Раствор, содержащий свободную серную кислоту и сульфат меди, пропущенный через слой гранулированной меди, растворяет последнюю за счет прохождения следующих химических реакций:

1) Кислород, растворенный в кислоте, окисляет медь до оксида меди.

4 Cu + O2 = 2 Cu2O (43)

2) Оксид меди растворяется в серной кислоте с образованием ионов одновалентной меди:

Cu2O + 2 H+ = 2 Cu+ + H2O (44)

3) Ионы одновалентной меди окисляются кислородом воздуха с образованием ионов двухвалентной меди:

4 Сu + O2 + 4 H+ = 4 Cu2+ + 2 H2O (45)

4) Суммарное уравнение реакций в молекулярной форме имеет вид:

Cu + H2SO4 + 1/2 O2 = Cu SO4 + H2O (46)

На скорость процесса растворения и качество получаемого медного купороса влияют ниже перечисленные факторы:

а) Поверхность меди

Процесс растворения меди в серной кислоте является гетерогенным, при котором скорость прохождения реакции прямо пропорциональна поверхности контакта твердой и жидкой фаз: медь – серная кислота. Кислород, проходя через слой орошающей жидкости, достигает поверхности меди и вступает с ней во взаимодействие. Поэтому, чем больше площадь соприкосновения меди с кислородом, тем выше скорость реакции.

б) Скорость окисления поверхности меди

Применение гранулированной меди с хорошо развитой поверхностью является одним из важнейших условий ускорения процесса растворения меди, так как одновременно в соприкосновение с поверхностью меди приходит большее количество молекул серной кислоты.

в) Содержание ионов меди в растворе

Присутствие сернокислой меди в кислом растворе ускоряет процесс образования соли медного купороса. Сернокислая медь, находящаяся в растворе, взаимодействует с поверхностью меди и переходит в раствор в виде закисной соли. Закисная соль соприкасается с кислородом, растворенным в кислоте, и переходит снова в окисную соль. Но по мере увеличения концентрации сернокислой меди начинает ощущаться недостаточность кислорода в растворе и растворение замедляется.

г) Температура процесса растворения

Повышение температуры раствора действует на процесс растворения меди в двух противоположных направлениях.

С одной стороны, с повышением температуры скорость растворения меди возрастает (особенно в интервале от 60 до 75 0С).

С другой стороны, с повышением температуры раствора, растворимость кислорода в нем уменьшается и примерно при 95 0С кислород почти совсем перестает растворяться, уменьшается и скорость окисления и растворения меди. Повышение температуры влечет за собой повышенный расход пара. Поэтому температура раствора при растворении меди должна быть от 75 до 95 0С.

д) Кислотность раствора

При содержании свободной серной кислоты в конечном нейтрализованном растворе менее 3 г/дм3 наблюдается интенсивная реакция гидролиза с образованием нерастворимых комплексных мышьяковистых соединений, и если раствор не фильтровать, то это приведет к повышенному содержанию мышьяка и нерастворимого осадка в готовом продукте и снижению его качества.

Повышенная кислотность насыщенного раствора (8 – 12) г/дм3 приводит к увеличению расхода пара, снижению извлечения меди в медный купорос, повышенному износу оборудования.

Операцию проводят в аппаратах растворения двух типов:

– в аппарате растворения периодического действия Ар;

– в аппарате колонного типа – АКТ.