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| 內容簡介： |
本书是一部论述以低品位软锰矿为原料，从矿物中可控分离、提取锰和铁元素，制备Mn3O4、MnO2和Fe2O3纳米氧化物及LiMn2O4电池材料的专著。全书共6章，详细介绍了锰、铁有价元素提取和Mn3O4、MnO2及Fe2O3纳米氧化物制备的反应原理、工艺流程、工艺条件、产品性能和应用以及制备工艺-微结构-电化学性能间相互关联规律等。本书结合冶金、材料、资源、环境等多个学科，将冶金资源材料化，建立矿物中各元素定向强化迁移规律和绿色分离的工艺以及机理框架，实现各元素的有效分离，开发高附加值产品，为低品位软锰矿的高效利用与多组元优化利用提供新思路。既能够缓解我国锰矿资源的紧张，同时可实现低品位软锰矿资源的高附加值综合利用，对锰工业的可持续发展和环境保护具有重要科学意义和实用价值。
本书可供从事冶金、材料、化学和环境等专业的科研人员和管理人员学习和参考。
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| 關於作者： |
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滕飞，博士，高 级实验师，毕业于东北大学，任职于东北大学秦皇岛分校资源与材料学院，高 级实验师。近年来主要从事矿物资源综合利用、电池材料的制备及应用以及实验材料的测试及表征工作。作为项目负责人主持河北省自然科学基金青年项目和中央高校基本科研业务费项目各一项。参与了国家自然科学基金、河北省自然科学基金、教改课题等多项课题的研究工作。在本领域权威期刊JOM、Ceramics International、Separation and Purification Technology、Journal of Industrial and Engineering Chemistry等发表论文10余篇，申请相关发明专利8项。积极带领学生参加比赛并多次获得东北大学秦皇岛分校“创新创业教育优秀指导教师”称号。
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| 目錄：
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第1章绪论1
1.1锰矿资源概述1
1.1.1锰矿石品位和分类1
1.1.2锰矿资源的分布3
1.1.3我国锰矿资源的特点4
1.1.4我国锰矿市场供需及进出口贸易情况5
1.2低品位软锰矿处理工艺及研究现状6
1.2.1火法还原焙烧浸出7
1.2.2湿法直接还原浸出9
1.3四氧化三锰的研究现状13
1.3.1四氧化三锰的性质和结构13
1.3.2四氧化三锰的用途13
1.3.3四氧化三锰的制备方法15
1.4二氧化锰的研究现状18
1.4.1二氧化锰的性质和结构18
1.4.2二氧化锰的用途20
1.4.3二氧化锰的制备方法20
1.5三氧化二铁的研究现状23
1.5.1三氧化二铁的性质和结构23
1.5.2三氧化二铁的用途25
1.5.3三氧化二铁的制备方法25
1.6尖晶石锰酸锂电池的概述26
1.6.1尖晶石锰酸锂的性质与结构26
1.6.2尖晶石锰酸锂制备方法26
1.6.3尖晶石锰酸锂的应用28
1.7超级电容器的概述29
1.7.1超级电容器的概念与基本结构29
1.7.2超级电容器的工作原理和电荷储存机制29
1.7.3超级电容器的应用31
第2章纳米氧化物制备工艺与性能分析32
2.1实验试剂32
2.2实验设备和仪器33
2.2.1实验设备33
2.2.2检测仪器33
2.3工艺流程设计34
2.4产物表征35
2.4.1元素含量测试35
2.4.2物相分析37
2.4.3扫描电镜微观形貌分析37
2.4.4差热-热重分析38
