一种高纯二氧化锰的制备方法与流程

1.本发明属于二氧化锰制备技术领域，尤其涉及一种高纯二氧化锰的制备方法。


背景技术：

2.目前，二氧化锰亦称“过氧化锰”、“黑色氧化锰”，为四价锰的氧化物，化学式为mno2。常温下二氧化锰为稳定的黑色或棕黑色粉末状固体，作为一种两性过渡金属氧化物主要存在于软锰矿中。二氧化锰具有独特的性能，在众多领域有广泛应用。玻璃工业中的良好脱色剂，可将低价铁盐氧化成高铁盐，使玻璃的蓝绿色转为弱黄色。电子工业中用于制造锰锌铁氧体磁性材料。炼钢工业中用作铁锰合金的原料，浇铸工业的增热剂。防毒面具中用作一氧化碳的吸收剂。化学工业中用作氧化剂(如紫红素合成)、油漆油墨干燥剂。二氧化锰是重要的电极材料，广泛应用碱锰电池、锌锰电池、镁锰电池、锂锰电池等化学电源中。此外，二氧化锰作为一种多功能精细无机试剂，在纳米材料、高级催化剂等新兴领域具有广阔应用前景。为更好利用二氧化锰，对于二氧化锰的纯度使用提出了新要求。高纯二氧化锰的研究和制备越来越引人注目。
3.市售二氧化锰主要以电解法和化学法制备的，化学法生产的二氧化锰以生产周期短，产品质量高越来越受到人们的喜爱。但是传统的制备方法需要在水蒸汽催化和纯氧化或空气中焙烧，甚至需要在高压下进行，增加了工艺过程和生产设备的复杂程度，使得建设费用和生产成本高，难于在中小型企业推广应用。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5.传统的二氧化锰制备方法的工艺过程和生产设备较为复杂，使得建设费用和生产成本高，难于在中小型企业推广应用。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高纯二氧化锰的制备方法。
7.本发明是这样实现的，一种高纯二氧化锰的制备方法包括：
8.步骤一，选取低品位锰矿粉，将低品位锰矿粉和废硫酸亚铁进行搅拌混匀，经过焙烧后用水逆流浸出硫酸锰，得含硫酸锰的浸出液；
9.步骤二，向含硫酸锰的浸出液中加入氨水，进行ph调节，进行加热；
10.步骤三，加热后室温静置冷却，过滤除去铅及重金属，然后进行碳酸锰的沉淀；
11.步骤四，将沉淀后的碳酸锰进行焙烧，得到二氧化锰粗制品；
12.步骤五，将二氧化锰粗制品与稀硫酸混合，边搅拌边加入氯酸钠溶液；
13.步骤六，经过过滤，洗涤，将沉淀物进行焙烧，得到二氧化锰粉末。
14.进一步，所述步骤一中的低品位锰矿粉在选取时过120目筛，所述低品位锰矿粉和废硫酸亚铁的添加质量比为1:2～4混合。
15.进一步，所述步骤一中的焙烧方式采用两段式焙烧，第一阶段焙烧温度为 300℃～450℃，焙烧时间为3～5小时，第二阶段焙烧温度为500℃～650℃，焙烧时间为1～2小时。
16.进一步，所述步骤二用氨水调节浸出液的ph值为5～5.5，加热至近沸，加入bas或mns，继续加热10～20min。
17.进一步，所述步骤四将沉淀后的碳酸锰进行焙烧中，焙烧时间为4～5小时，焙烧温度为340℃～360℃，每间隔10～15min翻动一次。
18.进一步，所述步骤五中二氧化锰粗制品与稀硫酸的添加比例为1：3～6，所述稀硫酸浓度为0.5～1mol
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，在温度80～90℃度搅拌条件下加入氯酸钠溶液。
19.本发明的另一目的在于提供一种高纯二氧化锰的制备系统，所述高纯二氧化锰的制备系统包括：
20.物料添加模块、加热模块、过滤模块、搅拌模块、参数采集模块、状态显示模块和主控模块；
21.所述主控模块分别与物料添加模块、加热模块、过滤模块、搅拌模块、参数采集模块和状态显示模块连接，用于利用控制器对各个模块的工作状态进行检测，并根据控制参数对各个模块的运行进行协调控制；
22.所述物料添加模块用于对固态原料和液态原料分别进行称取和定容，进行定量添加；
