废电池为原料基于溶胶-凝胶-水热耦合法掺杂锰锌铁氧体的制备及性能研究

制约废旧锌锰电池资源化的核心问题是分离困难、产品附加值低，其中的铜、镍、铅、铬等少量重金属难以处理，易造成二次污染。本项目拟以废旧锌锰电池为原料，采用溶胶-凝胶-水热耦合新方法制备高品质磁性材料掺杂锰锌铁氧体，并侧重于通过复合掺杂提高产品磁性能的研究。该研究减少了传统处理方法复杂的分离过程，其资源化产物也不再是简单的金属或金属氧化物，而是附加值更高的高品质磁性材料- - -纳米晶掺杂锰锌铁氧体。本研究在探索新方法的同时，重点研究废电池中固有杂质元素对产品磁性能改善的协同作用；阐明掺杂元素外层电子分布及原子半径对锰锌铁氧体功率损耗和晶界电阻率的影响机理，进而揭示产品微观结构与其磁性能的内在联系，为废旧电池资源化拓展新思路。.该研究对于认识溶胶-凝胶-水热耦合法制备机理，揭示化学掺杂对材料微观结构及磁性能影响的本质具有重要的科学意义。其研究成果可以指导其它掺杂功能材料的合成，具有良好的应用前景。

随着工业和电子产业的迅猛发展，废电池的处理与环境保护之间的矛盾越来越突出。废电池资源化的意义在于降低对环境的污染，同时减少金属资源的浪费。锰锌铁氧体是一种具有高品质的磁性材料，并且锰锌铁氧体的制备可以充分利用废电池中的固有金属资源，因此本项目以废电池为原料，采用溶胶-凝胶-水热耦合新方法制备高品质磁性材料掺杂锰锌铁氧体。研究内容主要有以下两个方面，一方面是对溶胶-凝胶-水热耦合法制备条件的探索研究；另一方面是研究废电池中固有杂质元素对产品磁性能改善的协同作用，并侧重于通过复合掺杂提高产品磁性能的研究。在本项目研究过程中以废锌锰电池浸出液为母液，采用溶胶-凝胶-水热耦合法成功地制备出锰锌铁氧体，其中柠檬酸与溶液离子总浓度比为1:1时较为适宜溶胶-凝胶过程，干凝胶在200℃温度下自蔓延后经水热4h可获得饱和磁化强度为58.490 emμ/g的锰锌铁氧体；在柠檬酸与金属离子总浓度比为0.6:1、水热溶液pH=7、水热温度240℃的条件下成功制备出性能优良的Cr掺杂锰锌铁氧体（Mn0.6Zn0.4Cr0.4Fe1.6O4），且所获得锰锌铁氧体产品具有较高的磁性能（Ms=60.586 emμ/g）；进一步完成了利用废旧锂离子电池和镍氢电池浸出液为原料制备镍钴铁氧体的研究，其中柠檬酸与金属离子总浓度比为1:1时较为适宜溶胶-凝胶过程，850℃煅烧3h获得性能优良的镍钴铁氧体，并研究了晶粒尺寸与产品磁性能的关系。. 通过对本项目的研究，掌握了溶胶-凝胶-水热耦合法制备机理，完成了对制备条件和产品磁性能影响的探讨研究，完善了利用废电池制备锰锌铁氧体的制备工艺。同时可以为其它领域功能材料的制备研究提供基础数据，并对揭示化学掺杂对材料微观结构及磁性能影响的本质具有重要的科学意义。