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硫酸铜

发布日期:2018/7/18 14:10:00

【背景及概况】[1][2][3]

硫酸铜是重要的无机原料,广泛地应用于农业、饲料、水处理、电镀、催化剂、油漆、选矿等行业。硫酸铜具有较高的杀菌活性,水中铜离子浓度在0.5 mg/kg时即能抑制孢子萌芽。可直接喷洒于耐铜的作物上和以0.1%~0.2%浓度喷洒防止马铃薯晚疫病。由于它对植物易产生药害,一般都以它为原料配制成波尔多液;作基肥每公顷施用量15~30 kg;拌种时每500 g种子需用硫酸铜1~2 g;浸种的浓度为0.01%~0.05%,根外喷施的浓度为0.02%~0.04%。硫酸铜还可用于水田防治藻害,但对鱼毒性较大。工业上用作纺织品媒染剂、镀铜等。目前生产硫酸铜的原料主要有金属铜、铜精矿、氧化矿以及铜镍废渣等,生产工艺主要是原料预处理、浸出、蒸发浓缩结晶、离心甩干等几个工序,因此合理利用各种原料,达到经济、方便、有效的生产硫酸铜,选择合适的生产工艺条件非常重要。

【特性】[3]

硫酸铜化学式CuSO4,白色粉末,相对密度为3.603,25℃时水中溶解度为23.05g,不溶于乙醇和乙醚,易溶于水,水溶液呈蓝色,是强酸弱碱盐,由于水解溶液呈弱酸性。将硫酸铜溶液浓缩结晶,可得到五水硫酸铜蓝色晶体,俗称胆矾、铜矾或蓝矾,相对密度为2.284。胆矾在常温常压下很稳定,不潮解,在干燥空气中会逐渐风化,加热至45℃时失去 二分子结晶水,110℃时失去四分子结晶水,150℃时失去全部结晶水而成无水物。无水物也易吸水转变为胆矾。常利用这 一特性来检验某些液态有机物中是否含有微量水分。将胆矾加热至650℃高温,可分解为黑色氧化铜、二氧化硫及氧气。

【制备】[4]

1. 以金属铜为原料生产硫酸铜

以金属铜为原料生产硫酸铜是目前硫酸铜的主要生产方法,其主要包括以铜粉、海绵铜以及废杂铜等为原料生产硫酸铜.

1)以海绵铜为原料生产硫酸铜:海绵铜是由含铜废水加入刨花铁和稀硫酸还原而制得的,含铜量一般在20%~50%,含铁一般在10%~30%,其余部分为泥沙。以海绵铜为原料生产硫酸铜的生产工艺是在常温条件下,海绵铜经过稀硫酸浸出后过滤,液溶质的主要成分是硫酸铜和硫酸亚铁,其中还含有少量的硫酸和硫酸铁,在浸出液中投入经过预先处理的铁屑,进行铁置换过程,经过此过程后再进行铜粉洗涤,铜粉氧化及硫酸铜的合成和水解除铁后过滤,得到的滤渣中还有少量铜的存在,可将其返回当原料再次使用。用少量硫酸酸化后的滤液,再经过蒸发浓缩、结晶等过程后便可得到硫酸铜成品。其中主要反应如下:

海绵铜的硫酸溶解

铁置换:

2)用废杂铜为原料生产硫酸铜:废杂铜主要来源于铜材加工产生的铜屑、废弃的铜电线、漆包线等含铜材料。废杂铜实际上是紫铜、黄铜、青铜三种物料的混合物。其组成含量随这三种物料的组成比例而发生变化,通常含铜57% ~100%,含杂质锌0%~43%,铝0%~11.5%,锡0%~8%,铁0%~6.5%,镍0%~6.5%,铅0%~4.5%等,有的铜材还含有油污。因此,利用废杂铜生产硫酸铜时要求生产工艺对物料具有较强的适应性。

2. 以铜矿石为原料生产硫酸铜

1)以氧化铜矿为原料生产硫酸铜:氧化铜矿为游离和结合氧化铜矿的总称,游离氧化铜矿易于浸出,而结合氧化铜矿不易浸出。因此以氧化铜矿为原料生产硫酸铜时,铜存在状态以及伴生脉石矿物对其制备方法的影响是很大的。根据氧化铜矿的物相类别的不同,其生产硫酸铜的主要方法主要为氨浸法和酸法浸出两大类:

A:酸浸法

B:氨浸法

2)以硫化铜矿为原料生产硫酸铜:硫化铜矿直接生产铜盐大致可分为预焙烧浸出法和直接浸出法两种。直接浸出法中存在着工业化不成熟以及浸出率低等缺点,而只有预焙烧法在工业上能被广泛认同并已有所应用。预焙烧浸出的原理是先焙烧铜矿,使铜的硫化物转化为易被水或酸浸取的氧化物或盐类,再进行浸出。硫化铜矿的硫酸化焙烧主要反应方程式为:

3. 硫酸铜生产的新工艺

1)以铜镍废渣为原料生产硫酸铜:有研究介绍了一种以铜镍废渣为原料生产硫酸铜的新工艺,研究表明废渣中铜、镍以单质和硫化物的形式混合存在。在一定条件和压力下,铜镍废渣在酸性溶液中发生如下一系列反应:

2)以铜精矿为原料生产硫酸铜:一种用铜精矿粉制备硫酸铜的新方法,该方法在铜精矿中使用了一种廉价的复配添加剂,使铜精矿中的铁在焙烧过程中形成难溶于稀硫酸的碱式硫酸铁复盐,开发出一段焙烧,一段酸浸,浸液不需除铁、直接降温结晶、母液全部循环制备硫酸铜的新工艺。其反应原理为:

采用此工艺,硫酸铜收率可达95% 以上。具有流程短、投资少、操作简单、铜利用率高、易工业化实施等特点。

【应用】[1][5]

硫酸铜是较重要的铜盐之一,在电镀、印染、颜料、农药等方面有广泛应用。常用的无机农药波尔多液, 就是硫酸铜和石灰的混合液,它是一种良好的杀菌剂,可用来防治多种作物的病害。1878年在法国波尔多城,葡萄树发生虫病大部分死去,而大路两边的树,怕行人摘吃,在树干上涂了石灰与硫酸铜溶液,树干弄得花白,行人看了难受不敢摘吃,这些树却没有死,进一步研究才知此混合液具有杀菌能力,因而名为波尔多液。配制波尔多液,硫酸铜和生石灰 (最好是块状新鲜石灰) 比例一般是1:1或1:2不等,水的用量亦由不同作物、不用病害以及季节气温等因素来决定。配制时最好用“两液法”,即先将硫酸铜和生石灰分别跟所需半量水混合,然后同时倾入另一容器中,不断搅拌,便得天蓝色的胶状液。波尔多液要现配现用,因放置过久,胶状粒子会逐渐变大下沉而降低药效。

此外,硫酸铜也常用来制备其他铜的化合物和电解精炼铜时的电解液。五水硫酸铜可由铜或氧化铜与硫酸作用后,浓缩结晶而制得。在实验室中可用浓硫酸氧化金属铜来制取无水硫酸铜。

【参考文献】

[1] 朱军, 许万祥. 硫酸铜制备工艺及研究现状[J]. 湿法冶金, 2013, 32(1): 1-4.

[2] 农业大词典.

[3] 中国成人教育百科全书·化学·化工.

[4] 朱玉平, 张旭, 王一非, 等. 硫酸铜的生产工艺现状与发展前景[J]. 矿冶, 2013, 21(4): 82-84.

[5] 中国中学教学百科全书·化学卷.