一种软锰矿制备水钠锰矿的方法技术

本发明专利技术属于锰矿冶炼和钠离子电池技术领域，具体涉及一种软锰矿制备锰酸钠正极材料的方法。该方法包括以下步骤：(1)稀盐酸浸出对软锰矿进行预脱铁除杂；(2)软锰矿与氢氧化钠溶液混合进行加压氧化浸出得到锰酸钠浆液；(3)将所述锰酸钠浆液真空过滤、洗涤、干燥、研磨得到锰酸钠粉末；(4)将锰酸钠粉末与氢氧化钠溶液与无水乙醇混合进行恒温水热反，将水热产物真空过滤、洗涤、干燥得到水钠锰矿。该方法具有原料丰富、绿色环保、低成本、短流程和节能降耗等多方面优势，实现资源的最大化利用，对实现材料冶金一体化具有重大意义。材料冶金一体化具有重大意义。材料冶金一体化具有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
一种软锰矿制备水钠锰矿的方法


[0001]本专利技术属于锰矿冶炼和钠离子电池
，特别是涉及一种软锰矿制备水钠锰矿的方法。

技术介绍

[0002]水钠锰矿是土壤中的主要氧化锰矿相，是由一层八面体与一层水分子交互堆叠而成的层状锰矿物，层间距约为0.7nm，层间含有水化阳离子，水钠锰矿的表面活性高、吸附能力强，比溶解氧更容易参与到溶液中的氧化还原反应，是土壤中最强的无机氧化剂；水钠锰矿还对重金属具有极强的吸附容量，降低了它们在环境中的移动性，有利于防止其毒害和污染；水钠锰矿还可以作为钠离子电池正极材料可提供约240mAhg
‑
1的高理论容量。随着锂离子电池的商业化，锂的需求量迅速不断提升，价格也随之不断上涨。相较之下，钠离子在地壳中储量丰富，价廉易得，且钠与锂属于同一主族，物理化学性质相似。因此，开发新型价廉质优的钠离子电池电极材料具有重要的意义。目前传统制备锰酸钠正极材料的原料都是通过从购买的锰源(二氧化锰、硫酸锰、硝酸锰等)采用液相法、固相法得到，耗材量大且昂贵。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种软锰矿制备水钠锰矿的方法，该方法所述内容以软锰矿为锰源通过三相氧压碱浸制备锰酸钠材料，再进一步通过水热法反应得到水钠锰矿，从而直接从冶金矿物中通过氧压碱浸得到中间产物锰酸钠前驱体作为锰源用来制备水钠锰矿，提供了一种可以满足材料性能和成本的最优化以及电池与原料的共同进步的锰酸钠正极材料的制备方法。实现从锰矿物直接到锰酸钠正极材料的一体化流程，以解决当前锰酸钠制备阶段原料来源单一，经济价值低的缺陷。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案予以实现：
[0005]一种软锰矿制备水钠锰矿的方法，所述方法包括以下步骤：
[0006](1)将软锰矿与稀盐酸溶液混合搅拌浸出得到初步脱铁软锰矿；
[0007](2)将所述初步脱铁软锰矿与氢氧化钠溶液混合进行加压氧化水热得到锰酸钠前驱体浆液；
[0008](3)将所述锰酸钠前驱体浆液真空过滤洗涤干燥研磨得到锰酸钠前驱体粉末；
[0009](4)将所述锰酸钠前驱体粉末与氢氧化钠溶液和无水乙醇混合进行恒温水热反应得水热产物；
[0010](5)将所述水热产物真空过滤洗涤干燥得到最终产物水钠锰矿。
[0011]优选地，所述软锰矿包括含量为35.34
‑
64.6％的MnO2。
[0012]优选地，所述软锰矿包括含量为64.6％的MnO2。
[0013]优选地，所述软锰矿包括含量为35.34
‑
64.6％MnO2、7.69
‑
15.89％Fe2O3、7.37
‑
19.75％SiO2以及3.21
‑
12.76％CaO。
[0014]优选地，所述软锰矿为粒径为≤120目的软锰矿粉末。
[0015]优选地，步骤(1)中，所述稀盐酸溶液的摩尔浓度为1mol/L，质量分数为3.4％，所述软锰矿与所述稀盐酸的摩尔比为1
‑
1.5。
[0016]优选地，步骤(2)中，所述氢氧化钠溶液浓度为40％
‑
50％，所述初步脱铁软锰矿中的锰与所述氢氧化钠溶液中的钠的摩尔比为1
‑
10。
[0017]优选地，步骤(2)中，加压氧化浸出的条件为：压力为0.3
‑
0.4Mpa，温度为200℃
‑
220℃，加压氧化浸出的时间为120mi
‑
150min，搅拌速率300rpm
‑
500rpm。
[0018]优选地，步骤(3)中，所述真空过滤使用加热去离子水洗涤3次，干燥温度为70
‑
80℃，干燥24h。
[0019]优选地，步骤(4)中，所述锰酸钠前驱体浆液中的锰与所述氢氧化钠溶液中的钠的摩尔比为1
‑
5，与所述无水乙醇的摩尔比为1
‑
12。氢氧化钠溶液浓度为20％
‑
30％，恒温水热反应温度为160
‑
170℃，反应时间为22
‑
24h。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：
