[发明专利]一种利用电解锰阳极泥制备水系锌离子电池锰氧化物正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用电解锰阳极泥制备水系锌离子电池锰氧化物正极材料的方法，包括以下步骤：步骤S1、将电解锰阳极泥粉碎、过筛备用；步骤S2、将过筛后的粉末状电解锰阳极泥和表面活性剂按比例溶解在蒸馏水中，进行水洗后抽滤、干燥；步骤S3、将干燥后的固体在空气气氛下煅烧，冷却取出后研磨均匀，得到水系锌离子电池锰基氧化物正极材料。本发明既解决了现有技术中存在的回收过程工艺繁琐、耗时长且能耗高的问题，又得到电化学性能好的储能材料，实现了电解锰阳极泥的高值化利用。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，涉及一种利用电解锰阳极泥制备水系锌离子电池锰氧化物正极材料的方法。

背景技术

电解法制得的金属锰纯度高，且对矿石的品位和种类适应性较强，但在电解过程中，Mn²⁺不可避免地在阳极区以Mn⁴⁺的水合氧化物形式沉积，形成大量组分复杂含锰50％以上的阳极泥，具统计每生产1t电解锰会产生50～80kg阳极泥。但阳极泥中锰均以失活的MnO_x(1x2)形式存在，且成分复杂(包含Pb,Mg,Al,Sn,Se,Fe等)，利用难度大，故电解锰厂除少量用于本厂氧化二价铁外，绝大部分成为废弃物，造成锰矿资源的极大浪费和严重的环境污染。因此，寻找电解锰阳极泥无害化处置方式，缓解其大量堆积是当前的需要攻克难题。

目前关于电解锰阳极泥锰的回收利用主要采用焙烧酸浸、碱氧化、湿法浸出等方式得到硫酸锰溶液。这些方法工艺流程耗时长、能耗成本高，且湿法过程还会牵涉二次污染问题。因此，如何高值化利用电解锰阳极泥，是缓解锰工业在资源、能源及生态环境等方面压力的有效途径和必然选择。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种利用电解锰阳极泥制备水系锌离子电池锰氧化物正极材料的方法，解决了现有技术中存在的回收过程工艺繁琐、耗时长且能耗高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种利用电解锰阳极泥制备水系锌离子电池锰氧化物正极材料的方法，包括以下步骤：

步骤S1、将电解锰阳极泥粉碎、过筛备用；

步骤S2、将过筛后的粉末状电解锰阳极泥和表面活性剂按比例溶解在蒸馏水中，进行水洗后抽滤、干燥；

步骤S3、将干燥后的固体在空气气氛下煅烧，冷却取出后研磨均匀，得到水系锌离子电池锰基氧化物正极材料。

进一步地，所述步骤S1中过筛后的电解锰阳极泥粒径尺寸小于0.150mm。

进一步地，所述步骤S2中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。

进一步地，所述步骤S2中电解锰阳极泥与表面活性剂质量比为500：1～1000：1。

进一步地，所述步骤S2中电解锰阳极泥与表面活性剂质量比为1000：1。

进一步地，所述步骤S2中水洗温度为25℃～60℃，水洗时长4h～20h。

进一步地，所述步骤S2中水洗温度为55℃，水洗时长4h。

进一步地，所述步骤S3中的煅烧温度由1℃/min的升温速度升温到300℃～600℃，煅烧时间控制在5h～20h。

进一步地，所述步骤S3中的煅烧温度控制在500℃，煅烧时间控制在10h。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过粉碎，过筛，以及控制水洗过程参数，一方面细化颗粒便于后续焙烧过程中离子的迁移与重组；水洗过程利于电解锰阳极泥中的可溶性杂质的去除，另一方面将包裹的锰氧化物暴露出来，方便后续的焙烧活化。

(2)本发明充分利用电解锰阳极泥中锰氧化物成分，通过物理粉碎，低温焙烧实现晶格重组，得到具有电化学活性的水系锌离子电池锰氧化物正极材料，实现电解锰阳极泥的高值化利用。