四氧化三锰的制备工艺及机理探讨

论文摘要

四氧化三锰属于高性能结构材料,主要用于电子工业,是生产锰锌软磁铁氧体的重要原料之一。近些年,随着电子工业的飞速发展,优质Mn3O4的需求量日益增加。四氧化三锰可以通过锰的湿法催化氧化制得。本论文通过一系列正交试验研究了金属锰粉悬浮液氧化法制备四氧化三锰的工艺条件,并对产物进行表征和分析,最后对反应过程中的工艺条件进行了讨论。各因素条件中,影响最大的是氯化铵的加入量;制备四氧化三锰的最佳工艺条件为:锰粉20g、氯化铵2g、反应时间4h、加料时间20min、盐酸加入量6ml、乙醇加入量8ml、反应温度80℃、加水量500ml。总锰含量分析,表明其符合软磁铁氧体用四氧化三锰的要求;锰离子的测定,证实了Mn3O4的分子式为2MnO·MnO2;XRD的检测结果为高纯度γ-Mn3O4,晶格常数a=b≠c,说明四氧化三锰为扭曲的尖晶石结构。在生产出理化指标优良的四氧化三锰基础上,对反应过程中的机理进行了探讨,针对不同的添加剂,结合Mn-H2O系电位-pH图,阐述了化学作用机理和电化学作用机理。Mn（OH）2是反应过程中的中间产物,文中就其氧化为四氧化三锰的过程进行了理论分析。依照反应机理,铵盐、盐酸、氨基酸等物质在体系中仅起催化剂和介质作用,本文研究了母液循环使用制备四氧化三锰的情况,这样有利于减少环境污染和降低生产成本。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 前言
• 1.1 锰
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 锰的介绍
• 1.1.3 锰的制取
• 1.1.4 锰的用途
• 1.2 锰的化合物
• 1.3 磁性材料四氧化三锰
• 1.3.1 电子工业概述
• 1.3.2 铁氧体
• 1.3.3 四氧化三锰的应用
• 1.3.4 四氧化三锰的性质与结构
• 1.3.4.1 四氧化三锰的磁性质
• 1.3.4.2 四氧化三锰的化学性质
• 1.3.4.3 四氧化三锰的结构
• 1.3.5 国内外制备工艺的研究现状
• 3O₄的质量及其标准'>1.3.6 Mn₃O₄的质量及其标准
• 1.4 本次研究的目标和意义
• 1.5 本课题的创新之处
• 第二章 金属锰氧化制备四氧化三锰
• 2.1 技术路线论证
• 2.2 四氧化三锰的合成
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器与装置图
• 2.2.3 工艺流程
• 2.2.4 四氧化三锰的制备
• 2.2.5 正交试验
• 2.3 产物的检测
• 2.3.1 总锰含量的分析
• 2+、Mn³⁺、Mn⁴⁺离子含量的测定'>2.3.2 Mn²⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺离子含量的测定
• 2.4 产物的表征
• 2.4.1 仪器
• 2.4.2 X粉末衍射
• 2.4.3 红外光谱法（IR）
• 2.4.4 扫描电镜（SEM）
• 2.4.5 透射电镜
• 2.5 实验结果与讨论
• 2.5.1 总锰含量测定
• 2.5.2 产品中各种元素含量的测定
• 2.5.3 X粉末衍射（XRD）
• 2.5.4 红外光谱（IR）
• 2.5.5 扫描电镜（SEM）
• 2.5.6 透射电镜（TEM）
• 2.6 工艺条件讨论
• 2.7 本章小结
• 第三章 金属锰氧化制备四氧化三锰的机理探讨与理论分析
• 3.1 概述
• 2O系中的反应及电位-pH图'>3.2 Mn-H₂O系中的反应及电位-pH图
• 3.2.1 金属-水系中的反应
• 2O系电位-pH图'>3.2.2 Mn-H₂O系电位-pH图
• 3.3 化学作用机理
• 3.3.1 以铵盐为添加剂
• 3.3.2 以盐酸为添加剂
• 3.3.3 以氨基酸为添加剂
• 3.4 电化学作用机理
• 3.5 氢氧化锰氧化过程的分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 母液循环使用制备四氧化三锰的研究
• 4.1 理论依据
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 母液一次循环
• 4.2.2 母液二次循环
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 总锰含量的测定
• 4.3.2 红外光谱检测
• 4.3.3 结论
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录