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随着汽车行业和电子行业的快速发展,高纯硫酸锰作为电池锂镍钴锰氧三元正极材料以及锰酸锂正极材料的合成原料之一,成为目前锰行业研究热点。探索一种低成本、环保、高效节能的硫酸锰净化工艺具有重要现实意义和研究价值。 论文考查了国内外硫酸锰除杂工艺,并分析对比各工艺优缺点,发现结晶除杂方法主要用于联合除杂工艺的最后除杂工序,对多种杂质均有去除效果,对钙镁离子除去效果最为明显,经结晶净化工艺后能得到高纯度的硫酸锰产品。实验利用ICP(原子发射光谱)、XRD(X射线衍射)、TG(热重)和SEM(扫描电镜)等手段,对原料硫酸锰粉末的晶体成分、结晶形貌进行分析,结合结晶热力学和动力学,研究并制定硫酸结晶净化工艺方案。 论文以粗除杂后的硫酸锰粉末为原料,研究硫酸锰蒸发结晶净化工艺。探讨了加热温度、搅拌速度、溶液浓度、结晶率、晶种添加粒度和溶液pH值对硫酸锰结晶净化效果的影响。并通过正交实验获得硫酸锰蒸发结晶净化最佳工艺参数为:结晶率25%,搅拌速度700r/min,硫酸锰质量体积浓度60g/100ml,加热温度130℃,晶种粒度120目,溶液pH3.2。在最佳工艺条件下硫酸锰的整体除杂率可达77.95%以上。针对一重蒸发结晶产物中杂质含量仍较高的特点,进行多级蒸发结晶和多重结晶优化实验。多级蒸发结晶发现结晶率控制在65%,硫酸锰蒸发结晶效果较好且结晶产量较高。控制最佳工艺条件以及结晶率65%,进行多重结晶实验,结果表明:经四重蒸发结晶,硫酸锰产物中,各杂质金属含量除Mg离子外均达到电子级HG/T4823-2015一等品标准。 根据多重结晶成果进行硫酸锰结晶工业应用流程探索,制定以浸出液(一压液)为原料,联合硫化钡除重金属,晶种法除钙镁,重结晶法深度除杂的多步联合除杂工艺,经多步除杂净化,硫酸锰结晶产物中各杂质离子均降至100mg/kg以下,满足电池用硫酸锰HG/T4823-2015一等品标准。