JPH0229611B2 - - Google Patents

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JPH0229611B2
JPH0229611B2 JP58021557A JP2155783A JPH0229611B2 JP H0229611 B2 JPH0229611 B2 JP H0229611B2 JP 58021557 A JP58021557 A JP 58021557A JP 2155783 A JP2155783 A JP 2155783A JP H0229611 B2 JPH0229611 B2 JP H0229611B2
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JP
Japan
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manganese
carbonate
packing density
manganese carbonate
concentration
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JP58021557A
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JPS59146943A (ja
Inventor
Kazuhide Nishida
Toshe Takizawa
Wataru Sekiguchi
Eiichiro Mieno
Keiji Tomii
Kenji Hagimori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toho Zinc Co Ltd
Original Assignee
Toho Zinc Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は可溶性マンガン塩水溶液とアンモニア
あるいはアルカリの炭酸塩水溶液とから炭酸マン
ガン沈澱を製造する方法に係わり、ことに、該反
応系から充填密度の大きな炭酸マンガン産物を沈
澱させる改良法に関する。 電池用二酸化マンガンとしては、通常電解二酸
化マンガンが用いられているが、電解によらない
で化学的に合成する、いわゆる化学二酸化マンガ
ン、例えば炭酸マンガンを焼成して得られる二酸
化マンガンも一部使用されている。 電池用二酸化マンガンとしては、できるだけ高
い充填密度のものが要望されているが、そのよう
な充填密度の高い化学二酸化マンガンを得るには
原料として、それに相応した充填密度の高い炭酸
マンガンを用いる必要があり、このような条件に
適合した炭酸マンガンを工業的に得る方法はいま
だ見出されていない。 例えば、米国特許第3011867号の方法では炭酸
マンガンを含むマンガン−アンモニオ錯塩のアン
モニア性貴液の熱分解による炭酸マンガンの連続
沈澱方法に関し、65〜68℃で熱分解を行なわせる
ことにより、組成が均一で、かさ密度の高い炭酸
マンガンを得ることができるとしているが、その
実施例で示されている炭酸マンガンのカサ密度は
1.40程度のもので、これから得られた二酸化マン
ガンの密度はカサ密度で1.22、充填密度で1.6〜
1.7のものであつて、現在普通に使用されている
電解二酸化マンガンの充填密度2.3に比して著し
く低い。 硫酸マンガンおよび炭酸アルカリの同時等量添
加によりかさ密度の高い炭酸マンガンを得る方法
も知られている。例えば特開昭57−200229号公報
にも記載されている。しかし、その公報で発明と
する40°〜90℃での方法では充填密度2.3の比較的
重い炭酸マンガン沈澱を得ているが、電解二酸化
マンガン級の二酸化マンガンを製し得るにはまだ
充填密度が不十分である。 各種重金属塩類水溶液から結晶性、過性の良
い水酸化物、硫酸塩および炭酸塩の沈澱物を生成
させるに際して、両反応剤溶液を、沈澱が生成す
るPHおよび温度を一定に保ちながら同時に一定比
率で添加して作る方法は、例えば、米国特許第
3356452号および特公昭56−13481号公報等ですで
に知られているし、2種類の反応剤液を混合して
沈澱生成を行なう系を連続的に行なう場合一般的
に行なわれる操作である。 本発明者等は、可溶性マンガン塩水溶液とアン
モニアあるいはアルカリの炭酸塩水溶液から電池
用二酸化マンガンに好適な原料となる充填密度の
高い炭酸マンガンを得るために温度、PH値、反応
液濃度撹拌力、種晶の存在および反応剤の添加速
度の好適な組合せの諸条件を調査検討し、多量の
炭酸マンガン種晶の利用が極めて好ましいことを
基本とし、併せて撹拌力、PH値、反応液濃度等の
好適な組合せ実施条件を見出し本発明に致つた。 本発明の方法は、基本的には可溶性マンガン塩
水溶液例えば硫酸マンガン、硝酸マンガン、塩化
マンガンの水溶液とアンモニアあるいはアルカリ
の炭酸塩水溶液、例えば炭酸アンモニウム水溶液
アンモニアに炭酸ガスを吸収させた液、炭酸ソー
ダあるいは炭酸カリウム、とを反応させて炭酸マ
ンガンを沈澱せしめるに際し、あらかじめ炭酸マ
ンガンの種晶を存在せしめることを特徴とする方
法である。 好適な実施態様として、マンガン濃度0.5〜3.0
モル/の硫酸マンガン水溶液と炭酸アンモン濃
度0.5〜8.0モル/のアンモニア性炭酸アンモン
水溶液を10゜〜90℃かつPH6.7〜8.0の間の所定値に
保持された反応スラリーを、撹拌状態にある反応
容器内の異なる個所にお互の液が直接混り合わな
いように添加して反応させ、一方前記両反応剤と
繰返えされる種晶液の合量液の滞留時間が1〜24
時間、好ましくは2〜9時間となるように両反応
剤と種晶液を供給し、反応容器の液面がバランス
するようにスラリー液を反応容器から抜き出して
固液分離し、その固形分の一部を種晶として反応
