一种微米花球状四氧化三锰及其制备和应用的制作方法

1.本发明属于化工材料技术领域，尤其涉及一种微米花球状四氧化三锰及其制备和应用。


背景技术：

2.四氧化三锰是一种氧化物，分子式为mn3o4。为黑色四方结晶，经灼烧成结晶。相对密度4.856。不溶于水，溶于浓盐酸(共热并放出氯气)、浓硫酸(共热并放出氧气)。属于尖晶石类，其中二价和三价锰离子分布在两种不同的晶格位置上。氧离子为立方紧密堆积，二价锰离子占四面体空隙，三价锰离子占八面体空隙。温度1443k以下时四氧化三锰为变形的四方晶系尖晶石结构，变形原因为姜-泰勒效应；1443k以上则为立方尖晶石结构。将锰的氧化物、氢氧化物或硫酸盐、碳酸盐在空气中或氧中灼烧至约1000℃制得。用于玻璃制造；然而，现有微米花球状四氧化三锰的制备方法采用的硫酸锰原料不纯，影响四氧化三锰的制备质量；同时，对制备原料搅拌效率低，搅拌不均匀，影响原料的充分反应。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)现有微米花球状四氧化三锰的制备方法采用的硫酸锰原料不纯，影响四氧化三锰的制备质量。
5.(2)对制备原料搅拌效率低，搅拌不均匀，影响原料的充分反应。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种微米花球状四氧化三锰及其制备和应用。
7.本发明是这样实现的，一种微米花球状四氧化三锰及其制备和应用包括：
8.步骤一，将软锰矿粉和玉米芯粉加入耐压、和硝酸腐蚀的反应釜中，加入硝酸和硝酸锰、去离子水的混合溶液，并在密闭条件下进行搅拌浸出，浸出一段时间后，放出反应釜内的浆料进行固液分离，得到所需硝酸锰溶液；
9.步骤二，对硫酸锰进行提纯；在混合搅拌器中加入硝酸锰溶液、硫酸锰的混合物，搅拌得到溶液，在所得溶液搅拌下，搅拌速度为1000rpm，加入过氧化氢和乙醇，后加入naoh，形成深棕黑的粘稠度高的液体，
10.步骤三，调节液体ph值至碱性，将溶液转至高压反应釜中，进行水热反应，冷却后，将产物取出洗涤，然后干燥即得微米花球状四氧化三锰；
11.进一步，所述硝酸锰与硫酸锰的摩尔比为1：4；
12.所述naoh：过氧化氢：乙醇的摩尔比为1：1：2；所述硫酸锰与乙醇的摩尔比为1：5；
13.所述水热反应的反应温度为270℃；
14.所述硝酸锰的浓度为0.16mol/l。
15.进一步，所述硫酸锰提纯方法如下：
16.(1)向硫酸锰溶液加入可溶性改性氟化锂，控制硫酸锰浓度为40wt％，过滤分离，
去除反应沉淀物，控制滤液硫酸锰溶液中的金属杂质离子m1与改性氟化锂中的氟离子f的摩尔比例为：m1:f＝1:4，得滤液为硫酸锰溶液1；
17.(2)向所得的硫酸锰溶液1中加入可溶性硫化物进行反应沉淀，控制硫酸锰溶液1中的剩余金属杂质离子m2与硫化物中的硫离子的摩尔比例为：m2:s＝1:3，过滤除杂，得滤液硫酸锰溶液2；将得到的硫酸锰溶液2，用活性炭吸附并过滤分离，得过滤液；将所得的过滤液，调整ph值为6.0后进行蒸馏,得结晶硫酸锰产品。
18.进一步，所述除杂反应的温度为110℃。
19.进一步，所述加入的硫化物为硫化锰、硫化钙、硫化钠、硫化钾、硫化铵、硫化氢中的任意一种或几种。
20.进一步，所述蒸馏采用减压蒸馏得到结晶硫酸锰。
21.进一步，所述混合搅拌器控制方法如下：
22.1)配置监测设备参数，通过监测设备对混合搅拌器的容器中的料液粘稠度进行监控，获取该料液的粘稠度信息；
23.当启动混合搅拌器的电机时：根据获取的粘稠度信息，通过变频器控制器，得到使电机达到额定功率的启动用时t1并获取该启动用时t1内尼龙滑块受力信息；
24.当停止混合搅拌器的电机时：根据获取的粘稠度信息，通过变频器控制器，得到使电机的输入功率归零的停机用时t2并获取该停机用时t2内尼龙滑块受力信息；
25.2)根据尼龙滑块受力信息对时间t1和t2其中一项或两者进行修正；
26.3)重复上述步骤直至得到最优启动用时t1和最优停机用时t2。
27.进一步，所述对前后批次的料液的粘稠度差值进行设定，确定合理粘稠度差；
