硫酸锰制备四氧化三锰及其热解动力学研究

摘要

本研究以硫酸锰为原料，分别通过两段氧化法和固相硫酸锰热解法制备Mn<,3>O<,4>。其中，两段氧化法以MnSO<,4>和氨水为原料，分别采用单因素试验和正交试验探讨反应温度、Mn<'2+>的加料速度、氨锰比、干燥温度、干燥时间对总锰含量的影响。试验得出制备Mn<,3>O<,4>的最优工艺条件为：原料氨锰比2：1，Mn<'2+>的加料速度30 mL·h<'-1>，反应温度95℃，干燥温度200℃，干燥时间3 h。在最佳条件下制得Mn<,3>O<,4>的总锰含量为71.10％，通过XRD分析，确定产物为γ-Mn<,3>O<,4>，平均粒径为1.23 μm。在硫酸锰固相分解制备Mn<,3>O<,4>的研究中，主要探讨了煅烧温度、煅烧时间、样品的冷却方式对产物总锰含量的影响。并通过单因素试验和正交试验得出制备Mn<,3>O<,4>的最优工艺条件为：煅烧温度为1000℃，煅烧时间为2 h，冷却方式为炉外加盖冷却。在最优条件下制备的Mn<,3>O<,4>产物为γ-Mn<,3>O<,4>，总锰含量为71.80％。同时，采用TG-DSC结合XRD分析研究了硫酸锰的热分解行为，用非线性等转化率法和普适积分法研究了硫酸锰脱水和分解过程的反应动力学。研究结果表明，200℃-400℃之间为MnSO<,4>·H<,2>O脱水阶段，积分动力学机理函数为G(α)=α<'3/2>，符合Mampcl Power法则，平均表观活化能为117.11 KJ·mol<'-1>。750℃-1050℃之间为MnSO<,4>的分解阶段，积分动力学机理函数为G(α)=1-(1-α)<'1/2>，符合相边界反应的收缩圆柱体模型，平均表观活化能为226．44 kJ·mol<'-1>；MnSO<,4>等温分解结果与TG-DSC分析结果一致。对硫酸锰制备Mn<,3>O<,4>及其热解动力学的研究结果，可为硫酸锰制备Mn<,3>O<,4>的工业化生产提供基础数据和理论依据。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章文献综述

第二章理论分析

2.1硫酸锰液相法制备四氧化三锰

2.1.1硫酸锰液相法制备四氧化三锰原理

2.1.2工艺流程的选择

2.2热分析动力学理论基础

2.2.1热分析动力学方程的推导

2.2.2非线性等转化率法求取表观活化能

2.3未反应收缩核模型

2.3.1未反应收缩核模型的描述

2.3.2缩核模型的数学表达式

2.3.3不同控制区的缩核模型

2.3.4不同形状颗粒缩核模型的表现形式

第三章两段氧化法制备四氧化三锰

3.1试验部分

3.1.1加料方式的选择

3.1.2试验试剂

3.1.3仪器设备

3.1.4试验步骤

3.1.5锰含量分析方法

3.2结果与讨论

3.2.1单因素试验

3.2.2不同试验条件下产物的XRD分析

3.2.3正交试验

3.2.4最优工艺产物结果表征

3.3小结

第四章硫酸锰固相分解法制备四氧化三锰

4.1试验部分

4.1.1试验试剂

4.1.2仪器设备

4.1.3试验步骤

4.2结果与讨论

4.2.1单因素试验

4.2.2正交试验

4.2.3最优工艺产物结果表征

4.3小结

第五章硫酸锰的热分解动力学分析

5.1试验部分

5.1.1试验试剂

5.1.2仪器设备

5.1.3试验步骤

5.2结果与讨论

5.2.1 MnSO4·H2O热分解过程及产物分析

5.2.2 MnSO4·H2O脱水率与时间的关系

5.2.3 MnSO4·H2O脱水反应动力学分析

5.2.4 MnSO4分解率与时间的关系

5.2.5 MnSO4分解动力学

5.2.6 MnSO4分解动力学的验证

5.3小结

第六章结论

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文