7758-99-8 / 硫酸銅

【背景及概況】^[1][2][3]

硫酸銅是重要的無機原料，廣泛地應用于農業、飼料、水處理、電鍍、催化劑、油漆、選礦等行業。硫酸銅具有較高的殺菌活性，水中銅離子濃度在0.5 mg/kg時即能抑制孢子萌芽。可直接噴灑于耐銅的作物上和以0.1%～0.2%濃度噴灑防止馬鈴薯晚疫病。由于它對植物易產生藥害，一般都以它為原料配制成波爾多液；作基肥每公頃施用量15～30 kg；拌種時每500 g種子需用硫酸銅1～2 g；浸種的濃度為0.01%～0.05%，根外噴施的濃度為0.02%～0.04%。硫酸銅還可用于水田防治藻害，但對魚毒性較大。工業上用作紡織品媒染劑、鍍銅等。目前生產硫酸銅的原料主要有金屬銅、銅精礦、氧化礦以及銅鎳廢渣等，生產工藝主要是原料預處理、浸出、蒸發濃縮結晶、離心甩干等幾個工序，因此合理利用各種原料，達到經濟、方便、有效的生產硫酸銅，選擇合適的生產工藝條件非常重要。

【特性】^[3]

硫酸銅化學式CuSO₄，白色粉末，相對密度為3.603，25℃時水中溶解度為23.05g，不溶于乙醇和乙醚，易溶于水，水溶液呈藍色，是強酸弱堿鹽，由于水解溶液呈弱酸性。將硫酸銅溶液濃縮結晶，可得到五水硫酸銅藍色晶體，俗稱膽礬、銅礬或藍礬，相對密度為2.284。膽礬在常溫常壓下很穩定，不潮解，在干燥空氣中會逐漸風化，加熱至45℃時失去 二分子結晶水，110℃時失去四分子結晶水，150℃時失去全部結晶水而成無水物。無水物也易吸水轉變為膽礬。常利用這 一特性來檢驗某些液態有機物中是否含有微量水分。將膽礬加熱至650℃高溫，可分解為黑色氧化銅、二氧化硫及氧氣。

【制備】^[4]

1. 以金屬銅為原料生產硫酸銅

以金屬銅為原料生產硫酸銅是目前硫酸銅的主要生產方法，其主要包括以銅粉、海綿銅以及廢雜銅等為原料生產硫酸銅.

1）以海綿銅為原料生產硫酸銅：海綿銅是由含銅廢水加入刨花鐵和稀硫酸還原而制得的，含銅量一般在20%～50%，含鐵一般在10%～30%，其余部分為泥沙。以海綿銅為原料生產硫酸銅的生產工藝是在常溫條件下，海綿銅經過稀硫酸浸出后過濾，液溶質的主要成分是硫酸銅和硫酸亞鐵，其中還含有少量的硫酸和硫酸鐵，在浸出液中投入經過預先處理的鐵屑，進行鐵置換過程，經過此過程后再進行銅粉洗滌，銅粉氧化及硫酸銅的合成和水解除鐵后過濾，得到的濾渣中還有少量銅的存在，可將其返回當原料再次使用。用少量硫酸酸化后的濾液，再經過蒸發濃縮、結晶等過程后便可得到硫酸銅成品。其中主要反應如下：

海綿銅的硫酸溶解

鐵置換：

2）用廢雜銅為原料生產硫酸銅：廢雜銅主要來源于銅材加工產生的銅屑、廢棄的銅電線、漆包線等含銅材料。廢雜銅實際上是紫銅、黃銅、青銅三種物料的混合物。其組成含量隨這三種物料的組成比例而發生變化，通常含銅57% ～100%，含雜質鋅0%～43%，鋁0%～11.5%，錫0%～8%，鐵0%～6.5%，鎳0%～6.5%，鉛0%～4.5%等，有的銅材還含有油污。因此，利用廢雜銅生產硫酸銅時要求生產工藝對物料具有較強的適應性。