容器内に繰返えし、全体として反応容器内のスラ
リー濃度を300〜1200g/好ましくは500〜800
g/の所定の値で一定に保持する。また前記合
量液の滞留時間は、反応容器の液容量と供給され
る合量液の供給速度から算出される値である。 従来得られた炭酸マンガンの見かけ密度および
充填密度の最高値は、硫酸マンガン水溶液と炭酸
アルカリ水溶液との同時添加を特徴とした特開昭
57−200229号の公報に示された1.94g/cm3および
2.30g/cm3であると思われるが、本発明の方法で
得られた炭酸マンガンは見かけ密度および充填密
度がそれぞれ2.31g/cm3および2.58g/cm3であつ
て上記等の従来法で得られる炭酸マンガンに比し
て著しく重質である。この充填密度の差は炭酸マ
ンガン沈澱物の結晶の緻密さ、球状の粒子形状、
粒子1ケ1ケの表面の平滑さおよび粗粒子と細粒
子の混合の割合によると推定される。これらの粒
子の特性は異状と思われるほど多くの種晶の存在
下においてのみ達成される。すなわち、撹拌状態
下で高濃度のスラリーを保持することは沈澱物粒
子相互の衝突が起りその角が取れ丸みを帯びると
同時に研摩され表面が平滑化し、充填密度が高く
なる。溶液中からの沈澱生成は核になる物質を中
心にして起り易いが、核になるべき場所が多いほ
どすなわち、種晶が多いほどその生成速度が遅く
なり、沈澱物結晶の緻密性が向上するし反応槽内
での粒子の滞留時間が長くなればなるほど溶出再
結晶化が進み、単結晶化し易い。粒子相互の圧縮
力が働き重質化する等の理由が挙げられる。いず
れの要因が効果したか明確ではないが、種晶粒子
の存在は充填密度の大な炭酸マンガンを製するに
当り絶大な効果を有し、従来得られなかつた高充
填密度の炭酸マンガンを得ることを可能ならしめ
るものである。 また撹拌力も生成される沈澱物の充填密度に大
きな影響を及ぼし、かつ、沈澱物の粒度分布に大
きく影響することが知見された。撹拌力が弱すぎ
るとスラリーが十分に混合されず、スラリー濃度
を所定範囲に維持しても充填密度は2.3g/cm3
達するのがようやくである。撹拌力を十分に与
え、スラリー濃度を所定の濃度範囲に保つことに
より充填密度の大な沈澱物が得られた。 本発明の方法は、バツチ式であつても、また連
続方式であつても可能であるが、また更に生成沈
澱物の粒度分布の調整を意図した撹拌力の異なる
複数の反応容器による直列連続操作も可能であ
る。 本発明の方法をバツチで行なう場合は撹拌強度
をスラリー濃度の増加に伴なつて段階的に、ある
いは連続的に変化させることが充填密度の高い炭
酸マンガンを製するのに有利である。また、沈澱
生成の期間において撹拌強度を変化させることに
より粒径分布の異なる沈澱物が得られることも知
見された。 更に、撹拌強度の変化の程度を変えて製した2
種類あるいはそれ以上の沈澱物を互いに混ぜ合せ
ることにより、各々の沈澱物が有していた固有の
充填密度よりも大な充填密度を有する新たな沈澱
物が得られることが知見された。 本発明方法の実施態様として、充填密度を向上
させるべく、複数の反応装置から得られる沈澱物
の混合による粒度分布調整も可能である。 これら、本発明の効果は以下の実施例によつて
さらに具体的に知られるであろう。 実施例 1 撹拌機を備え、直径40cm高さ40cmの寸法を有す
る有蓋反応容器を用い、600g/の炭酸マンガ
ンスラリー液45を撹拌しながら石英投込ヒータ
2本で加熱し、後記する所定の温度に維持した。 反応容器中へ、マンガン濃度120g/の硫酸
マンガン溶液を80ml/分、そして炭酸アンモン溶
液を170ml/分の速度で連続的に供給した。反応
容器中では両反応剤液が直接混らないように添加
した。スラリーのPH値は炭酸アンモン溶液の供給
速度を操作して7.0〜7.1の範囲に入るように制御
した。反応容器内に、工業用PH計を差し込みPH値
の連続測定が可能なようにした。一方スラリーを
容器の底部に設けた排出パイプにより約340ml/
分の速度で抜き出し、そのスラリー液からデカン
テーシヨンで分離した固形分の一部を1300g/10
分(1500g/・スラリーとして約870ml/10分)
で蓋を通したパイプにより半連続的に撹拌スラリ
ー中へ戻した。供給物の滞留時間は2.2時間であ
る。炭酸アンモン溶液組成は分析結果から
(NH4)2.49CO3であつた。この実験をスラリー
温度20、40、50、60、70および80℃に変えて行な
つた。 得られた結果を第1表に示した。
【表】 20℃では若干充填密度が低くなるが、40℃以上
では充填密度が2.40g/cm3以上となつた。上澄液
中のMn濃度も十分低かつた。 実施例 2 実施例1と同じ方法で、硫酸マンガン溶液の代
りに硝酸マンガン溶液を用いて実験を行なつた。 得られた結果を第2表に示した。
【表】 得られた結果は硫酸マンガンの場合と全く
同様であつた。
実施例 3 撹拌機を備えた直径40cm、高さ40cmの反応容器
を用い、最初に水道水を40張り込み、撹拌機を
まわしながら石英投込ヒータ2本で液温が60℃に
なるように昇温し、その後槽内温度が60℃になる
ように制御する。定量ポンプを用いマンガン濃度
120g/の硫酸マンガン水溶液を5/Hrの速
度で、そして炭酸アンモン水溶液を10/Hrの
速度で連続的に、かつ両反応剤液が直接混合しな
いように添加する。槽内の液が満杯近くなれば、
スラリー液を10抜き出し、別の容器に移してス
ラリーを沈降させる。上澄液は捨て、沈降スラリ
ーは反応槽へ戻す。 この操作を繰返しながら反応槽内のスラリー濃
度が1200g/になるまで行なつた。反応槽内の
PH値は炭酸アンモン水溶液の供給速度を増減し
7.0〜7.2の範囲になるように制御した。 実験1では撹拌機の回転数を320rpm一定に維
持した。 実験2ではスラリー濃度が350g/になるま
では320rpm.その後550g/になるまで340rpm.