28.当获取的后一批次的料液粘稠度与前一批次的料液粘稠度之间的差值≤所述合理粘稠度差，本批次采用上一批次所述最优启动用时t1和最优停机用时t2。
29.进一步，所述当获取的后一批次的料液粘稠度与前一批次的料液粘稠度之间的差值＞所述合理粘稠度差，重复步骤步骤1)-3)，得到新的最优启动用时t1’和最优停机用时t2’；
30.将粘稠度信息、最优启动用时t1和最优停机用时t2输入中央处理器存储介质，所述中央处理器存储介质存储有执行控制变频器的程序；
31.将粘稠度信息、最优启动用时t1和最优停机用时t2输入中央处理器存储介质，通过中央处理器控制的plc控制器控制所述变频器。
32.进一步，所述获取尼龙滑块受力信息时，采用压力传感器采集尼龙滑块的凸齿侧面压力值；
33.获取尼龙滑块受力信息时，采用扭矩传感器采集尼龙滑块的凸齿承受扭矩值；
34.获取尼龙滑块受力信息的传感器通过无线通信模块与变频器通信连接；
35.设定尼龙滑块的最大受力值和警报器，当获取的尼龙滑块受力值≥所述最大受力值时，警报器响应；
36.将所述变频器通过控制模块与获取尼龙滑块受力信息的传感器通信连接，当获取的尼龙滑块受力值≥所述最大受力值时，变频器控制器降低功率直至尼龙滑块受力值＜所述最大受力值；
37.进行配置混合搅拌器参数，对混合搅拌器的容器中的料液粘稠度进行监控，获取
该料液的粘稠度信息之前，获取料液温度信息，料液温度＜18℃或＞28℃时，中央处理器显示是否执行最优启动用时t1和最优停机用时t2的提示信息；不执行时，重复步骤1)-3)。
38.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
39.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
40.本发明通过硫酸锰提纯方法根据氟化剂和硫化剂进行二次除杂处理，以除去硫酸锰中的杂质离子，使硫酸锰达到生产锂离子电池级的使用要求，调度提高硫酸锰纯度，从而提高四氧化三锰的制备质量；同时，通过混合搅拌器的控制方法采用将启动用时与停机用时相分离的处理，以针对不同的料液在从搅拌到出料的过程中，初始粘稠度与出料粘稠度的不同，这样分别的对启动用时与停机用时进行优化，最终得到两者的值，从而对同种粘稠度特别是同一原料相近粘稠度的料液时，优化并存储该信息数据后，无需在之后的批次中反复调试，即可进行批量迅速进行搅拌工作，这样大大的提高了搅拌料液的效率，搅拌更加均匀，使原料的充分反应。
41.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
42.本发明通过硫酸锰提纯方法根据氟化剂和硫化剂进行二次除杂处理，以除去硫酸锰中的杂质离子，使硫酸锰达到生产锂离子电池级的使用要求，调度提高硫酸锰纯度，从而提高四氧化三锰的制备质量；同时，通过混合搅拌器的控制方法采用将启动用时与停机用时相分离的处理，以针对不同的料液在从搅拌到出料的过程中，初始粘稠度与出料粘稠度的不同，这样分别的对启动用时与停机用时进行优化，最终得到两者的值，从而对同种粘稠度特别是同一原料相近粘稠度的料液时，优化并存储该信息数据后，无需在之后的批次中反复调试，即可进行批量迅速进行搅拌工作，这样大大的提高了搅拌料液的效率，搅拌更加均匀，使原料的充分反应。
附图说明
43.图1是本发明实施例提供的微米花球状四氧化三锰及其制备和应用流程图。
44.图2是本发明实施例提供的硫酸锰提纯方法流程图。
45.图3是本发明实施例提供的混合搅拌器控制方法流程图。
具体实施方式
46.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
47.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
48.如图1所示，本发明提供一种微米花球状四氧化三锰及其制备和应用包括以下步骤：
49.s101，将软锰矿粉和玉米芯粉加入耐压、和硝酸腐蚀的反应釜中，加入硝酸和硝酸锰、去离子水的混合溶液，并在密闭条件下进行搅拌浸出，浸出一段时间后，放出反应釜内的浆料进行固液分离，得到所需硝酸锰溶液；
