JPH0617236B2 - Method for producing manganese dioxide for dry batteries - Google Patents
Method for producing manganese dioxide for dry batteriesInfo
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- JPH0617236B2 JPH0617236B2 JP60228401A JP22840185A JPH0617236B2 JP H0617236 B2 JPH0617236 B2 JP H0617236B2 JP 60228401 A JP60228401 A JP 60228401A JP 22840185 A JP22840185 A JP 22840185A JP H0617236 B2 JPH0617236 B2 JP H0617236B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は乾電池用二酸化マンガンの製造方法に関する。
更に詳しくは、乾電池用に適した電気化学的に活性な、
γ−型二酸化マンガンを安価に製造し得る方法に関する
ものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing manganese dioxide for a dry battery.
More specifically, an electrochemically active material suitable for dry cells,
The present invention relates to a method capable of inexpensively producing γ-type manganese dioxide.
従来の技術 最も一般的な乾電池である、円筒型(UM−形)は活物
質としてのMnO2と導電剤としてのアセチレンブラックま
たは黒鉛粉末を電解液と共に混合し、これを陰極Zn缶と
相互に接触しないようにペーストを塗布したクラフト紙
で包み、正極炭素棒を挿入して得られる。2. Description of the Related Art The most common type of dry battery, the cylindrical type (UM-type), mixes MnO 2 as an active material and acetylene black or graphite powder as a conductive agent together with an electrolytic solution, and then mixes this with a cathode Zn can. It is obtained by wrapping it in kraft paper coated with paste so that it does not come into contact, and inserting a positive electrode carbon rod.
このように、マンガン乾電池の場合、正極活物質として
は二酸化マンガンが使用されており、これを乾電池に使
用するためには、不純物含有量が少なく、電気化学的に
活性であり、嵩密度が大きく、しかも低価格であること
などが重要な要件となる。As described above, in the case of a manganese dry battery, manganese dioxide is used as the positive electrode active material, and in order to use this in a dry battery, the content of impurities is small, it is electrochemically active, and the bulk density is large. Moreover, low price is an important requirement.
これらの要件を満足するものとして、従来は天然産の良
質のマンガン鉱石を使用してきたが、このものは世界的
に次第に乏しくなってきており、天然鉱石から良質の乾
電池用二酸化マンガンを得ることは困難となってきてい
る。そこで、これに代わるものとして電解二酸化マンガ
ンが注目され多用されるようになってきた。このものは
高活性かつ嵩密度が大きく上記目的にそうものである
が、これを得るためには電解酸化工程が必須であり、こ
の工程は大電力を消費するので製品コストが著しく高
い。Conventionally, high quality naturally occurring manganese ore has been used to satisfy these requirements, but this is becoming scarce worldwide, and it is not possible to obtain good quality manganese dioxide for dry batteries from natural ore. It's getting harder. Therefore, electrolytic manganese dioxide has been noticed and widely used as an alternative. This product has a high activity and a large bulk density, and is suitable for the above purpose. However, in order to obtain this, an electrolytic oxidation process is indispensable. Since this process consumes a large amount of power, the product cost is extremely high.
そこで、低価格かつ電気化学的特性の良好な二酸化マン
ガンを得るための研究が多数く行われている。その1つ
として、酸化マンガン(III)を硫酸処理することによ
り電気化学的に活性なγ−型二酸化マンガン(IV)が得
られることがこれまでにいくつか報告されている。しか
し、その大半は低活性のβ−型二酸化マンガン鉱石を活
性な二酸化マンガンに転化しようとするものであり、鉱
石中の脈石成分が、そのまま活性化処理した二酸化マン
ガン中に残留するため、その純度は約80%であり、乾電
池の正極活物質として使用するには問題がある。Therefore, many studies have been conducted to obtain manganese dioxide which is inexpensive and has good electrochemical properties. As one of them, it has been reported so far that electrochemically active γ-type manganese dioxide (IV) can be obtained by treating manganese (III) oxide with sulfuric acid. However, most of them are intended to convert low-activity β-type manganese dioxide ore into active manganese dioxide, and the gangue component in the ore remains in the activated manganese dioxide as it is. Since the purity is about 80%, there is a problem in using it as a positive electrode active material for dry batteries.
また、このような活性化処理により原料鉱石のマンガン
の半分が下記反応式に示される如く、硫酸マンガン(I
I)となってしまうため、収率が著しく低く、歩留りの
悪い方法となってしまう。Further, as a result of such activation treatment, half of the manganese in the raw material ore is converted into manganese sulfate (I
I) results in a significantly low yield and a poor yield.
Mn2O3+H2SO4→MnO2+MnSO4+H2O そこで、この副生硫酸マンガンを有効に活用するための
種々の方法が提案されたが、いずれも不十分であり、い
まだ実用化には至っていない。Mn 2 O 3 + H 2 SO 4 → MnO 2 + MnSO 4 + H 2 O Therefore, various methods for effectively utilizing this by-product manganese sulfate have been proposed, but none of them are sufficient and are still in practical use. Has not arrived.