スラリー濃度550g/以上終了までは380rpmと
スラリー濃度が増加するに従がい撹拌強度を段階
的に強めて行つた。 実験3ではスラリー濃度が400g/になるま
では320rpm.400g/以上では360rpmになるよ
うに撹拌強度を変更した。 得られた結果をスラリー濃度と充填密度の関係
として第1図に示す。 第1図より、実験1は撹拌強度が弱い場合の結
果であり、スラリー濃度1200g/において充填
密度は2.30であつた。実験2および3ではスラリ
ー濃度の上昇に伴なつて撹拌強度を段階的に変化
させた。スラリー濃度1200g/において充填密
度2.55〜2.58の重質な炭酸マンガンが得られた。
撹拌強度はスラリーが十分に混合される強さが必
要である。 第2図として実験2で得られた平面の滑らかな
球状の充填密度2.54g/cm3の炭酸マンガンの電子
顕微鏡写真を示した。1は倍率100倍で、2は倍
率400倍である表面積の小さい密度の高い形の球
状粒が得られ、またそれらがそれらの粒度分布状
況と相俟つて充填密度の向上に役立つているのが
わかる。 実施例 4 実施例3の実験1〜3で得られた炭酸マンガン
をスラリー濃度700g/の時点で採取し篩別テ
ストを行なつた。 結果を第3表に示す。
【表】 第3表より撹拌の強度を変えることにより製す
る沈澱物の粒度分布を変えることができることが
知見された。 また実験2の試料と実験3の試料を1対1で混
合した結果を第3表の最下欄に示すが、各々の試
料が有していた個有の充填密度よりも大な充填密
度が得られており、粒度分布の異なる粒子群を混
合すれば、それぞれの粉体の有している個有の充
填密度よりも大な充填密度の新たな粉体が得られ
ることが知見された。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例3の実験1〜3で得られた結
果をスラリー濃度と充填密度の関係として図示し
た図である。第2図は、本発明の実施例3の実験
2で得られた炭酸マンガンの電子顕微鏡写真を示
す図である。1は倍率100倍で、2は倍率400倍で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 可溶性マンガン塩水溶液とアンモニアあるい
    はアルカリの炭酸塩水溶液から炭酸マンガン沈澱
    物を晶出せしめるに際して、反応槽内の炭酸マン
    ガン種晶の存在下において、反応槽内のスラリー
    濃度を300〜1200g/の一定濃度に保持するこ
    とを特徴とする充填密度の大きい炭酸マンガンの
    製造方法。 2 可溶性マンガン塩水溶液とアンモニアあるい
    はアルカリの炭酸塩水溶液から炭酸マンガン沈澱
    物を晶出せしめるに際して、反応槽内の炭酸マン
    ガン種晶の存在下において、反応槽内のスラリー
    濃度を300〜1200g/の一定濃度に保持し、か
    つ反応槽の撹拌力を変化させて沈澱物の粒度を調
    整することを特徴とする充填密度の大きい炭酸マ
    ンガンの製造方法。 3 可溶性マンガン塩水溶液とアンモニアあるい
    はアルカリの炭酸塩水溶液から炭酸マンガン沈澱
    物を晶出せしめるに際して、撹拌力の異なる複数
    の反応槽を用い、それぞれの反応槽において炭酸
    マンガン種晶の存在下において、反応槽内のスラ
    リー濃度を300〜1200g/の一定に保持しなが
    ら撹拌を行ない、得られた複数の沈澱物を混合し
    て粒度を調整することを特徴とする充填密度の大
    きい炭酸マンガンの製造方法。
JP58021557A 1983-02-14 1983-02-14 充填密度の大きい炭酸マンガンの製造方法 Granted JPS59146943A (ja)

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EP3204972B1 (en) * 2014-10-08 2021-05-12 Umicore Carbonate precursors for lithium nickel manganese cobalt oxide cathode material and the method of making same

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