2. 以銅礦石為原料生產硫酸銅

1）以氧化銅礦為原料生產硫酸銅：氧化銅礦為游離和結合氧化銅礦的總稱，游離氧化銅礦易于浸出，而結合氧化銅礦不易浸出。因此以氧化銅礦為原料生產硫酸銅時，銅存在狀態以及伴生脈石礦物對其制備方法的影響是很大的。根據氧化銅礦的物相類別的不同，其生產硫酸銅的主要方法主要為氨浸法和酸法浸出兩大類：

A：酸浸法

B：氨浸法

2）以硫化銅礦為原料生產硫酸銅：硫化銅礦直接生產銅鹽大致可分為預焙燒浸出法和直接浸出法兩種。直接浸出法中存在著工業化不成熟以及浸出率低等缺點，而只有預焙燒法在工業上能被廣泛認同并已有所應用。預焙燒浸出的原理是先焙燒銅礦，使銅的硫化物轉化為易被水或酸浸取的氧化物或鹽類，再進行浸出。硫化銅礦的硫酸化焙燒主要反應方程式為：

3. 硫酸銅生產的新工藝

1）以銅鎳廢渣為原料生產硫酸銅：有研究介紹了一種以銅鎳廢渣為原料生產硫酸銅的新工藝，研究表明廢渣中銅、鎳以單質和硫化物的形式混合存在。在一定條件和壓力下，銅鎳廢渣在酸性溶液中發生如下一系列反應：

2）以銅精礦為原料生產硫酸銅：一種用銅精礦粉制備硫酸銅的新方法，該方法在銅精礦中使用了一種廉價的復配添加劑，使銅精礦中的鐵在焙燒過程中形成難溶于稀硫酸的堿式硫酸鐵復鹽，開發出一段焙燒，一段酸浸，浸液不需除鐵、直接降溫結晶、母液全部循環制備硫酸銅的新工藝。其反應原理為：

采用此工藝，硫酸銅收率可達95% 以上。具有流程短、投資少、操作簡單、銅利用率高、易工業化實施等特點。

【應用】^[1][5]

硫酸銅是較重要的銅鹽之一，在電鍍、印染、顏料、農藥等方面有廣泛應用。常用的無機農藥波爾多液， 就是硫酸銅和石灰的混合液，它是一種良好的殺菌劑，可用來防治多種作物的病害。1878年在法國波爾多城，葡萄樹發生蟲病大部分死去，而大路兩邊的樹，怕行人摘吃，在樹干上涂了石灰與硫酸銅溶液，樹干弄得花白，行人看了難受不敢摘吃，這些樹卻沒有死，進一步研究才知此混合液具有殺菌能力，因而名為波爾多液。配制波爾多液，硫酸銅和生石灰 (最好是塊狀新鮮石灰) 比例一般是1：1或1：2不等，水的用量亦由不同作物、不用病害以及季節氣溫等因素來決定。配制時最好用“兩液法”，即先將硫酸銅和生石灰分別跟所需半量水混合，然后同時傾入另一容器中，不斷攪拌，便得天藍色的膠狀液。波爾多液要現配現用，因放置過久，膠狀粒子會逐漸變大下沉而降低藥效。

此外，硫酸銅也常用來制備其他銅的化合物和電解精煉銅時的電解液。五水硫酸銅可由銅或氧化銅與硫酸作用后，濃縮結晶而制得。在實驗室中可用濃硫酸氧化金屬銅來制取無水硫酸銅。

【參考文獻】

[1] 朱軍, 許萬祥. 硫酸銅制備工藝及研究現狀[J]. 濕法冶金, 2013, 32(1): 1-4.

[2] 農業大詞典.

[3] 中國成人教育百科全書·化學·化工.

[4] 朱玉平, 張旭, 王一非, 等. 硫酸銅的生產工藝現狀與發展前景[J]. 礦冶, 2013, 21(4): 82-84.

[5] 中國中學教學百科全書·化學卷.