Марганец двуокись — соединение, применяемое с зарождения человечества. Оксиды и гидроксиды марганца Структурная формула оксида марганца 4

Алюминотермическим методом, восстанавливая оксид Mn 2 O 3 , образующийся при прокаливании пиролюзита: ;

Мn 6+ диспропорционирует на MnO 2 и MeMnO 4 .

Mn 3+ диспропорционирует на Mn 2+ и MnO 2 (тв.)

Оксиды:

Известны оксиды марганца, в которых он находится в степенях окисления +2, +3, +4, +7, а также несколько смешанных, например Мn 3 0 4 . При увеличении степени окисления возрастает ковалентный характер связи Мn-О, происходит ослабление основных и усиление кислотных свойств, повышение окислительной активности. Так, оксид марганца(2) проявляет основные и преобладающие восстановительные свойства, а высший оксид марганца имеет кис

лотный характер. У него ярко выражены окислительные свойства. Оксиды марганца в промежуточных степенях окисления амфотерные и легко восстанавливаются до Mn(II), проявляя свойства сильных окислителей.

Оксид марганца(2). Низший оксид МnО представляет собой серо-зеленый кристаллический порошок со структурой NaCl. Он встречается в природе в виде минерала манганозита. Его

реакционная способность зависит от размера зерен. Высокодисперсная форма оксида, образующаяся при низкотемпературном разложении (420 -450 °С) карбоната, оксалата или ацетата марганца(П), обладает значительной химической активностью - воспламеняется на воздухе. Ее прокаливание в инертной атмосфере приводит к укрупнению зерен и ослаблению химической активности. Для получения фазы стехиометрического состава проводят восстановление оксидов Мn 3 0 4 и Мn0 2 водородом при высоких температурах. Низший оксид марганца может быть также получен при взаимодействии марганца

с углекислым газом при температуре 300 "С, восстановлении или прокаливании других оксидов марганца, а также при обезвоживании гидроксида Мn(ОН)2 в восстановительной атмосфере при 800 °С.

Оксид марганца(2) обладает преимущественно основным характером. Он легко растворяется в кислотах с образованием солей двухвалентного марганца. Слабая амфотерность проявляется лишь при

длительном кипячении с концентрированными растворами щелочей:

МпО + 20Н - + Н 2 0= 4[Мn(ОН) 4 ] 2- Сплавление с гидроксидом натрия приводит к окислению марганца: МnО + 2NaOH = Na 2 Mn0 3 + H 2

Оксид марганца(2) практически не восстанавливается водородом, зато реагирует с активными металлами. Реакция с натрием протекает уже при комнатной температуре, а для проведения алюмотермии требуется инициирование зажигательной смесью. В качестве восстановителя могут быть использованы также углерод или угарный газ.

Оксид марганца(2) является сильным восстановителем - при повышенных температурах он реагирует даже с таким слабым окислителем, как оксид углерода(4).

Оксид марганца(3). Оксид Мn 2 0 3 представляет собой бурый

порошок, при нагревании разлагающийся. при хранении на воздухе он медленно окисляется до оксида марганца(4), а в эвтектическом расплаве NaOH -КОН (227 °С) кислород переводит его в

манганат(5). Оксид марганца(3) с водой не взаимодействует, а в кислой среде диспропорционирует.

Подобно низшему оксиду марганца он обладает преимущественно основным характером, но при определенных условиях проявляет некоторые признаки амфотерности. Так, при длительном кипячении с растворами щелочей образуются анионные гексагидроксоманганаты(3) [Мn(ОН) 6 ] 3- , которые существуют только в сильнощелочной среде. Окислительные свойства Мn 2 0 3 проявляет при кипячении с концентрированной соляной кислотой.

Оксид марганца(4). Для марганца это наиболее часто встречающийся в природе минерал пиролюзит Мn0 2 . Среди многочисленных реакций образования Мn0 2 только некоторые предпочтительны благодаря легкости проведения и воспроизводимости. К ним относятся окисление соединений марганца(2) растворами хлоратов, перманга-

натов, персульфатов, хлором и озоном, восстановление перманганатов действием пероксида водорода, соляной кислоты, сернистого газа, сульфитов, спиртов, солями марганца(2). Большая часть диоксида марганца выделяется в виде бурого осадка, однако часть его остается в виде коллоидного раствора. Диоксид марганца как соединение промежуточной степени окисления проявляет окислительные и восстановительные свойства. Для него более характерно поведение окислителя. При нагревании происходит внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция, сопровождающаяся выделением кислорода и постепенным понижением степени окисления марганца с последовательным образованием разных оксидов. С сухим сероводородом реакция протекает очень быстро уже при комнатной температуре. При пропускании сероводорода через водную суспензию Мn0 2 образуется белесый осадок, состоящий из смеси сульфида марганца(2) и серы; в растворе присутствуют ионы S0 4- и S 2 0 2- .

Окислительные свойства диоксида марганца сильнее всего проявляются в сильнокислой среде. При обработке диоксида марганца холодной концентрированной соляной кислотой остается темный раствор, содержащий комплексную кислоту Н 2 [МпС1 6 ], а возможно, и невыделенный в индивидуальном виде тетрахлорид МnС1 4 . Постепенно раствор светлеет вследствие восстановления хлоридных

комплексов [МnС1 6 ] 2- -» [МnС1 6 ] 3- -> Mn 2+ + 6C1 - и выделения хлора.

В азотной и разбавленной серной кислотах Мn0 2 нерастворим, лишь при длительном хранении его под раствором кислоты наблюдается постепенное выделение кислорода вследствие окисления воды. Взаимодействие диоксида Мn0 2 с щелочами протекает лишь в концентрированных растворах и расплавах. В зависимости от температуры реакции, соотношения реагентов, наличия или отсутствия окислителей, например кислорода воздуха, образуются анионные оксоманганаты, содержащие марганец в разных степенях окисления от +3 до +6. Например, при взаимодействии диоксида марганца с горячим концентрированным раствором гидроксида калия в инертной атмосфере сначала образуется зеленый раствор манганата(4), который затем переходит в темно-синий раствор, содержащий эквимолярные количества манганата(5) и манганата(3). При проведении реакции на воздухе при температуре 350 - 450 °С образуется манганат(6), при температуре 600 -800 °С - манганат(5).

Гидроксиды.

Гидроксид марганца(2), выпадающий в виде белого (цвета слоновой кости) осадка при действии щелочей на водные растворы солей марганца(2) на воздухе быстро окисляется, поэтому его синтез ведут в инертной атмосфере. Более сильные окислители, такие как бромная вода, гипохлорит, переводят его в пиролюзит. В отличие от большинства гидроксидов переходных металлов гидроксид

марганца(2) имеет стехиометрический состав, отвечающий формуле Мn(ОН)2; он изоструктурен гидроксиду магния; является основанием средней силы, превосходящим аммиак, поэтому переходит в раствор не только при действии кислот, но и в присутствии ионов аммония.

Слабый амфотерный характер гидроксида Мn(2) проявляется в его способности образовывать анионные гидроксокомплексы: Мn(ОН) 2+ ОН - <-> [Мп(ОН) 3 ] -

Гидроксид марганца(3) образуется в виде бурого осадка переменного состава при окислении гидроксида марганца(2) кислородом воздуха. Первоначально образующийся продукт содержит атомы марганца в двух степенях окисления: +2 и +3 - и отвечает составу МпОх*nН 2 0.

При стоянии он превращается в форму оксогидроксида МnООН, известного в виде двух модификаций: ромбической (у-MnOOH, манганит) и моноклинной (а-MnOOH, гроутит). Оксогидроксид марганца(3) амфотерен.

Соли.

Взаимодействием гидроксида марганца(2) с кислотами получают разнообразные соли. В отличие от гидроксида все они устойчивы к окислению кислородом воздуха.

Соли марганца(2) образуют гидраты, окрашенные в бледно-розовый цвет, свойственный катионам [Мn(Н 2 0)6] 2+ . Они входят в состав некоторых гидратов, например MnS0 4 * 7H 2 0, Mn(C10 4) 2 *6Н 2 0, Mn(N0 3) 2 * 6Н 2 0. В водных растворах солей марганца(2) протекает гидролиз: [Мn(Н 2 0) 6 ] 2+ + Н 2 0 = [Мn(Н 2 0) 5 ОН] + + Н 3 0 +

Действие на растворы солей марганца сульфитами щелочных металлов приводит к осаждению основных солей, например NaMn 2 OH(S0 3) 2 (H 2 0).

