導(dǎo)語(yǔ)：空氣氧化法制工藝的探究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

本文作者：楊奇楊守潔石振武工作單位：陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院

硫酸銅(CuSO4•5H2O)俗稱(chēng)藍(lán)礬或膽礬，在紡織工業(yè)、飼料添加劑工業(yè)、石油化工、電鍍、制革、選礦、農(nóng)藥等部門(mén)都有廣泛的用途。特別是近年來(lái)，隨著我國(guó)果樹(shù)業(yè)的快速發(fā)展，藥用硫酸銅的用量越來(lái)越大。工業(yè)上以紫雜銅為原料硫酸銅的制備方法有:(a)濃硫酸直接氧化法;(b)濃硝酸氧化溶解稀硫酸置換法［1］;(c)雙氧水氧化溶解法;(d)高溫灼燒氧化法;(e)液相空氣氧化法［2］。其中前三種方法在生產(chǎn)中均有廢氣產(chǎn)生，特別是a、b兩種方法在生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的SO2或NO2等有害氣體，既造成對(duì)環(huán)境的污染，又增加了原料的消耗，因而已成為被淘汰的方法。c方法在生產(chǎn)中所產(chǎn)生的有害氣體雖少，但由于雙氧水消耗太多，造成成本過(guò)高，因而也不宜采用。d方法在生產(chǎn)中，紫雜銅的焙燒操作難度大，能耗高，銅原料損耗多，生產(chǎn)效率低，因而也不宜推廣，e方法是目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)硫酸銅生產(chǎn)廠家所采用的方法，特別是經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的中酸度高溫空氣氧化法制取硫酸銅［3］，克服了原工藝設(shè)備利用率低，能耗高的缺陷，具有設(shè)備及生產(chǎn)效率高，能耗及生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。在以上方法的基礎(chǔ)上，我們研究探討了另一種以紫雜銅為原料制備硫酸銅的新方法———催化空氣氧化法。

儀器和試劑空氣壓縮機(jī)，天津醫(yī)療器械廠制造;反應(yīng)裝置，自備。紫雜銅，自備;硫酸(AR)，西安化學(xué)試劑廠;硫酸鐵(CP)，西安化學(xué)試劑廠;H2O2(AR)，天津市百世化工有限公司;氫氧化鈉(AR)，西安化學(xué)試劑廠。反應(yīng)原理及方法1.2.1反應(yīng)原理Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O總反應(yīng)式:2Cu+O2+4H+=2Cu2++2H2O1.2.2實(shí)驗(yàn)方法在裝有溫度計(jì)、導(dǎo)氣管和滴液漏斗的三口瓶中，投入一定量的紫雜銅，一定體積與濃度的硫酸溶液，適量的硫酸鐵，加熱，同時(shí)開(kāi)啟空壓機(jī)通入空氣，在設(shè)定溫度下反應(yīng)至規(guī)定時(shí)間，停止加熱通氣，稍停，傾出上層清液(留作下次反應(yīng)再用)，沉淀(含未反應(yīng)完的銅)加定量的水加熱溶解，趁熱將上層液體轉(zhuǎn)入另一容器中(未反應(yīng)的銅稱(chēng)重后返回反應(yīng)瓶中繼續(xù)反應(yīng))，在攪拌下加入一定量的H2O2將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，用氫氧化鈉溶液中和至pH≈5，趁熱過(guò)濾，濾渣返回反應(yīng)瓶中繼續(xù)參與反應(yīng)，濾液轉(zhuǎn)入另一干凈容器中冷卻結(jié)晶，析出硫酸銅晶體，抽干母液，用少量水沖洗結(jié)晶，抽干水分，干燥得硫酸銅成品，沒(méi)反應(yīng)的銅用少量水沖洗干凈并晾干后，稱(chēng)重，計(jì)算銅的溶解量，母液及洗滌用水留作配酸及反應(yīng)補(bǔ)充水用。

