本發明屬于錳化合物制備方法的，具體涉及一種利用廢錳液制作電池級碳酸錳的方法。
背景技術：
1、隨著鋰離子電池、干電池等電化學儲能設備的廣泛應用，大量廢舊電池被逐步淘汰，其中富含多種金屬資源，尤其以錳元素含量較為豐富。在堿性鋅錳電池、鋰錳電池等電池類型中，錳元素主要以二氧化錳（mno2）或其衍生物的形式存在，是回收利用價值較高的金屬之一。
2、傳統的錳資源開采依賴于天然礦石的提取與冶煉，不僅消耗大量能源，還會產生大量的尾礦與廢水，造成環境污染。相比之下，從含錳廢液中回收錳元素并制備碳酸錳，不僅可有效緩解錳資源供需矛盾，還能實現資源循環利用，符合綠色低碳發展理念。然而，由于含錳廢液結構復雜、雜質成分繁多，其回收處理過程中常面臨反應效率低、雜質去除困難、目標產物純度低等技術難題。
3、目前已有一些面向含錳廢液資源化利用的技術方案，例如通過酸浸提取電池中的金屬離子，再經過沉淀分離、氧化還原反應等步驟獲得目標金屬化合物。但這些方法在提取錳的過程中，往往存在選擇性差、反應體系穩定性不足、難以同時滿足工業化規模與環保要求的問題。因此，亟需開發一種工藝流程簡單、原料適配性強、環境友好且產物純度高的利用含錳廢液回收制備碳酸錳的方法。
技術實現思路
1、針對上述問題，本發明的目的在于提出一種利用廢錳液制作電池級碳酸錳的方法，包括以下步驟：
2、s1、廢錳液預處理：對所述廢錳液進行過濾除雜，去除其中的懸浮顆粒、油污及有機雜質，得到凈化后的初始含錳浸出液；
3、s2、萃取分離：向所述初始含錳浸出液中添加有機萃取劑，采用溶劑萃取法選擇性提取mn2+，攪拌反應后分相獲得錳富集有機相和除錳水相；
4、s3、反萃回收：將錳富集有機相與反萃液進行兩級反萃處理，萃出mn2+至水相中，得到最終反萃液；
5、s4、碳酸錳制備：向所述最終反萃液中緩慢加入碳酸鈉溶液進行沉淀反應，固液分離后獲得高純度碳酸錳。
6、作為一種優選技術方案，步驟s1中，將ph為2.0～4.0的廢錳液調節至4.5～5.5，加入質量濃度為0.1～0.5%的聚合氯化鋁溶液攪拌混合，靜置沉降后取上清液，依次通過5?μm濾芯過濾和臭氧氧化處理，再采用強酸型陽離子交換樹脂除去cu2+、fe3+、zn2+雜質，得到mn2+濃度為5～30?g/l、雜質離子含量小于10?ppm的凈化后的初始含錳浸出液。
7、作為一種優選技術方案，步驟s2中，酸浸前對初始含錳浸出液進行預熱處理，處理溫度為80℃～120℃，處理時間為20～40分鐘，處理后立即加入酸性溶液進行酸浸反應；并在酸浸體系中加入0.05～0.2?mol/l的h2o2以促進mn2+的溶出。
8、作為一種優選技術方案，步驟s2中，有機萃取劑為三組分復配體系，由二(2-乙基己基)磷酸（p204）、仲辛醇及磷酸三辛酯（topo）或n-辛基吡啶酮（nop）混合組成；
9、其中p204為主萃取劑，占萃取劑體系總體積的40%～60%，仲辛醇為稀釋劑，占比為30%～50%，topo或nop作為協同配體，占比為5%～20%；
10、所述有機萃取劑在使用前經超聲波處理均質5～15分鐘，形成穩定均相液體；
11、將有機萃取劑與初始含錳浸出液按體積比1:1～1:2混合，萃取溫度為30℃～60℃，萃取反應時間為8～15分鐘，攪拌速率為200～600?rpm；通過分液漏斗靜置分相20～40分鐘，獲得錳富集有機相與除錳水相。
12、作為一種優選技術方案，所述步驟s2中，所述初始含錳浸出液在萃取分離前經ph調節至3.2～4.0，所述調節劑為氫氧化鈉或氨水溶液，調節過程采用緩慢滴加方式控制速度在1?ml/min以內，確保體系不發生膠體渾濁或沉淀析出，以抑制金屬雜質離子的共同萃取。
13、作為一種優選技術方案，步驟s3中的兩級反萃處理采用逆流方式依次進行，具體包括以下步驟：
