Медный купорос обладает следующими физико-химическими свойствами: кристаллы ярко-синего цвета, растворимые в воде и выветривающиеся на воздухе, гигроскопичны. Формула CuSO4 ∙ 5H2O. Молекулярная масса 249,68 г./моль.
Химический состав медного купороса приведен в табл. 2.5.
Табл. 2.5. Химический состав медного купороса
Наименованиепоказателя | Норма марки, % | |||||
| А | Б | |||||
| Высший | Первый | Высший | Первый | Второй | ||
| Массовая доля медного купороса в пересчете наCuSO4· ∙ 5H2O, в% не менее:в пересчете на медь, в% не менее | 99,125,22 | 98,024,94 | 98,124,97 | 96,024,43 | 93,123,67 | |
| Массовая доля железа, в% не более | 0,02 | 0,04 | 0,04 | 0,05 | 0,10 | |
| Массовая доля свободной серной кислоты, в% не более | 0,20 | 0,25 | 0,20 | 0,25 | 0,25 | |
| Массовая доля нерастворимого в воде остатка, в% не более | 0,03 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,10 | |
| Массовая доля мышьяка, в% не более | 0,002 | 0,012 | 0,012 | 0,012 | 0,028 | |
По физико-химическим свойствам мелкодисперсный купорос должен соответствовать требованиям ГОСТ 19347–99 [6] марки А сорт 1 кроме массовой доли медного купороса в пересчете на медь и массовой доли нерастворимого в воде остатка.
Массовая доля медного купороса в пересчете на медь – 24,5 %.
Массовая доля нерастворимого в воде остатка – 1,05 %.
Медный купорос является важнейшей солью меди и находит широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. Он служит исходным материалом для производства различных соединений меди. Как многие другие соли меди, медный купорос ядовит.
В сельском хозяйстве он применяется для предохранения растений от вредителей и некоторых заболеваний и является составной частью ядохимикатов; бордосской жидкости и препарата АБ.
Бордосская жидкость представляет собой водную суспензию, получаемую при смешении 0,5 – 1,0 %-ного раствора медного купороса с 0,5–1,0 %-дым известковым молоком.
Препарат АБ – основная сернокислая соль меди с примесью основных углекислых солей меди. Получается в результате взаимодействия pacтвора медного купороса и мела при нагревании.
В красильном деле он применяется как протрава; в гальванопластике – для покрытия металлов слоем меди и т. д. Препарат вырабатывают двух сортов, отличающихся по содержанию основного вещества и по количеству допускаемых примесей.
2.2 Химизм процесса растворения меди
Раствор, содержащий свободную серную кислоту и сульфат меди, пропущенный через слой гранулированной меди, растворяет последнюю за счет прохождения следующих химических реакций:
1) Кислород, растворенный в кислоте, окисляет медь до оксида меди.
4 Cu + O2 = 2 Cu2O(43)
2) Оксид меди растворяется в серной кислоте с образованием ионов одновалентной меди:
Cu2O + 2 H+ = 2 Cu+ + H2O(44)
3) Ионы одновалентной меди окисляются кислородом воздуха с образованием ионов двухвалентной меди:
4 Сu + O2 + 4 H+ = 4 Cu2+ + 2 H2O(45)
4)Суммарное уравнение реакций в молекулярной форме имеет вид:
Cu + H2SO4 + 1/2 O2 = Cu SO4 + H2O (46)
На скорость процесса растворения и качество получаемого медного купороса влияют ниже перечисленные факторы:
а) Поверхность меди
Процесс растворения меди в серной кислоте является гетерогенным, при котором скорость прохождения реакции прямо пропорциональна поверхности контакта твердой и жидкой фаз: медь – серная кислота. Кислород, проходя через слой орошающей жидкости, достигает поверхности меди и вступает с ней во взаимодействие. Поэтому, чем больше площадь соприкосновения меди с кислородом, тем выше скорость реакции.
б) Скорость окисления поверхности меди
Применение гранулированной меди с хорошо развитой поверхностью является одним из важнейших условий ускорения процесса растворения меди, так как одновременно в соприкосновение с поверхностью меди приходит большее количество молекул серной кислоты.
в) Содержание ионов меди в растворе
Присутствие сернокислой меди в кислом растворе ускоряет процесс образования соли медного купороса. Сернокислая медь, находящаяся в растворе, взаимодействует с поверхностью меди и переходит в раствор в виде закисной соли. Закисная соль соприкасается с кислородом, растворенным в кислоте, и переходит снова в окисную соль. Но по мере увеличения концентрации сернокислой меди начинает ощущаться недостаточность кислорода в растворе и растворение замедляется.
г) Температура процесса растворения
Повышение температуры раствора действует на процесс растворения меди в двух противоположных направлениях.
С одной стороны, с повышением температуры скорость растворения меди возрастает (особенно в интервале от 60 до 75 0С).