При осаждении ионов Мn 2+ растворами сульфидов выпадает осадок гидратированого сульфида марганца(2) MnS *хН20 телесного цвета. Хотя кристаллическая структура этого продукта неизвестна, бледно-розовая окраска свидетельствует о том, что молекулы воды дополняют координационную сферу марганца до октаэдра. При хранении на воздухе осадок постепенно окисляется, превращаясь в бурый оксогидроксид МnООН, а в инертной атмосфере теряет кристаллизационную воду, приобретая зеленый цвет, свойственный природному минералу алабандину (α-MnS), имеющему струк

туру типа NaCl. Действием на раствор соли марганца дигидрофосфатом натрия в среде, близкой к нейтральной, удается осадить белый осадок среднего ортофосфата Мn 3 (Р0 4) 2 * 7Н 2 0.

В щелочной среде осаждаются основные соли, например Мn 2 (ОН)Р0 4 , Мn 5 (ОН) 4 (Р0 4) 2 .

Известны также различные кислые фосфаты, например Мn (Н 2 Р0 4) 2 *Н 2 0, хорошо растворимый в воде, и малорастворимый МnНР0 4 *Н 2 0. При действии на растворы солей марганца(2) раствором карбоната натрия выделяется белый осадок карбоната МnС0 3 , содержащий лишь незначительное количество основной соли. Чтобы избежать ее образования, осаждение проводят гидрокарбонатом.

Соли марганца (3)

При растворении МтООН на холоду в 70%-й серной кислоте образуется красный раствор, из которого могут быть выделены красные кристаллы. Наиболее распространенным методом получения солей марганца(3) служат окислительно-восстановительные превращения. Так, сульфат марганца(3) синтезируют анодным окислением горячего раствора сульфата марганца(2) в серной кислоте или восстановлением перманганата калия серной кислотой:

2KMn0 4 + 4H 2 S0 4 = Mn 2 (S0 4) 3 + K 2 S0 4 + 20 2 + 4H 2 0

Неорганические соли марганца(4) крайне неустойчивы и мало изучены. Так, сульфат марганца(4) Mn(S0 4) 2 выделяется в виде черных кристаллов из достаточно концентрированных сернокислых растворов сульфата марганца(2) при добавлении в них перманганата калия.

Соли марганца(6).

Впервые манганаты(6) приготовил И. Глаубер в

1659 г. при растворении пиролюзита в расплавленной селитре. Эти вещества представляют собой темно-зеленые, почти черные кристаллы, растворимые в растворах щелочей с образованием изумрудно-зеленых растворов.

В нейтральных и слабокислых растворах манганаты легко диспро-

порционируют, о чем судят по выпадению темно-коричневого осадка диоксида и появлению малинового окрашивания раствора. Для ускорения процесса обычно через раствор пропускают углекислый газ. Среди манганатов наибольшее значение имеет калийная соль К 2 Мn0 4 , служащая для производства перманганата КМ п 04. В лабораторных условиях манганаты щелочных металлов удобно получать

окислением воды перманганатом в сильнощелочном растворе. Для этого перманганат помещают в концентрированный раствор щелочи и нагревают.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

(ФГБОУ ВПО им. Н. П. ОГАРЕВА)

Институт физики и химии

Кафедра общей и неорганической химии

Курсовая работа

Оксиды марганца

Ольховская В.Э.

Руководитель работы: КХН, профессор

Зюзина Л.Ф.

Саранск - 2014

Введение

Данная работа посвящена изучению оксидов марганца: их физическим и химическим свойствам, получение диоксида марганца. Решение этой проблемы имеет большое теоретическое и практическое значение.

Цель курсовой работы - выявление наиболее перспективного и экономически целесообразного способа получения диоксида марганца.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

· Провести анализ литературы по физическим и химическим свойствам, методикам получения, способам применения марганца и оксидов марганца,

· Раскрыть технологии получения доксида марганца и выявить наиболее эффективную;

· Провести расчёты.

Информационной базой исследования послужили фондовые материалы библиотек, профессиональные сайты, консультации преподавателей.

В ходе исследования я пользовалась общенаучным методом- анализом.

Работа состоит из введения, основной части, заключения, приложения, списка используемой литературы.

Аналитический обзор

ОКСИДЫ МАРГАНЦА

Кислородные соединения марганца так многочисленны и разнообразны по свойствам, как ни для одного другого элемента; известны следующие -- MnО, Mn3O4, Mn2O3, MnО2, MnО3, Mn2O7. Состав высшего оксида определяет положение Марганца в 7-й группе периодической системы. Низший окисел есть основание; соли, отвечающие MnО, закиси, получаются при действии кислот и на металлический Марганец, и на все его окислы, при чем из высших выделяется лишний кислород

MnnОm + 2nHX = nМnХ2 + nН2O + (m?n)O;

при употреблении соляной кислоты выделяется хлор:

MnnОm + 2mHCl = nMnCl2 + mH2O + (m?n)Cl2.

При комнатной температуре могут существовать все оксиды, при нагревании постоянен один -- Mn3O4; при нагревании на паяльной лампе в тигле при доступе воздуха МnО поглощает кислород, а МnО2 теряет его, также и Мn2О3 -- в обоих случаях образуется Мn3О4, а потому при количественном анализе применяется взвешивание в виде этого окисла; высшие окислы МnО3 и Мn2О7 в свободном виде очень непостоянны, даже при обыкн. темп. Основные свойства МnО очень значительны; по мере накопления кислорода основные свойства слабеют, но они могут быть подмечены даже для Мn2О7; с другой стороны, МnО2, будучи основанием крайне слабым, проявляет уже свойства слабого кислотного окисла; ангидридные свойства МnО3 и особенно Мn2О7 вполне резко выражены.

Закись марганца удобнее всего получается при нагревании в струе водорода высших окислов или углекислого марганца в виде зеленоватого порошка; она превращается в прозрачные, зеленые, блестящие октаэдры, если водород, в котором ее нагревают, содержит некоторое количество хлористого водорода; эти кристаллы, не изменяя формы, превращаются в Мn3О4 при нагревании на воздухе. Гидрат закиси Мn(ОН)2 осаждается щелочами из растворов солей закиси в виде белого осадка, быстро буреющего на воздухе вследствие окисления. По химическим свойствам МnО очень походит на MgO; основные свойства МnО резче; соли МnХ2 сходны то с солями MgX2, то с солями FeX2, NiX2, CuX2.

Таблица 1. Оксиды марганца.

Название	Температура плавления	Температура кипения
Оксид марганца(II)
Оксид марганца(II,III)			коричневый
Оксид марганца(II,IV)
Оксид марганца(III)	940 °C (разл.)		тёмно-коричневый
Оксид марганца(IV)
Оксид марганца(VI)
Оксид марганца(VII)			тёмно-зелёный

Оксид марганца (II)

Таблица2. Оксид марганца(II).

Оксид марганца(II)


Систематическое наименование	Оксид марганца(II)
Хим. формула
Физические свойства
Состояние	зелёные кубические или гексагональные кристаллы
Молярная масса	70,94 г/моль
Плотность
Термические свойства
Температура плав.
Температура кип.

Оксиид маарганца(II) -- MnO -- низший оксид марганца, монооксид.

Физические свойства

Температура плавления 1569 °C. Температура кипения 3127 °C* (*-возгоняется с диссоциацией) Известны двесингонии кристаллов оксида марганца(II):

· кубическая (а = 0,4448 нм);

· гексагональная модификация (устойчивая до 155,3 °C);

Антиферромагнетик с точкой Нееля 122 К, полупроводник. Молярная масса 70,94 г/моль. Цвет кристаллов -- зелёный или серо-зелёный. У кубической сингонии плотность 5,18 г/см3.

Химические свойства

Не растворим в воде. Легко окисляется с образованием хрупкой оболочки MnO2. Восстанавливается до марганца при нагревании с водородом или активными металлами.

Проявляет преимущественно основные свойства. С водой и растворами щелочей не взаимодействует, в кислотах растворяется, образуя соли марганца (II) и воду:

При сплавлении со щелочами в избытке кислорода образует гипоманганаты:

Проявляет восстановительные свойства.

Геологические свойства

В природе встречается редко. Входит в состав манганозита.

Получение

Оксид марганца(II) можно получить прокаливанием при температуре 300 °C кислородсодержащих солей марганца(II) в атмосфере инертного газа. Из распространённого MnO2 его получают через частичное восстановление при температурах 700-900 °C водородом или угарным газом.

Образуется при термическом разложении гидроксида марганца (II) и солей в инертной атмосфере:

либо восстановлением МnО2:

Применение

Применяется как катализатор при дегидрогенизации пиперидина.

Используется для десульфуризации металлов.

Компонент многих керамических материалов.

Соли марганца(II) широко используются как катализаторы окислительных процессов. Например, добавление солей вльняное масло ускоряет окисление последнего кислородом воздуха, таким образом ускоряя высыхание краски. Льняное масло, содержащее соли марганца(II),

Оксид марганца(II,III)

Таблица 3. Оксид марганца(II,III).

