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摘 要

采用软锰矿为实验原料，以H₂SO₄为浸出剂，H₂O₂为还原剂，在转速350rpm，水浴温度40℃下进行浸出操作，后针对铁、铝、钙、镁、钠、钾、重金属离子等进行了详细的除杂净化研究，探究了制备电池用硫酸锰的可行性，最终采用ICP、XRD、SEM分析得出制备了符合标准的电池用硫酸锰。结果表明，采用中和法除铁、铝；利用福美钠硫化除重金属离子；二氟化锰作为氟化剂除钙、镁；碳酸氢铵作为沉淀剂除钠、钾，效果显著。采用该工艺对有效利用软锰矿和环保节能制备电池用硫酸锰具有重要的意义。

关键词：软锰矿 电池用硫酸锰 净化除杂 蒸发结晶

Study on Preparation Conditions of High Purity Manganese Sulfate for Battery

Abstract

Pyrolusite was used as experimental raw material, H₂SO₄ was used as leaching agent, H₂O₂ was used as reducing agent, leaching operation was carried out at the speed of 350rpm and water bath temperature of 40℃. After detailed impurity removal and purification research was carried out on iron, aluminum, calcium, magnesium, sodium, potassium and heavy metal ions, the feasibility of preparing manganese sulfate for batteries was explored. Finally, ICP, XRD and SEM analysis were used to obtain manganese sulfate for batteries that met the standards. According to the results, the neutralization method is used to remove iron and aluminum, the sodium fumet is used to sulfurize and remove heavy metal ions, manganese difluoride is used as a fluorinating agent to remove calcium and magnesium, and ammonium bicarbonate is used as a precipitating agent to remove sodium and potassium, and the effect is remarkable. The process is of great significance for the effective utilization of pyrolusite and the preparation of manganese sulfate for batteries with environmental protection and energy conservation.

Key words: Pyrolusite; Manganese sulfate for batteries; Purification and impurity removal; Evaporation crystalliza

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1概述 1

1.1.1硫酸锰的性质 1

1.1.2硫酸锰的分类 1

1.2国内外的研究形势 2

1.3研究内容 3

1.4研究意义 4

第二章 实验部分 5

2.1 实验材料 5

2.2软锰矿还原浸出步骤 5

2.3 制备电池用硫酸锰的工艺流程 6

2.4实验表征方法 7

2.4.1电感耦合等离子体光谱仪 7

2.4.2 X射线衍射 7

2.4.3扫描电子显微镜 7

第三章 结果与讨论 8

3.1 软锰矿的还原浸出 8

3.1.1软锰矿的还原浸出原理 8

3.1.2软锰矿的还原浸出结果 8

3.2 Fe³ 、A1³ 的去除 9

3.3 重金属离子的去除 11

3.4 Ca² 、Mg² 的去除 13

3.5 Na 、K 的去除 15

3.6 电池用硫酸锰的制备与分析 16

3.6.1 成分分析 16

3.6.2 XRD分析 17

3.6.3 SEM分析 17

3.7 技术经济分析 18

第四章 结论 19

参考文献 20

第一章 绪论

1.1概述

硫酸锰是一种当今广泛应用可以用于生产精细化学品的原料，同时绝大多数锰盐都可以由硫酸锰制得。硫酸锰两大主要的应用方面为畜牧业和工业。与此同时，硫酸锰也可以应用在生活中的制药、钢铁、造纸等行业。硫酸锰在我国有着广泛而有深度的研究，在畜牧业中，将硫酸锰作为动物饲料的添加剂，它发挥着催肥的效果，硫酸锰也可以作为化肥，对土地有增产的效果。如今，Mn₃O₄在电子工业中发挥着至关重要的作用，而高纯硫酸锰正是其生产的原料之一。近年来，由于消耗了过多的石油、煤等传统能源，导致环境污染、能源短缺，新能源急需得到发展和应用。现今，锂离子电池逐渐兴起，它安全性能好，电压高，寿命长，自放电小，具有广阔的发展空间和应用前景。而电池级硫酸锰可用于合成锂电池的正极三元材料镍钴锰，该种正极材料安全性能好，成本低，比能量大,如何高效制备电池级硫酸锰是目前国内锰行业的主要研究方向^[1][2]。

然而在合成过程中，该工艺对杂质的含量要求极为苛刻，一直是制备硫酸锰工艺的难题，根据《电池用硫酸锰》（HG/T 4823-2015）标准，要求Ca、Mg、Na、K的质量分数均要小于5.0×10^-5，因此，传统的除杂手段很难得到符合标准的电池级硫酸锰，需要探究新的制备工艺。

1.1.1硫酸锰的性质

硫酸锰，化学式为MnSO₄，极易溶于水，溶于水后水溶液呈中性，于水中完全电离，溶解度为39.3g(24℃)。但其溶解度并不是单调变化的，其溶解度在20℃达到最大值，在此之前溶解度随温度升高而增加，在20℃之后则随温度的上升而下降^[3]。

1.1.2硫酸锰的分类

硫酸锰可以按照锰元素的含量和杂质含量分为三类：饲料级、工业级、电池级硫酸锰。饲料级硫酸锰主要应用于动物饲料和植物化肥，具有催长催熟的效果。而工业级硫酸锰主要起到催干剂、催化剂的作用^[3][4]。

而电池用硫酸锰的纯度要求最高，因为杂质离子会影响电池的充放电效果。本实验所参考的电池用硫酸锰的技术指标来自于工信部起草的化工行业标准《电池用硫酸锰》（HG/T 4823-2015），该标准在2016年1月正式实施。随着锂电池的广泛应用，电池用硫酸锰主要作为其正极材料的合成原料，具有广阔的发展空间^[5]。

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