50.s102，对硫酸锰进行提纯；在混合搅拌器中加入硝酸锰溶液、硫酸锰的混合物，搅拌得到溶液，在所得溶液搅拌下，搅拌速度为1000rpm，加入过氧化氢和乙醇，后加入naoh，形成深棕黑的粘稠度高的液体，
51.s103，调节液体ph值至碱性，将溶液转至高压反应釜中，进行水热反应，冷却后，将产物取出洗涤，然后干燥即得微米花球状四氧化三锰；
52.本发明提供的硝酸锰与硫酸锰的摩尔比为1：4；
53.所述naoh：过氧化氢：乙醇的摩尔比为1：1：2；所述硫酸锰与乙醇的摩尔比为1：5；
54.所述水热反应的反应温度为270℃；
55.所述硝酸锰的浓度为0.16mol/l。
56.如图2所示，本发明提供的硫酸锰提纯方法如下：
57.s201，向硫酸锰溶液加入可溶性改性氟化锂，控制硫酸锰浓度为40wt％，过滤分离，去除反应沉淀物，控制滤液硫酸锰溶液中的金属杂质离子m1与改性氟化锂中的氟离子f的摩尔比例为：m1:f＝1:4，得滤液为硫酸锰溶液1；
58.s202，向所得的硫酸锰溶液1中加入可溶性硫化物进行反应沉淀，控制硫酸锰溶液1中的剩余金属杂质离子m2与硫化物中的硫离子的摩尔比例为：m2:s＝1:3，过滤除杂，得滤液硫酸锰溶液2；将得到的硫酸锰溶液2，用活性炭吸附并过滤分离，得过滤液；将所得的过滤液，调整ph值为6.0后进行蒸馏,得结晶硫酸锰产品。
59.本发明提供的除杂反应的温度为110℃。
60.本发明提供的加入的硫化物为硫化锰、硫化钙、硫化钠、硫化钾、硫化铵、硫化氢中的任意一种或几种。
61.本发明提供的蒸馏采用减压蒸馏得到结晶硫酸锰。
62.如图3所示，本发明提供的混合搅拌器控制方法如下：
63.s301，配置监测设备参数，通过监测设备对混合搅拌器的容器中的料液粘稠度进行监控，获取该料液的粘稠度信息；
64.当启动混合搅拌器的电机时：根据获取的粘稠度信息，通过变频器控制器，得到使电机达到额定功率的启动用时t1并获取该启动用时t1内尼龙滑块受力信息；
65.当停止混合搅拌器的电机时：根据获取的粘稠度信息，通过变频器控制器，得到使电机的输入功率归零的停机用时t2并获取该停机用时t2内尼龙滑块受力信息；
66.s302，根据尼龙滑块受力信息对时间t1和t2其中一项或两者进行修正；
67.s303，重复上述步骤直至得到最优启动用时t1和最优停机用时t2。
68.本发明提供的对前后批次的料液的粘稠度差值进行设定，确定合理粘稠度差；
69.当获取的后一批次的料液粘稠度与前一批次的料液粘稠度之间的差值≤所述合理粘稠度差，本批次采用上一批次所述最优启动用时t1和最优停机用时t2。
70.本发明提供的当获取的后一批次的料液粘稠度与前一批次的料液粘稠度之间的差值＞所述合理粘稠度差，重复步骤步骤s301-s303，得到新的最优启动用时t1’和最优停机用时t2’；
71.将粘稠度信息、最优启动用时t1和最优停机用时t2输入中央处理器存储介质，所述中央处理器存储介质存储有执行控制变频器的程序；
72.将粘稠度信息、最优启动用时t1和最优停机用时t2输入中央处理器存储介质，通过中央处理器控制的plc控制器控制所述变频器。
73.本发明提供的获取尼龙滑块受力信息时，采用压力传感器采集尼龙滑块的凸齿侧面压力值；
74.获取尼龙滑块受力信息时，采用扭矩传感器采集尼龙滑块的凸齿承受扭矩值；
75.获取尼龙滑块受力信息的传感器通过无线通信模块与变频器通信连接；
76.设定尼龙滑块的最大受力值和警报器，当获取的尼龙滑块受力值≥所述最大受力值时，警报器响应；
77.将所述变频器通过控制模块与获取尼龙滑块受力信息的传感器通信连接，当获取的尼龙滑块受力值≥所述最大受力值时，变频器控制器降低功率直至尼龙滑块受力值＜所述最大受力值；
78.进行配置混合搅拌器参数，对混合搅拌器的容器中的料液粘稠度进行监控，获取该料液的粘稠度信息之前，获取料液温度信息，料液温度＜18℃或＞28℃时，中央处理器显示是否执行最优启动用时t1和最优停机用时t2的提示信息；不执行时，重复步骤s301-s303。