Оксид марганца(II,III)

Систематическое наименование	Оксид марганца(II,III)
Хим. формула
Физические свойства
Состояние	коричнево-чёрные кристаллы
Молярная масса	228,81 г/моль
Плотность	4,70; 4,856 г/смі
Термические свойства
Температура. плав.	1560; 1564; 1705 °C
Молярная. теплоёмк.	139,3 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования	1387,6 кДж/моль

Оксид марганца(II,III) -- неорганическое соединение, окисел металла марганца с формулой Mn3O4, коричнево-чёрные кристаллы, не растворяется в воде.

Получение

· В природе встречается минерал гаусманит -- Mn3O4 с примесями.

Физические свойства

Оксид марганца(II,III) образует коричнево-чёрные кристаллы тетрагональной сингонии, пространственная группа I 41/amd, параметры ячейки a = 0,575 нм, c = 0,942 нм, в = 103,9°, Z = 4.

При 1160°С происходит переход в фазу кубической сингонии.

Парамагнетик.

Оксид марганца(II,IV)

Таблица 4. Оксид марганца(II,IV).

Оксид марганца(II,IV) -- неорганическое соединение, окисел металла марганца с формулой Mn5O8, может рассматриваться как ортоманганит марганца Mn3(MnO4)2, твёрдое вещество, не растворяется в воде.

Получение

· Окисление оксида марганца(II) или оксида марганца(II,III):

Физические свойства

Оксид марганца(II,IV) -- твёрдое вещество, не растворимое в воде.

Химические свойства

При нагревании разлагается:

Оксид марганца(III)

Таблица 5. Оксид марганца(III).

Оксид марганца(III)

Систематическое наименование	Оксид марганца(III)
Хим. формула
Физические свойства
Состояние	коричнево-чёрные кристаллы
Молярная масса	157,87 г/моль
Плотность	4,50; 4,57-4,60 г/смі
Термические свойства
Температура. плав.	разл. 1080 °C
Мол. теплоёмк.	107,5 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования	957,7 кДж/моль

Оксид марганца(III) -- неорганическое соединение, окисел металла марганца с формулой Mn2O3, коричнево-чёрные кристаллы, не растворимые в воде.

Получение

· В природе встречаются минералы браунит, курнакит и биксбиит -- оксид марганца с различными примесями.

· Окисление оксида марганца(II):

· Восстановление оксида марганца(IV):

Физические свойства

Оксид марганца(III) образует коричнево-чёрные кристаллы нескольких модификаций:

· б-Mn2O3, ромбическая сингония, минерал курнакит;

· в-Mn2O3, кубическая сингония, пространственная группа I a3, параметры ячейки a = 0,941 нм, Z = 16, минералбиксбиит;

· г-Mn2O3, тетрагональная сингония, параметры ячейки a = 0,57 нм, c = 0,94 нм.

Не растворяется в воде.

Парамагнетик.

Химические свойства

Разлагается при нагревании:

· Восстанавливается водородом:

· При растворении в кислотах -- диспропорционирует:

· При сплавлении с оксидами металлов образует соли манганиты:

Оксид марганца(IV)

Таблица 6. Оксид марганца(IV).

Оксид марганца(IV)


Систематическое наименование	Диоксид марганца
Хим. формула
Физические свойства
Состояние	черные тетрагональные кристаллы
Молярная масса	86,9368 г/моль
Плотность
Термические свойства
Температура. разл.
Энтальпия образования	521,5 кДж/моль

Химические свойства

При обычных условиях ведет себя довольно инертно. При нагревании с кислотами проявляет окислительные свойства, например, окисляет концентрированную соляную кислоту до хлора:

С серной и азотной кислотами MnO2 разлагается с выделением кислорода:

При взаимодействии с сильными окислителями диоксид марганца окисляется до соединений Mn7+ и Mn6+:

Диоксид марганца проявляет амфотерные свойства. Так, при окислении сернокислого раствора соли MnSO4перманганатом калия в присутствии серной кислоты образуется чёрный осадок соли Mn(SO4)2.

При сплавлении с щелочами и основными оксидами MnO2 выступает в роли кислотного оксида, образуя соли манганиты:

Является катализатором разложения пероксида водорода:

Получение

В лабораторных условиях получают термическим разложением перманганата калия:

Также можно получить реакцией перманганата калия с пероксидом водорода. На практике образовавшийся MnO2каталитически разлагает пероксид водорода, вследствие чего реакция до конца не протекает.

При температуре выше 100 °C восстановлением перманганата калия водородом:

Оксид марганца(VII)

· Оксид марганца(VII) Mn2O7 -- зеленовато-бурая маслянистая жидкость (tпл=5,9 °C), неустойчив при комнатной температуре; сильный окислитель, при соприкосновении с горючими веществами воспламеняет их, возможно со взрывом. Взрывается от толчка, от яркой вспышки света, при взаимодействии с органическими веществами. Получить оксид марганца(VII) Mn2O7 можно действием концентрированной серной кислоты на перманганат калия:

· Полученный оксид марганца(VII) неустойчив и разлагается на оксид марганца(IV) и кислород:

· Одновременно выделяется озон:

· Оксид марганца(VII) взаимодействует с водой, образуя марганцовую кислоту:

Оксид марганца(VI)

Таблица 7. Оксид марганца(VI).

Оксид марганца(VI) -- неорганическое соединение, окисел металла марганца с формулой MnO3, тёмно-красное аморфное вещество, реагирует с водой.

диоксид марганец получение химический

Получение

· Образуется при конденсации фиолетовых паров, выделяемых при нагревании раствора перманганата калия всерной кислоте:

Физические свойства

Оксид марганца(VI) образует тёмно-красное аморфное вещество.

Химические свойства

· Разлагается при нагревании:

· Реагирует с водой:

· С щелочами образует соли -- манганаты:

Закономерности изменения свойств оксидов марганца

Наиболее устойчивыми являются MnO2, Mn2O3 и Мn3О4 (смешанный оксид - тримарганца тетраоксид).

Свойства оксидов марганца зависят от степени окисления металла: с увеличением степени окисления усиливаются кислотные свойства:

MnO > Мn2О3 > MnO2 >Мn2О7

Оксиды марганца проявляют окислительные или восстановительные свойства в зависимости от степени окисления металла: высшие оксиды - окислители и восстанавливаются до MnO2, низшие оксиды - восстановители, окисляясь, образуют МnO2. Таким образом, МnО2 - самый устойчивый оксид.

способы получения диоксида марганца

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее, к получению высококачественных оксидов марганца, которые могут найти широкое применение в химической и металлургической промышленности. Способ получения диоксида марганца включает растворение марганецсодержащего сырья в азотной кислоте с получением раствора нитратов марганца и нитратов присутствующих в руде примесей кальция, калия, магния, натрия. Затем проводят термическое разложение нитратов в автоклаве. Термическое разложение ведут при постоянном снижении давления в автоклаве, начиная от давления 0,6 МПа и снижая его к концу процесса до 0,15 МПа. При этом пульпу при термическом разложении непрерывно перемешивают мешалкой, вращающейся со скоростью 1-15 об/мин и с наложением на нее вибрации с частотой 20-50 герц. Способ может быть внедрен на предприятиях химического профиля, имеющих в своем составе автоклавы, работающие под давлением. Техническим результатом изобретения является получение диоксида марганца повышенного качества. 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее, к получению высококачественного диоксида марганца, который может найти широкое применение в химической и металлургической промышленности, в частности при производстве электролитического и электротермического марганца, среднеуглеродистого ферромарганца, низкофосфористых лигатур на его основе.

Из технической литературы известно несколько способов получения чистого диоксида марганца: химические, гидрометаллургические, пирогидрометаллургические и пирометаллургические.

Основными требованиями, которые предъявляются к химическим методам получения диоксида марганца, являются:

Эффективность удаления фосфора и пустой породы;

Простота аппаратурного оформления;

Высокая производительность;

Доступность и дешевизна реагентов.

Известен способ получения чистого диоксида марганца сернокислотным методом. Сущность метода заключается в следующем: через приготовленную из руды и раствора дитионата кальция суспензию (Т:Ж=1:4) пропускается сернистый газ, содержащий сернистый (SO2) и серный (SO3) ангидриды. Растворение этих газов в воде приводит к образованию сернистой и серной кислот. В сернистой кислоте интенсивно растворяются оксиды марганца с образованием марганцевой соли дитионатной кислоты и сульфата марганца по реакциям: MnO2+2SO2 =MnS2O6; MnO2+SO2 =MnSO4.

