Cyanex272选择性回收锰：一种可持续制备电池级硫酸锰的创新工艺

针对低品位菱锰矿浸出液中Mn2+与Ca2+/Mg2+分离难题，研究人员采用Cyanex272溶剂萃取技术，通过优化萃取条件（pH 4.5，70%氨皂化）实现Mn单级回收率79.18%，三阶段逆流萃取后总回收率达97.44%，最终获得符合HG/T 4823-2023标准的电池级MnSO4。该研究为低品位锰资源高值化利用提供了节能高效的解决方案。

　　

随着全球新能源汽车产业爆发式增长，电池级硫酸锰（MnSO₄）作为正极材料前驱体的核心原料需求激增。然而优质锰矿资源日益枯竭，占全球储量80%的低品位菱锰矿（MnCO₃）因富含钙镁杂质（Ca²⁺/Mg²⁺），传统分离工艺面临选择性差、能耗高、产品纯度不足等瓶颈。现有电解法需消耗3.8-4.2 kWh/kg锰，沉淀法则因生成胶状MgF₂/CaF₂导致过滤困难，而常用萃取剂D2EHPA（P204）在pH<5时对Mn²⁺/Mg²⁺分离因子（β）不足10。

针对这一挑战，中南大学团队在《Journal of Water Process Engineering》发表研究，创新性采用双(2,4,4-三甲基戊基)次膦酸（Cyanex272）构建选择性萃取体系。通过量子化学计算揭示其与Mn²⁺形成稳定Mn(HA₂)₂配合物的机制，配合FTIR光谱证实P=O键与Mn²⁺的配位作用。研究团队设计三阶段逆流萃取系统，在pH 4.5（接近菱锰矿浸出液自然pH）条件下实现β_Mn/Ca=56.6、β_Mn/Mg=123.9的突破性分离效果。

关键实验技术

1. 溶剂萃取优化：考察O/A相比、saponification（皂化）程度、pH等参数
2. 机理表征：采用斜率法、FTIR分析配位结构
3. 量子化学计算：Gaussian09软件B3LYP/6-311G**基组计算电子云分布
4. 循环实验：5次重复使用评估有机相稳定性

材料与试剂
研究采用预处理的菱锰矿浸出液（Mn²⁺ 15.6 g/L，Ca²⁺/Mg²⁺摩尔比1:1.2），Cyanex272用磺化煤油稀释，氨水调节皂化率。

温度与时间影响
25℃时Mn萃取率较40℃提升12.7%，因高温加剧Ca²⁺竞争配位。10分钟即达萃取平衡，符合准二级动力学模型。

结论与意义
该工艺通过三步核心创新：（1）氨皂化Cyanex272提升Mn²⁺传质效率；（2）蒸发结晶获得MnSO₄·H₂O纯度99.92%；（3）有机相循环5次后萃取率仍保持97.1%。相比传统工艺节能38%，为动力电池产业链提供了符合HG/T 4823-2023标准的原料制备方案，对实现"双碳"目标下的资源循环利用具有示范意义。研究首次阐明Cyanex272二聚体与Mn²⁺的1:2配位机制，为新型萃取剂设计提供理论依据。