79.二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
80.本发明通过硫酸锰提纯方法根据氟化剂和硫化剂进行二次除杂处理，以除去硫酸锰中的杂质离子，使硫酸锰达到生产锂离子电池级的使用要求，调度提高硫酸锰纯度，从而提高四氧化三锰的制备质量；同时，通过混合搅拌器的控制方法采用将启动用时与停机用时相分离的处理，以针对不同的料液在从搅拌到出料的过程中，初始粘稠度与出料粘稠度的不同，这样分别的对启动用时与停机用时进行优化，最终得到两者的值，从而对同种粘稠度特别是同一原料相近粘稠度的料液时，优化并存储该信息数据后，无需在之后的批次中反复调试，即可进行批量迅速进行搅拌工作，这样大大的提高了搅拌料液的效率，搅拌更加均匀，使原料的充分反应。
81.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
82.三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
83.本发明通过硫酸锰提纯方法根据氟化剂和硫化剂进行二次除杂处理，以除去硫酸锰中的杂质离子，使硫酸锰达到生产锂离子电池级的使用要求，调度提高硫酸锰纯度，从而提高四氧化三锰的制备质量；同时，通过混合搅拌器的控制方法采用将启动用时与停机用时相分离的处理，以针对不同的料液在从搅拌到出料的过程中，初始粘稠度与出料粘稠度的不同，这样分别的对启动用时与停机用时进行优化，最终得到两者的值，从而对同种粘稠度特别是同一原料相近粘稠度的料液时，优化并存储该信息数据后，无需在之后的批次中反复调试，即可进行批量迅速进行搅拌工作，这样大大的提高了搅拌料液的效率，搅拌更加均匀，使原料的充分反应。
84.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种微米花球状四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述微米花球状四氧化三锰的制备方法包括以下步骤：步骤一，将软锰矿粉和玉米芯粉加入耐压、和硝酸腐蚀的反应釜中，加入硝酸和硝酸锰、去离子水的混合溶液，并在密闭条件下进行搅拌浸出，浸出一段时间后，放出反应釜内的浆料进行固液分离，得到所需硝酸锰溶液；步骤二，对硫酸锰进行提纯；在混合搅拌器中加入硝酸锰溶液、硫酸锰的混合物，搅拌得到溶液，在所得溶液搅拌下，搅拌速度为1000rpm，加入过氧化氢和乙醇，后加入naoh，形成深棕黑的粘稠度高的液体，步骤三，调节液体ph值至碱性，将溶液转至高压反应釜中，进行水热反应，冷却后，将产物取出洗涤，然后干燥即得微米花球状四氧化三锰。2.如权利要求1所述微米花球状四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述硝酸锰与硫酸锰的摩尔比为1：4；所述naoh：过氧化氢：乙醇的摩尔比为1：1：2；所述硫酸锰与乙醇的摩尔比为1：5；所述水热反应的反应温度为270℃；所述硝酸锰的浓度为0.16mol/l。3.如权利要求1所述微米花球状四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述硫酸锰提纯方法如下：(1)向硫酸锰溶液加入可溶性改性氟化锂，控制硫酸锰浓度为40wt％，过滤分离，去除反应沉淀物，控制滤液硫酸锰溶液中的金属杂质离子m1与改性氟化锂中的氟离子f的摩尔比例为：m1:f＝1:4，得滤液为硫酸锰溶液1；(2)向所得的硫酸锰溶液1中加入可溶性硫化物进行反应沉淀，控制硫酸锰溶液1中的剩余金属杂质离子m2与硫化物中的硫离子的摩尔比例为：m2:s＝1:3，过滤除杂，得滤液硫酸锰溶液2；将得到的硫酸锰溶液2，用活性炭吸附并过滤分离，得过滤液；将所得的过滤液，调整ph值为6.0后进行蒸馏,得结晶硫酸锰产品。4.如权利要求3所述微米花球状四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述除杂反应的温度为110℃。5.