2.4.5比表面积及孔径分布分析38
2.4.6激光粒度分析39
2.4.7透射电子显微镜分析40
2.4.8X射线光电子能谱分析40
2.4.9红外光谱分析40
2.5锰酸锂电池组装和电化学性能测试41
2.5.1电池组装41
2.5.2充放电性能测试41
2.5.3循环伏安测试41
2.6超电容性能测试41
2.6.1超级电容器极片制备41
2.6.2循环伏安性能测试43
2.6.3充放电性能测试43
2.6.4电化学阻抗性能测试43
第3章硫酸直接焙烧低品位软锰矿提锰44
3.1原料分析44
3.1.1实验原料44
3.1.2化学成分分析44
3.1.3粒径分布分析45
3.1.4物相成分分析46
3.1.5微观形貌分析46
3.2硫酸焙烧软锰矿反应原理47
3.2.1硫酸化焙烧软锰矿反应47
3.2.2热力学分析及锰元素不同氧化态在水溶液中的相对稳定性分析48
3.2.3软锰矿焙烧过程的热分析和相转变分析50
3.3生产工艺介绍51
3.4焙烧工艺研究53
3.4.1矿物粒度对锰和铁提取率的影响54
3.4.2酸矿质量比对锰和铁提取率的影响54
3.4.3焙烧温度对锰和铁提取率的影响55
3.4.4水酸比对锰和铁提取率的影响56
3.4.5焙烧时间对锰和铁提取率的影响56
3.4.6焙烧正交实验57
3.4.7优化焙烧熟料表征60
3.4.8焙烧动力学实验62
3.5溶出工艺研究66
3.5.1搅拌速度对锰和铁提取率的影响66
3.5.2溶出温度对锰和铁提取率的影响67
3.5.3溶出时间对锰和铁提取率的影响68
3.5.4溶出液固比对锰和铁提取率的影响69
3.6提锰渣化学成分及微观形貌分析70
3.7本章小结72
第4章提锰液沉淀-氧化法制备高纯纳米Mn3O4及其电化学性能73
4.1硫酸锰溶出液化学成分分析74
4.2硫酸锰溶液沉锰组分的反应热力学原理74
4.3硫酸锰溶液沉锰的工艺设计76
4.3.1沉锰的实验过程76
4.3.2探索沉锰工艺条件对Mn3O4微观结构的影响78
4.3.3探索沉锰工艺条件对Mn3O4全锰质量分数及锰转化率的影响82
4.4Mn3O4产物的热分析和相转变分析83
4.5硫酸锰溶液沉淀-氧化法制备Mn3O4及其材料特性研究84
4.5.1沉淀反应时间的影响85
4.5.2沉淀反应温度的影响88
4.5.3沉淀pH值的影响92
4.5.4沉淀产物烘干方式的影响96
4.5.5沉淀产物烘干时间的影响98
4.5.6锰离子质量浓度的影响102
4.5.7氧化温度的影响105
4.5.8氧化时间的影响109
4.5.9氧化pH值的影响113
4.5.10陈化时间的影响117
4.6Mn3O4纳米粉体特性表征与产品应用120
4.7基于四氧化三锰原料制备锰酸锂及其电化学性能研究123
4.7.1锰酸锂的制备工艺设计123
4.7.2锰酸锂的微观形貌124
4.7.3锰酸锂的电化学性能126
4.8本章小结128
第5章软锰矿提锰溶液水热法制备铁掺杂MnO2及其超电容性能130
5.1Mn-Fe-S-O体系组分热力学研究131
5.2铁掺杂MnO2的制备工艺132
5.3焙烧温度对熟料微结构的影响分析133
5.4熟料溶出液水热法制备铁掺杂MnO2的微结构研究137
5.5铁掺杂MnO2材料的超电容性能研究148
5.6本章小结152
第6章提锰渣提铁及微波水热法制备纳米Fe2O3及其超电容性能153
6.1提锰渣提铁工艺设计154
6.2提锰渣硫酸化焙烧工艺研究156
6.2.1水酸比对铁提取率的影响156
6.2.2焙烧温度对铁提取率的影响156
6.2.3酸料质量比对铁提取率的影响159
6.2.4焙烧时间对铁提取率的影响159
6.2.5焙烧正交实验160
6.2.6优化焙烧熟料和提铁渣表征161
6.3提铁溶出液微波水热法制备Fe2O3及材料特性研究164
6.3.1工艺实验设计164
