一種鈉錳氧化物微粉及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋪氧化物材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種鋼鋪氧化物微粉及其 制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鋪氧化物是指在二氧化鋪中嵌入有Na+的化合物，其中W水鋼鋪礦最為典型。天 然的水鋼鋪礦是=價(jià)鋪與四價(jià)鋪共混形成的鋪氧化物，一般為層狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)式近似可描 述為Na4.iMni4〇28 ? 9&0,而人工合成的鋼鋪氧化物，由于合成工藝與條件的不同，其晶體構(gòu) 造、化學(xué)組成及理化性質(zhì)存在顯著的差異。
[0003] 隨著研究開(kāi)發(fā)工作的不斷進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)鋼鋪氧化物在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有新的 應(yīng)用前景。如將鋼鋪氧化物作為空氣與水體的催化凈化劑，能夠有效去除甲醒、酪類等污染 物，能對(duì)印染廢水進(jìn)行脫色處理，為空氣凈化和水處理提供一種廉價(jià)、環(huán)保、高效的處理方 法。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，鋼鋪氧化物可作為±壤改良劑，其對(duì)±壤及水體沉積物中的許多微量元素 有很強(qiáng)的吸附與固定能力，可調(diào)控±壤和水體中的營(yíng)養(yǎng)元素與重金屬、促進(jìn)有機(jī)污染物的 分解。作為新型離子交換材料，Na可與環(huán)境中的Li\Cu"、化"、Ni"、Mg"、Ca"、Ba"、Cd"、 化2\nH/和Ag+等陽(yáng)離子進(jìn)行離子交換，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)離子的富集或去除，如該技術(shù)用于鹽 湖吸附提裡工程，具有效率高、成本低、污染小的優(yōu)勢(shì)。在新能源材料行業(yè)，可將鋼鋪氧化物 經(jīng)特定工藝進(jìn)一步處理后制成層狀結(jié)構(gòu)的水鋼鋪礦，有利于金屬離子在層間嵌入和脫出， 可W作為二次裡離子電池電極材料使用。將鋼鋪氧化物作為建筑行業(yè)的聚硫密封膠固化劑 使用，其具有固化溫和、固化速度受溫度影響較小的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]目前制造鋼鋪氧化物的方法有水熱合成、溶膠-凝膠合成、高溫固相合成等。水熱 合成法一般是在酸性或堿性條件下對(duì)Mn"進(jìn)行氧化或?qū)n(V進(jìn)行還原W得到鋪的+4價(jià)氧 化物，并在含鋼介質(zhì)中通過(guò)兩種途徑實(shí)現(xiàn)Na+的嵌入；一種是在120°C~200°C溫度下進(jìn)行 高溫高壓處理，另一種是將溶液在一定溫度下保持?jǐn)?shù)小時(shí)甚至數(shù)天；前者設(shè)及高溫高壓，對(duì) 設(shè)備要求高，不易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，后者耗時(shí)長(zhǎng)，產(chǎn)物嵌鋼效果不易重復(fù)、產(chǎn)品一致性差。溶 膠-凝膠是生產(chǎn)超細(xì)微粉的有效方法，但需要經(jīng)過(guò)"液相混合一一反應(yīng)一一形成膠體一一 蒸發(fā)溶劑一一固化燒結(jié)"等環(huán)節(jié)，存在工藝復(fù)雜、成本高、須選擇不易殘留的物質(zhì)做原材料 等缺陷。高溫固相合成法一般是將鋪氧化物與鋼化合物進(jìn)行固體混合，研磨并混勻后在氧 化性氣氛中于60(TC~lOOOC進(jìn)行燒結(jié)數(shù)小時(shí)，后續(xù)進(jìn)行粉碎得到所需材料。高溫固相法 產(chǎn)品的結(jié)晶度最高，但由于是固相反應(yīng)，對(duì)混料均勻性要求高，固體顆粒研磨的越細(xì)小效果 越好，否則會(huì)嚴(yán)重影響合成物的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服W上【背景技術(shù)】中提到的不足和缺陷，提供一 種比表面積大、結(jié)構(gòu)蓬松、振實(shí)密度小、顆粒均勻的鋼鋪氧化物微粉，還相應(yīng)提供一種合成 溫度低、工藝路線簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、原料易得的鋼鋪氧化物微粉 的制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種鋼鋪氧化物微粉，所述鋼鋪 氧化物微粉的鋼含量在5%W上（如無(wú)特別說(shuō)明，所提及的百分?jǐn)?shù)一般是指的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）， 該微粉的晶體構(gòu)造與Nau.55Mn2〇4 ? 1. 5&0相吻合，具有結(jié)晶度低、表面呈皺權(quán)狀、蓬松多孔 的結(jié)構(gòu)特征，其粒度〇5。為5~100ym(更優(yōu)選為10~25ym)，振實(shí)密度為0. 2~0. 8g/ cm3 (更優(yōu)選為0. 2~0. 6g/cm3)，其比表面積大于60mVg。
