背景及概述[1][2][3][4][5]
锰元素是一种非常活泼的过渡黑色金属元素，氧化物有氧化亚锰（Mn0）、二氧化锰（MnO2）、三氧化二锰（Mn2O3）、四氧化三锰（Mn3O4）、锰酸酐（Mn2O5）、三氧化锰（MnO3）和高锰酸酐（Mn2O7），锰酸酐、三氧化锰不能稳定存在，在空气中稳定存在的只有二氧化锰和四氧化三锰，在超过1000℃以上的环境下锰都以四氧化三锰的形式存在。四氧化三锰属四方（斜方）晶系，是普通尖晶石结构，一般认为是[Mn2+(Mn3+)2O4]，Mn（II）和Mn（III）离子分别位于氧四面体和氧八面体空隙。四氧化三锰是重要的工业原料，广泛应用于软磁、新能源、电阻颜料等行业。
合成方法[1][2][3][4][5]
合成方法1：电解金属锰悬浮氧化法
我国目前Mn3O4的生产90%以上都采用电解金属锰悬浮氧化法。其原理是将电解金属锰片制粉，然后分散在铵盐溶液中制成悬浮液，利用空气或者氧气作氧化剂，在定温度和添加剂浓度下氧化锈蚀，从而制备Mn3O4。但该方法采用电解金属锰作为原料，成本较高。长沙矿冶研究院将金属锰粉加入电解质溶液中，氧化锈蚀金属锰生成Mn3O4、Mn（OH）2的混合物，在P[O2]为5~40kPa,P[H2O]为10~50kPa气氛条件下，加热干燥该混合物，使电解质发生热分解，Mn（OH）2氧化生成Mn3O4，Mn含量为70%~71%，除碳含量<0.05%外，其余杂质含量<0.01%，比表面积为10m2/g左右。
合成方法2：高价锰氧化物法
以相对于Mn3O4锰价态较高的锰系高价氧化物为原料（如MnO2、Mn2O3等），通过热分解或还原的方法制备Mn3O4，制备的关键在于锰氧比、电位、温度的控制。通常采用高温固相焙烧法，温度一般高于950℃。
合成方法3：碳酸锰盐法
此法是以高纯碳酸锰为原料，在高温有氧气氛下焙烧分解得到Mn3O4。
具体工艺流程是：取500kg的碳酸锰（其含水量为5%）与50kg的淀粉（碳源）均匀混合，然后将其放入连续式微波钢带窑中进行微波加热，控制其升温速度为10℃/min，并将温度控制在700℃进行烧结，控制烧结的保温时间约60min，再进行冷却后得到四氧化三锰，然后将四氧化三锰经湿磨研磨磨至1000目，经过检测得到产品锰含量为71.3%，单位能耗4500度/吨，比表面积为7.8m2/g，经XRD分析后为纯四氧化三锰。
合成方法4：锰盐水热氧化法
此法是以碳酸锰矿或氧化锰矿为原料制备纯净硫酸锰溶液，在碱性条件下，加入一定添加剂控制电位，用空气或氧气将硫酸锰溶液中的二价锰或锰的氢氧化物氧化为Mn3O4。使用的主要原材料为锰矿石、硫酸和氨水，来源广泛且价廉，并且不经过电解工艺，十分经济。例如用原生碳酸锰矿石经硫酸浸出，用石灰中和至pH值6.0后过滤洗涤滤液加硫化钡及氟化铵除杂净化，制备出高纯硫酸锰溶液，再加氨水沉锰，过滤洗涤后调浆加入催化剂氯化铵，用氧气直接进行氧化合成高纯Mn3O4。
应用领域[6][7][8]
1.制备锂离子电池正极材料
目前锂离子电池正极材料锰酸锂主要是由电解二氧化锰合成，其电性能不够理想。其中，电解二氧化锰本身含有的杂质（如硫酸根离子等）在一定程度上影响了锰酸锂的电化学性能的提高。四氧化三锰纯度较高，是理想的合成高品质锰酸锂的原料。由四氧化三锰制备锂离子电池正极材料的工艺流程如下：先将四氧化三锰和锂盐按锂锰摩尔比0.5~0.6配制后混合均匀，然后对混合物进行预烧结；预烧结后进行球磨、喷雾干燥，随后进行二次烧结；最后，对二次烧结后的产物进行冷等静压处理，经破碎分级后得到锂离子电池正极材料锰酸锂。制得的锂离子电池正极材料锰酸锂的振实密度为2.089g/cm3，该产品制成2016扣式电池检测，lC充放电，其初始放电容量为117.4mAh/g；400次循环后，容量保持率>83.6%。
2.制备磁性材料
四氧化三锰常被用来制造磁性材料如锰锌铁氧体等，锰锌铁氧体作为电子功能基础材料之一被广泛应用于家电、汽车和绿色照明等领域。由四氧化三锰制备宽温低功耗软磁铁氧体材料的工艺流程如下：称取三氧化二铁71~72wt%、四氧化三锰22.0-22.5wt%、氧化锌7.0~7.5wt%进行分散后加入其他助剂，进行喷雾烧结，最后进行细碎，干燥，包装得到宽温低功耗软磁铁氧体材料。制备方法简单，温度控制合理，制备的软磁铁氧体材料均有电感应效果好，使用效果明显的优势，电能转换率强，同时电能损耗也相对比较小，节能碱排，对环境无害。
3.制备电阻
四氧化三锰与其他金属材料按一定比例配合，可以制备出汽车用温度传感器的热敏电阻。首先配制锰-钴-镍金属氧化物负温度系数热敏材料：四氧化三锰45%，三氧化二钴53%，三氧化二镍2%，将配置好的锰-钴-镍金属氧化物粉料用球磨机进行球磨，介质选用锆球，粒度控制在1μm以内，烘干后在800度预烧2h，再用搅拌球磨机磨，粒度控制在1μm以内，烘干后过40目筛网；粉末加入PVA粘合剂，进行造粒，然后将造好的粉料装入中φ7*φ4的模具用液压机进行预压取出后裝入橡胶模套进行冷等静压；坯体取出后，放入程序箱式烧结炉进行烧结，烧结后磨削内孔和外圆：进行切片、备电极、焊接、包封、测试分选，制得汽车用负温度系数热敏电阻芯片。
主要参考资料
[1] 长沙矿冶研究院. 生产高纯四氧化三锰的方法：中国，98112698.7[P]. 2000-05-10
[2] 王雄，张晓军，杨军，一种四氧化三锰的制备方法，CN 201210304680，申请日2012-08-24
[3] 张三田. 用原生锰矿石制取高纯四氧化三锰[J]. 中国锰业, 2000, 18(3):22-24.
[4] 昝林寒, 汪云华. 国内四氧化三锰制备技术研究现状[J]. 中国锰业, 2015(1):5-7.
[5] 张晓泉, 王以存, 杨洋, et al. 四氧化三锰技术与发展[J]. 中国锰业, 2017(4).
[6] 习小明，苗建国，湛中魁，用四氧化三锰制备锂离子电池正极材料锰酸锂的方法，CN 201110179199，申请日2011-06-29
[7] 沈宏江，牟大兵，张学舟，宽温低功耗软磁铁氧体材料新型制备工艺，CN 201510181607，申请日2015-04-16
[8] 邓苗，洪成云，吕华，一种汽车环形用高可靠负温度系数热敏电阻的制备方法，CN 201410178146，申请日2014-04-29