硫酸マンガン(II)水溶液から合成されるマンガン塩類
は、硫酸マンガンの結晶以外はすべて微細な粒子として
生成されるために、これらから得られる二酸化マンガン
は見掛け密度が0.5g/cm3以下と非常に小さく、電池用
としては充填性が悪く、得られる乾電池の放電特性も当
然不満足なものとなるという欠点を有している。Manganese salts synthesized from an aqueous solution of manganese (II) sulfate are all formed as fine particles except for crystals of manganese sulfate, and thus manganese dioxide obtained from them has an apparent density of 0.5 g / cm 3 or less. It is small and has poor filling properties for batteries, and of course, the resulting dry battery has unsatisfactory discharge characteristics.
このような欠点を解決する1つの方法として、本発明者
等が特願昭59-76334号(特開昭60-221323号)として既
に出願した重質化方法がある。即ち、この方法では硫酸
マンガンを焙焼して得られる酸化マンガンを硫酸によっ
て酸処理して二酸化マンガンとした後、粉末状態で0.25
〜20トン/cm2の加圧下において圧縮し、所定の粒度に
粉砕することにより、見掛け密度1.6〜2.0g/cm3の電
気化学的に活性で充填性に優れた二酸化マンガンを作製
するものである。As one method for solving such a drawback, there is a heaviening method which the present inventors have already applied for as Japanese Patent Application No. 59-76334 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-221323). That is, in this method, manganese oxide obtained by roasting manganese sulfate is acid-treated with sulfuric acid to give manganese dioxide, and then 0.25 in a powder state.
A manganese dioxide with an apparent density of 1.6 to 2.0 g / cm 3 that is electrochemically active and has excellent packing properties is produced by compressing under a pressure of up to 20 tons / cm 2 and crushing to a prescribed particle size. is there.
更に、硫酸マンガン結晶を焙焼してMn2O3および/また
はMn3O4を生成する反応に関する論文は多数あるが、乾
電池用として高活性な二酸化マンガンを得ようとする研
究は極めて少なく、最近のものでは古賀による「硫酸マ
ンガン(II)から電池用酸化マンガン(IV)の製造」と
題するものがある(日本化学会誌、1983、(1)、18−2
2)。Furthermore, although there are many papers on the reaction of roasting manganese sulfate crystals to produce Mn 2 O 3 and / or Mn 3 O 4 , there are very few studies to obtain highly active manganese dioxide for dry batteries, There is a recent one entitled "Manufacture of manganese (IV) oxide for batteries from manganese (II) sulfate" by Koga (Journal of the Chemical Society of Japan, 1983, (1), 18-2).
2).
この文献は特に見掛け密度を大きくしようとするもので
あり、市販の硫酸マンガン(MnSO4・4〜6H2O)を一水
和物となるまで脱水することにより塊状物とすることを
特徴としており、これによって約0.7g/cm3程度の見掛
け密度のものを得ることができると報告している。This document is particularly intended to increase the apparent density, and is characterized in that commercially available manganese sulfate (MnSO 4 .4-6H 2 O) is dehydrated to a monohydrate to form a lump. , It is reported that an apparent density of about 0.7 g / cm 3 can be obtained.
即ち、市販硫酸マンガン(II)を粗粉砕した後、200℃
で恒量となるまで加熱し、乾燥され、脱水されて塊状と
なった試料を粉砕し、再度250℃で乾燥して再粉砕する
ことからなる。上記見掛け密度の値はβ型二酸化マンガ
ン鉱石を活性化処理した二酸化マンガンの値とほぼ等し
く、実用品としての条件を満足し得るものとしている。
更に、かくして得られる二酸化マンガンの湿電池による
放電試験の結果、軽放電において電解二酸化マンガンよ
りも優れており、重放電においては電解二酸化マンガン
と同等の放電特性を与えるとしている。That is, after roughly crushing commercially available manganese (II) sulfate, 200 ° C
The sample is heated to a constant weight in, dried, dehydrated, and lumped to form a pulverized sample, which is dried again at 250 ° C. and re-pulverized. The value of the apparent density is almost the same as the value of manganese dioxide obtained by activating the β-type manganese dioxide ore, and the condition as a practical product can be satisfied.
Further, as a result of a discharge test of the thus obtained manganese dioxide in a wet battery, it is superior to electrolytic manganese dioxide in light discharge and gives discharge characteristics equivalent to electrolytic manganese dioxide in heavy discharge.
発明が解決しようとする問題点 以上述べてきたように、天然鉱石からの良質の二酸化マ
ンガンを得ることが次第に困難になってきており、その
ために資源的に豊富な低活性のβ型二酸化マンガン(I
V)鉱石(例えばパイロルース鉱)を加熱処理して得ら
れる酸化マンガン(III)を化学的に処理して、例えば
硫酸あるいは硝酸処理して電気的に活性な二酸化マンガ
ンを得ようとの試みがなされている。しかしながら、こ
の方法ではマンガン鉱石を熱処理して得られる酸化マン
ガンをそのまま酸処理しているために、鉱石中に含まれ
る脈石成分等が、生成する二酸化マンガン中に残存する
ためにMnO2品位は著しく低く、実用化するには不十分で
あった。Problems to be Solved by the Invention As described above, it has become increasingly difficult to obtain high-quality manganese dioxide from natural ores, and for this reason, resource-rich low-activity β-type manganese dioxide ( I
V) Attempts have been made to chemically treat manganese (III) oxide obtained by heat-treating an ore (eg pyrolusite), for example sulfuric acid or nitric acid to obtain electrically active manganese dioxide. ing. However, in this method, since manganese oxide obtained by heat-treating manganese ore is subjected to acid treatment as it is, gangue components and the like contained in the ore remain in the generated manganese dioxide, so that the MnO 2 grade is Remarkably low, which was insufficient for practical use.
