Desarrollo de un proceso pirometalúrgico para mejorar las propiedades electroquímicas en concentrados de MnO2.

Abstract

Resumen En el presente proyecto de investigación se desarrolló un proceso pirometalúrgico que permitió modificar las fases polimórficas del MnO2 en los concentrados de dióxido de manganeso provenientes de Minera Autlán –Unidad Nonoalco, con el fin de mejorar sus propiedades electroquímicas. De manera específica se realizó el estudio experimental de un proceso pirometalúrgico, empleando concentrados de dióxido de manganeso junto con un reactivo oxidante (NaNO3) y un fundente (NaOH) a una temperatura de 400 °C. En este estudio se varió la proporción molar Na:Mn, posteriormente se realizó un lavado con una solución ácida (HCl) para disminuir el contenido de sodio. El producto obtenido del proceso pirometalúrgico y del lavado ácido se caracterizó mediante las técnicas de análisis químicos, difracción de rayos X, termogravimetría. Asimismo, se empleó la técnica electroquímica de voltamperometría cíclica con el fin de comparar las propiedades del material, antes y después del proceso propuesto para su uso como cátodo activo en pilas secas. La difracción de rayos X reveló la fase polimórfica γ-MnO2 en las muestras tratadas con 1.2 mol de NaOH y 0, 0.4, 0.8 mol de NaNO3, en el estudio termogravimétrico se mostró disminución de peso debido a la pérdida de agua estructural asociada con γ-MnO2. La voltametría cíclica en 9 M KOH mostró generación de especies de Mn (II) en un rango de potencial de -400 a -600 mV y densidades de corriente mayores en muestras con 1.2 mol de NaOH y 0, 0.4, 0.8 mol de NaNO3 con respecto a la muestra N-65 original (MnO2). Los resultados obtenidos demuestran que la fase γ-MnO2 presenta mejores propiedades electroquímicas en comparación a la fase β-MnO2 ya que posee defectos químicos y estructurales los cuales son los responsables de dichas propiedades.

Abstract In the present research project, a physico-chemical method was carried out to modify the polymorphic phases of MnO2 in concentrates of manganese dioxide from Minera Autlán –Nonoalco, in order to increase their electrochemical properties. Specifically a pyrometallurgical process was carried out using manganese dioxide concentrate together with an oxidizing reagent (NaNO3) and a flux agent (NaOH) at 400 °C. In this study the molar ratio Na:Mn was varied, and subsequently washed with an acid solution (HCl) was conducted to diminish the sodium content. The products obtained of the pyrometallurgical process were washed with and acid solution and characterized by chemical analysis techniques, X-ray diffraction and calorimetry. The electrochemical technique volt-ampere-metric cyclic was carried out to compare the properties of the material, before and after the proposed pyrometallurgical process for use as an active cathode in dry cell batteries. X-ray diffraction revealed the polymorphic phase γ-MnO2 in samples treated with 1.2 mole NaOH and 0, 0.4, 0.8 mole de NaNO3. The thermogravimetric study showed weight loss due to loss of structural water associated with γ-MnO2. The cyclic voltammetry in 9 M KOH showed the presence of Mn (II) species in the potential range -400 to -600 mV and higher current densities in samples with 1.2 mole of NaOH and 0, 0.4, 0.8 mole de NaNO3 with respect to the original N-65 sample (MnO2). The results show that the γ-MnO2 phase presents better electrochemical properties in comparison to the β-MnO2 phase as it has chemical and structural defects which are responsible for these properties.