无水硫酸铜的制备
背景和概述[1][2][3]
无水硫酸铜是一种重要的无机原料，广泛应用于农业、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0.5mg/kg时，即可抑制孢子萌发。可直接喷洒在耐铜作物上，喷药浓度为0.1%～0.2%，可防治马铃薯晚疫病。
由于易对植物产生药害，一般用它作为原料配制波尔多液；作基肥施用量为每公顷15～30公斤；拌种时每500克种子需用硫酸铜1～2克；浸种浓度为0.01%～0.05%，喷根浓度为0.02%～0.04%。硫酸铜还可用于稻田防藻，但对鱼类有剧毒。工业上用作纺织媒染剂、镀铜等。
目前，硫酸铜生产的原料主要有金属铜、铜精矿、氧化矿、铜镍废渣等，生产工艺主要包括原料预处理、浸出、蒸发浓缩结晶、离心干燥等工序，因此合理利用各种原料，实现经济、便捷、有效的硫酸铜生产，选择合适的生产工艺条件非常重要。
特点[3]
无水硫酸铜的化学式为CuSO4，白色粉末，相对密度3.603，25℃时在水中的溶解度为23.05g，不溶于乙醇和乙醚，易溶于水，水溶液呈蓝色，是一种强酸弱碱盐，因水解液呈弱酸性。将硫酸铜溶液浓缩结晶，可得到五水硫酸铜的蓝色晶体，俗称胆矾、铜矾或蓝矾。
绿酸石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2分子结晶水，110℃时失去4分子结晶水，150℃时则失去全部结晶水，成为无水物。无水硫酸铜也易吸水而变成绿酸石。这一性质常用来检验某些液态有机物中是否含有微量水。绿酸石加热至650℃高温时，可分解为黑色的氧化铜、二氧化硫和氧气。
制备方法[4] 1.以金属铜为原料生产硫酸铜
目前硫酸铜的主要生产方法是利用金属铜为原料生产硫酸铜，主要包括利用铜粉、海绵铜、废铜等为原料生产硫酸铜。
1）以海绵铜为原料生产硫酸铜：
海绵铜是将刨花铁和稀硫酸加入含铜废水中还原而制得的，其中铜含量一般为20%～50%，铁含量一般为10%～30%，其余为泥砂。以海绵铜为原料生产硫酸铜的生产工艺是将海绵铜在常温下用稀硫酸浸出，然后过滤。液体溶质的主要成分是硫酸铜和硫酸亚铁，还含有少量的硫酸和硫酸铁。将预处理过的铁屑加入浸出液中，进行铁置换过程。经过此过程后，对铜粉进行洗涤，将铜粉氧化，合成硫酸铜并水解除铁，然后过滤。滤渣中仍有少量的铜，可返回再次用作原料。
滤液用少量硫酸酸化，再经蒸发、浓缩、结晶，即得硫酸铜成品。主要反应如下：
海绵铜的硫酸溶解
铁替代：
2）利用废铜为原料生产硫酸铜：
废铜主要来源于铜加工产生的废铜屑、废铜线、漆包线等含铜物料。废铜实际上是紫铜、黄铜、青铜三种物料的混合物，其成分含量随这三种物料的成分比例而变化，通常含铜57%～100%，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，有的铜料还含有油污。因此，利用废铜生产硫酸铜时，要求生产工艺对物料的适应性强。
2.从铜矿石中生产硫酸铜
1）以氧化铜矿为原料生产硫酸铜：氧化铜矿是游离氧化铜矿和结合氧化铜矿的总称。游离氧化铜矿容易浸出，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，铜的状态和伴生脉石矿物对其制备方法有很大影响。根据氧化铜矿相型的不同，生产硫酸铜的主要方法主要有氨浸法和酸浸法：
A:酸浸
B:氨浸
2）以硫化铜矿为原料生产硫酸铜：由硫化铜矿直接生产铜盐大致分为预焙烧浸出和直接浸出两种方法。直接浸出法存在工业化不成熟、浸出率低的缺点，目前只有预焙烧法能在工业上得到广泛的认可和应用。预焙烧浸出的原理是先将铜矿进行焙烧，使硫化铜转化为易被水或酸浸出的氧化物或盐，然后再进行浸出。硫化铜矿硫酸焙烧的主要反应方程式为：
3. 硫酸铜生产新工艺
1）以铜镍废渣为原料生产硫酸铜：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，废渣中的铜和镍以单质和硫化物的形式存在。在一定的条件和压力下，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：利用铜精矿粉制备硫酸铜的新方法。此法是在铜精矿中加入廉价的复合添加剂，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。开发了一段焙烧、一段酸浸制备硫酸铜的新工艺。浸出液不需除铁，母液直接冷却结晶，母液全循环。其反应原理为：
采用该工艺，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、易于工业化实施的特点。
应用[1][6][5]
硫酸铜是比较重要的铜盐之一，在电镀、印染、颜料、农药等方面有广泛的用途。常用的无机农药波尔多液就是硫酸铜和石灰的混合物，它是一种很好的杀菌剂，可用于防治多种作物的病害。此外，硫酸铜还常用于制备其他铜化合物及电解液，用于电解精炼铜。无水硫酸铜还可用于尾气处理等。其应用实例如下：
1、准备药用PVC片。
包括PVC片体，PVC片体上设置有水汽指示膜，水汽指示膜包括无水硫酸铜和聚四氟乙烯，无水硫酸铜铺设在PVC片体上，聚四氟乙烯铺设在无水硫酸铜上，由于药用包装的PVC片体上设置有无水硫酸铜，当遇到水汽时，无水硫酸铜会变成蓝色。
因此，在表面放置无水硫酸铜后，当储存空间内水汽过多时，药用PVC片就会因无水硫酸铜而呈现蓝色，从而提醒相关人员或消费者PVC片内包装的药品已受到水汽影响，很可能会发生质变，从而避免对人体造成不必要的伤害。
2.一种敌草隆中间体生产尾气处理工艺。
步骤为：首先将作为催化剂的无水氯化铁粉碎成细粉状态转入反应器，将熔融的对硝基氯苯滴加到反应器中，同时向反应器中通入氯气；向反应器中通入氮气，将气体一次驱出；将尾气冷却后通入无水硫酸铜；将尾气通入四氯化碳溶液；对气体进行第二次冷却，第二次冷却后的气体再次通入无水硫酸铜；将尾气输送至收集罐静置；最后将静置后的气体下部抽出，送入燃烧炉进行燃烧。
上述生产工艺可使3,4-二氯苯胺生产中的尾气完全达到排放标准，且长期排放不会造成环境污染，从而节省了成本。
参考
[1] 朱俊, 徐万祥. 硫酸铜的制备工艺及研究现状[J]. 湿法冶金, 2013, 32(1): 1-4.
[2] 农业词典.
[3] 中国成人教育百科全书·化学·化工.
[4] 朱玉平, 张旭, 王逸飞, 等. 硫酸铜生产技术现状及发展前景[J]. 矿冶, 2013, 21(4): 82-84.
[5]曲忠忠;瞿增富.药用PVC片材。 CN2.8，申请日期
[6] 郭学军，胡安生，吴建平，高艳兵，戴玉婷，张军，刘长青，徐小兵，黄先超，朱章。一种敌草隆中间体生产尾气的处理方法。 CN2.9，申请日期