更に、このような酸化マンガンの酸処理、例えば硫酸処
理においては副産物として硫酸マンガンが目的とする二
酸化マンガンと等モルあるいはMn3O4などでは目的物の
2倍量で形成されるために、効率は極めて低いものとな
り、工業的に不利である。Further, in such an acid treatment of manganese oxide, for example, sulfuric acid treatment, manganese sulfate as a by-product is formed in an equimolar amount with the target manganese dioxide or with Mn 3 O 4 in an amount twice as much as the target, so that the efficiency is improved. Is extremely low, which is an industrial disadvantage.
そこで、上記副産物としての硫酸マンガンを有効に再利
用でき、しかも脈石成分等による汚染に基づく品位の低
下をも解決し得る新しい乾電池用二酸化マンガンの製造
方法を開発することが切に望まれており、また安価かつ
高品位の二酸化マンガンを工業的に製造する上で極めて
意義深い。本発明の目的もこのような点にある。Therefore, it is urgently desired to develop a new method for producing manganese dioxide for a dry battery, which can effectively reuse manganese sulfate as the by-product and can solve the deterioration of quality due to contamination by gangue components and the like. In addition, it is extremely significant in industrially producing inexpensive and high-quality manganese dioxide. The object of the present invention is also such a point.
問題点を解決するための手段 本発明者等はβ型二酸化マンガン(IV)鉱石等を加熱処
理して得られる酸化マンガン(III)を硫酸処理して活
性なγ−型二酸化マンガンを得る方法の上記のような現
状に鑑みて、特に鉱石中の脈石成分の混入に基づく最終
製品の品位低下の問題は、上記酸処理の際に得られる硫
酸マンガン水溶液を精製し、そこから晶析する硫酸マン
ガン結晶を原料とすることにより解決でき、また最終製
品を電気化学的に活性なγ−型二酸化マンガンとするた
めには、酸処理に供される酸化マンガン(III)の比表
面積(応用界面)を出来る限り大きくして生成する二酸
化マンガンのα化を抑制することが重要であることを見
出し、本発明に至った。Means for Solving the Problems The present inventors have proposed a method for obtaining active γ-type manganese dioxide by subjecting manganese (III) oxide obtained by heat-treating β-type manganese (IV) ore and the like to sulfuric acid treatment. In view of the current situation as described above, the problem of deterioration of the quality of the final product due to the mixing of gangue components in the ore is that the sulfuric acid crystallized from the manganese sulfate aqueous solution obtained during the acid treatment is purified. This can be solved by using manganese crystals as the raw material, and in order to make the final product electrochemically active γ-type manganese dioxide, the specific surface area of manganese (III) oxide that is subjected to acid treatment (applied interface) It was found that it is important to suppress the α-formation of manganese dioxide that is generated by making as large as possible.
即ち、本発明の乾電池用二酸化マンガンの製造方法はMn
SO4・nH2Oを主成分とする硫酸マンガン結晶を焙焼し、
得られる酸化マンガン(MnOx)を酸処理して、乾電池用
二酸化マンガンを製造する方法であって、上記硫酸マン
ガン結晶を予め250〜500℃の範囲内の温度で上記nが1
以下になるまで脱水処理した後、焙焼することによっ
て、上記MnOxの結晶粒径を10μm以下とした後酸処理す
ることを特徴とする。That is, the method for producing manganese dioxide for dry batteries of the present invention is Mn.
Roasting manganese sulphate crystals mainly composed of SO 4 · nH 2 O,
A method for producing manganese dioxide for a dry battery by treating the obtained manganese oxide (MnO x ) with an acid, wherein the manganese sulfate crystal is preliminarily heated to a temperature within a range of 250 to 500 ° C. and n is 1 or less.
It is characterized in that it is dehydrated to the following and then roasted to reduce the crystal grain size of the MnO x to 10 μm or less and then subjected to an acid treatment.
本発明の方法において使用し得る硫酸マンガンとして
は、MnO2、MnCO3を含む鉱石或いは硫酸マンガン、炭酸
マンガンの焙焼、酸化等により得たMn2O3を硫酸で酸処
理して得た硫酸マンガン水溶液を精製、晶析したもので
あり得、いずれも良好な結果を与える。Examples of manganese sulfate that can be used in the method of the present invention include MnO 2 , ores containing MnCO 3 , manganese sulfate, manganese carbonate roasting, sulfuric acid obtained by acid treatment of Mn 2 O 3 obtained by oxidation, etc. The manganese aqueous solution may be purified and crystallized, and both give good results.