В присутствии избытка дитионата кальция происходит осаждение сульфата кальция и образование дитионата марганца: MnSO4+CaS2O6=MnS 2O6+CaSO4

Выщелоченную пульпу нейтрализуют известковым молоком до рН 4-5, затем она аэрируется для окисления закиси железа и удаления диоксида серы. В осадок выпадают: трехвалентное железо, фосфор, алюминий, кремнезем. Осадок отфильтровывают, промывают горячей водой и направляют в отвал. Из очищенного раствора добавлением негашеной извести осаждают марганец в виде гидрооксида, при этом вновь получают дитионат кальция, который возвращают в процесс:

MnS2O6+Са(ОН)2=Мn(OH) 2+CaS2O6.

Осадок гидрооксида марганца отфильтровывают, промывают, сушат и прокаливают. Прокаленный концентрат содержит, %: 92 - MnO2, 1,5 - SiO2 , 4,0 - CaO, 0,02 - P2O5 и 0,5-3 - SO 2 (М.И.Гасик. Металлургия марганца. Киев: Техника, 1979 г., стр.55-56).

Недостатками известного способа получения диоксида марганца являются:

Сложность аппаратурного оформления;

Продукт загрязнен пустой породой (SiO2, CaO и др.);

Высокая концентрация серы в конечном продукте (от 0,5 до 3%).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения диоксида марганца термическим разложением нитрата марганца в присутствии нитратов кальция, магния, калия и натрия, согласно которому разложение проводят при давлении 0,15-1,0 МПа (Авторское свидетельство № 1102819, кл. C22B 47/00; C01G 45/02, приоритет от 20.05.83, опубл. 15.07.84, бюл. № 26).

Согласно способу-прототипу получение диоксида марганца в присутствии нитратов кальция, магния, калия и натрия, разложение проводят при давлении 0,15-1,0 МПа.

Технологические параметры и свойства способа-прототипа:

Температура разложения, °С - 170-190;

Скорость образования диоксида марганца, кг/м3ч - 500-700;

Степень разложения Mn(NO3)2 , % от исходного количества - 78-87;

Условия выгрузки пульпы из реактора - самотеком;

Энергозатраты, МДж/кг - 1,7-2,2;

Недостатками известного способа являются низкая скорость разложения нитрата марганца, большие энергозатраты, высокое количество воды в получаемых окислах азота.

Задачей настоящего изобретения является упрощение технологии получения диоксида марганца, повышение скорости разложения и выхода продукта.

Поставленная задача достигается тем, что процесс термического разложения ведут при постепенном снижении давления в автоклаве, начиная от давления 0,6 МПа и снижая его к концу процесса до 0,15 МПа, при этом пульпу непрерывно обрабатывают мешалкой, вращающейся со скоростью 1-15 об/мин; при этом в процессе термического разложения на вращающуюся мешалку накладывают вибрацию с частотой 20-50 герц.

Верхнее значение давления для термического разложения нитратов определяется условиями переработки оксидов азота в кислоту (оно проводится при давлении, не превышающем 0,6 МПа), а нижний предел - практической целесообразностью. Постепенное снижение давления до 0,15 МПа обеспечивает более полное термическое разложение нитратов марганца.

Уменьшение скорости вращения мешалки ниже 1 об/мин не обеспечивает получения гомогенного раствора пульпы. Увеличение скорости вращения выше 15 об/мин приводит к расслоению пульпы и появлению участков с более высокой концентрацией воды (из-за разницы в плотностях).

Более низкие частоты вибрации - ниже 20 герц, налагаемые на мешалку, практически не влияют на показатели термического разложения нитрата марганца. Увеличение частоты вибрации выше 50 герц экономически не оправдано.

При соблюдении этих условий повышается не только скорость разложения нитрата марганца, но и сам процесс в целом становится более технологичным. Установлено, что в предлагаемом процессе выход пульпы не сильно зависит от ее физических свойств, что значительно упрощает процесс ее выгрузки из реактора, при этом оксиды азота содержат более низкие концентрации воды и могут быть легко переработаны обратно в кислоту. В таблице 1 представлены сравнительные данные технологических параметров получения диоксида марганца по известному и предлагаемому способам. Показатели (усредненные) по предлагаемому способу получения диоксида марганца, представленные в таблице 8, взяты на основании результатов проведенных экспериментов (пример 1).

Таблица 8

Технологические параметры и свойства
Известный	Предлагаемый
Температура разложения, °C
Давление, МПа		Постепенное снижение давления от 0,6 до 0,15
Скорость образования диоксида марганца, кг/м3ч
Время, необходимое для образования 200 кг диоксида марганца, ч
Степень разложения Mn(NO3)2, в % от исходного количества
Условия выгрузки пульпы из реактора	Самотеком	Самотеком

Энергозатраты, МДж/кг MnO2

Скорость вращения мешалки, об./мин.

При термическом разложении на вращающуюся мешалку накладывалась вибрация частотой 30 герц - степень разложения Mn(NO3)2 увеличивается на 2-3,5%.

Физико-химические свойства порошка:

Плотность - 5,10 г/см3;

Н 2O - не более 3Ч10-2 вес.%.

Ниже приведены примеры, не исключающие других, в объеме формулы изобретения.

Пример 1

В автоклав загрузили 1,5 кг раствора нитратов следующего состава, вес.%: 40,15 Mn(NO3)2; 25,7 Ca(NO3) 2; 7,3 Mg(NO3)2; 9,2 KNO3 ; 5,7 NaNO3; 15,0 Н2O.

Вес удаленной при термическом разложении воды определяли по разности ее веса в исходном растворе и в жидкой фазе пульпы. Количество выделившихся окислов азота определяли по стехиометрии реакции термического разложения нитрата марганца в соответствии с полученным количеством MnO2. Основные результаты проведенных экспериментов представлены в таблице 9.

Таблица 9

Параметры	Примеры конкретного выполнения
Известный способ	Предлагаемый способ

Температура разложения, C°
Давление, МПа*
Скорость вращения мешалки, об/мин
Частота вибрации, Гц
Время разложения, мин
Скорость образования MnO2, кг/м3ч

Объем выделившихся газов, м3 на 1 кг MnO2
Выход сухого диоксида марганца, %
Верхний предел давления для термического разложения нитратов определяется условиями переработки окислов азота в кислоту

Получен диоксид марганца следующего состава, вес.%: MnO2 - 99,6; Р<0,005; S<0,05; SiO2<0,1; (К, Mg, Na, Ca)<0,1.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает не только более быстрое разложение нитрата марганца, но и значительно упрощает технологию производства MnO2, как на стадии выгрузки, так и на стадии регенерации окислов азота; при этом значительно снижаются расходы по переделам. Выход полученного сухого диоксида марганца составляет 84-92% против 78% (по известному способу) от теоретически возможного.

Пример 2

Полученный диоксид марганца использован для выплавки металлического марганца внепечным процессом.

Шихта имела состав, кг:

Всего 15,5 кг.

Шихту смешали, загрузили в плавильную шахту и с помощью запала подожгли. Продолжительность плавки составляла 2,4 мин. Получили 5,25 кг металлического марганца состава. % Мn 98,9; Аl 0,96; Р - следы (менее 0,005%) и 9,3 кг шлака состава, вес.%: МnО 14,6; Al2О3 68,3; СаО 18,0.

Извлечение марганца в сплав составило - 85,0%.

Шлак от выплавки металлического марганца можно использовать как исходное сырье (взамен бокситов) при получении алюминия.

Применение предлагаемого изобретения позволит решить проблему использования значительных запасов бедных марганцевых руд, в частности карбонатных руд Усинского месторождения или железомарганцевых конкреций, обогащение которых любыми другими способами в настоящее время нерентабельно.

Полученные марганцевые сплавы отличаются высокой концентрацией ведущего элемента (марганца) и низким содержанием вредных примесей (фосфора и углерода).

Применение марганцевых ферросплавов при выплавке качественных марок сталей приводит к снижению металлоемкости конструкций, упрощает процесс легирования и обеспечивает значительный экономический эффект.

Производство марганцевых концентратов химическими методами значительно снизит дефицит в стране в марганцевых ферросплавах, а его производство может быть организовано на химических заводах.

Предлагаемый способ получения диоксида марганца может быть организован на предприятиях, имеющих возможность утилизировать окислы азота.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения диоксида марганца термическим разложением, включающий растворение марганецсодержащего сырья в азотной кислоте с получением раствора нитратов марганца и нитратов, присутствующих в руде примесей кальция, калия, магния, натрия, и последующее термическое разложение нитратов в автоклаве, отличающийся тем, что термическое разложение ведут при постоянном снижении давления в автоклаве, начиная от давления 0,6 МПа и снижая его к концу процесса до 0,15 МПа, при этом пульпу непрерывно обрабатывают мешалкой, вращающейся со скоростью 1-15 об/мин и с наложением на нее вибрации с частотой 20-50 Гц.

Экспериментальная часть

Вышеперечисленные опыты применяются на больших предприятиях.