23.所述加热模块用于对反应过程中的各个原料进行焙烧加热；
24.所述过滤模块用于对反应后的产物进行过滤；
25.所述搅拌模块用于对反应原料进行搅拌；
26.所述参数采集模块用于利用多个安装在不同位置的不同功能的传感器进行参数采集，并对采集参数进行预处理后发送到主控模块进行处理；
27.所述状态显示模块用于利用显示面板进行控制参数的输入，并对各个模块的工作状态进行实时查看。
28.进一步，所述参数采集模块包括：
29.液位检测单元，用于利用液位传感器对反应原料的液位数据进行检测；
30.温度检测单元，用于利用温度传感器对反应过程中的温度进行实时检测；
31.ph检测单元，用于对反应前后的原料的ph数值进行检测；
32.样品检测单元，用于对反应后的样进行采集，并对样品的反应产物和浓度进行数据检测。
33.进一步，所述参数采集模块对采集参数进行预处理的方法包括：
34.(1)将采集参数的数据集分为十等份，根据十折交叉验证的方法，将数据集分成训练数据和测试数据；
35.(2)基于maml算法，选取合适的策略网络，根据训练数据，建立训练模型；
36.(3)将待处理的测试数据输入训练模型，获得预处理后的参数。
37.进一步，所述样品检测单元采用的样品检测方法包括：
38.(1)将样品置于样品架上，对采集样品进行吸光度检测，根据样品的吸光度的值进行分类；
39.(2)根据样品的吸光度对样品内的反应产物的种类进行判断确认；
40.(3)根据对应反应产物在分类后的不同吸光度的原料中的所占比例，确认对应反应产物的浓度值。
41.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
42.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
43.本发明以低品位锰矿和废硫酸亚铁为基本原料制备高纯二氧化锰，通过浸出液经净化除杂、沉淀碳酸锰、碳酸锰焙烧及二氧化锰精制工艺制备高纯二氧化锰，简化了制备工艺，能够有效降低生产成本，便于在中小型企业推广应用。
44.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
45.本发明制备工艺简单，能够有效降低生产成本，便于在中小型企业推广应用。
附图说明
46.图1是本发明实施例提供的高纯二氧化锰的制备方法的流程图。
47.图2是本发明实施例提供的高纯二氧化锰的制备系统的结构框图。
48.图3是本发明实施例提供的参数采集模块对采集参数进行预处理的方法流程图。
具体实施方式
49.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
50.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
51.如图1所示，本发明实施例提供的高纯二氧化锰的制备方法包括：
52.s101，选取低品位锰矿粉，将低品位锰矿粉和废硫酸亚铁进行搅拌混匀，经过焙烧后用水逆流浸出硫酸锰，得含硫酸锰的浸出液；
53.s102，向含硫酸锰的浸出液中加入氨水，进行ph调节，进行加热；
54.s103，加热后室温静置冷却，过滤除去铅及重金属，然后进行碳酸锰的沉淀；
55.s104，将沉淀后的碳酸锰进行焙烧，得到二氧化锰粗制品；
56.s105，将二氧化锰粗制品与稀硫酸混合，边搅拌边加入氯酸钠溶液；
57.s106，经过过滤，洗涤，将沉淀物进行焙烧，得到二氧化锰粉末。
58.本发明实施例中的步骤s101中的低品位锰矿粉在选取时过120目筛，所述低品位锰矿粉和废硫酸亚铁的添加质量比为1:2～4混合。
59.本发明实施例中的步骤s101中的焙烧方式采用两段式焙烧，第一阶段焙烧温度为300℃～450℃，焙烧时间为3～5小时，第二阶段焙烧温度为500℃～650℃，焙烧时间为1～2小时。
