ДонНТУ     Портал магистров ДонНТУ

Реферат   Библиотека   Ссылки    Отчет о поиске    Индивидуальное задание

Е. В. Фесенко, В. С. Масляев

РАСТВОРЕНИЕ МЕДИ В СМЕСИ СЕРНОЙ И АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

Первоисточник: Сборник докладов V Международной научной конференции аспирантов и студентов "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов". – Донецк: ДонНТУ, 2006.

В промышленности традиционным является способ производства медного купороса из меди и медного лома с окислением меди кислородом воздуха. На наш взгляд такой процесс не является оптимальным, поскольку имеет низкую эффективность, так как общая скорость процесса мала и лимитируется наиболее медленной его стадией – окислением меди до закиси меди. Это объясняется малой растворимостью кислорода и медленной его диффузией к поверхности гранул меди. Скорость растворения меди в системе CuSO4 - H2SO4 - H2O также невелика, что наглядно показывают данные таблицы 1.

Таблица 1 - Скорость растворения меди в растворе серной кислоты

Состав исходного раствора, г/л Количество
растворенной
меди, г		 Скорость
растворения,
г/м2•ч
H2SO4 CuSO4• 5H2O FeSO4
111.30 100.0 20.8 1.9265 129.80
111.30 500.0 20.8 1.7251 116.20

Таким образом, на основе выше изложенного следует, что необходимо искать другой более эффективный окислитель. Нами предлагается технологический процесс получения медного купороса из меди и медного лома, где в качестве окислителя используется азотная кислота. При этом протекает следующая реакция:

5Cu + 2HNO3 + 5H2SO4 = 5CuSO4 + N2 + 6H2O.

В НТЦ «Реактивэлектрон» НАН Украины отдел процессов и аппаратов химических технологий предоставил лабораторию, где под руководством старшего научного сотрудника Погибко В.М., нами были проведены лабораторные исследования по растворению меди в смеси азотной и серной кислоты. Методика лабораторных экспериментов заключалась в следующем. В трех колбах готовили растворы, состав которых приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Состав исходных растворов

Номер раствора CuSO4• 5H2O, г H2O, мл H2SO4 96%-ная, мл
Раствор-1 26.75 200.0 68.0
Раствор-2 51.75 180.0 47.0
Раствор-3 76.75 162.0 27.0

Образец металла, в виде пластины с площадью 19.18 см2, протравливали азотной кислотой, промывали дистиллированной водой, высушивали фильтровальной бумагой и взвешивали на аналитических весах. Брали один из растворов и выливали его в химический стакан. После чего в него добавляли определенное количество азотной кислоты. Стакан с раствором термостатировали при заданной температуре. В раствор помещали образец меди на подвеске на время от 5 до 1 минуты. При этом осуществляли интенсивное перемешивание раствора, исключающее влияние диффузии продуктов реакции на кинетику растворения. По окончании растворения образцы извлекали из раствора, промывали дистиллированной водой, сушили фильтровальной бумагой и взвешивали на аналитических весах.
Тот же эксперимент проводили с остальными растворами. Нами были сделаны три серии лабораторных опытов. В первой серии к каждому из трех растворов добавляли по 4 мл азотной кислоты. Во второй серии – вели процесс с 8 мл азотной кислоты. В третьей серии – с 12 мл.
После того, как были проведены некоторые расчеты по процессу растворения меди в данных условия, полученные результаты показали, что процесс протекает с достаточной скоростью и удовлетворяет ожидаемым показателям. Данные по растворению меди в первом, втором и третьем растворах с содержанием в них 4 мл 51%-ной азотной кислоты приведены в таблицах 3, 4, 5.

Таблица 3 - Экспериментальные данные по растворению меди в растворе-1

№ опыта 1 2 3 4
Количество растворенной меди, г 0.0029 0.0074 0.0437 0.2646
Время, мин 5 5 5 5
Температура, оС 54 64 72.5 81
Скорость растворения, г/м2•ч 18.14 46.30 273.41 1655.47

Таблица 4 - Экспериментальные данные по растворению меди в растворе-2

№ опыта 1 2 3 4
Количество растворенной меди, г 0.0021 0.0071 0.0107 0.0201
Время, мин 5 5 5 5
Температура, оС 50 64 72.5 80
Скорость растворения, г/м2•ч 13.14 44.42 66.94 125.76

Таблица 5 - Экспериментальные данные по растворению меди в растворе-3

№ опыта 1 2 3 4 5
Количество растворенной меди, г 0.0004 0.0037 0.0077 0.0127 0.0185
Время, мин 1 5 5 5 5
Температура, оС 50 54 64 70 78.5
Скорость растворения, г/м2•ч 12.51 23.15 48.18 79.46 115.75

Таким образом, подводя итоги по проведенной работе, следует отметить следующее. Несмотря на то, что экспериментальные данные еще не до конца изучены и обработаны, уже на данном этапе, по полученным расчетным данным, можно говорить о том, что предложенный окислитель, т.е. азотная кислота, является более выгодным и перспективным для производства медного купороса.

ДонНТУ     Портал магистров ДонНТУ

Реферат   Библиотека   Ссылки    Отчет о поиске    Индивидуальное задание