通氣速率的確定實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通氣速率對(duì)反應(yīng)速率影響較大，通氣速率越大，銅的溶解越快，但通氣速率太大時(shí)，沸騰過(guò)于激烈，反應(yīng)液帶出，造成損失。因此，實(shí)驗(yàn)中所采取的通氣速率以盡可能大，但控制至不使溶液飛濺為宜。硫酸的濃度濃硫酸容易導(dǎo)致SO2氣體產(chǎn)生，造成對(duì)環(huán)境的污染。稀釋后的硫酸濃度大小對(duì)銅的溶解速率影響相對(duì)較小，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1及圖1所示。反應(yīng)溫度實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)液的溫度對(duì)銅的溶解速率是有影響的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2及圖2所示?？梢钥闯觯谑覝刂?0℃的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)液溫度越高，銅的溶解速率越快。但當(dāng)溫度超過(guò)80℃時(shí)，溶解速率的增加趨于緩慢，但這時(shí)溶液蒸發(fā)速度加快，母液消耗增加，耗能較多，反而與整個(gè)生產(chǎn)不利，因此，本實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)溫度以催化劑的用量催化劑的用量對(duì)銅的溶解速率影響較大，催化劑越多，銅的溶解速率越快。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3及圖3所示。可以看出，硫酸鐵的加入量越大，銅的溶解速率越快。但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硫酸鐵的濃度超過(guò)10g/L時(shí)，最后除鐵工序的操作難度增大，產(chǎn)品純度降低。當(dāng)催化劑的用量為10g/L時(shí)，既能得到較快的溶解速率，又不增加除鐵的難度，也可以得到符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的合格產(chǎn)品。因此，實(shí)驗(yàn)選取催化劑的用量為硫酸鐵10g/L。2.5反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)銅溶解量的影響如表4及圖4所示。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在容積為500mL的反應(yīng)瓶中，加入300mL濃度為20%的硫酸溶液和3.0g硫酸鐵，投入100g紫雜銅(線銅)，在80℃下鼓氣4h后，未反應(yīng)的銅為19.2g，這就是說(shuō)，已經(jīng)有80%的銅溶解轉(zhuǎn)化，效果已經(jīng)非常理想。若再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，銅的溶解量雖有增加，但從生產(chǎn)成本上講，已經(jīng)很不合算。因此，反應(yīng)時(shí)間一般為4h左右較為合適。沉淀Fe3+時(shí)溶液的pH值對(duì)產(chǎn)品純度的影響產(chǎn)品是否合格，主要受到殘余Fe3+的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在分離掉未反應(yīng)的銅原料的母液中，加入約20mLH2O2溶液，在70℃左右繼續(xù)鼓入空氣約30min，然后用NaOH溶液中和至pH=5，趁熱過(guò)濾，濾渣在下一次反應(yīng)中繼續(xù)使用。母液轉(zhuǎn)入結(jié)晶槽中靜置冷卻至室溫，析出硫酸銅晶體，過(guò)濾。用少量水洗劑晶體后晾干，既得產(chǎn)品。母液及洗劑液留作下次反應(yīng)時(shí)配酸用。整個(gè)制備過(guò)程無(wú)三廢產(chǎn)生。產(chǎn)品化驗(yàn)分析與國(guó)標(biāo)GB437－93比較結(jié)果如表5所示。產(chǎn)品達(dá)到國(guó)家二級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)。若需進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，只需將產(chǎn)品再重結(jié)晶一次即可。

采用催化空氣氧化法制備工業(yè)硫酸銅的反應(yīng)條件是:空氣流速應(yīng)盡可能大，硫酸濃度為20%左右，反應(yīng)溫度80℃，催化劑用量為10g/L，反應(yīng)時(shí)間約4h。與作者曾經(jīng)研究的中酸度高溫空氣氧化法相比較，采用本方法生產(chǎn)工業(yè)硫酸銅，可在比較低的硫酸溶液中進(jìn)行，這對(duì)設(shè)備的規(guī)格要求降低，投資成本降低;反應(yīng)溫度降低，能耗減少，生產(chǎn)成本大大降低。