本発明の方法は第1図にフロー図として示した工程に従
って実施することができる。The method of the present invention can be carried out according to the steps shown as a flow chart in FIG.
まず、原料としての硫酸マンガン結晶はマンガン鉱石を
焙焼してMn2O3あるいはMnOとし、次いで硫酸処理によっ
て、従来と同様に低品位のMnO2と硫酸マンガン水溶液と
に分離し、焙焼マンガン鉱石の硫酸処理から得られる硫
酸マンガン水溶液を更に精製、晶析処理に付すことによ
って得ることができる。ここで精製処理としては石灰な
どによる中和および硫化アンモニウムなどによる浄化が
有効であり、このような処理により不純物(As、Fe、Moな
ど)が有利に除去される。また、晶析は、例えば単に加
熱濃縮することによって実施できる。First, manganese sulfate crystals as a raw material are roasted manganese ores to Mn 2 O 3 or MnO, and then treated with sulfuric acid to separate into low-grade MnO 2 and manganese sulfate aqueous solution as in the conventional method, and roasted manganese is used. It can be obtained by further refining and crystallizing the manganese sulfate aqueous solution obtained from the sulfuric acid treatment of ore. Here, as the refining treatment, neutralization with lime or the like and purification with ammonium sulfide or the like are effective, and impurities (As, Fe, Mo, etc.) are advantageously removed by such treatment. Also, crystallization can be carried out, for example, simply by concentrating by heating.
かくして得られる硫酸マンガン結晶は一般にMnSO4・nH2
O(n=2〜4)で示されるように多くの結晶水を含ん
でいる。次いで、これを脱水処理してn≦1とした後に
焙焼(900〜1,100℃)してMn3O4とし、更に酸化焙焼(6
00〜900℃)してMn2O3とし、これを硫酸により処理すれ
ば高品位(脈石成分等を含まない)のMnO2が得られる。
ここで硫酸処理の際の硫酸濃度は3N〜36Nの範囲、ま
たこの処理温度は65〜100℃の範囲とすることが有利で
あり、更にこの工程で形成される硫酸マンガン水溶液は
再循環されて、同様な処理に付され、高品位のMnO2に転
化される。The manganese sulphate crystals thus obtained are generally MnSO 4 · nH 2
It contains a large amount of water of crystallization as indicated by O (n = 2 to 4). Then, this was dehydrated to n ≦ 1 and then roasted (900 to 1,100 ° C.) to Mn 3 O 4 and further oxidized and roasted (6
(00-900 ° C.) to obtain Mn 2 O 3 and treating it with sulfuric acid gives high-quality (not containing gangue components) MnO 2 .
Here, it is advantageous that the sulfuric acid concentration in the sulfuric acid treatment is in the range of 3N to 36N, and the treatment temperature is in the range of 65 to 100 ° C, and the manganese sulfate aqueous solution formed in this step is recycled. , Subjected to similar treatment and converted to high-quality MnO 2 .
作用 本発明の方法は、MnO2、MnCO3を含む鉱石或いは硫酸マ
ンガン、炭酸マンガンの焙焼、酸化により得られるMn2O
3を硫酸によって酸処理し、二酸化マンガンを製造する
工程において副生する硫酸マンガン水溶液を有効に活用
することを意図するものであり、このために上記硫酸マ
ンガン水溶液を精製、晶析して不純物の少ない精製硫酸
マンガン結晶とした後、電気化学的に活性なγ−型二酸
化マンガンに転化することを特徴とするものである。し
かし、そのためには以下の各点を考慮して種々の工夫を
施す必要がある。Action The method of the present invention is an ore containing MnO 2 , MnCO 3 , or Mn 2 O obtained by roasting or oxidizing manganese sulfate or manganese carbonate.
The acid treatment of 3 with sulfuric acid is intended to effectively utilize the manganese sulfate aqueous solution by-produced in the step of producing manganese dioxide. For this purpose, the manganese sulfate aqueous solution is purified and crystallized to remove impurities. It is characterized in that it is converted into electrochemically active γ-type manganese dioxide after it is made into a small amount of purified manganese sulfate crystals. However, for that purpose, it is necessary to take various measures in consideration of the following points.
まず、硫酸マンガン(II)結晶の熱分解は800℃近傍で
はじまり、Mn2O3および/またはMn3O4が生成されるが、
この熱分解反応は吸熱反応であると共に、通常の硫酸マ
ンガン結晶は2〜4の結晶水を有している。従って、こ
の結晶水を除くために多大の熱エネルギーを必要とす
る。First, the thermal decomposition of manganese (II) sulphate crystal begins near 800 ° C and Mn 2 O 3 and / or Mn 3 O 4 is produced.
This thermal decomposition reaction is an endothermic reaction, and ordinary manganese sulfate crystals have 2 to 4 water of crystallization. Therefore, a large amount of heat energy is required to remove this crystal water.