[0007] 作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述鋼鋪氧化物微粉的制備方法，包 括W下步驟：在40°C~90°C的溫度下，將可溶性二價(jià)鋪鹽溶液與氨氧化鋼溶液連續(xù)并流加 入到通入足量空氣的反應(yīng)蓋中，控制反應(yīng)體系的抑值在10. 5W上，物料在反應(yīng)蓋內(nèi)停留時(shí) 間不少于4小時(shí)，充分反應(yīng)后進(jìn)行固液分離，水洗得到的黑色漿料，干燥后即得到鋼鋪氧化 物微粉。
[000引上述的制備方法中，優(yōu)選的：所述可溶性二價(jià)鋪鹽溶液中金屬鋪的濃度為20~ 200g/l，所述氨氧化鋼溶液的濃度為40~400g^。
[0009] 上述的制備方法中，優(yōu)選的：所述可溶性二價(jià)鋪鹽溶液中的溶質(zhì)為硫酸鋪、氯化 車孟、硝酸鋪、醋酸鋪中的至少一種，且其中金屬鋪的濃度為50~120g/l;所述氨氧化鋼溶液 的濃度為100~200g/l。
[0010] 上述的制備方法中，作為進(jìn)一步的改進(jìn)：所述反應(yīng)體系是在一裝設(shè)有攬拌裝置的 反應(yīng)蓋中進(jìn)行反應(yīng)，所述反應(yīng)的過(guò)程為序批式單蓋生產(chǎn)模式（即一蓋料生產(chǎn)完成后再啟動(dòng) 進(jìn)行下一蓋料進(jìn)行生產(chǎn)），序批式單蓋生產(chǎn)模式時(shí)物料的加料時(shí)間控制為4~20小時(shí)，在物 料加入完成后持續(xù)通空氣并保溫15~30min再出料。
[0011] 上述的制備方法中，作為另一種改進(jìn)方式：所述反應(yīng)體系是在一裝設(shè)有攬拌裝置 的反應(yīng)蓋中進(jìn)行反應(yīng)，所述反應(yīng)的過(guò)程為連續(xù)溢流生產(chǎn)模式（即一邊進(jìn)料一邊出料），所述 反應(yīng)蓋配套的接料桶中安裝有攬拌裝置，且在接料過(guò)程中持續(xù)攬拌；連續(xù)溢流生產(chǎn)模式時(shí) 控制物料在反應(yīng)蓋內(nèi)的停留時(shí)間為4~20小時(shí)。
[001引上述的制備方法中，可W通過(guò)控制加料時(shí)間與加料速度來(lái)調(diào)控鋼鋪氧化物微粉的 粒度，實(shí)驗(yàn)表明，加料速度快、停留時(shí)間短，容易得到小顆粒的低振實(shí)密度微粉；加料速度 慢、停留時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，有利于得到大顆粒、高振實(shí)密度的微粉材料。
[0013]上述的制備方法中，如果溶液中出現(xiàn)白色或灰色的沉淀物，說(shuō)明鋪鹽的加料速度 過(guò)快，導(dǎo)致氧化能力不足，使+2價(jià)鋪沉淀為氨氧化鋪，在本發(fā)明的生產(chǎn)模式下則很難形成 嵌鋼的鋪氧化物。
[0014]上述的制備方法中，優(yōu)選的；所述氧化反應(yīng)過(guò)程中的溫度控制為50°C~75°C;溫 度越高越有利于快速加料。另外，反應(yīng)體系的pH值優(yōu)選在11. 0W上，pH值低于10. 5時(shí)， 所生成的沉淀物的+4價(jià)鋪含量較低，嵌鋼量也很低，不容易得到嵌鋼量高的鋼鋪氧化物。
[0015]上述的制備方法中，優(yōu)選的：所述水洗時(shí)是用40°CW上的熱水漂洗，直至漂洗水 的抑值在7. 5~8. 0時(shí)為止。所述干燥時(shí)的溫度一般控制在80°CW上，優(yōu)選為120°C~ 150°C。漂洗過(guò)程主要是洗去顆粒間夾雜的反應(yīng)母液，使用熱水有利于提高漂洗的效率，減 少漂洗的次數(shù)或時(shí)間；由于鋼鋪氧化物結(jié)構(gòu)蓬松，含水率高，并且顆粒越大，要求干燥的溫 度要適當(dāng)提高，干燥的時(shí)間相應(yīng)要延長(zhǎng)。
[0016] 本發(fā)明的技術(shù)方案主要基于W下原理：在強(qiáng)堿性條件下，二價(jià)鋪離子被空氣中的 氧氧化為+3價(jià)與+4價(jià)離子的混合氧化物，在氧化物顆粒生長(zhǎng)的同時(shí)，反應(yīng)體系中的鋼離子 扶入到顆粒中，經(jīng)水洗、干燥等工藝后，直接得到鋼鋪氧化物微粉。
[0017]與現(xiàn)有技