4MnO2→2Mn2O3+2O2↑                     (1-1)

随着温度的增加,大约在950℃会再次反应生成四氧化三锰:

6Mn2O3→4Mn3O4+O2↑                     (1-2)

若是温度进一步提高到1170℃,则Mn3O4会转化为MnO:

2Mn3O4→6MnO+O2↑                      (1-3)

(2)喷雾热解法

在温度为450~750℃时,在配置好的溶液中,通过喷射硝酸锰制备出比表面积为45m2/g的Mn3O4产物。这种制备工艺是将金属盐的分解和溶剂的蒸发共同进行,进而产生的Mn3O4产物。

喷雾热分解法作为一步连续生成反应,产物纯度高,成分均一,节省了洗涤、过滤、烘干、研磨以及焙烧等一系列繁杂的除杂和控制颗粒大小的操作,既优化了生产流程,节约成本,有助于产业化大规模制备,又避免了在这些操作中参入不必要的杂质以及破坏产品的微观形貌和使用性能,保证了成品的活性和纯度。但是目前由于利用这种方法生产的锰化物超细粉末产品中还混杂着较多的空心颗粒及碎裂的球壳,这类不合格的产物在实际生产中很难控制,增加了生产成本,极大地限制了喷雾热分解法的大规模使用。

(3)燃烧法

小粒径的锰经氧化可反应合成四氧化三锰。锰颗粒无论是在空气中锻烧,还是在悬浮液中通入空气反应都可以生成四氧化三锰。用锰颗粒混合空气一同喷向处理炉加热,在炉底获得Mn3O4,而且其加热产生的热量还能被加以利用,既节约能源又降低成本。但是由于这种方法在规模化制造中尚有不少难题没有解决,是以目前还停滞在实验阶段。

(4)铁-锰合金法

当高碳铁-锰合金通过转炉吹炼来制备中低碳铁-锰合金的时候,回收装置搜集的粉尘就是四氧化三锰粉末,颗粒细小,其粒径只有0。06μm左右,且这种粉尘的含锰量高达60%。

湿法:锰盐法,金属锰(粉、粒、片)法。

(1)锰盐法

在氧化氛围中,MnO2经高温蒸发制造出半径为100nm、10μm左右长的纳米细线。以分析纯的一水硫酸锰产生Mn3O4为例,首先,用工业级一水硫酸锰为原料获得硫酸锰液体,由于制备高纯度的Mn3O4对杂质的控制比较严格,所以必须进行去除原料中的杂质操作。硫酸锰液体通过一系列纯化后,向其中加入适量的氨水,最终液体的pH值需要维持在10上下,静置半个小时,等待硫酸锰充分反应后再过滤。洗涤后的试样要加入由纯净水和适量的氯化铵调配而成的悬浮液,氯化氨和纯净水的比例为1∶1,不断向其中通入空气,最后经过滤、洗涤、干燥生成四氧化三锰。这种方法的优点是前期投资少,采用的材料普通,产物质量高,缺点是需要多步反应才能生成产物,工序相对繁杂,费时费力。

吴义添[13]等介绍了以碳酸锰作为原料,用焙烧法来制取四氧化三锰,并测定了所制得的四氧化三锰的纯度,颗粒尺寸、XRD、磁化率等理化性能。实验将碳酸锰加热到1050℃持续90min,产物研细经过180目筛,接着再用0。1~0。3mol/L的H2SO4来除杂,等冷却后得到含锰为71。42%,其它元素也符合电子级工业产品所标准的四氧化三锰产物。

骆艳华[14]等对比了在硫酸锰液体中的Mn2+氧化成为Mn3O4的两种反应,一步氧化法是将锰浓度为58g/L的硫酸锰液体升温到60℃,接着一边加25%的氨水一边通入空气,一直到液体中难以检测出Mn2+再停止,然后经抽滤、洗涤、干燥获得Mn3O4产物。两步法是将同浓度的硫酸锰溶液中的Mn2+先沉淀为Mn(OH)2,再经抽滤洗涤后热处理1h后,将滤饼加入蒸馏水调浆,通入空气直到液体中无Mn2+,然后再经抽滤、洗涤、干燥便可得到四氧化三锰产物。一步氧化法反应时间为27h,存在少量Mn3O4被过氧化,造成产物的锰含量只达到68%;与两步法反应相比较,两步反应的时间更短,生成率可高达99。9%,产物中的锰含量可达71。3~72。0%,钙含量为0。005%,镁含量为0。004%,硫酸根在0。07%以下,比表面积超过8m2/g,粒度小于1μm。

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