また結晶水を離脱する場合、これが速やかに系外に排除
されないと、硫酸マンガン結晶を溶してこれを固溶化
し、塊状となって硫酸マンガンの熱分解反応を阻害する
ばかりでなく、焙焼設備内に固着するため、この固着を
防止するための特別な工夫が必要とされる。Also, when the water of crystallization is released, if it is not promptly removed from the system, it dissolves the manganese sulfate crystals and solidifies them to form lumps, which not only hinders the thermal decomposition reaction of manganese sulfate but also roasts it. Since it sticks in the equipment, special measures are required to prevent this sticking.
更に、乾電池用二酸化マンガンを得るためには、硫酸に
よる酸処理が必要であるが、マンガンの収率の面からMn
2O3を主成分とする酸化マンガンとすべきである。そこ
で、Mn3O4をMn2O3とすることが必要とされ、これは空気
中で600〜900℃で加熱酸化することにより実現できる。
しかし、この反応は界面化学反応律速であり、従って、
反応を促進するためには出来る限り反応界面を大きくす
る必要がある。Furthermore, in order to obtain manganese dioxide for dry batteries, acid treatment with sulfuric acid is necessary.
It should be manganese oxide whose main component is 2 O 3 . Therefore, it is necessary to change Mn 3 O 4 to Mn 2 O 3 , which can be realized by heating and oxidizing in air at 600 to 900 ° C.
However, this reaction is surface-chemically controlled, and therefore,
In order to accelerate the reaction, it is necessary to make the reaction interface as large as possible.
以上の観点から、本発明者等が種々検討したところ、結
晶水の除去は、硫酸マンガン結晶(MnSO4・nH2O)を焙焼
前に250〜500℃の温度下で加熱処理(脱水処理)するこ
とで有利に実施できることがわかった。この脱水処理に
おいては、上記の如く、離脱した結晶水を速やかに系外
に排除することが重要であり、流動層や強制攪拌機付の
熱風乾燥機型のものを使用することが有利である。上記
脱水処理温度に関連して、500℃を越える温度とした場
合、結晶水の脱離が急激に生じるため結晶の固溶化が生
じ好ましくなく、一方250℃に満たない温度下で実施し
た場合には脱水速度が著しく遅いために効率が大巾に低
下し、作業能率も悪くなるので、いずれも好ましくな
い。From the above viewpoints, the inventors of the present invention have variously studied, and removal of water of crystallization is performed by heating the manganese sulfate crystal (MnSO 4 .nH 2 O) at a temperature of 250 to 500 ° C. before roasting (dehydration treatment). It has been found that this can be advantageously carried out. In this dehydration treatment, as described above, it is important to quickly remove the separated water of crystallization outside the system, and it is advantageous to use a hot air dryer type with a fluidized bed or a forced agitator. In relation to the above dehydration treatment temperature, when the temperature is higher than 500 ° C, desorption of water of crystallization occurs rapidly, which causes unfavorable solid solution of crystals. On the other hand, when carried out at a temperature lower than 250 ° C. Since the dehydration rate is extremely slow, the efficiency is drastically reduced and the work efficiency is deteriorated.
本発明に従って脱水された硫酸マンガンは添付第2図
(a)と(b)および(c)との比較によってわかるように結晶
水の脱離に伴って、結晶界面に沿ったヒビ割れが生じ
る。この硫酸マンガンは900〜1,100℃で焙焼すると結晶
水の離脱時に生じたヒビ割れに沿って単位粒子化し、径
1μm程度のブドウの房形状に変化する(第2図(e)お
よび(f)参照)。これに対して、結晶水が2の硫酸マン
ガンの場合(第2図(a))、これをそのまま焙焼すると
第2図(d)に示したように結晶がかなり固溶化している
ことがわかる。The manganese sulphate dehydrated according to the invention is shown in the attached FIG.
As can be seen from the comparison between (a), (b) and (c), cracking along the crystal interface occurs with the desorption of water of crystallization. When this manganese sulphate is roasted at 900-1100 ° C, it becomes unit particles along the cracks that occur when the water of crystallization breaks off, and changes into a tuft shape of grapes with a diameter of about 1 μm (Figs. 2 (e) and (f)). reference). On the other hand, when the water of crystallization is manganese sulfate of 2 (Fig. 2 (a)), if it is roasted as it is, the crystals are considerably dissolved as shown in Fig. 2 (d). Recognize.