С другой стороны, с повышением температуры раствора, растворимость кислорода в нем уменьшается и примерно при 95 0С кислород почти совсем перестает растворяться, уменьшается и скорость окисления и растворения меди. Повышение температуры влечет за собой повышенный расход пара. Поэтому температура раствора при растворении меди должна быть от 75 до 95 0С.
д) Кислотность раствора
При содержании свободной серной кислоты в конечном нейтрализованном растворе менее 3 г/дм3 наблюдается интенсивная реакция гидролиза с образованием нерастворимых комплексных мышьяковистых соединений, и если раствор не фильтровать, то это приведет к повышенному содержанию мышьяка и нерастворимого осадка в готовом продукте и снижению его качества.
Повышенная кислотность насыщенного раствора (8 – 12) г/дм3 приводит к увеличению расхода пара, снижению извлечения меди в медный купорос, повышенному износу оборудования.
Операцию проводят в аппаратах растворения двух типов:
– в аппарате растворения периодического действия Ар;
– в аппарате колонного типа – АКТ.
2.2.1 Ведение процесса растворения меди
В колонну (башню) аппарата растворения Ар 1 (Ар 2 – Ар 6) загружают гранулированную медь. Передаточный растворзакачивают в аппарат растворения колонного типа Ар 1 (Ар 4, Ар 5, Ар 6) до рабочего уровня (по уровнемеру), в аппарат растворения Ар 2 (Ар 3) – до расчетного.
Затем в аппараты Ар 2 (Ар 3) закачивают промводу из бака Пв 4, кислые растворы из бака Пв 3 и, для проведения в аппарате растворения Ар 1 (Ар 4, Ар 5, Ар 6) глубокой нейтрализации, закачивают кислые растворы из бака Р 6.
Расчетный уровень определяют, исходя из того, что оптимальная начальная концентрация серной кислоты должна соответствовать (70 – 100) г/ дм3. Исходное содержание серной кислоты следует определять как сумму произведений объема раствора на содержание серной кислоты на единицу объема (всех видов закачиваемых растворов).
Раствор нагревают паром через регистры до температуры (75 – 95) 0С при постоянном расходе сжатого воздуха для Ар (500 – 800) м3/ч, для аппарата колонного типа АКТ (150 – 170) м3/ч.
Ведение процесса растворения меди в аппарате Ар 2 (Ар 3)
Скорость процесса растворения меди определяется по замерам плотности раствора. К концу процесса через (8 – 11) часов плотность должна составлять (1380–1440) кг/м3.
За время прохождения операции концентрацию свободной серной кислоты снижают с первоначального значения (70 – 100) г/дм3 до (3 – 6) г/дм3.
Скорость процесса растворения регулируют изменением расхода пара и сжатого воздуха, контролируют изменение плотности раствора, и содержание серной кислоты Режимные параметры процесса растворения меди в аппарате растворения представлены в табл. 2.6.
Таблица 2.6. Режимные параметры растворения меди в аппарате растворения
| Наименование параметра | Ед. изм. | Норма | Периодичность контроля |
| Температура | 0 С | 75– 95 | Каждые 2 ч работы |
| Расход сжатого воздуха | м3 / ч | 500 –800 | Каждые 2 ч работы |
| Концентрация H2SO4 (начальное значение) | г / дм3 | 70–100 | Через 30 минут после закачки |
| Концентрация H2SO4 (конечное значение) | г / дм3 | 6 – 3 | Каждые 2 ч работы |
| Плотность раствора (конечное значение) | кг / м3 | 1380–1440 | Каждые 2 ч работы |
| Продолжительность операции | ч | 8 – 11 |
Ведение процесса растворения меди в аппарате растворения АКТ
Аппарат растворения колонного типа работает на растворах двух видов, состоящих из:
- передаточного раствора и промводы купоросного производства;
- раствора после охлаждения с участка подготовки никелевого отделения, элюата после сорбции растворов никелевого отделения и промводы купоросного производства.
В аппарате колонного типа можно также проводить глубокую нейтрализацию с извлечением мышьяка из растворов. Режимные параметры процесса растворения меди и глубокой нейтрализации в аппарате колонного типа представлены в табл. 2.7.
Таблица 2.7. Режимные параметры процесса растворения меди в аппарате колонного типа
| Технологическиепараметры | Ед.изм. | Норма | Периодичность контроля | |
| растворение меди | глубокая нейтрализация | |||
| Температура | 0С | 80 – 90 | 80 – 90 | Каждые 2 ч работы |
| Расход сжатого воздуха | м3 / ч | 100 – 200 | 100 – 200 | Каждые 2 ч работы |
| Концентрация H2SO4 (начальное значение) | г/дм3 | 110 – 150 | 110 – 150 | Через 30 мин после закачки |
| Концентрация H2SO4 (конечное значение) | г/дм3 | 6 – 3 | 0 тсутствие | Каждый 2 ч работы |
| Плотность раствора | кг/м3 | 1330–1390 | 1320–1360 | Каждые 2 ч работы |
| Время процесса гидролиза | ч | - | 0,5 – 1,5 | Каждую операцию |
При достижении конечного значения содержания серной кислоты