0 引言

硫酸铜是一种重要的农药和化工原料，工业上是制备其他铜盐的基础原料^[1]。工业硫酸铜主要是由大型冶炼厂在电解铜过程中将含铜废酸经浓缩结晶而制成的一种副产品，小型企业均用铜丝做原料生产硫酸铜。另外一种方法是用硫酸溶解铜矿石来制备硫酸铜^[2-3]，此方法工艺复杂，对原料要求较高。因此开发一种既经济又可行的制备硫酸铜的方法势在必行。由于微生物浸出工艺的逐渐成熟，从而得到大量的低品位铜矿浸出液，为此笔者直接由低品位铜矿浸出液通过微波萃取-硫酸反萃-硫酸铜结晶的工艺进行了研究和探讨，试找出微波萃取制备硫酸铜的最佳工艺条件。

传统的溶剂萃取技术经过不断的技术完善发展、应用范围的拓宽，已成为有效的分离提纯技术，但这些技术存在效率低、试剂耗量大、费时较长及重现性差等不利发展的缺点^[4]。微波萃取技术是在分析化学研究的基础上产生的，成为制备分析样品的有效方法之一，作为一种新型高效的萃取技术，是近年来的研究热门课题^[5-7]。微波可以穿透萃取介质，直接加热物料，采用微波萃取法制备样品能缩短萃取时间和提高萃取效率，具有设备简单、节省试剂、制样精度高、应用范围广、回收率高、污染小等优点。微波萃取技术是微波技术与萃取技术相结合产生的一种新技术。

1 实验部分

实验原料。本实验所用的低品位铜矿浸出液来自某矿业公司的铜矿山，其主要成分为：铜离子浓度为2.0g/L，pH=0.5，铁离子浓度为33.14g/L；试验所用萃取剂为德国Henkl公司的Lix984，稀释剂为工业煤油；反萃剂为稀硫酸。

实验仪器和装置。经过改装后的家用微波炉—WP750，最大功率为750W，频率2450MHz；分液漏斗（125mL）；震荡器；烧杯若干；滴定管。

分析方法。铁分析采用EDTA容量法，铜分析采用碘量法。

实验工艺流程图见图 1。

2 实验结果和讨论 2.1 微波萃取 2.1.1 相比对萃取率的影响

在萃取剂体积分数为10%，微波萃取时间为8min，微波功率180W的条件下改变有机相和水相之比，对pH=2的浸出液进行萃取实验，考察相比对萃取率的影响。结果见图 2。

从图 2中可以看出，铜的萃取率随着相比的增加而增加，根据有机相和水相的体积比对萃取率的影响，理论上相比越大，萃取率越大，但是如果相比太大，首先容易形成第三相，导致有机相损失增加，同时也将导致生产效率低下。另外在相比大于0.6的条件下，萃取率提高并不显著。笔者通过实验认为相比为0.5（即1:2）较为合理。

2.1.2 微波萃取时间对萃取率的影响

实验条件：萃取体积分数为10%，微波功率为180W的条件下改变萃取时间，对相比为1:2，pH=2的浸出液进行实验，考察微波萃取时间对萃取率的影响，结果见图 3。

从图 3可以看出，铜的萃取率随着萃取时间的延长而增加，理论上萃取率随着萃取时间的无限延长可以达到百分之百，但是萃取时间太长，会增加整个工艺流程的周期从而影响生产率，所以确定最佳萃取时间为8min。

2.2 微波反萃 2.2.1 微波反萃时间对反萃率的影响

负载有机相含铜4g/L，反萃液含硫酸250g/L，反萃相比为1:1，在微波功率180W的条件下通过改变反萃时间，考察反萃时间对反萃率的影响，实验结果见图 4。

通过分析图 4，当两相接触时间为10min时，反萃达到平衡，如果再延长反萃时间，虽然反萃效率有所提高，但是生产效率将降低，综合考虑两方面因素，通常选取微波反萃时间为10min较为合理。

2.2.2 反萃相比对反萃率的影响

负载有机相含铜4g/L，微波反萃时间为10min，微波功率180W，反萃料液含硫酸250g/L，通过改变反萃相比，考察相比对反萃率的影响，实验结果见图 5所示。

由图 5可以发现，随着相比的增加，反萃率减小。显然在相比为1:1时，反萃效率最大，但是如果选择相比为1:1将使生产效率降低，尽管在相比为4:1的条件下，一级反萃效率较低，但是可以通过增加反萃级数的方法提高反萃效率，一般选择反萃相比为4:1较为合适。

2.3 硫酸铜的结晶实验

通过上述微波萃取和反萃实验，可以得到铜离子浓度为51g/L的反萃液，另外通过调节溶液的pH值^[8]，将反萃液中的铁离子浓度降到0.056 g/L，通过溶液的直接蒸发以改变蒸发溶液的体积，考察蒸发量对硫酸铜结晶的影响。实验结果见表 1所示。

从表 1可以发现，显然实验2结晶率最高，实验1次之，实验3结晶过程中夹带的硫酸太多，没有起到实验所需结果。从结晶率而言，2方案较为合理，但由于硫酸铜的纯度和结晶率有关^[9]，即结晶率越高，结晶出来的硫酸铜晶体含杂质越高。笔者认为1方案较为合理，既考虑了结晶率的问题又满足了硫酸铜晶体的质量，即使得蒸发后液体是蒸发前液体的60%左右。

在上述条件的基础上，通过改变结晶过程、晶种条件等工艺，考察各因素对结晶条件的影响，实验结果见表 2。

从表 2中可以发现，结晶方案4为最佳，其突出的优点由于杂质含量低且粒度均匀，便于清洗整质，对产品质量有保证。综合制备硫酸铜晶体的整个工艺条件，制备得到的硫酸铜晶体质量分析见表 3。

3 结论

对低品位铜矿浸出液通过微波萃取和反萃制备硫酸铜工艺的各个参数进行了研究和探讨，得出了利用微波溶剂萃取-硫酸反萃从低品位铜矿浸出液直接制备硫酸铜的最佳工艺条件。在萃取相比1:2，微波萃取时间8min，反萃相比6:1，反萃时间10min，微波功率180W，反萃为低酸反萃料液含铜25 g/L和硫酸220g/L的条件下，可以得到铜离子浓度为51 g/L的溶液，将反萃液蒸发到原来体积的60%左右，然后将蒸发液迅速冷却到60℃，再均匀冷却到25℃，加入适量的晶种结晶2h，过滤，最终得到优质的硫酸铜晶体。