Я же хочу рассмотреть лабораторный способ получения диоксида марганца в диоксиде олова.

Принадлежности:

1. Фарфоровый тигель:

2.Стеклянный фильтр.

Суть способа: Получение твердых оксидов путем термического разложения смеси SnC2O4*H2O и MnSO4*5H2O, прокаливанием на воздухе.

Предварительный синтез SnC2O4*H2O.

Для получения оксалата олова взяли 10 г сульфата олова, 4,975 г оксалата аммония. Приготовили растворы обоих веществ, для этого сульфат олова растворили в 100 мл воды, а оксалат аммония в 50 мл воды. Затем, к раствору сульфата олова прилили раствор оксалата аммония. Наблюдалось активное выпадение белого тонкодисперсного осадка (SnC2O4*H2O). Полученную взвесь отфильтровали на плотном стеклянном фильтре.

Уравнение реакции:

SnSO4* H2O +(NH4)2C2O4*H2O>SnC2O4*H2Ov+(NH4)2SO4 + H2O

В результате получили 7,934 г оксалата олова, при расчетной массе 9,675. Выход реакции составил 82,0 %.

По уравнениям реакции

MnSO4*5H2O >MnO + SO3 (г)+ 5 H2O(г) >MnO2.

SnC2O4*H2O >SnO + CO2 + H2O >SnO2

А) 7,5 % MnO2 / 92,5 % SnO2.

Для его получения взяли: 0,75 г. SnC2O4*H2O, 0,07 г. MnSO4*5H2O. (Так как количество сульфата марганца было значительно меньше количества оксалата аммония, для достижения большей однородности смеси после помещения ее в фарфоровый тигель добавили несколько капель воды. Затем смесь прокалили на горелке.). Режим прокаливания 900 °С 2 часа не дал результата (сохранился серовато-кремовый цвет смеси). В результате прокаливания при режиме 1200 °С 2 часа образец приобрел ярко-красный цвет. Масса образца 0,5 г.

Б) 15 % MnO2 / 85 % SnO2. (0,761 г. SnC2O4*H2O, 0,088 г. MnSO4*5H2O) Масса образца 0,53 г.

В) 22 % MnO2 / 78 % SnO2. (0,67 г. SnC2O4*H2O, 0,204 г. MnSO4*5H2O). Масса образца 0,52 г.

Г) 28 % MnO2 / 72 % SnO2 (0,67 г. SnC2O4*H2O, 0,2911 г. MnSO4*5H2O). Масса образца 0,56 г.

Заключение

Перед началом исследования я поставила для себя следующие задачи:

· Провести анализ литературы по физическим и химическим свойствам, методикам получения, способам применения марганца и оксидов марганца;

· Изучить свойства оксидов марганца;

· Раскрыть технологии получения диоксида марганца и выявить наиболее эффективную;

· Провести расчёты.

В ходе моей работы:

1. Проведен анализ литературы по физическим и химическим свойствам, методам получения, способам применения марганца и оксидов марганца;

2. Изучены свойства оксидов марганца;

3. Раскрыты технологии получения диоксида марганца и выявлен наиболее эффективный;

4. Проведены расчёты.

Было рассмотрено много способов получения диоксида марганца из разных источников, но я решила остановиться на способе получения диоксида марганца в диоксиде олова. Он показал высокую степень кристалличности образца и высокий выход. Его есть смысл применять (для высоких концентраций диоксида марганца).

Приложение

Марганец

Распространенность в природе

Марганец - 14-й элемент по распространённости на Земле, а после железа - второй тяжёлый металл, содержащийся вземной коре (0,03 % от общего числа атомов земной коры). Весовое количество марганца увеличивается от кислых (600 г./т) к основным породам (2,2 кг/т). Сопутствует железу во многих его рудах, однако встречаются и самостоятельные месторождения марганца. В чиатурском месторождении (район Кутаиси) сосредоточено до 40 % марганцевых руд. Марганец, рассеянный в горных породах вымывается водой и уносится в Мировой океан. При этом его содержание в морской воде незначительно (10?7-10?6%), а в глубоких местах океана его концентрация возрастает до 0,3 % вследствие окисления растворённым в воде кислородом с образованием нерастворимого в воде оксида марганца, который в гидратированной форме (MnO2·xH2O) и опускается в нижние слои океана, формируя так называемые железо-марганцевые конкреции на дне, в которых количество марганца может достигать 45 % (также в них имеются примеси меди, никеля, кобальта). Такие конкреции могут стать в будущем источником марганца для промышленности.

Мировые запасы марганцевых руд представлены на 90 % оксидными (38 %) и оксидно-карбонатными (52 %) рудами.

В ЮАР около 95 % запасов сосредоточено в уникальной марганцево-железорудной зоне Куруман. Наиболее крупные месторождения Маматван (среднее содержание марганца 38 %), Весселс (47 %) Миддельплаатц (36 %)

В Китае, запасы марганца представлены мелкими, но многочисленными залежами оксидных руд. Среднее содержание в рудах 20-40 %. В стране постоянно проводятся поиски и разведка новых месторождений марганца с целью ослабить зависимость страны от импорта высококачественных руд.

В Казахстане более 90 % находится в Центрально-Казахстанском районе, в месторождениях Каражал и Ушкатын. Запасы около 85 млн. т (среднее содержание марганца 22 %).

Месторождения Украины находятся в Южно-Украинском марганцеворудном бассейне. Это месторождения Никопольской группы и Большетокмакское, содержащие 33 и 67 % подтвержденных запасов Украины. Украина обладает также и одним из самых мощных в Европе комплексов по переработке руды и производству марганцевых ферросплавов, включающим Никопольский, Запорожский и Стахановский заводы.

В Грузии основной сырьевой базой является Чиатурское месторождение. Оксидные руды составляют 28 % (среднее содержание марганца 26 %) подтвержденных запасов, карбонатные (среднее содержание марганца 18 %-72 %).

В России марганец является остродефицитным сырьем, имеющим стратегическое значение. Кроме указанных Усинского и Полуночного месторождений также известны Южно-Хинганские Малого Хингана в Еврейской области, Порожненское на Енисейском Кряже, Рогачево-Тайнинская площадь (260 млн т. карбонатных руд, с содержанием 8-15 %) и недоизученное Северо-Тайнинское рудное поле (5 млн т. окисных руд, с содержанием 16-24 %) на Новой Земле.

Физические и химические свойства

Марганец твердый хрупкий металл. Известны четыре кубические модификации металлического марганца. При температурах от комнатной и до 710°C устойчив a-Mn, параметр решетки а = 0,89125 нм, плотность 7,44 кг/дм3. В интервале температур 710-1090°C существует b-Mn, параметр решетки а = 0,6300 нм; при температурах 1090-1137°C -- g-Mn, параметр решетки а = 0,38550 нм. Наконец, при температуре от 1137°C и до температуры плавления (1244°C) устойчив d-Mn с параметром решетки а = 0,30750 нм. Модификации a, b, и d хрупкие, g-Mn пластичен. Температура кипения марганца около 2080°C.

На воздухе марганец окисляется, в результате чего его поверхность покрывается плотной оксидной пленкой, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. При прокаливании на воздухе выше 800°C марганец покрывается окалиной, состоящей из внешнего слоя Mn3O4 и внутреннего слоя состава MnO.

Марганец образует несколько оксидов: MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 и Mn2O7. Все они, кроме Mn2O7, представляющего собой при комнатной температуре маслянистую зеленую жидкость с температурой плавления 5,9°C, твердые кристаллические вещества.

Монооксид марганца MnO образуется при разложении солей двухвалентного марганца (карбоната и других) при температуре около 300°C в инертной атмосфере:

MnCO3 = MnO + CO2

Этот оксид обладает полупроводниковыми свойствами. При разложении MnOОН можно получить Mn2O3. Этот же оксид марганца образуется при нагревании MnO2 на воздухе при температуре примерно 600°C:

4MnO2 = 2Mn2O3 + O2

Оксид Mn2O3 восстанавливается водородом до MnO, а под действием разбавленных серной и азотной кислот переходит в диоксид марганца MnO2.

Если MnO2 прокаливать при температуре около 950°C, то наблюдается отщепление кислорода и образование оксида марганца состава Mn3O4:

3MnO2 = Mn3O4 + O2

Этот оксид можно представить как MnO·Mn2О3, и по свойствам Mn3О4 соответствует смеси этих оксидов.

Диоксид марганца MnO2 -- наиболее распространенное природное соединение марганца в природе, существующее в нескольких полиморфных формах. Так называемая b-модификация MnO2 -- это уже упоминавшийся минерал пиролюзит. Ромбическая модификация диоксида марганца, g-MnO2 также встречается в природе. Это -- минерал рамсделит (другое название -- полианит).

