Nghiên cứu chế tạo MnO2 điện giải từ quặng pyrolusit Tuyên Quang, làm nguyên liệu sản xuất pin Mn – Zn

Nội dung của bài viết này là kết quả khảo sát quá trình nung quặng pyrolusit, quá trình hòa tách MnO bằng dung dịch H2SO4, quá trình tinh chế dung dịch MnSO4, quá trình điện phân dung dịch MnSO4 để điều chế MnO2 điện giải từ quặng pyrolusit Tuyên Quang.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo MnO2 điện giải từ quặng pyrolusit Tuyên Quang, làm nguyên liệu sản xuất pin Mn – Zn 12. S.T. Glassmeyer, E.T. Furlong, Kolpin, D.W. Cahill, J.D. Zaugg, S.D. Werner, L. Meyer, M.T. Kryak (2005), “Transport of chemical andmicrobial compounds from known wastewater discharges: potential for use as indicators of human faecal contamination”, Environmental Science and Technology, 39 (14), 5157-5169. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MnO2 ĐIỆN GIẢI TỪ QUẶNG PYROLUSIT TUYÊN QUANG, LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT PIN Mn – Zn Nguyễn Mạnh Tiến1*, Trần Thị Sáu2 1 Khoa Công nghệ Hóa học và Môi trường, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì 2 Khoa Kỹ thuật Phân tích, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì *Email: manhtien25@gmail.com Tóm tắt Quặng pyrolusit Tuyên Quang chứa 71,24% MnO2 được nung để chuyển thành MnO, sau đó hòa tan MnO bằng H2SO4. Dung dịch thu được sau khi hòa tan được tinh chế để tách sắt và pha chế để làm nguyên liệu cho quá trình điện phân. Khi điện phân dung dịch MnSO4 - H2SO4 đã sử dụng điện cực dương và âm bằng titan. Trong nghiên cứu đã thu được MnO2 điện giải có kích thước 5 - 25 nm, cấu trúc γ - MnO2, chứa 99,99% MnO2. Từ khóa: MnO2 điện giải, quặng pyrolusit Tuyên Quang. RESEARCH FOR PRODUCTION OF ELECTROLYTIC MnO2 FROM TUYEN QUANG PYROLUSITE ORE, AS MATERIALS FOR PRODUCTION OF BATTERY Mn - Zn Abstract Tuyen Quang pyrolusite ore containing 71.24% MnO2 was calcined to form MnO, then dissolve MnO by H2SO4. The solution obtained after dissolution is purified to separate iron and prepare the solution to be a raw material for electrolysis. When electrolysis uses titanium anode and cathode electrodes, solution MnSO4-H2SO4. In the study, electrolyte MnO2 size 5-25 nm, structure γ-MnO2, containing 99.99% MnO2. Keywords: lectrolytic MnO2, Tuyen Quang pyrolusite. 1. GIỚI THIỆU Hiện nay nhu cầu mangan đioxit điện giải dùng cho sản xuất pin trên thế giới cũng như ở Việt Nam là khá lớn. Hàng năm Việt Nam phải nhập cỡ hàng nghìn tấn mangan đioxit điện giải để trộn lẫn với tinh quặng mangan đioxit thiên nhiên (pyrolusit) phục vụ cho sản xuất pin. Trong khi Việt Nam là nước giàu khoáng sản mangan, đứng hàng thứ tám trên thế giới với trữ lượng khoảng 5 triệu tấn. Khoáng sản mangan ở Việt Nam chủ yếu là khoáng pyrolusit (MnO2 thiên nhiên) ở Lũng Luông, Roỏng Tháy, Bản Khuông (tỉnh Cao Bằng), Hát Pan, Nộc Cu (Cao Bằng), Phiềng Lang, Thượng Giáp (Tuyên Quang)…., có hàm lượng MnO2 tương đối cao, trữ lượng lớn là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất MnO2 điện giải. Nội dung của bài báo này là kết quả khảo sát quá trình nung quặng pyrolusit, quá trình hòa tách MnO bằng dung dịch H2SO4, quá trình tinh chế 133 dung dịch MnSO4, quá trình điện phân dung dịch MnSO4 để điều chế MnO2 điện giải từ quặng pyrolusit Tuyên Quang. 2. THỰC NGHIỆM Quặng pyrolusit Tuyên Quang được tiến hành nung khi đó MnO2 sẽ bị khử về MnO theo phản ứng sau: 2MnO2 + C → 2MnO + CO2↑ n MnO Hiệu suất quá trình nung quặng pyrolusit được tính theo công thức: H  n MnO2 t Trong đó: nMnO - Số mol MnO trong sản phẩm sau khi nung quặng nMnO - Số mol MnO2 trong quặng trước khi nung 2t Sản phẩm thu được sau nung để nguội sau đó được hòa tách MnO trong dung dịch H2SO4, theo phản ứng: MnO + H2SO4 → MnSO4 + H2O Hiệu suất quá trình hòa tách MnO bằng dung dịch H2SO4 được xác định theo công nMnSO4 thức: H  .100 (%) nMnO Trong đó: nMnSO4 - Số mol MnSO4 tạo thành trong dung dịch sau hòa tách; nMnO - Số mol MnO trong sản phẩm nung quặng pyrolusit. Dung dịch MnSO4 - H2SO4 thu được sau hòa tách được tinh chế để tách sắt và pha chế để làm nguyên liệu cho quá trình điện phân. Trên anot và catot sẽ xảy ra các phản ứng sau: Ở anot (cực +): Mn2+ + 2H2O – 2e → MnO2↓ + 4H+ Ở catot (cực -): 2H+ + 2e → H2↑ Phản ứng tổng quát: MnSO4 + 2H2O → MnO2↓ + H2↑ + H2SO4 Khi điện phân đã đạt được khoảng thời gian cần thiết thì ngắt nguồn điện. Sản phẩm MnO2 điện giải bám trên điện cực anot được tách ra, ngâm trong nước và đun nóng để tách H2SO4 và MnSO4, sau đó tiến hành rửa nhiều lần bằng nước cho đến khi nước rửa trung tính. Sấy sản phẩm MnO2 điện giải ở 90 - 100 °C trong thời gian 2 giờ. Cân để xác định lượng MnO2 điện giải tạo thành. Hiệu suất dòng điện của MnO2 được xác định theo công thức: mtt x .100 (%) 1,623It Trong đó: I – Cường độ dòng điện điện phân (A); t – Thời gian điện phân (h); mtt - Lượng MnO2 tạo thành thực tế (g) Lượng MnO2 tạo thành thực tế được xác định khi cân lượng MnO2 tạo thành trên anot. Trong nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu như: Phương pháp 134 nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM), phương pháp quang phổ phát xạ plasma (ICP)… để xác định cấu trúc, tính chất và thành phần của MnO2 điện giải. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Xác định thành phần hóa học và cấu trúc của quặng pyrolusit Tuyên Quang Đối tượng nghiên cứu là quặng pyrolusit Tuyên Quang ở Làng Bài, Xã Phúc Sơn - Chiêm Hóa - Tuyên Quang. Kết quả phân tích thành phần hóa học của quặng pyrolusit Tuyên Quang bằng phương pháp ICP, tại Trung tâm Phân tích thí nghiệm địa chất, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam có thành phần như Bảng 1. Bảng 1. Thành phần hóa học của quặng pyrolu ...