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1313-13-9 / 二氧化锰的结构与制备

二氧化锰(化学式:MnO2)为黑色或棕色的固体,是锰最稳定的氧化物,经常出现于软锰矿及锰结核中。软锰矿是含锰的主矿物;锰结核(海底岩石凝固物)也含有锰的成分。二氧化锰主要用途为制造干电池,如碳锌电池和碱性电池;也常在化学反应中作为催化剂,如制造氧气;或作为酸性溶液中的强氧化剂。也可以作为有机合成中的试剂(氧化剂),例如用于烯丙醇的氧化。二氧化锰也用作颜料,并作为其它锰化合物如高锰酸钾(KMnO4)的前体。α多晶型物中的二氧化锰可以在氧化锰八面体(多个八面体)之间的“隧道”或“通道”中并入多种原子(以及水分子)。人们对于α-MnO2作为锂离子电池阴极的可能性有相当大的兴趣。

二氧化锰的结构与制备

结构

已经有许多二氧化锰的多晶型物,以及水合形式被提出来。二氧化锰像许多其他二氧化物一样,以金红石晶体结构(这种多晶型称为β-MnO2)方式结晶,具有三配位氧化物和八面体金属中心。二氧化锰是典型的非化合比化合物,具氧原子空缺。这种复杂的固态化合物与有机合成中“新制备”二氧化锰的方法有关。需要说明的是,二氧化锰的α-多晶型物具有非常开放的结构,有可以容纳金属原子的“通道”,例如银或钡。在紧密相关的伴生矿物后,通常被称为锰钡矿(Hollandite)。

制备方法

天然的二氧化锰含有杂质和大量的三氧化二锰(Manganese(III) oxide)。只有少数的矿床含有电池工业所需纯度足够的γ型态结晶。

电池和铁氧体(Ferrite)的生产(二氧化锰的两种主要用途)需要高纯度的二氧化锰。生产电池所需要的是“电解级二氧化锰”;而生产铁氧体需要“化学级二氧化锰”。

一种副产二氧化锰的精制新方法,其特征在于包括以下步骤:

(1)用15-20%稀硫酸处理粗品MnO2,其中混杂在MnO2的MnCO3或MnO等可溶解生成MnSO4,同时粗品MnO2中少量a、P晶型向Y型转型,从而提高MnO2的活性及纯度;

(2)氧化处理上述液体,向步骤(I)处理过含二氧化锰的液体中加入2-3%强氧化剂过硫酸铵,加热至45-50°C,搅拌20-30min,溶液中的Mn2+转化成MnO2 ;

(3)将步骤(2)处理过的溶液过滤、洗涤、烘干即得产品精制二氧化锰。