 11 hours. After crystallization, this was filtered, washed, and dried to obtain a manganese oxide of this comparative example.
晶析速度は7.8kg/(m3・hr)であったが、得られたマンガン酸化物の結晶相は、JCPDSパターンNo.24−734の四三酸化マンガンとJCPDSパターンNo.23−1046の層構造マンガン酸化物(Na型バーネサイト)が混在するマンガン酸化物であった。また、反応スラリー中の溶存酸素量は0.2体積ppmであった。 The crystallization rate was 7.8 kg / (m 3 · hr), but the crystal phase of the obtained manganese oxide was JCPDS pattern No. 24-734 manganese trioxide and JCPDS pattern no. It was a manganese oxide in which the layer structure manganese oxide (Na-type banesite) of 23-1046 was mixed. Moreover, the amount of dissolved oxygen in the reaction slurry was 0.2 ppm by volume.
本比較例の製造条件を表1に、得られたマンガン酸化物の物性を表2に示す。また、本比較例XRDパターンを図2に示した。 The production conditions of this comparative example are shown in Table 1, and the physical properties of the obtained manganese oxide are shown in Table 2. Further, the comparative XRD pattern is shown in FIG.
比較例2
攪拌所要動力を1.3kW/m3として攪拌翼を回転することで150Lの純水を攪拌しながら、当該純水を80℃とした。
Comparative Example 2
The pure water was brought to 80 ° C. while stirring 150 L of pure water by rotating the stirring blade with a required power of stirring of 1.3 kW / m 3 .
次いで、窒素ガスを吹き込むことにより、当該純水の溶存酸素濃度を0.01mg/L以下とした後、当該純水に76L/minで空気を吹き込み、総括酸素移動容量係数を測定した。本比較例の総括酸素移動容量係数は2.1min−1であった。 Next, nitrogen gas was blown to bring the dissolved oxygen concentration of the pure water to 0.01 mg / L or less, and then air was blown into the pure water at 76 L / min to measure the overall oxygen transfer capacity coefficient. The overall oxygen transfer capacity coefficient of this comparative example was 2.1 min −1 .
次いで、上記の空気の吹き込み量及び攪拌所要動力を維持しながら、純水中のマンガンモル比(OH−/Mn2+)が0.46となるように、2mol/Lの硫酸マンガン水溶液と6mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液とを、当該純水に連続的に添加することで当該純水中のマンガンイオンから四三酸化マンガンを晶析させた。四三酸化マンガンを晶析させる際の酸化還元電位は30mVとした。これにより、四三酸化マンガンを含む反応スラリーを得た。なお、晶析は、反応スラリー量が150Lで一定となるように、硫酸マンガン塩水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液の添加量と同量の反応スラリーを抜液しながら行ない、晶析時間を100時間とした。反応スラリーの抜液により、反応スラリー中における四三酸化マンガンの平均滞在時間を8時間とした。晶析後、これをろ過、洗浄、及び乾燥し、本比較例の四三酸化マンガンを得た。 Next, a 2 mol / L manganese sulfate aqueous solution and 6 mol / L were added so that the molar ratio of manganese in pure water (OH − / Mn 2+ ) was 0.46 while maintaining the above air blowing amount and the required power for stirring. L sodium hydroxide aqueous solution was continuously added to the pure water to crystallize manganese trioxide from manganese ions in the pure water. The oxidation-reduction potential when crystallizing trimanganese tetraoxide was 30 mV. Thereby, a reaction slurry containing trimanganese tetraoxide was obtained. The crystallization is performed while draining the same amount of the reaction slurry as the addition amount of the manganese sulfate aqueous solution and the sodium hydroxide aqueous solution so that the reaction slurry amount is constant at 150 L, and the crystallization time is 100 hours. did. By draining the reaction slurry, the average residence time of trimanganese tetraoxide in the reaction slurry was set to 8 hours. After crystallization, this was filtered, washed, and dried to obtain trimanganese tetraoxide of this comparative example.
晶析速度は4.6kg/(m3・hr)であった。また、反応スラリー中の溶存酸素量は0.6体積ppmであった。 The crystallization rate was 4.6 kg / (m 3 · hr). Moreover, the amount of dissolved oxygen in the reaction slurry was 0.6 ppm by volume.
本比較例の製造条件を表1に、得られた四三酸化マンガンの物性を表2に示す。 The production conditions of this comparative example are shown in Table 1, and the physical properties of the obtained trimanganese tetraoxide are shown in Table 2.
比較例3
攪拌所要動力を0.9kW/m3として攪拌翼を回転することで150Lの純水を攪拌しながら、当該純水を80℃とした。
Comparative Example 3
The pure water was brought to 80 ° C. while stirring 150 L of pure water by rotating the stirring blade with a required power of stirring of 0.9 kW / m 3 .