14、第一級反萃：將錳富集有機相與第一段反萃液按體積比1:2混合，反萃液為0.5～0.75?mol/l的稀酸溶液，混合后于恒溫水浴中保持溫度為35～45℃，攪拌速率為300～600rpm，反萃反應時間控制在10～15分鐘，經分液獲得第一段含錳反萃液及一次反萃有機相；
15、第二級反萃：將所述一次反萃后的有機相與第二段反萃液按體積比1:1混合，第二段反萃液為0.75～1.0?mol/l的稀酸溶液，混合條件與第一級相同；再經攪拌與分液，獲得第二段含錳反萃液及萃取劑回用有機相；
16、將第一段含錳反萃液和第二段含錳反萃液合并得到最終反萃液，所述一次反萃有機相和萃取劑回用有機相經洗滌與再調配后回用于下一輪萃取操作。
17、作為一種優選技術方案，步驟s4中，向最終反萃液中緩慢加入1.0～1.5?mol/l的碳酸鈉溶液或碳酸氫鈉溶液進行沉淀反應，反應溫度控制在40℃～60℃，攪拌速率為200～400?rpm，滴加時間為30～60分鐘，反應結束后繼續攪拌陳化30～60分鐘，使mn2+充分轉化為碳酸錳沉淀。
18、作為一種優選技術方案，步驟s4中的碳酸錳沉淀經抽濾分離后，使用去離子水洗滌2～3次，每次洗滌溫度為15℃～25℃，每次洗滌時間控制在5～10分鐘；洗滌后于60℃～80℃下真空干燥6～10小時，所得晶體平均粒徑為50～200?μm。
19、本發明還提供了一種利用廢錳液制作電池級碳酸錳的反應裝置，包括一用于酸浸、反萃或沉淀反應的反應罐，所述反應罐具有如下結構：
20、罐體為雙層立式圓筒結構，由內殼體和外殼體構成，二者之間形成密閉的水浴夾套；所述水浴夾套設有dn15夾套進水口與dn15夾套出水口，分別位于罐體下部與上部，用于通入恒溫水調節反應溫度；
21、所述罐體頂部設有4個dn6進料口，用于向罐體內部添加浸出液、沉淀劑或反萃液；所述罐體底部設有dn15出料口，與圓錐形下排結構連接，用于固液反應產物的排出；所述罐體上部側面設有dn15出水口與dn15溢流口，分別用于夾套水排放與內部液位控制；罐體上設置有ph計接口，用于安裝ph探頭對反應體系進行實時酸堿度監測；
22、攪拌電機安裝于罐體頂部，并通過法蘭連接至中心攪拌軸，所述攪拌軸垂直穿入罐體內部，驅動攪拌槳進行旋轉混合；
23、所述罐體下方通過支座與地面安裝結構固定，整體高度為1300?mm，筒體直徑為500?mm。
24、作為一種優選技術方案，所述攪拌電機為tfaf28型號的立式變頻電機，其輸出轉速范圍為100至600?rpm；所述攪拌軸下端連接有多層螺旋式攪拌槳，用于增強固液分散與物料傳熱效率；所述攪拌軸與罐蓋之間設有耐腐蝕密封套，防止氣體泄露與液體滲漏。
25、作為一種優選技術方案，所述罐體頂部還設有dn15排氣口、dn40備用口與dn25備用口，所述排氣口用于釋放反應過程中產生的氣體，備用口用于安裝溫度傳感器或其他自動化檢測元件；
26、所述罐體頂部設置兩個卡盤接口，分別為卡盤φ64和卡盤φ50.5，用于快裝快卸形式安裝管道、加料裝置或清洗組件；所述進料口、出料口、排氣口及ph計口均采用螺紋密封或卡套接頭，保證整機密封性滿足耐壓與耐腐蝕要求。
27、本發明還提供了一種電池級高純碳酸錳，根據所述的方法制備得到。
28、有益效果：
29、本發明在萃取分離環節，采用p204、仲辛醇與topo或nop復配形成三元萃取體系，并對萃取劑進行超聲均質預處理，顯著提高了體系的相穩定性和對錳離子的選擇性分配系數；通過ph精確調控與分相時間控制，進一步增強萃取過程中mn2+與雜質離子的分離度。反萃過程采用逆流式兩級反萃操作，有效提高了mn2+的反萃效率，降低了有機相消耗，形成穩定可循環的萃取-反萃工藝。
30、本發明通過減壓濃縮與低溫析晶相結合，獲得結晶性好、純度高、粒徑分布均勻的碳酸錳產物，確保了產品中無機雜質和有機殘留的徹底去除。本方法制得的碳酸適用于高性能電池材料的前驅體制備，符合動力鋰電池用錳源材料的技術要求。相較于現有物理富集或碳酸鹽沉淀路徑，本發明在選擇性、收率、環保性與成本控制等方面均具備顯著優勢，具有廣泛的工業應用前景。