Диоксид марганца нестехиометричен, в его решетке всегда наблюдается дефицит кислорода. Если оксиды марганца, отвечающие его более низким степеням окисления, чем +4, -- основные, то диоксид марганца обладает амфотерными свойствами. При 170°C MnO2 можно восстановить водородом до MnO.

Если к перманганату калия KMnO4 добавить концентрированную серную кислоту, то образуется кислотный оксид Mn2O7, обладающий сильными окислительными свойствами:

2KMnO4 + 2H2SO4 = 2KHSO4 + Mn2O7 + H2O.

Mn2O7 -- кислотный оксид, ему отвечает сильная, не существующая в свободном состоянии марганцовая кислота НMnO4.

При взаимодействии марганца с галогенами образуются дигалогениды MnHal2. В случае фтора возможно также образование фторидов состава MnF3 и MnF4, а в случае хлора -- также трихлорида MnCl3. Реакции марганца с серой приводят к образованию сульфидов составов MnS (существует в трех полиморфных формах) и MnS2. Известна целая группа нитридов марганца: MnN6, Mn5N2, Mn4N, MnN, Mn6N5, Mn3N2.

С фосфором марганец образует фосфиды составов MnР, MnP3, Mn2P, Mn3P, Mn3P2 и Mn4P. Известно несколько карбидов и силицидов марганца.

С холодной водой марганец реагирует очень медленно, но при нагревании скорость реакции значительно возрастает, образуется Mn(OH)2 и выделяется водород. При взаимодействии марганца с кислотами образуются соли марганца (II):

Mn + 2HCl = MnCl2 + H2.

Из растворов солей Mn2+ можно осадить плохо растворимое в воде основание средней силы Mn(OH)2:

Mn(NO3)2 + 2NaOH = Mn(OH)2 + 2NaNO3

Марганцу отвечает несколько кислот, из которых наиболее важны сильные неустойчивые марганцоватая кислота H2MnO4 и марганцовая кислота HMnO4, соли которых -- соответственно, манганаты (например, манганат натрия Na2MnO4) и перманганаты (например, перманганат калия KMnO4).

Манганаты (известны манганаты только щелочных металлов и бария) могут проявлять свойства как окислителей (чаще)

2NaI + Na2MnO4 + 2H2O = MnO2 + I2 + 4NaOH,

так и восстановителей

2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl.

В водных растворах манганаты диспропорционируют на соединения марганца (+4) и марганца (+7):

3K2MnO4 + 3Н2О = 2KMnO4 + MnO2·Н2О + 4КОН.

При этом окраска раствора из зеленой переходит в синюю, затем в фиолетовую и малиновую. За способность изменять окраску своих растворов К. Шееле назвал манганат калия минеральным хамелеоном.

Перманганаты -- сильные окислители. Например, перманганат калия KMnO4 в кислой среде окисляет сернистый газ SO2 до сульфата:

2KMnO4 + 5SO2 +2H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4.

При давлении около 10 МПа безводный MnCl2 в присутствии металлоорганических соединений реагирует с оксидом углерода (II) CO с образованием биядерного карбонила Mn2(CO)10.

Литература

1. Интернет ресурсы.

2. Практикум по неорганической химии: Учеб. Пособие для студ. Высш. Учеб. Заведений/В.А. Алешин, А.И. Дунаев, А. И. Жиров; под ред. Ю.Д. Третьякова - М.:Изд. Центр «Академия», 2004.

3. Глинка Н.Л. Общая химия//М.: Интеграл-пресс,-2002.

4. Ахметов Н.С. общая и неорганическая химия. Учеб. Для вузов.-4-е изд., испр.//М.:Высш. Шк.,Изд.центр «Академия»,2001.

5. Неорганическая химия. Химия элементов:Учебник в 2 томах. Т.2/Ю.Д. Третьяков, Л.И. Мартыненко, А.Н.Григорьев, А. Ю. Цивадзе. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГУ; ИКЦ «Академкнига», 2007.

6. Химическая энциклопедия/ Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.//М.: Советская энциклопедия, 1992.

7. Угай Я.А. Общая химия:Учебник для студентов хим. спец. ун-тов//М.: Высш. шк., -1984.

8. Общая и неорганическая химия. Курс лекций. Часть II.сновные классы неорганических соединений/ Корнеев Ю.М., Овчаренко В.П., Егоров Е.Н.//М.:Школа имени А.Н. Колмогорова, Издательство Московского университета,2000.

9. Справочник химика/Редкол.: Никольский Б.П. и др.. - 2-е изд., испр.//М.-Л.:Химия,1966 . - Т.1.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Историческая справка. Применение марганца. Получение марганца. Соединения марганца в биологических системах. Объем производства марганцевой руды по предприятиям. Марганцевые удобрения. Заболевание вызываемые токсином Марганца.

реферат , добавлен 05.11.2004

Свойства осадочных месторождений марганцевых руд. Свойства монооксида марганца. Разложение солей двухвалентного марганца. Промышленное получение марганца. Добыча и обогащение руд. Электролиз водных растворов сульфата марганца. Ресурсы марганцевых руд.

реферат , добавлен 01.03.2011

Слоистые двойные гидроксиды (СДГ), их структура и методы синтеза. Изучение сорбции марганца(II) на образцах Mg,Al-CO3 СДГ в статических условиях. Кинетика сорбции марганца(II). Зависимость оптической плотности от времени сорбции марганца(II) из раствора.

курсовая работа , добавлен 13.10.2017

Условия проведения металлотермии. Расчет состава исходной смеси и возможных реакций. Свойства восстанавливаемых оксидов. Получение марганца с помощью алюмотермии. Химические свойства полученных веществ и прекурсоров. Определение продукта реакции.

курсовая работа , добавлен 16.12.2015

Очистка воды от марганца. Безреагентные и реагентные методы деманганации воды. Глубокая аэрация с последующим фильтрованием. Использование катализаторов окисления марганца. Удаление марганца из подземных вод. Технология применения перманганата калия.

реферат , добавлен 09.03.2011

Общая характеристика, основные физические и химические свойства оксогидроксида марганца (III), триоксалатоманганата (III) калия, диоксалатодиакваманганата (III) калия, порядок их образования и сферы применения. Синтез MnO(OH) и других соединений.

практическая работа , добавлен 23.03.2011

Химические свойства марганца и его соединений. Промышленное получение марганца. История открытия хрома, общие сведения. Нормы потребления марганца и хрома, их биологическая роль. Влияние недостатка или переизбытка микроэлементов на организм человека.

реферат , добавлен 20.01.2015

Рассмотрение основных методов анализа железа и марганца. Описание классических и инструментальных методов. Анализ состава соли. Масс-спектрометрическое, титриметрическое и гравиметрическое определение лития, железа, марганца в смешанном фосфате.

курсовая работа , добавлен 24.01.2016

Гравиметрические методы определения марганца в виде окиси, сульфида, фосфата, пикролоната. Исследование элемента с помощью перманганатометрии, йодометрии, потенциометрического титрования. Анализ растворов фотометрическими и люминесцентными методами.

курсовая работа , добавлен 28.10.2012

Общая характеристика марганца, его основные физические и химические свойства, история открытия и современные достижения в исследовании. Распространенность в природе данного химического элемента, направления его применения в промышленности, получение.

Оксид марганца (II) MnO - твердое вещество зеленого цвета - можно получить восстановлением оксида марганца (IV) в токе водорода:

MnO 2 +Н 2 =MnO+Н 2 О

MnO - типичный основной оксид, с водой в реакцию не вступает. Ему соответствует гидроксид марганца (II), Mn(ОН) 3 , представляющий собой слабое основание. В виде осадка телесного цвета выпадает при взаимодействии щелочей с солями марганца (II):

MnСl 2 +2NaOH=Mn(OH) 2 ¯+2NaCl

Mn(OH) 2 +2HCl=MnСl 2 +2H 2 O

Соли марганца (II), как правило, хорошо растворимы в воде, кроме Mn 3 (PO 4) 2 , MnS, MnCO 3 .

Сульфат марганца (II) MnSO 4 - соль белого цвета, одно из наиболее устойчивых соединений марганца (II). В виде кристаллогидрата MnSO 4 7Н 2 O встречается в природе. Он используется при крашении тканей, а также наряду с хлоридом марганца (II) MnСl 2 - для получения других соединений марганца.

Карбонат марганца (II) MnСO 3 встречается в природе в виде марганцевого пшата и используется в металлургии.

Нитрат марганца (II) Mn(NO 3) 2 получают только искусственным путем и используют для разделения редкоземельных металлов.

