铜污染与碱式碳酸铜的制备

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国环境科学出版社,1992.210~238. 〔2〕孙权.铜对小白菜 的 毒 性 效 应 及 其 生 态 健 康 指
标[J].植物营养与肥料学报,2007(02):324~330. 〔3〕张国军.Cu 胁迫对脐橙幼苗光合特性的影响.中
国生态农业学报,2009,17(1):130~134. 〔4〕陈 颖.铜 处 理 对 喜 树 种 子 萌 发 及 幼 苗 生 长 、 生 理
铜是动物和人体必需的微量元素.铜是血、肝、 脑等铜蛋白的组成成分,有 30 种以上的蛋白和酶 中含有铜,铜也是几种胺氧化酶的必需成分.它们 起着维持生命正常发育和新陈代谢的作用.
但是饲料中的铜含量高,可产生铜中毒现象. 当摄入的铜过量时,铜在肝中的储量可升高并保持 在一个高水平,此水平可能发生肝铜大量释放到血 液中,引起溶血和黄疽,肝组织坏死,以致死亡.
冰(CO2)抑制碱式碳酸铜的水解,生产成本较高.[12] 目前国内外研究较多的是硫酸铜法.
Cu2+ 有一定的水解程度,而其氢氧化物的溶度 积与碳酸盐的溶度积差不多,所以 Cu2+ 与碳酸盐 生成碱式盐.
2Cu2++H2O+2CO32- =CO2↑+CuCO3·Cu(OH)2↓ 在工业上,利用铜盐与 碳酸钠或碳酸氢钠反 应,一般控制 pH 在 5~8 的范围,温度在 40~70℃ 之间 . [13,14,15,16] 所制得碱式碳酸铜中铜的质量分数可 达到 55.4%.也有人尝试了沸水法的生产工艺,在常 压恒温 100℃~200℃条件下制取碱式碳酸铜.[17] 3.2 利用工业副产品的生产方法 前面提到的碱式碳酸铜生产工艺多采用以硫 酸铜晶体或铜粉为原料,对原料的要求很高,因此 生产成本较高,而且环境污染严重.近年来,利用废 铜液或废杂铜为原料制备碱式碳酸铜的研究逐渐 增多. 1987 年,美国人 Gottfnied 等 提 [14] 出利用铜盐 和碱金属碳酸盐在加热条件下反应生成碱式碳酸 铜的工艺,此工艺所用的铜盐来自电路蚀刻板废 液,反应温度在 40℃~0℃之间,pH 控制在 6.5 以 上,所得碱式碳酸铜中铜质量分数可达到 55.4%. 1993 年,江西铜业公司贵溪冶炼厂研制成功了分 铜液制碱式碳酸铜工艺[18].利用铜阳极泥湿法处理 生产金银工艺中分铜工序产出的分铜液,与碳酸钠 反应制取碱式碳酸铜. 控制反应终点 pH 值在 7~ 7.5 之间. 所生产的碱式碳酸铜可用于该厂亚砷酸 工段替代部分铜粉作浸砷剂.此工艺的优点是对温 度要求不高,利用分铜液为原料,成本较低,只要控 制适当的 pH 值,即可得到符合要求的碱式碳酸铜 产品.深圳市危险废物处理站作为我国含铜蚀刻废 液综合利用产业的先行者,己开发出硫酸铜、碱式 碳酸铜[19]、饲料级碱式氯化铜[7]、氢氧化铜等多种铜 盐产品. 利用含铜蚀刻液生成碱式碳酸铜的工艺[7] 是,采用印制电路板含铜蚀刻液和碳酸钠溶液为原 料,经过除杂、中和、溶解、合成、结晶等工艺生产碱 式碳酸铜.所得产品中 Cu2+ 含量可达 56%,达到了 出口级标准.秦海燕等[20,7]用废电解液和废杂铜为原 料制备碱式碳酸铜取得了较好的效果.该工艺是将 电镀厂或冶炼厂产生的含铜废液经除杂处理后,加 入一定比例的 NaHCO3/Na2CO3 混合液与 Cu2+ 反应 制备碱式碳酸铜.刘富强等[21]以废杂铜为原料,用硝 酸浸提得到硝酸铜,然后与碳酸氢钠反应,得到碱 式碳酸铜粗品,再通过漂洗得到高纯度的碱式碳酸 铜. 碱式碳酸铜的用途非常广泛 .可用 [22,23,24,25] 于分
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析试剂、有机催化剂、各种无机盐的铜化合物、烟火 和颜料制造,在原油贮存时可用作脱碱剂,在农业 上可用作植物黑穗病的防止剂、杀虫剂和磷毒的解 毒剂,还可用作种子的杀菌剂,与沥青混合可防止 牲畜和野鼠破坏树苗.[6,9,26]在国外,碱式碳酸铜主要 用作木材防腐剂、水体杀藻剂、容器育苗、农作物杀 菌和饲料添加剂等.[27,28]
摘 要:过量的铜会危害生物的生存;随着工业的发展,产生的含铜废液明显增加;若随意排放,会造 成环境污染;而合理利用,可生产出具有用途广泛经济价值高的碱式碳酸铜,因此,利用工业副产品,生产 碱式碳酸铜,有很高的经济效益和社会效益.
