[發明專利]四氧化三錳的制備方法、使用的反應系統及所述反應系統的用途

有效

• 申請號: 201610466365.2
• 申請日: 2016-06-23
• 公開（公告）號: CN107540022B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 盧旭晨;王體壯
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02
• 代理公司: 11332 北京品源專利代理有限公司
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

本發明涉及一種四氧化三錳的制備方法和系統，所述方法為：向含有錳源的反應液體混合物中通入微納米氣泡，得到含微納米氣泡和反應液體混合物的液氣混合物，進行反應，得到四氧化三錳；所述微納米氣泡中含有氧化性氣體；所述錳源中，錳元素的平均化合價低于8/3。本發明通過向含有錳源的反應體系中通入氧化性氣體的微納米氣泡，提高了氧化反應速率，縮短了氧化反應時間；本發明提高了四氧化三錳的生成速率，降低了四氧化三錳的粒度；提高了四氧化三錳晶體發育的完整性，減少了晶體缺陷。

技術領域

本發明屬于四氧化三錳的制備領域，具體涉及一種四氧化三錳的制備方法，及所述制備方法使用的反應系統及所述反應系統的用途，所述四氧化三錳的制備方法能夠明顯的縮短反應時間，提高錳含量，減少雜質的生成和提高四氧化三錳的純度。

背景技術

錳元素是常見的變價金屬元素之一，其氧化物形態有一氧化錳、四氧化三錳、三氧化二錳、二氧化錳等。錳的氧化物初級結構單元基本相同，都是錳氧八面體；二級結構單元相似，由共棱的錳氧八面體鏈或帶狀鏈連接而成。由于錳的價態可變(如Mn³⁺和Mn⁴⁺之間的相互轉化)及晶體結構內部存在缺陷，錳氧化物結構具有相當大的可變性。同時，微觀結構中孔道尺寸、形狀、晶格缺陷以及晶體粒徑的差異，使得錳氧化物的理化性質存在很大差異。

Mn₃O₄是錳的穩定氧化物之一，是一種重要的新型功能性材料，在空氣凈化、催化、電池、電化學和電磁學領域應用廣泛。例如，在電學和磁學領域，可作為生產電子工業用軟磁鐵氧體的原料，也可用作存儲信息的磁芯、磁帶和磁盤，電話和電視用變壓器、電感器、磁頭、天線棒、磁放大器等。

四氧化三錳(Mn₃O₄)屬四方晶系，具有尖晶石結構。Mn₃O₄一般被認為是一種由MnO和Mn₂O₃兩種晶相混合而成的混合氧化物，其中二價錳位于錳氧四面體位置，三價錳位于錳氧八面體位置，在1170℃以下焙燒所得的四氧化三錳為扭曲的四方晶系的尖晶石結構，而在1170℃以上焙燒所得的結晶則為立方尖晶石結構。在自然界中，一般以黑錳礦的形式存在。Mn₃O₄在高溫下能被H₂或CO還原成MnO，在O₂中氧化成MnO₂，它與鹽酸共熱時可以生成MnCl₂并放出氯氣。

Mn₃O₄的制備方法可分為還原法、氧化法和氧化還原法。

還原法主要是利用含Mn³⁺、Mn⁴⁺、Mn⁵⁺和Mn⁷⁺的化合物發生還原反應而得到(如CN103991910A)，還原反應既可以在液相中發生，也可以通過固相高溫焙燒實現(如CN101177304)。

氧化還原法是將低價錳的化合物與高價錳的化合物在一定條件下混合，發生氧化還原反應得到(CN1232788、CN101177304、CN102765760A、CN102786095A)。

氧化法主要是利用金屬錳或Mn²⁺的化合物進行氧化反應得到，氧化反應既可以在液相中發生(CN1814551、CN1935673、CN101219809)，也可以通過固相高溫焙燒實現(CN1295978、CN1365949、CN102060332A)。