В окислительно-восстановительных реакциях соединения марганца (II) - хорошие восстановители:

3Mn +2 SO 4 +2КСl +5 O 3 +12КОН=3К 2 Mn +6 О 4 +2КСl -1 +3K2SO 4 +6Н 2 О (эта реакция идет при сплавлении)

2Mn +2 SO 4 +5Pb +4 O 2 + 6HNO 3 =2HMn +7 O 4 +3Pb +2 (NO 3) 2 +2Pb +2 SO 4 +2H 2 O

Оксид марганца (IV) MnO 2 встречается в природе в виде минерала пиролюзита, который является важнейшей марганцевой рудой. Оксид марганца (IV) темно-бурого цвета, при хранении устойчив, обладает амфотерными свойствами, с преобладанием кислотных свойств:

MnO 2 +2KOH=K 2 MnO 3 +Н 2 О (реакция идет при сплавлении)

А в окислительно-восстановительных процессах в зависимости от условий может вести себя либо как окислитель, либо как восстановитель.

Например, одним из способов получения хлора служит окисление концентрированной соляной кислотой HСl оксида марганца (IV) по уравнению:

В реакции (идет при сплавлении) MnO 2 является восстановителем:

Оксид марганца (IV) служит катализатором в реакциях, протекающих с отщеплением кислорода, таких, как разложение бертолетовой соли или пероксида водорода:

2КСlO 3 = MnO 2 2КСl+3O 2

2Н 2 O 2 = MnO 2 2Н 2 O+O 2

Оксид марганца (IV) применяют в производстве стекла и в металлургии.

Гидроксид марганца (IV) неустойчив, его формула может быть представлена в двух видах: Mn(ОН) 4 и Н 4 MnO 4 ортомарганцоватистая и Н 2 MnO 3 метамарганцоватистая кислота. Также, как и оксид марганца (IV), гидроксид марганца (IV) амфотерен.

MnО, Mn 2 О 3 , MnО 2 , Mn 3 О 4 , Mn 2 О 7 , Mn 5 О 8 . Кроме Mn 2 О 7 , все оксиды - кристаллы, не раств. в воде. При нагр. высших оксидов отщепляется О 2 и образуются низшие оксиды:

При выдерживании на воздухе или в атмосфере О 2 выше 300 °С MnО и Mn 2 О 3 окисляются до MnО 2 . Безводные и гидратир. оксиды Mn входят в состав марганцевых и железо-марганцевых руд в виде минералов пиролюзита b-MnО 2 , псиломелана mМО.nMnО 2 .хН 2 О [М = Ва, Са, К, Mn(Н)], манганита b-MnOOH (Mn 2 О 3 .Н 2 О), гроутита g-MnOOH, браунита 3Mn 2 O 3 .MnSiO 3 и др. с содержанием MnО 2 60-70%. Переработка марганцевых руд включает мокрое обогащение и послед. хим. выделение оксидов MnО 2 или Mn 2 О 3 методами сульфитизации и сульфатизации, карбонизации, восстановит. обжига и др. Монооксид MnО (минерал манганозит). До Ч 155,3 °С устойчива гексагoн. модификация, выше - кубическая (см. табл.). Полупроводник. Антиферромагнетик с точкой Нееля 122 К; магн. восприимчивость + 4,85.10 - 3 (293 К). Обладает слабоосновными св-вами; восстанавливается до Mn водородом и активными металлами при нагревании. При взаимод. MnО с к-тами образуются соли Mn(II), с расплавом NaOH при 700-800°С и избытке O 2 - Na 3 MnO 4 , при действии (NH 4) 2 S - сульфид MnS. Получают разложением Mn(OH) 2 , Mn(C 2 O 4), Mn(NO 3) 2 или MnСО 3 в инертной атмосфере при 300 °С, контролируемым восстановлением MnО 2 или Mn 2 О 3 водородом или СО при 700-900 °С. Компонент ферритов и др. керамич. материалов, шлака для десульфуризации металлов, микроудобрений, катализатор дегидрогенизации пиперидина, антиферромагн. материал. Сесквиоксид Mn 2 О 3 существует в двух модификациях - ромбич. a (минерал курнакит) и кубич. b (минерал биксбиит), т-ра перехода a: b 670 °С; парамагнетик, магн. восприимчивость +1,41Х10 - 5 (293 К); восстанавливается Н 2 при 300°С до MnО, алюминием при нагр. - до Mn.

Под действием разб. H 2 SO 4 и HNO 3 переходит в MnО 2 и соль Mn(II). Получают Mn 2 О 3 термич. разложением MnООН. Оксид марганца (II, III) Mn 3 О 4 (минерал гаусманит); a-Mn 3 О 4 при 1160°С переходит в b-Mn 3 О 4 с кубич. кристаллич. решеткой; DH 0 перехода a: b 20,9 кДж/моль; парамагнетик, магн. восприимчивость + 1,24.10 - 5 (298 К). Проявляет хим. св-ва, присущие MnО и Mn 2 О 3 . Диоксид MnО 2 - самое распространенное соед. Mn в природе; наиб. устойчива b-модификация (минерал пиролюзит). Известны ромбич. g-MnО 2 (минерал рамсделит, или полианит), а также a, d и e, рассматриваемые как твердые р-ры разл. форм MnО 2 . Парамагнетик, магн. восприимчивость + 2,28.10 - 3 (293 К). Диоксид Mn - нестехиометрич. соед., в его решетке всегда наблюдается недостаток кислорода. Амфотерен. Восстанавливается Н 2 до MnО при 170°С. При взаимод. с NH 3 образуются Н 2 О, N 2 и Mn 2 О 3 . Под действием О 2 в расплаве NaOH дает Na 2 MnO 4 , в среде конц. к-т - соответствующие соли Mn(IV), H 2 O и О 2 (или Cl 2 в случае соляной к-ты). Получают MnО 2 разложением Mn(NO 3) 2 или Mn(ОН) 2 при 200°С на воздухе, восстановлением КMnО 4 в нейтральной среде, электролизом солей Mn(II). Применяют для получения Mn и его соед., сиккативов, как деполяризатор в сухих элементах, компонент коричневого пигмента (умбры) для красок, для осветления стекла, как реагент для обнаружения Cl - , окислитель в гидрометаллургии Zn, Cu, U, компонент катализатора в гопкалитовых патронах и др. Активный MnО 2 , получаемый взаимод. водных р-ров MnSO 4 и КMnО 4 , -окислитель в орг. химии. Оксид марганца (VII) Mn 2 О 7 (гептаоксид димарганца, марганцевый ангидрид) - маслянистая зеленая жидкость; т. пл. 5,9 °С; плотн. 2,40 г/см 3 ; DH 0 обр -726,3 кДж/моль. Выше 50 °С при медленном нагревании начинает разлагаться с выделением О 2 и образованием низших оксидов, а при более высоких т-рах или высоких скоростях нагревания взрывается; крайне чувствителен к мех. и тепловым воздействиям. Сильный окислитель; при контакте с Mn 2 О 7 горючие в-ва воспламеняются. М. б. получен при взаимод. КMnО 4 с H Z SO 4 на холоду. Оксид Mn 5 О 8 , или Mn 2 II (Mn IV О 4) 3 , - твердое в-во; не раств. в воде; м. б. получен окислением MnО или Mn 3 О 4 ; легко разлагается на MnО 2 и О 2 . Из гидроксидов Mn стехиометрич. соед. являются только Mn(ОН) 2 , MnО(ОН) и НMnО 4 , другие представляют собой гидратир. оксиды переменного состава, близкие по хим. св-вам соответствующим оксидам. Кислотные св-ва гидроксидов увеличиваются с возрастанием степени окисления Mn: Mn(ОН) 2 < MnО(ОН) (или Mn 2 O 3 .xH 2 O) < MnO 2 .xН 2 О < Mn 3 О 4 .xН 2 О < Н 2 MnО 4 < НMnО 4 . Гидроксид Мn(II) практически не раств. в воде (0,0002 г в 100 г при 18 °С); основание средней силы; раств. в р-рах солей NH 4 ; на воздухе постепенно буреет в результате окисления до MnО 2 .xН 2 О. Гидроксиоксид Mn(III) MnO(OH) известен в двух модификациях; при 250 °С в вакууме обезвоживается до g-Mn 2 О 3 ; в воде не раств. Прир. манганит не разлагается HNO 3 и разб. H 2 SO 4 , но медленно реагирует с H 2 SO 3 , искусственно полученный легко разлагается минер. к-тами; окисляется О 2 до b-MnО 2 . См. также Манганаты. М. о. токсичны; ПДК см. в ст. Марганец. Лит.: Позин М. Е.. Технология минеральных солей, 4 изд., ч. 1 2, Л., 1974. П. М. Чукуров.

