本发明涉及高纯四氧化三锰，具体为分段焙烧法制备高纯四氧化三锰的方法。
背景技术：
1、四氧化三锰作为工业上生产锰锌铁氧体材料的重要原料，被广泛应用于生产电子元器件、传感器、电磁兼容等。除此之外，四氧化三锰在很多领域都有着广泛的应用，例如纳米级的四氧化三锰可以作为催化剂促进氧化甲烷、碳、氮氧化物的分解以及硝基苯的选择性还原；同时，高纯的四氧化三锰还可用于热敏电阻、半导体陶瓷、油漆、涂料等领域。尤其是随着近几年新能源行业的快速崛起，锂离子电池领域对四氧化三锰的需求量激增，主要应用于制备锰酸锂、镍锰酸锂、磷酸锰锂等锰基正极材料。相较于传统行业的需求，正极材料行业对于四氧化三锰的纯度和质量要求更加严苛，包括产品的纯度、杂质含量、颗粒分布、形貌晶型和松装密度等多项指标。
2、当前工业生产中常见的生产四氧化三锰的方法有金属锰法、锰盐法、焙烧法等。金属锰法是指通过湿法或干法将电解锰片原料直接粉碎后制成悬浮液，加入适量的催化剂并通入氧气或空气将锰浆催化氧化，将粗制四氧化三锰进行搅拌、洗涤、压滤、干燥等工序得到最终产物。此法又称电解金属锰悬浮液氧化法，工艺简单、操作方便、产量高、锰回收率高、产品纯度高，但原材料成本较高，尤其是随着电解金属锰片价格水涨船高，此方法严重受限于原材料价格，缺乏市场竞争力，抗风险能力较差。锰盐法则是以硫酸锰、氯化锰、硝酸锰等锰盐为原料，通过加入液碱、氨水等碱性溶液使溶液中的二价锰离子形成氢氧化锰或其他锰的化合物沉淀，通过氧化剂将沉淀氧化为四氧化三锰，并对产品进行洗涤除杂等处理。公开号cn1935673a的中国发明专利介绍了一种以硫酸锰或氯化锰溶液为原料，加入氨水作为中和剂，通过控制反应过程中ph的变化速度，以氧气或空气作为氧化剂，将溶液中游离的二价锰离子直接氧化生成四氧化三锰。该方法步骤简单，操作难度低，原料来源广泛，成本低，反应条件温和，可以通过合理的调控工艺参数制备出活性好的四氧化三锰产品，但同时也存在着转化效率低，回收率低，反应程度、氧化时间难控制、易过氧化等缺点。焙烧法是将金属锰或锰的氧化物、氢氧化物、硫酸盐、亚硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐及高锰酸盐在空气中进行高温焙烧，经冷却、粉碎制得四氧化三锰。公开号cn115286041a的中国发明专利公开了一种将锰盐经过一次焙烧制备四氧化三锰-冷却粉碎溶浓硫酸-净化除杂-加碱沉淀氧化-二次焙烧，最终制得高纯四氧化三锰，此方法很新颖的提出将四氧化三锰溶于浓硫酸时生成的氧气输入到焙烧炉，并将碳燃烧生成的二氧化碳用于硫酸锰溶液净化除杂，但反应流程复杂，需要多步骤氧化生成四氧化三锰，氧化程度难以控制，且此法制备的四氧化三锰容易生成团簇颗粒，在锂电池行业应用将会受限。
3、因此，如何以来源广泛、价格低廉的锰源经过工艺安全、操作简单、容易控制的反应流程制备出杂质含量低、粒径分布均匀、活性高的四氧化三锰是当前的技术难点。
技术实现思路
1、针对上述技术现有不足，本发明提供了分段焙烧法制备高纯四氧化三锰，该方法制备的四氧化三锰具有纯度高、杂质少、粒度分布均匀、形貌好等特点。
2、为了实现上述目的，本发明提供了一种分段焙烧法制备高纯四氧化三锰的方法，该方法包括如下步骤：
3、步骤一、将纯度高、杂质含量低的可溶性锰盐溶于纯水，搅拌均匀配置锰盐溶液。
4、步骤二、通过喷雾干燥机将步骤一配制的锰液制成锰盐粉末。