60.本发明实施例中的步骤s102用氨水调节浸出液的ph值为5～5.5，加热至近沸，加入bas或mns，继续加热10～20min。
61.本发明实施例中的步骤s104将沉淀后的碳酸锰进行焙烧中，焙烧时间为 4～5小
时，焙烧温度为340℃～360℃，每间隔10～15min翻动一次。
62.本发明实施例中的步骤s105中二氧化锰粗制品与稀硫酸的添加比例为1： 3～6，所述稀硫酸浓度为0.5～1mol
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，在温度80～90℃度搅拌条件下加入氯酸钠溶液。
63.如图2所示，本发明实施例提供的高纯二氧化锰的制备系统包括：物料添加模块、加热模块、过滤模块、搅拌模块、参数采集模块、状态显示模块和主控模块；
64.所述主控模块分别与物料添加模块、加热模块、过滤模块、搅拌模块、参数采集模块和状态显示模块连接，用于利用控制器对各个模块的工作状态进行检测，并根据控制参数对各个模块的运行进行协调控制；
65.所述物料添加模块用于对固态原料和液态原料分别进行称取和定容，进行定量添加；
66.所述加热模块用于对反应过程中的各个原料进行焙烧加热；
67.所述过滤模块用于对反应后的产物进行过滤；
68.所述搅拌模块用于对反应原料进行搅拌；
69.所述参数采集模块用于利用多个安装在不同位置的不同功能的传感器进行参数采集，并对采集参数进行预处理后发送到主控模块进行处理；
70.所述状态显示模块用于利用显示面板进行控制参数的输入，并对各个模块的工作状态进行实时查看。
71.本发明实施例中的参数采集模块包括：
72.液位检测单元，用于利用液位传感器对反应原料的液位数据进行检测；
73.温度检测单元，用于利用温度传感器对反应过程中的温度进行实时检测；
74.ph检测单元，用于对反应前后的原料的ph数值进行检测；
75.样品检测单元，用于对反应后的样进行采集，并对样品的反应产物和浓度进行数据检测。
76.本发明实施例中的样品检测单元采用的样品检测方法包括：
77.(1)将样品置于样品架上，对采集样品进行吸光度检测，根据样品的吸光度的值进行分类；
78.(2)根据样品的吸光度对样品内的反应产物的种类进行判断确认；
79.(3)根据对应反应产物在分类后的不同吸光度的原料中的所占比例，确认对应反应产物的浓度值。
80.如图3所示，本发明实施例中的参数采集模块对采集参数进行预处理的方法包括：
81.s201，将采集参数的数据集分为十等份，根据十折交叉验证的方法，将数据集分成训练数据和测试数据；
82.s202，基于maml算法，选取合适的策略网络，根据训练数据，建立训练模型；
83.s203，将待处理的测试数据输入训练模型，获得预处理后的参数。
84.二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用的应用实施例。
85.本发明实施例提供的高纯二氧化锰的制备方法制备的高纯二氧化锰可广泛应用碱锰电池、锌锰电池、镁锰电池、锂锰电池等化学电源中，也可应用在纳米材料、高级催化剂等新兴领域中。
86.三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
87.本发明实施例中的步骤s104将沉淀后的碳酸锰进行焙烧，得到二氧化锰粗制品中，二氧化锰粗制品含量是随着焙烧时间的增长而升高的，但考虑到尽可能减少能耗及缩短反应时间，焙烧时间优选为4～5小时，焙烧温度优选为340℃～360℃。二氧化锰粗制品含量达80％左右，最好的达85.75％。如表1所示。
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以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。