かくして、本発明により焙焼前に脱水処理することによ
り、焙焼後に得られる酸化マンガン(III)は単位粒子
径が10μm以下の球状粒子のブドウの房状集合体であ
り、従ってこれを解砕して微粉化することは極めて容易
である。かくして、本発明の方法に従えば、酸化マンガ
ン(III)は解砕され微粉化されて10μm以下の球状で
あるために、比表面積が非常に大きく、硫酸による酸処
理によって生成されるγ−型二酸化マンガンの生成比率
は著しく高く、活性であり、上記古賀の論文とは異な
り、重放電特性に優れたものである(第4図参照)。こ
のような意味から、酸化マンガンの粒径を10μm以下と
することは本発明の方法において極めて重要であり、高
活性なγ−型二酸化マンガンを高収率で得るためにはこ
の条件を満足させる必要がある。Thus, according to the present invention, the manganese (III) oxide obtained after roasting by dehydration treatment before roasting is a tufted aggregate of grapes of spherical particles having a unit particle size of 10 μm or less, and is therefore crushed. It is extremely easy to pulverize it. Thus, according to the method of the present invention, since manganese (III) oxide is crushed and pulverized to have a spherical shape of 10 μm or less, the specific surface area is very large, and the γ-type produced by acid treatment with sulfuric acid is formed. The production rate of manganese dioxide is extremely high and active, and unlike the Koga paper, it has excellent heavy discharge characteristics (see FIG. 4). From this point of view, setting the particle size of manganese oxide to 10 μm or less is extremely important in the method of the present invention, and this condition is satisfied in order to obtain highly active γ-type manganese dioxide in a high yield. There is a need.
第3図に本発明の方法に従って処理された硫酸マンガン
結晶および従来法に従って処理された同様な結晶の状態
変化を比較して示した。即ち、本発明の方法によれば、
比較的大きな結晶粒として晶析されたMnSO4結晶は脱水
処理によりヒビ割れを生じるが、従来法では大粒径の結
晶のままである(第3図(a))。また、このような硫酸
マンガンを焙焼する場合、ヒビ割れのある本発明の方法
に従って処理したものでは急速分解可能であり、しかも
ポーラスな微小粒径のMn3O4が得られ、一方、従来法の
ものでは高温で長時間の焙焼を必要とし、しかも得られ
る生成物(Mn3O4)は大粒径のものである(第3図(b)参
照)。このものは更に、第3図(c)に示したように焙焼
されてMn2O3に転化されるが、この場合にも上記(b)の場
合と同様なことがいえる。更に、この焙焼処理は界面化
学反応律速であることから、従来法ではMn3O4→Mn2O3が
不完全であるか、あるいはエネルギー消費の大きな不経
済な処理となってしまう。FIG. 3 shows a comparison of the state changes of manganese sulfate crystals treated according to the method of the present invention and similar crystals treated according to the conventional method. That is, according to the method of the present invention,
The MnSO 4 crystals crystallized as relatively large crystal grains are cracked by the dehydration treatment, but they remain large-sized crystals by the conventional method (Fig. 3 (a)). Further, in the case of roasting such manganese sulfate, those treated according to the method of the present invention having cracks can be rapidly decomposed, and Mn 3 O 4 having a porous fine particle size can be obtained, while The method requires a long time roasting at high temperature, and the product (Mn 3 O 4 ) obtained has a large particle size (see FIG. 3 (b)). This is further roasted and converted into Mn 2 O 3 as shown in FIG. 3 (c), and the same can be said in this case as in the case of (b). Further, since this roasting treatment is surface chemical reaction rate-determining, Mn 3 O 4 → Mn 2 O 3 is incomplete in the conventional method, or it becomes an uneconomical treatment with large energy consumption.
かくして硫酸処理に付すべき酸化マンガンが得られる
が、本発明の方法に従って操作した場合には問題なく高
品位のγ−型二酸化マンガンを高い歩留りで与えるが、
従来法の場合には反応が遅く、品位もそれ程よくない。Thus, manganese oxide to be subjected to sulfuric acid treatment is obtained, but when operated according to the method of the present invention, high-quality γ-type manganese dioxide is provided at a high yield without problems,
In the case of the conventional method, the reaction is slow and the quality is not so good.
即ち、見掛けの密度の点では著しく劣り、これを改善す
るための余分な操作、処理も必要とされることになる。That is, the apparent density is remarkably inferior, and extra operations and treatments are required to improve it.
実施例 以下、実施例により本発明の方法を更に具体的に説明す
るが、これらは本発明を例示するものであり、本発明の
範囲は以下の実施例により何等制限されない。Examples Hereinafter, the method of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these are examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
実施例1 二酸化マンガン鉱石を900℃にて焙焼し、得られたMn2O3
を硫酸によって酸処理して二酸化マンガンを得た。尚、
上記工程において副生する硫酸マンガン水溶液を石灰に
より中和し、硫化アンモニウムで浄化することにより不
純物を除去し、精製硫酸マンガン水溶液を得た。Example 1 Mn 2 O 3 obtained by roasting manganese dioxide ore at 900 ° C.
Was treated with sulfuric acid to obtain manganese dioxide. still,
The manganese sulfate aqueous solution produced as a by-product in the above step was neutralized with lime and purified with ammonium sulfide to remove impurities, thereby obtaining a purified manganese sulfate aqueous solution.
かくして得た硫酸マンガン水溶液を加熱濃縮することに
より硫酸マンガン(二水塩)の結晶として晶析した(第
2図(a)参照)。次いで、300℃にて1時間脱水すること
により結晶水を除去し、第2図(b)に示すような一水塩
を得た。一方、400℃で2時間脱水処理して第2図(c)に
示すような1/2水塩をも得た。The aqueous solution of manganese sulfate thus obtained was heated and concentrated to be crystallized as crystals of manganese sulfate (dihydrate) (see FIG. 2 (a)). Then, the water of crystallization was removed by dehydration at 300 ° C. for 1 hour to obtain a monohydrate salt as shown in FIG. 2 (b). On the other hand, dehydration treatment was carried out at 400 ° C. for 2 hours to obtain a hemihydrate as shown in FIG. 2 (c).