- Железобактерии известны очень давно...
Биологическая энциклопедия
- сернокислый марганец, MnSO4, марганцевое микроудобрение. Кристаллич. в-во, растворимое в воде...
Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь
- MnСО 3, бледно-розовые кристаллы, в присут. О 2 и Н 2 О приобретают коричневый оттенок вследствие окисления; кристаллич. решетка гексагональная; плотн. 3.62 г/см 3; С 0p 94,8 Дж/; DH0 обр -881,7 кДж/моль; S0298109,5 Дж/...
Химическая энциклопедия
- Декакарбонилдимарганец Mn2 10 - золотисто-желтые кристаллы; т. пл. 154 155°С; плотн. 1,75 г/см 3. Медленно разлагается на свету, разлагается на воздухе при 110 °С, сублимируется в вакууме при 50 °С. Раств...
Химическая энциклопедия
- Mn2, бледно-розовые гигроскопичные кристаллы с кубич. решеткой; DH0 обр Ч574,6 кДж/моль. Разлагается выше 180°С до оксидов Mn. Р-римость в воде: 102,0 , 157,1 , 428,0 и 498,8 . Раств. также в диоксане, ТГФ, ацетонитриле...
Химическая энциклопедия
- MnSO4, имеет т. пл. 700°С; С° р 100,24 Дж/; DG0 обр -958,11 кДж/моль; ниже 11 К антифсрромагнетик, выше 11 К парамагнетик, магн. восприимчивость + 1,366.10-6 ; см. также табл. Ок. 850°С разлагается на Mn3O4, SO3 и SO2...
Химическая энциклопедия
- соединения хим. элементов с кислородом. Делятся на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие бывают основными, кислотными и амфотерными - их гидраты являются соотв...
Естествознание. Энциклопедический словарь
- неорганические соединения, в которых КИСЛОРОД связан с другим элементом. Оксиды часто образуются при горении элемента на воздухе или в присутствии кислорода. Так, магний при горении образует оксид магния...
Научно-технический энциклопедический словарь

Получение

· В природе встречаются минералы браунит, курнакит и биксбиит -- оксид марганца с различными примесями.
· Окисление оксида марганца(II):
· Восстановление оксида марганца(IV):

Физические свойства

Оксид марганца(III) образует коричнево-чёрные кристаллы нескольких модификаций:

· б-Mn2O3, ромбическая сингония, минерал курнакит;
· в-Mn2O3, кубическая сингония, пространственная группа I a3, параметры ячейки a = 0,941 нм, Z = 16, минералбиксбиит;
· г-Mn2O3, тетрагональная сингония, параметры ячейки a = 0,57 нм, c = 0,94 нм.

Не растворяется в воде.

Парамагнетик.

Химические свойства

Разлагается при нагревании:

· Восстанавливается водородом:
· При растворении в кислотах -- диспропорционирует:
· При сплавлении с оксидами металлов образует соли манганиты:

Оксид марганца(IV)

Таблица 6. Оксид марганца(IV).

Химические свойства

С серной и азотной кислотами MnO2 разлагается с выделением кислорода:

При взаимодействии с сильными окислителями диоксид марганца окисляется до соединений Mn7+ и Mn6+:

Является катализатором разложения пероксида водорода:

Получение

В лабораторных условиях получают термическим разложением перманганата калия:

При температуре выше 100 °C восстановлением перманганата калия водородом:

Оксид марганца(VII)

· Оксид марганца(VII) Mn2O7 -- зеленовато-бурая маслянистая жидкость (tпл=5,9 °C), неустойчив при комнатной температуре; сильный окислитель, при соприкосновении с горючими веществами воспламеняет их, возможно со взрывом. Взрывается от толчка, от яркой вспышки света, при взаимодействии с органическими веществами. Получить оксид марганца(VII) Mn2O7 можно действием концентрированной серной кислоты на перманганат калия:
· Полученный оксид марганца(VII) неустойчив и разлагается на оксид марганца(IV) и кислород:
· Одновременно выделяется озон:
· Оксид марганца(VII) взаимодействует с водой, образуя марганцовую кислоту:

Оксид марганца(VI)

Таблица 7. Оксид марганца(VI).

диоксид марганец получение химический

Получение

· Образуется при конденсации фиолетовых паров, выделяемых при нагревании раствора перманганата калия всерной кислоте:

Физические свойства

Оксид марганца(VI) образует тёмно-красное аморфное вещество.

Химические свойства

· Разлагается при нагревании:
· Реагирует с водой:
· С щелочами образует соли -- манганаты:

Закономерности изменения свойств оксидов марганца

Наиболее устойчивыми являются MnO2, Mn2O3 и Мn3О4 (смешанный оксид - тримарганца тетраоксид).

MnO > Мn2О3 > MnO2 >Мn2О7

способы получения диоксида марганца

Основными требованиями, которые предъявляются к химическим методам получения диоксида марганца, являются:

- эффективность удаления фосфора и пустой породы;
- простота аппаратурного оформления;
- высокая производительность;
- доступность и дешевизна реагентов.

MnS2O6+Са(ОН)2=Мn(OH) 2+CaS2O6.

Недостатками известного способа получения диоксида марганца являются:

- сложность аппаратурного оформления;
- продукт загрязнен пустой породой (SiO2, CaO и др.);
- высокая концентрация серы в конечном продукте (от 0,5 до 3%).

Технологические параметры и свойства способа-прототипа:

- температура разложения, °С - 170-190;
- скорость образования диоксида марганца, кг/м3ч - 500-700;
- степень разложения Mn(NO3)2 , % от исходного количества - 78-87;
- условия выгрузки пульпы из реактора - самотеком;
- содержание влаги в оксидах азота, % - 19-25;
- энергозатраты, МДж/кг - 1,7-2,2;
- содержание MnO2 в диоксиде марганца, % - 99,5.

Таблица 8

Технологические параметры и свойства
Известный	Предлагаемый
Температура разложения, °C
Давление, МПа		Постепенное снижение давления от 0,6 до 0,15
Скорость образования диоксида марганца, кг/м3ч
Время, необходимое для образования 200 кг диоксида марганца, ч
Степень разложения Mn(NO3)2, в % от исходного количества
Условия выгрузки пульпы из реактора	Самотеком	Самотеком

Энергозатраты, МДж/кг MnO2

Скорость вращения мешалки, об./мин.

Физико-химические свойства порошка:

- плотность - 5,10 г/см3;
- содержание MnO2 - 99,6 вес.%;
- содержание Fe - менее 3Ч10-4 вес.%,
- содержание Р - не более 5Ч10-3 вес.%;
- Н 2O - не более 3Ч10-2 вес.%.

Ниже приведены примеры, не исключающие других, в объеме формулы изобретения.

Таблица 9

Параметры	Примеры конкретного выполнения
Известный способ	Предлагаемый способ

Температура разложения, C°
Давление, МПа*
Скорость вращения мешалки, об/мин
Частота вибрации, Гц
Время разложения, мин
Скорость образования MnO2, кг/м3ч

Объем выделившихся газов, м3 на 1 кг MnO2
Выход сухого диоксида марганца, %
Верхний предел давления для термического разложения нитратов определяется условиями переработки окислов азота в кислоту

Получен диоксид марганца следующего состава, вес.%: MnO2 - 99,6; Р<0,005; S<0,05; SiO2<0,1; (К, Mg, Na, Ca)<0,1.

Полученный диоксид марганца использован для выплавки металлического марганца внепечным процессом.

Шихта имела состав, кг:

- MnO2 - 10;
- Al - 4,9;
- СаО - 0,6.

Всего 15,5 кг.

Извлечение марганца в сплав составило - 85,0%.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Экспериментальная часть

Вышеперечисленные опыты применяются на больших предприятиях.

Я же хочу рассмотреть лабораторный способ получения диоксида марганца в диоксиде олова.

Принадлежности:

1. Фарфоровый тигель:
2. Стеклянный фильтр.

Предварительный синтез SnC2O4*H2O.

Уравнение реакции:

SnSO4* H2O +(NH4)2C2O4*H2O>SnC2O4*H2Ov+(NH4)2SO4 + H2O

В результате получили 7,934 г оксалата олова, при расчетной массе 9,675. Выход реакции составил 82,0 %.

По уравнениям реакции

MnSO4*5H2O >MnO + SO3 (г)+ 5 H2O(г) >MnO2.

SnC2O4*H2O >SnO + CO2 + H2O >SnO2

А) 7,5 % MnO2 / 92,5 % SnO2.

Б) 15 % MnO2 / 85 % SnO2. (0,761 г. SnC2O4*H2O, 0,088 г. MnSO4*5H2O) Масса образца 0,53 г.
В) 22 % MnO2 / 78 % SnO2. (0,67 г. SnC2O4*H2O, 0,204 г. MnSO4*5H2O). Масса образца 0,52 г.
Г) 28 % MnO2 / 72 % SnO2 (0,67 г. SnC2O4*H2O, 0,2911 г. MnSO4*5H2O). Масса образца 0,56 г.