Технология минеральных солей (удо­Брений, пестицидов, промышленных со­лей, окислов и кислот)

Получение медного купороса из окиси меди и сернистого газа

Этот способ производства медного купороса50 является весьма экономичным. Однако применение его целесообразно главным об­разом в районах расположения медеплавильных заводов, где имеется соответствующее сырье — окись меди и отбросный серни­стый газ.

В связи с этим особый интерес приобретает получение медного купороса из белого матта. При окислительном обжиге белый матт превращается в окись меди. Выделяющийся при этом сернистый газ рационально использовать для превращения полученной окиси меди в медный купорос. Недостающее количество S02 может быть пополнено за счет сернистых газов медеплавильных печей. Таким образом, белый матт может быть переработан на медный купорос без затраты серной кислоты и с полным использованием его ком­понентов — меди и серы.

Способ производства медного купороса из окиси меди и серни­стого газа основан на взаимодействии при 85—95° суспензии окиси меди в водном растворе медного купороса со слабым сернистым газом, содержащим S02 и кислород. Отбросный сернистый газ, в Случае необходимости, должен разбавляться воздухом. Это уско­ряет процесс, так как концентрация S02 В газе не имеет сущест­венного значения, а увеличение содержания кислорода ускоряет реакцию.

Образование медного купороса происходит в результате двух независимо идущих процессов. Первый из них заключается в том, что сернистый газ в присутствии каталитически действующих ионов меди окисляется кислородом в серную кислоту:

2S02 + 02 + 2Н20 = 2H2S04

Образовавшаяся кислота растворяет окись меди, причем полу­чается медный купорос:

H2S04 + CuO = CuS04 + Н20

Второй, параллельно идущий процесс заключается в частичном восстановлении сернистым газом двухвалентной (окисной) меди в одновалентную (закисную) с образованием плохо растворимой в воде соли Шевреля51 — комплексной окисно-закисной соли сер­нистой кислоты Cu(CuS03)2 • 2Н20 или CuS03 • Cu2S03 • 2Н20: 3CuS04 + 3H2S03 + 3H20 = CuSOj • Cu2S03 • 2H20 + 4H2S04

Эта соль в отсутствие кислорода при кипячении суспензии разла­гается с выделением закиси меди:

3(C.uS03 • Cu2S03 • 2Н20) = CuS04 + 2СигО + SSOj

Однако под действием сернистого газа и кислорода в резуль­Тате дальнейшего образования серной кислоты закись меди ецова Переходит в раствор, н осадок солн Шевреля постепенно исчезает из суспензии, также превращаясь в медный купорос:

CuS03 • Cu2S03 • 2Н20 + S02 + 202 = 3CuS04 + 2Н20

Окисление соли Шевреля при действии SO2 и 02 протекает с Образованием вначале основного сульфата меди:

2(CuS03 • Cu2S03 • 2Н20) + 302 = 2Си(ОН)2 • CuS04 + 3CuS04 + 2Н20

Эта реакция идет с большей скоростью, чем образование сер­ной кислоты под каталитическим влиянием ионов меди. По мере накопления H2SO4 основной сульфат меди переходит в раствор:

2Cu(OH)2 • CuS04 + 2H2S04 = 3CuS04 + 4H20

В результате этих процессов из суспензии исчезают все твер­дые фазы —и СиО и CuS03-Cu2S03-2H20 и 2Cu(OH)2 • CuS04 — и суспензия превращается в раствор медного купороса. Таким об­разом, в общем процессы сводятся к окислению четырехвалентной серы (S02) в шестивалентную и могут быть выражены суммарным уравнением:

2CuO + 2S02 + 02 = 2CuS04

Растворимость соли Шевреля возрастает с повышением темпе­ратуры и содержания в растворе CuS04. При 20° растворимость этой соли в воде равна 0,042%, а при 60° —0,14%. В 30% рас­творе CuS04-5H20 при 20° растворимость повышается до 0,1%. а при 60° —до 0,379% • Поэтому, будучи суспендирована в рас­творе медного купороса, комплексная соль окисляется быстрее, чем в водной суспензии. Следовательно, для приготовления исход­ной суспензии окиси меди целесообразно брать не воду, а раствор медного купороса.

Скорость окисления соли Шевреля возрастает с уменьшением концентрации S02 в газе. Последнее объясняется, вероятно, тем, что в газовых смесях с высоким содержанием S02 количество кис­лорода недостаточно для окисления. При содержании в газе 1—4% S02 и температуре 95° соль Шевреля окисляется полностью за 15—20 мин. Однако длительность процесса увеличивается за счет времени, необходимого для предварительного растворения окиси меди н образования соли Шевреля. При 95° и достаточном содер­жании кислорода в газе (при объемном отношении 02: S02 > 4) степень использования меди за 1 ч составляет 94—97 %, а за 1,5 ч больше 99%.

Технологическая схема производства медного купороса этим способом весьма проста. Окись меди суспендируют в маточном рас­творе, оставшемся после кристаллизации медного купороса, суспен­зию нагревают до 85—95° и насыщают отбросным сернистым газом, разбавленным воздухом. Из полученного раствора при охла­ждении до 20° кристаллизуется медный купорос. Кристаллы отжи­мают на центрифуге, и маточный раствор возвращают в процесс.