次いで、窒素ガスを吹き込むことにより、当該純水の溶存酸素濃度を0.01mg/L以下とした後、当該純水に88L/minで空気を吹き込み、総括酸素移動容量係数を測定した。本比較例の総括酸素移動容量係数は1.8min−1であった。 Subsequently, nitrogen gas was blown to make the dissolved oxygen concentration of the pure water 0.01 mg / L or less, and then air was blown into the pure water at 88 L / min to measure the overall oxygen transfer capacity coefficient. The overall oxygen transfer capacity coefficient of this comparative example was 1.8 min −1 .
次いで、上記の空気の吹き込み量及び攪拌所要動力を維持しながら、純水中のマンガンモル比(OH−/Mn2+)が0.48となるように、2mol/Lの硫酸マンガン水溶液と6mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液とを、当該純水に連続的に添加することで当該純水中のマンガンイオンから四三酸化マンガンを晶析させた。四三酸化マンガンを晶析させる際の酸化還元電位は60mVとした。これにより、四三酸化マンガンを含む反応スラリーを得た。なお、晶析は、反応スラリー量が150Lで一定となるように、硫酸マンガン塩水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液の添加量と同量の反応スラリーを抜液しながら行ない、晶析時間を100時間とした。反応スラリーの抜液により、反応スラリー中における四三酸化マンガンの平均滞在時間を10時間とした。晶析後、これをろ過、洗浄、及び乾燥し、本比較例のマンガン酸化物を得た。 Next, a 2 mol / L manganese sulfate aqueous solution and 6 mol / L were added so that the manganese molar ratio (OH − / Mn 2+ ) in pure water was 0.48 while maintaining the above air blowing amount and stirring required power. L sodium hydroxide aqueous solution was continuously added to the pure water to crystallize manganese trioxide from manganese ions in the pure water. The oxidation-reduction potential when crystallizing trimanganese tetraoxide was 60 mV. Thereby, a reaction slurry containing trimanganese tetraoxide was obtained. The crystallization is performed while draining the same amount of the reaction slurry as the addition amount of the manganese sulfate aqueous solution and the sodium hydroxide aqueous solution so that the reaction slurry amount is constant at 150 L, and the crystallization time is 100 hours. did. By removing the reaction slurry, the average residence time of trimanganese tetraoxide in the reaction slurry was set to 10 hours. After crystallization, this was filtered, washed, and dried to obtain a manganese oxide of this comparative example.
晶析速度は5.8kg/(m3・hr)であった。また、反応スラリー中の溶存酸素量は0.7体積ppmであった。 The crystallization rate was 5.8 kg / (m 3 · hr). Moreover, the amount of dissolved oxygen in the reaction slurry was 0.7 ppm by volume.
本実施例の製造条件を表1に、得られた四三酸化マンガンの物性を表2に示す。 The production conditions of this example are shown in Table 1, and the physical properties of the obtained manganese trioxide are shown in Table 2.
これらの結果より、実施例、比較例2及び3において、四三酸化マンガン単一相であり、なおかつ、タップ密度が1.9g/mL以上と高い四三酸化マンガンが得られることが分かった。 From these results, it was found that in Examples and Comparative Examples 2 and 3, trimanganese tetraoxide having a single phase of trimanganese tetraoxide and a high tap density of 1.9 g / mL or more was obtained.
しかしながら、総括酸素移動容量係数を2.2min−1以上とすることで、晶析速度が7kg/(m3・hr)以上、更には8kg/(m3・hr)以上と速くなることが分かる。一方、総括酸素移動容量係数が2.2min−1未満であると、晶析速度が6kg/(m3・hr)未満であり、晶析速度が遅くなることが分かった。 However, it can be seen that by setting the overall oxygen transfer capacity coefficient to 2.2 min −1 or more, the crystallization rate is increased to 7 kg / (m 3 · hr) or more, further 8 kg / (m 3 · hr) or more. . On the other hand, it was found that when the overall oxygen transfer capacity coefficient is less than 2.2 min −1 , the crystallization rate is less than 6 kg / (m 3 · hr), and the crystallization rate becomes slow.
また、実施例4と比較例2との比較より、溶存酸素濃度が同じであっても、総括酸素移動容量係数が2.2min−1未満であると、晶析速度が0.6倍未満になることが分かった。 Further, from the comparison between Example 4 and Comparative Example 2, even if the dissolved oxygen concentration is the same, if the overall oxygen transfer capacity coefficient is less than 2.2 min −1 , the crystallization rate is less than 0.6 times. I found out that
一方、比較例1では、総括酸素移動容量係数が2.2min−1未満であり、晶析速度が速かった。しかしながら、当該比較例で得られたマンガン酸化物は層状のマンガン酸化物が混在したマンガン酸化物であった。これより、総括酸素移動容量係数が本願の範囲以下であると、四三酸化マンガンの晶析は促進されないことが分かった。 On the other hand, in Comparative Example 1, the overall oxygen transfer capacity coefficient was less than 2.2 min −1 and the crystallization rate was fast. However, the manganese oxide obtained in the comparative example was a manganese oxide mixed with a layered manganese oxide. From this, it was found that crystallization of trimanganese tetroxide was not promoted when the overall oxygen transfer capacity coefficient was within the range of the present application.
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