关键词:铜;污染;碱式碳酸铜 中图分类号:TQ131.21 文献标识码:A 文章编号:1673- 260X(2010)06- 0166- 03
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铜是人体赖氨酰氧化酶的成分,可促进骨骼的 生长发育和骨折的愈合,缺铜会影响骨胶原的成 熟,老年人筋骨无力与体内铜含量减少导致赖氨酰 氧化酶活力下降有关.缺铜还会导致铁与卟啉合成 的血红素减少,使铁的输送和吸收受阻,造成贫血. 然而,人每天摄入的铜量也不能过高,否则消化系 统会受到刺激.人体铜过量时,肝内含铜量会增加 数倍.超过忍受限度时,红细胞不能摄取全部铜,铜 将会突然释放到血清内,引发溶血.铜过量还表现 为引起 wilson 氏症.据测定,人体内铜过量 100 毫 克就会引起腹痛、呕吐,长期摄入过量的铜还会导 致肝硬化. 当铜沉积于脑部引起神经组织病变时, 则出现小脑运动失调和帕金氏综合症.铜沉积在近 侧肾小管,引起氨基酸尿、糖尿、蛋白尿和尿酸尿.[5,1]
含铜废液污染指数很高.但同时含铜废液也是 一种价值不菲的复合资源,其资源回收和再生利用 的潜力较大.因此若以这些含铜废液为原料生产铜 盐产品,将会产生巨大的经济效益和良好的环境效 益.
随着世界各国对木材防腐剂环保标准的提高, 对环境更友好的碱式碳酸铜逐渐替代了原来的含 砷木材防腐剂,因此大大刺激了市场对碱式碳酸铜 的需求.利用含铜废液生产碱式碳酸铜的研究也不 断深入. 3.1 一般的制备方法
实验还表明,土壤含铜量达 200ppm 时,小麦枯 死,高达 250PPm,水稻也将枯死.土壤中含铜量为 410ppm 时,萝卜、青菜的生长受到抑制,产量显著 下降.土壤的含铜量为 800ppm 时,萝卜单株鲜重减 少 49.6%,青菜减少 930.7%.[1]
孙权[2]的研究结果表明,低浓度铜(<100mg/ - 166-
实验表明,铜是动物和人体必需的微量元素. 微量的铜对生物的生长发育有促进作用. 但是,随 着工业的发展,含铜废液明显增加,若随意排放,会 大大超过自然环境的本底值,从而造成水源土壤污 染,危害生物的生存.然而,含铜废液有较大的回收 和再生利用潜力.利用含铜废液可以生产用途广泛 的碱式碳酸铜.碱式碳酸铜可以替代原来的含砷木 材防腐剂,使木材防腐剂的环保标准得到提高. 1 铜的生态效应
研究证明,铜是植物体内多酚氧化酶、氨基氧 化酶、酪氨酸酶,抗坏血酸氧化酶、细胞色素氧化酶 等的组成部分,是各种氧化酶活性的核心元素,可 进行电子的接受与传递,在植物体内的氧化还原反 应中发挥重要作用,与叶绿素的形成以及碳水化合 物、蛋白质合成有密切关系,并能提高植物的呼吸 强度.因而植物生长需要少量的铜.植物缺铜时叶绿 素减少,叶片出现失绿现象,繁殖器官的发育受到 破坏,产量显著下降,严重时死亡.