如权利要求3所述微米花球状四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述加入的硫化物为硫化锰、硫化钙、硫化钠、硫化钾、硫化铵、硫化氢中的任意一种或几种。6.如权利要求3所述微米花球状四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述蒸馏采用减压蒸馏得到结晶硫酸锰。7.如权利要求1所述微米花球状四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述混合搅拌器控制方法如下：1)配置监测设备参数，通过监测设备对混合搅拌器的容器中的料液粘稠度进行监控，获取该料液的粘稠度信息；当启动混合搅拌器的电机时：根据获取的粘稠度信息，通过变频器控制器，得到使电机达到额定功率的启动用时t1并获取该启动用时t1内尼龙滑块受力信息；当停止混合搅拌器的电机时：根据获取的粘稠度信息，通过变频器控制器，得到使电机的输入功率归零的停机用时t2并获取该停机用时t2内尼龙滑块受力信息；2)根据尼龙滑块受力信息对时间t1和t2其中一项或两者进行修正；
3)重复上述步骤直至得到最优启动用时t1和最优停机用时t2。8.如权利要求7所述微米花球状四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述对前后批次的料液的粘稠度差值进行设定，确定合理粘稠度差；当获取的后一批次的料液粘稠度与前一批次的料液粘稠度之间的差值≤所述合理粘稠度差，本批次采用上一批次所述最优启动用时t1和最优停机用时t2。9.如权利要求7所述微米花球状四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述当获取的后一批次的料液粘稠度与前一批次的料液粘稠度之间的差值＞所述合理粘稠度差，重复步骤步骤1)-3)，得到新的最优启动用时t1’和最优停机用时t2’；将粘稠度信息、最优启动用时t1和最优停机用时t2输入中央处理器存储介质，所述中央处理器存储介质存储有执行控制变频器的程序；将粘稠度信息、最优启动用时t1和最优停机用时t2输入中央处理器存储介质，通过中央处理器控制的plc控制器控制所述变频器。10.如权利要求7所述微米花球状四氧化三锰的制备方法，其特征在于，所述获取尼龙滑块受力信息时，采用压力传感器采集尼龙滑块的凸齿侧面压力值；获取尼龙滑块受力信息时，采用扭矩传感器采集尼龙滑块的凸齿承受扭矩值；获取尼龙滑块受力信息的传感器通过无线通信模块与变频器通信连接；设定尼龙滑块的最大受力值和警报器，当获取的尼龙滑块受力值≥所述最大受力值时，警报器响应；将所述变频器通过控制模块与获取尼龙滑块受力信息的传感器通信连接，当获取的尼龙滑块受力值≥所述最大受力值时，变频器控制器降低功率直至尼龙滑块受力值＜所述最大受力值；进行配置混合搅拌器参数，对混合搅拌器的容器中的料液粘稠度进行监控，获取该料液的粘稠度信息之前，获取料液温度信息，料液温度＜18℃或＞28℃时，中央处理器显示是否执行最优启动用时t1和最优停机用时t2的提示信息；不执行时，重复步骤1)-3)。

技术总结
本发明属于化工材料技术领域，公开了一种微米花球状四氧化三锰及其制备和应用。本发明通过硫酸锰提纯方法根据氟化剂和硫化剂进行二次除杂处理，以除去硫酸锰中的杂质离子，使硫酸锰达到生产锂离子电池级的使用要求，调度提高硫酸锰纯度，从而提高四氧化三锰的制备质量；同时，通过混合搅拌器的控制方法针对不同的料液在从搅拌到出料的过程中，初始粘稠度与出料粘稠度的不同，这样分别的对启动用时与停机用时进行优化，最终得到两者的值，从而对同种粘稠度特别是同一原料相近粘稠度的料液时，优化并存储该信息数据后，无需在之后的批次中反复调试，进行批量迅速进行搅拌工作，这样大大的提高了搅拌料液的效率，搅拌更加均匀，使原料的充分反应。原料的充分反应。原料的充分反应。


技术研发人员：陈奇志 陈晗 秦祖赠 周伟 颜东亮 胡雪文 唐平
受保护的技术使用者：广西汇元锰业有限责任公司
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/7/11