[0021](1)本专利技术提供的一种以软锰矿制备水钠锰矿的方法，该方法采用三相氧压碱浸联合水热法制备水钠锰矿，以软锰矿为锰源与钠源反应得到水钠锰矿，实现了冶金、能源、材料学科的交叉融合，制备过程具有原料丰富、制备过程清洁、环保绿色和节能降耗等多方面优势，实现资源的最大化利用，对实现材料冶金一体化的意义重大。
[0022](2)本专利技术提供的一种以软锰矿制备水钠锰矿方法，结晶度高，杂质含量少。
[0023](3)本专利技术提供的以软锰矿制备水钠锰矿的方法针对现有水钠锰矿制备上原料的供应提供了新途径，直接从冶金矿物中通过氧压碱浸得到中间产物锰酸钠作为锰源用来制备水钠锰矿，是一种可以满足材料性能和成本的最优化以及产物与原料的共同进步的水钠锰矿制备方法。
[0024](4)本专利技术提供的一种以软锰矿制备水钠锰矿的方法实现了从锰矿物直接到水钠锰矿的一体化流程，以解决当前水钠锰矿制备阶段原料来源单一，经济价值低的缺陷。
附图说明
[0025]图1为本专利技术以软锰矿水钠锰矿的工艺路线。
[0026]图2为本专利技术以软锰矿水钠锰矿的XRD图。
具体实施方式
[0027]下面结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案作清楚、完整的说明。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均受本专利技术保护。
[0028]为了更清楚地了解本专利技术的上述对象、特点和优点，将结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0029]实施例1：水钠锰矿的制备
[0030]本专利技术实施例提供一种软锰矿制备水钠锰矿的方法，该方法具体包括如下步骤：
[0031](1)将稀盐酸稀释至摩尔浓度为1mol/L，质量分数为3.4％，将软锰矿与稀释后的
稀盐酸混合搅拌，转速为300rpm，搅拌时间4h，浸出后得到初步脱铁软锰矿。
[0032](2)将初步脱铁软锰矿与氢氧化钠溶液混合后加入镍材的高压反应釜内通入氧气加压搅拌恒温水热，氢氧化钠溶液浓度为50％，初步脱铁软锰矿中的锰与氢氧化钠溶液的钠的摩尔比为1
‑
10，转速为300rpm，恒温高压水热时间2h，压力为0.3Mpa，温度为220℃，反应结束后得到锰酸钠前驱体浆液。
[0033](3)将锰酸钠前驱体浆液真空过滤，用加热去离子水洗涤3次，放入干燥箱，温度70℃，干燥24h，最后进行研磨得到锰酸钠前驱体粉末。
[0034](4)将锰酸钠前驱体粉末与氢氧化钠溶液和无水乙醇混合后入聚四氟反应釜内进行恒温水热，氢氧化钠溶液浓度为2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软锰矿制备水钠锰矿的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将软锰矿与稀盐酸溶液混合搅拌浸出得到初步脱铁软锰矿；(2)将所述初步脱铁软锰矿与氢氧化钠溶液混合进行加压氧化水热得到锰酸钠前驱体浆液；(3)将所述锰酸钠前驱体浆液真空过滤洗涤干燥研磨得到锰酸钠前驱体粉末；(4)将所述锰酸钠前驱体粉末与氢氧化钠溶液和无水乙醇混合进行恒温水热反应得水热产物；(5)将所述水热产物真空过滤洗涤干燥得到最终产物水钠锰矿。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软锰矿包括含量为35.34
‑
64.6％的MnO2。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软锰矿包括含量为64.6％的MnO2。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软锰矿包括含量为35.34
‑
64.6％MnO2、7.69
‑
15.89％Fe2O3、7.37
‑
19.75％SiO2以及3.21
‑
12.76％CaO。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软锰矿为粒径为≤120目的软锰矿粉末。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述稀盐酸溶液的摩尔浓度为1mol/L，质量分数为3.4％，所述软锰矿与所述稀盐酸的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢红艳，韩业璘，金会心，李晨哲，李文蕾，马镰仁，王多伦，罗凤兰，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：