以上のようにして得た3種の硫酸マンガンを1,000℃に
て1時間焙焼することにより、夫々第2図(d)〜(f)に示
すような酸化マンガン(Mn3O4)を形成した。次いで、
一水塩の脱水硫酸マンガンから得られたブドウの房状Mn
3O4を空気中で700℃にて2時間酸化焙焼してMn2O3と
し、これを硫酸(濃度:10N)で酸処理し、得られた二
酸化マンガンを洗浄し、pH調整した後、加圧々縮し、解
砕して見掛け密度1.23g/cm3、タップ密度2.00g/cm3
の二酸化マンガン粉末を得た。By roasting the three types of manganese sulfate thus obtained at 1,000 ° C. for 1 hour, manganese oxide (Mn 3 O 4 ) as shown in FIGS. 2 (d) to (f) is formed, respectively. did. Then
Tufted Mn of Grape Obtained from Dehydrated Manganese Sulfate of Monohydrate
After oxidizing and roasting 3 O 4 in air at 700 ° C. for 2 hours to form Mn 2 O 3 , acid treatment with sulfuric acid (concentration: 10 N) was performed, and the obtained manganese dioxide was washed and the pH was adjusted. pressurizing s by condensation, density 1.23 g / cm 3 apparent Fritsch, tap density 2.00 g / cm 3
Of manganese dioxide powder was obtained.
かくして本発明の方法により得た二酸化マンガン、電解
二酸化マンガンおよび従来法(非脱水処理)による二酸
化マンガンにつき放電特性を調べた。結果を第4図に示
した。この放電特性は上記の各二酸化マンガンを用いて
乾電池(電池サイズ:R20(単1)、電解液:30%ZnC
l2、MnO2充填量:30g/セル)を作製し、これについて
常法に従って重負荷放電時の電池寿命を測定したもので
ある。即ち、20℃にて2オーム連続放電した際の放電時
間に対する電位の変化をプロットした。Thus, the discharge characteristics of the manganese dioxide obtained by the method of the present invention, electrolytic manganese dioxide and manganese dioxide obtained by the conventional method (non-dehydration treatment) were examined. The results are shown in Fig. 4. This discharge characteristic is obtained by using the above manganese dioxide in a dry battery (battery size: R20 (single), electrolyte: 30% ZnC).
l 2 , MnO 2 filling amount: 30 g / cell) was prepared, and the battery life at the time of heavy load discharge was measured according to a conventional method. That is, the change in the potential with respect to the discharge time when 2 ohm continuous discharge was performed at 20 ° C. was plotted.
第4図から明らかな如く、本発明の方法により得た二酸
化マンガンによれば、従来法により得られたものはもと
より、電解二酸化マンガンよりも優れた放電特性を達成
することができる。As is clear from FIG. 4, according to the manganese dioxide obtained by the method of the present invention, it is possible to achieve discharge characteristics superior to those obtained by the conventional method as well as electrolytic manganese dioxide.
発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明の乾電池用二酸化マ
ンガンの製造方法によれば、原料となる硫酸マンガン結
晶を焙焼して酸化マンガンとする前に、予め所定の条件
下で脱水処理し、次いで焙焼するという特異な工夫を施
したことにより、硫酸処理する前に酸化マンガンの粒径
を10μm以下とすることができ、このような特徴に基づ
き見掛け密度が大きく高活性のγ−型二酸化マンガンを
効率良く得ることができる。また、この二酸化マンガン
は従来の電解二酸化マンガンよりも良好な重放電特性を
有し、乾電池用の正極活物質として極めて有用なもので
ある。Effects of the Invention As described in detail above, according to the method for producing manganese dioxide for a dry battery of the present invention, before the manganese sulfate crystal as a raw material is roasted to obtain manganese oxide, dehydration treatment is performed under predetermined conditions in advance. However, the particle size of the manganese oxide can be reduced to 10 μm or less before the sulfuric acid treatment by applying a unique device of roasting and then roasting. -Type manganese dioxide can be efficiently obtained. In addition, this manganese dioxide has a better heavy discharge characteristic than conventional electrolytic manganese dioxide, and is extremely useful as a positive electrode active material for dry batteries.
更に、マンガン鉱石から、あるいは合成酸化マンガンの
硫酸処理により副生する硫酸マンガンを有効利用するこ
とができ、高品位のγ−型二酸化マンガンを安価に提供
することができる。Further, manganese sulfate produced as a by-product from manganese ore or by the sulfuric acid treatment of synthetic manganese oxide can be effectively used, and high-quality γ-type manganese dioxide can be provided at low cost.
