贫菱锰矿合成电池级化学二氧化锰研究

摘要

本文从我国锰矿资源现状出发，以储量较大的贫菱锰矿为原料，采用成本低廉，应用前景良好的碳酸锰热解法合成电池级化学二氧化锰。系统研究了整个合成工艺过程中，各阶段工艺条件对最终二氧化锰产品质量的影响，结合相关理论分析，探索了工艺过程的控制方向，并通过试验获得了合成化学二氧化锰的最佳工艺参数。
　　 碳酸锰热解法合成化学二氧化锰的工艺过程可分为硫酸锰溶液的制备、碳化结晶、初级二氧化锰制备和产品精制四个阶段。硫酸锰溶液的制备阶段包括菱锰矿的硫酸浸出和浸出液除杂两部分，其工艺条件决定了菱锰矿的利用率和最终产品的杂质含量。碳化结晶阶段不同工艺条件对中间产品碳酸锰的视密度影响显著，增大碳酸锰视密度可使最终二氧化锰产品的视密度也增加，而对产品电活性没有影响。控制碳酸氢铵用量、加药方式、结晶温度、结晶时间和添加晶种可获得视密度达2.1/cm3的重质MnCO3。初级二氧化锰制备阶段，热解的时间和温度决定着热解效率和产物的主要晶型，试验表明二氧化锰的电容量主要与晶型有关，在350～400℃下热解所得初级二氧化锰以γ型为主，电化学活性最高。产品精制阶段，通过对初级二氧化锰进行酸处理和氧化，可以提高最终二氧化锰产品的纯度，还能显著改善颗粒形貌，增大产品视密度。本研究在综合考虑生产成本、环境因素等实际情况的前提下，选择各部分最佳工艺参数进行试验，最终制得MnO2含量达91％，视密度为1.90g/cm3，电容量为249.43mAh的化学二氧化锰产品。

目录

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第一章文献综述

1.1我国的锰矿资源

1.1.1我国锰矿资源的特点

1.1.2锰矿的主要应用领域

1.2锰在电池工业中的应用

1.3我国电池用二氧化锰产业现状

1.4化学二氧化锰合成方法

1.4.1氨基甲酸铵法

1.4.2热分解法

1.4.3直接氧化法

1.4.4还原法

1.4.5氢氧化锰氧化法

1.5化学二氧化锰改性研究

1.6化学二氧化锰发展趋势

1.7论文选题、意义及研究内容

第二章试样和研究方法

2.1试验矿样

2.2研究方法

2.2.1试验流程

2.2.2试验方法

2.2.3主要试剂与设备

第三章硫酸锰溶液的制备

3.1菱锰矿酸浸试验

3.1.1试验设计

3.1.2结果与讨论

3.1.3小结

3.2浸出液除杂

3.2.1水解沉淀除Fe、Al

3.2.2硫化沉淀除重金属

3.2.3浸出液中Ca、Mg的去除

3.2.4小结

3.3本章小结

第四章碳化结晶

4.1原理及试验设计

4.1.1碳化结晶原理

4.1.2试验设计

4.2结果与讨论

4.2.1结晶条件试验

4.2.2添加晶种的影响

4.2.3结晶产物的SEM观测及粒度分析

4.2.4结晶对最终产品的影响

4.2.5结果分析

4.3本章小结

第五章初级二氧化锰的制备

5.1原理及试验设计

5.1.1热解过程分析与热解温度估算

5.1.2碳酸锰差热-热重(DTA-TG)分析

5.1.3试验设计

5.2结果与讨论

5.2.1热解时间的影响

5.2.2热解温度的影响

5.3本章小结

第六章产品精制

6.1产品精制原理及试验设计

6.1.1精制过程基本原理

6.1.2试验设计

6.2结果与讨论

6.2.1酸处理条件试验

6.2.2氧化条件试验

6.2.3精制前后产物的SEM观测及密度、纯度对比

6.2.4最终产品电容量检测

6.3本章小结

第七章结 论

参考文献

致谢

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