6.3.2Fe2O3粉体材料的特性研究165
6.3.3Fe2O3材料的超电容性能研究169
6.4本章小结171
参考文献172
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| 內容試閱：
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锰及其化合物已被广泛应用于国民经济的多个重要领域。硫酸锰是一种非常重要的化学中间体，是生产其他锰化合物的原料。大多数硫酸锰是通过锰矿石的加工生产的。以软锰矿为主的氧化锰矿和以菱锰矿为主的碳酸锰矿石是目前工业上主要利用的锰矿物。全球锰矿资源比较丰富，但分布不均衡。含锰量超过35％的高品位锰矿主要分布在南非、澳大利亚、加蓬和巴西。我国锰资源平均锰品位仅为20%～22％。近年来，全球对锰资源的年需求量显著增加，特别是在中国，鉴于富锰矿石的缺乏及碳酸锰矿石的快速枯竭，低品位软锰矿的开发利用备受关注。同时，大量低品位软锰矿由于高昂的还原成本或生产过程中给环境带来巨大的污染而没有得到充分利用，而成为尾矿，造成环境污染和资源浪费。因此，合理有效地利用我国低品位软锰矿，扩大锰业生产原料，将缓解目前国内锰产品供需之间的严重矛盾，又可减少废弃物的排放，符合可持续发展及对矿产资源清洁高效利用的要求。
软锰矿主要成分是MnO2，长期以来，处理工艺主要分为火法还原焙烧浸出和湿法直接还原浸出。锰的提取工艺主要依赖于软锰矿的还原预处理，这使得处理过程复杂且成本高昂或动态缓慢。过渡金属Mn、Fe氧化物具有独特的结构和优异的理化性质，使其在催化、磁性材料、传感器、防腐材料、分子吸附、电池、超级电容器以及空气净化等领域存在着广泛的应用价值。纳米微粒可以表现出特殊的热学、电学、光学和磁学性质，成为近年来研究的热点。通过微观结构设计与调控，制备出比表面积大、粒径小的Mn、Fe纳米氧化物，在解决能源和环境问题方面具有重要的实际意义。
为了推动我国的低品位软锰矿综合利用的发展，帮助高校、科研院所的研发，我们撰写了《Mn、Fe纳米氧化物的制备及其应用》一书。
全书共分成6章。第1章是绪论。第2章主要介绍了本书中制备Mn3O4、MnO2、Fe2O3的原材料、主要设备及产物表征及电化学性能测试方法。第3章涉及硫酸直接焙烧低品位软锰矿提锰的原料、反应原理、工艺研究及提锰渣化学成分及微观形貌分析。第4章叙述了提锰液制备Mn3O4的原理、工艺路线、制备方法、特性表征与产品应用及基于Mn3O4原料制备锰酸锂的电化学性能研究。第5章介绍了提锰液制备铁掺杂MnO2的原料、工艺、特性表征及其超电容性能。第6章介绍了提锰渣提铁的工艺和提铁液制备Fe2O3的工艺、特性表征及其超电容性能。笔者十多年以来，一直从事相关方向的教学和科研工作。有长期的有色金属分离提取、电极材料合成及改性研究、材料物性分析表征的实践经验和理论研究基础。本书是对我们开展的低品位软锰矿有价元素提取和高附加值利用研究的归纳和总结。第1章的1.6节、第2章的2.5节、第4章的4.7节由罗绍华（东北大学）和滕飞（东北大学）撰写。其余章节由滕飞（东北大学）撰写，全书由滕飞统一补充修改定稿。
本书的研究工作和撰写得到了河北自然科学基金青年基金（E2022501028）、中央高校基本科研业务费（N2223010）、东北大学秦皇岛分校河北省电介质与电解质功能材料重点实验室运行经费（14460109）和河北省省级科技计划（24464402D）的资助，在此致谢。同时对书中所引用的文献资料的作者予以感谢。
Mn、Fe纳米氧化物涉及面广，又是正在蓬勃发展之中，著者水平和经验有限，尽管查阅了大量资料，并对书稿中内容进行多次修正，但难免有不妥之处，敬请专家和读者批评指正。
滕飞
2025年6月
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