kg)显著增加小白菜鲜重,高浓度铜(>200mg/kg) 则造成小白菜减产,400mg/kg 的外源铜使小白菜 减产 84%.张国军[3]的研究结果表明.随铜浓度的增 加脐橙叶片叶绿素含量,呈先增加后下降的趋势, 且 Cu 浓度越高下降幅度越大;说明低浓度 Cu 处 理可促进脐橙幼苗的光合作用,而高浓度有明显的 抑制作用.陈颖[4]的研究结果也证明:低浓度 Cu2+ 有利于叶绿素含量、蛋白质等含量提高,高浓度 Cu2+对上述各指标起显著地抑制作用.
综上所述,用含铜废物生产碱式碳酸铜,即利 用了某些生产过程的副产品,避免环境污染,又创 造了用途广泛经济价值很高的工业产品.使原料得 到充分利用,符合绿色化学的原则,具有较高的社 会效益. — ——— — ——— — —— — — —— —— —— 参考文献: 〔1〕廖自基.微量元素的环境化学及生物效应[M].中
近些年来随着铜矿冶炼、金属加工、机器制造、 有机合成、电子工业及其它工业的发展,含铜废水 的排放成为环境污染的来源.[5]冶炼、电镀生产所排 废水含铜量可达几十至数百 ppm.电子工业印制线 路板行业每年产生大量的蚀板浓铜废液,仅深圳市 每年产生的蚀刻板浓铜废液就达 100kt 以上,所产 生的废液中,铜离子含量可达 120g/L~160g/L.[7,8,9]
氨法生产碱式碳酸铜是将铜盐溶液与碳酸氢 铵溶液反应,在室温下通入空气进行长时间搅拌使 蓝色胶体老化,转化为绿色结晶.反应完成后,将滤 液加热浓缩结晶,控制 pH 值在 8 左右,生成碱式 碳酸铜沉淀,经过滤、干燥后制得成品.[10,11]
但该工艺所用到的游离态的氨易挥发,氨耗较 大,合成反应的温度也受到局限,这样想提高反应 速度十分困难,在室温下,要想溶解较大颗粒的铜 料进行反应,需要很长的时间,从而限制了铜料的 来源.且在此工艺中为了保证产品质量,需加入干
第 26 卷 第 6 期 2010 年 6 月
赤 峰 学 院 学 报( 自 然 科 学 版 ) Journal of Chifeng University(Natural Science Edition)
Vol. 26 No. 6 Jun. 2010
铜污染与碱式碳酸铜的制备
张晔Biblioteka Baidu
(赤峰学院 化学系,内蒙古 赤峰 024000)
痕量铜即可破坏生物体,高浓度则可致癌[6]. 2 含铜污染物的来源
鉴于铜的生态效应,无论是水环境还是土壤环 境中,都不能使铜的含量过高.自然环境中铜的含 量总的来说比较低,土壤中约为 2~200ppm.淡水 中大约 3 微克/升,正常海水中平均为 0.25 微 克/升.大气中只有约 0.3 微克/升.
含铜高的废水排放到水体,将影响水的质量. 水中铜含量超过 3ppm 产生异昧,超过 15ppm 时无 法饮用.若用含铜废水灌溉农田,对水稻危害的临 界浓度为 0.6ppm.铜对水生生物毒性很大,在水中 铜的浓度为 0.5ppm 时,能将 35~100%原生淡水 植物毒死.鱼类对铜的敏感超过哺乳动物,尤其是 游离的铜离子对鱼类更是致命的.在一些小河流中 曾经发生过铜对水生生物的急性中毒事件,在海岸 和港湾地区曾发生过铜污染,引起牡蛎变绿的事 件. 3 碱式碳酸铜的制备
但是,过量的铜会对植物生长发育产生危害. 例如在美国佛罗里达州,土壤的含铜量超过 50ppm 时,柑桔幼苗生长受到影响.用浓度 0.06ppm 的铜 溶液灌溉水培水稻,其产量减少 15.7%;若溶液浓 度增至 0.6ppm 时,产量减少 45.1%;若溶液浓度增 至 1.2ppm 时,产量减少 64.7%;若增至 3.2ppm,水 稻全无收获.
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