第1図は本発明の方法を説明するためのフロー図であ
り、 第2図(a)〜(f)は本発明の方法の各段階における生成物
の“粒子構造”を示す電子顕微鏡写真を示すものであり
(倍率:×10,000)、 第3図(a)〜(d)は本発明の方法および従来法の各工程に
より得られる生成物の状態を比較して示した模式図であ
り、 第4図は本発明の方法により得られた二酸化マンガンお
よび従来法により得られた二酸化マンガンにつき放電特
性を調べた結果をプロットしたグラフである。FIG. 1 is a flow chart for explaining the method of the present invention, and FIGS. 2 (a) to (f) are electron micrographs showing the “particle structure” of the product at each stage of the method of the present invention. (Magnification: × 10,000), and FIGS. 3 (a) to (d) are schematic diagrams showing the states of products obtained by the steps of the method of the present invention and the conventional method in comparison. FIG. 4 is a graph plotting the results of examining the discharge characteristics of manganese dioxide obtained by the method of the present invention and manganese dioxide obtained by the conventional method.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村川 健作 兵庫県尼崎市西長洲本通1丁目3番地 住 友金属工業株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 石川 遼平 新潟県中頚城郡妙高高原町大字田口272 中央電気工業株式会社内 (72)発明者 築田 裕 新潟県中頚城郡妙高高原町大字田口272 中央電気工業株式会社内 (72)発明者 落合 弘 新潟県中頚城郡妙高高原町大字田口272 中央電気工業株式会社内 (72)発明者 相見 政己 新潟県中頚城郡妙高高原町大字田口272 中央電気工業株式会社内 (72)発明者 宮下 孝洋 新潟県中頚城郡妙高高原町大字田口272 中央電気工業株式会社内 (72)発明者 新山 正徳 新潟県中頚城郡妙高高原町大字田口272 中央電気工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kensaku Murakawa Kensaku Murakawa 1-3, Nishi-Nagasumotodori, Amagasaki City, Hyogo Prefecture Sumitomo Metal Industries, Ltd. Central Research Laboratory (72) Ryohei Ishikawa, Myokogogen Town, Nakakubiki District, Niigata Prefecture Daiji Taguchi 272 Chuo Denki Kogyo Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Tsukida Myokokogen-cho, Nakakubiki-gun, Niigata Prefectural Taguchi 272 Chuo Denki Kogyo (72) Inventor Hiroshi Ochiai 272 Taguchi, Myokokogen-cho, Nakakubiki-gun Electric Industry Co., Ltd. (72) Inventor Masami Aimi Taguchi 272, Myokokogen-cho, Nakakubiki-gun, Niigata Chuo Electric Industry Co., Ltd. (72) Takahiro Miyashita 272 Taguchi, Myokokogen-cho, Nakakubiki-gun, Niigata Chuo Denki Kogyo Co., Ltd. In-house (72) Inventor Masanori Niiyama 272 Taguchi, Myokokogen-cho, Nakakubiki-gun, Niigata Chuo Electric Industry Co., Ltd. The inner
Claims (3)
硫酸マンガン結晶を250〜500℃の範囲内の温度で上記n
が1以下になるまで脱水処理した後、焙焼して結晶粒径
が10μm以下の酸化マンガン(MnOx)を生成させ、この
酸化マンガンを酸処理することを特徴とする乾電池用二
酸化マンガンの製造方法。1. A manganese sulfate crystal containing MnSO 4 .nH 2 O (n = 2 to 4) as a main component at a temperature within a range of 250 to 500 ° C.
Of manganese dioxide having a crystal grain size of 10 μm or less to produce manganese oxide (MnO x ), and acid-treating the manganese oxide. Method.
は硫酸マンガンもしくは炭酸マンガンの焙焼により得ら
れるMn2O3またはMnOを硫酸処理して得た硫酸マンガン水
溶液を精製、晶析したものであることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の乾電池用二酸化マンガンの製造
方法。2. The manganese sulfate crystal is obtained by purifying and crystallizing an aqueous solution of manganese sulfate obtained by treating Mn 2 O 3 or MnO obtained by roasting manganese ore or manganese sulfate or manganese carbonate with sulfuric acid. The method for producing manganese dioxide for a dry battery according to claim 1, characterized in that
〜900℃での酸化焙焼との2段階で行うことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項または第2項記載の乾電池用二
酸化マンガンの製造方法。3. The roasting is performed at 900-1100 ° C. and 600
The method for producing manganese dioxide for a dry battery according to claim 1 or 2, characterized in that it is carried out in two steps of oxidation roasting at 900 ° C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228401A JPH0617236B2 (en) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | Method for producing manganese dioxide for dry batteries |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228401A JPH0617236B2 (en) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | Method for producing manganese dioxide for dry batteries |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6287418A JPS6287418A (en) | 1987-04-21 |
| JPH0617236B2 true JPH0617236B2 (en) | 1994-03-09 |
Family
ID=16875886
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP60228401A Expired - Lifetime JPH0617236B2 (en) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | Method for producing manganese dioxide for dry batteries |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8303840B2 (en) | 2010-03-12 | 2012-11-06 | The Gillette Company | Acid-treated manganese dioxide and methods of making thereof |
-
1985
- 1985-10-14 JP JP60228401A patent/JPH0617236B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPS6287418A (en) | 1987-04-21 |
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