5、步骤三、取适量步骤二制出的粉末置于马弗炉中，在空气或氧气氛围中进行高温焙烧；
6、步骤四、将步骤三制备的四氧化三锰前驱体冷却、粉碎后置于管式炉中，在还原性气体氛围下进行焙烧。
7、步骤五、将步骤四制备的四氧化三锰进行酸洗、粉碎、洗涤、干燥处理。
8、所述步骤一中采用的可溶性锰盐为锰的氯化盐、醋酸盐、硫酸盐或硝酸盐中的至少一种。
9、所述步骤一中配置的锰液中锰浓度为40g/l-150g/l。
10、所述步骤三中采用焙烧温度为200℃-1000℃。优选的步骤三中焙烧温度为400℃-600℃。
11、步骤三中所采用的焙烧时间2h-12h。优选的步骤三中焙烧时间为6h-8h。
12、步骤四中所采用的焙烧温度100℃-700℃。优选的骤四中所采用的焙烧温度200℃-400℃。
13、步骤四中所采用的焙烧时间为2h-6h。
14、步骤四中所采用的还原性气体为氢气、一氧化碳、甲烷中的一种。
15、本发明操作步骤简单，以纯度高、杂质含量低的可溶性锰盐作为原料，经过配液喷雾干燥制得粉末，通过马弗炉在空气或氧气氛围中将粉末进行高温焙烧制得四氧化三锰前驱体，再将冷却、粉碎的四氧化三锰前驱体置于管式炉中，在还原性气体氛围下以较低的温度进行焙烧得到四氧化三锰粗产品，将粗产品进行酸洗、粉碎、洗涤、干燥处理，即可制备高纯的四氧化三锰。经此方法制备的四氧化三锰中mn＞70％，杂质含量低，粒度分布均匀，一致性高，活性高。整个工艺操作简单，安全性高，成本低。
16、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
17、(1)本发明以可溶性锰盐为原料焙烧成四氧化三锰，相较于传统工艺以电解金属锰片为原料，原料来源更加广泛稳定且成本低。
18、(2)本发明通过控制焙烧过程和焙烧气氛，可以有效的控制四氧化三锰的晶粒大小，得到形貌好、粒度分布均匀、一致性高的四氧化三锰。
19、(3)本发明通过采取不同焙烧气氛，有效的降低了焙烧温度和时间，提供了工艺路线简单、容易操作、生产成本低、可大规模工业生产的工艺流程。
1.一种分段焙烧法制备高纯四氧化三锰的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的一种分段焙烧法制备高纯四氧化三锰的方法，其特征在于：所述步骤一中采用的可溶性锰盐为锰的氯化盐、醋酸盐、硫酸盐或硝酸盐中的至少一种；所述步骤一中配置的锰液中锰浓度为40g/l-150g/l。
3.根据权利要求1所述的一种分段焙烧法制备高纯四氧化三锰的方法，其特征在于：所述步骤三中采用焙烧温度为200℃-1000℃，所述步骤3中采用焙烧时间为2h-12h。
4.根据权利要求3所述的一种分段焙烧法制备高纯四氧化三锰的方法，其特征在于：所述步骤三中采用焙烧温度为400℃-600℃，所述步骤3中采用焙烧时间为6h-8h。
5.根据权利要求1所述的一种分段焙烧法制备高纯四氧化三锰的方法，其特征在于：所述步骤四中采用焙烧温度为100℃-700℃。
6.根据权利要求5所述的一种分段焙烧法制备高纯四氧化三锰的方法，其特征在于：所述步骤四中采用焙烧温度为200℃-400℃。
7.根据权利要求1所述的一种分段焙烧法制备高纯四氧化三锰的方法，其特征在于：所述步骤四中采用焙烧时间为2h-6h。
8.根据权利要求1所述的一种分段焙烧法制备高纯四氧化三锰的方法，其特征在于：所述步骤四中采用还原性气体为氢气、一氧化碳、甲烷中的一种。
