專利名稱：堿式硝酸銅的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種化學產品的制備方法，具體涉及一種堿式硝酸銅的制備方法；屬于化學領域。
背景技術：
堿式硝酸銅可作為銅制品的中間體，也可以應用在煙花、推進劑領域，還可以作為制備氣囊氣體發生劑的氧化劑，用途廣泛而重要。特別是隨著汽車工業的發展，對無毒無害、穩定性好的新一代氣體發生劑的市場需求也越來越大，從而導致堿式硝酸銅的需求量逐年迅速地上升。但是，在工業化生產中，存在以下問題原料價格比較高、生產設備和工藝過程復雜、造成生產效率低，這些因素都直接或間接地導致堿式硝酸銅產品的成本較高；同時，目前市場上的堿式硝酸銅大多只是將硝酸銅與氫氧化銅進行簡單的混合，存在產品質量不好、品質不穩定的問題，導致其容易分解，不能長期、穩定地保持性能。目前，還沒有一種制備堿式硝酸銅的方法，能夠很好地解決上述問題。

發明內容
為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種堿式硝酸銅的制備方法，采用廉價易得的原料，簡化生產設備并且縮減工藝流程，不但提高了生產效率，而且便于工業化生產，進而降低了堿式硝酸銅的生產成本。同時，本發明所制備的堿式硝酸銅產品質量好，品質穩定。為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(I)、配制A溶液在第一反應器中配制含有Cu2+和N03_的A溶液；(2)、配制B溶液在第二反應器中配制含有NH4+和0H—的B溶液；(3)、制備中間產物將A溶液和B溶液同時流入第三反應器中，在水相中進行反應，并且控制第三反應器中反應液的pH值為3 10，制得中間產物；(4)、轉移中間產物將中間產物轉移至第四反應器中，并洗滌至洗滌液呈中性，然后進行初步除水處理，制得初步產物；(5)、制備目標產物在第五反應器中對初步產物進行脫水處理，再將其轉移至干燥處理器中，在30°C 180°C下進行干燥處理，制得目標產物堿式硝酸銅。前述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述步驟(3)中，通過調節A溶液和B溶液的流量控制第三反應器中反應液的pH值。前述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述A溶液直接由硝酸銅溶于水制得，或者由銅、氫氧化銅、堿式碳酸銅、氧化銅中的一個或幾個與硝酸反應制得。前述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述A溶液的波美度為5 55。前述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述步驟(3)在制備溫度為10°C 95 °C，pH值為6 8的條件下進行。
前述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述B溶液為氨水或者氨水溶液。
前述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述B溶液為可溶性銨鹽與可溶性氫氧化物溶于水形成的溶液。前述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述可溶性銨鹽為硫酸銨、氯化銨或硝酸銨，上述可溶性氫氧化物為氫氧化鈉或氫氧化鉀。前述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述B溶液中NH4+的質量濃度為1% 40%。前述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述NH4+與OF的摩爾比為O. 3 8 I。本發明的有益之處在于采用廉價易得的原料，設備和工藝流程簡單，便于工業化生產。在制備過程中只要對第三反應器中反應液的pH值這一個參數進行監測，即使pH值超出標準值，也只需要通過調整A溶液和B溶液的流量即可調整反應器中反應液的pH值，無需其他試劑輔助，提高了生產效率。而且該方法制得的堿式硝酸銅產品的質量好且品質穩定，具有良好的社會和經濟效益。


圖I是本發明的堿式硝酸銅的制備方法示意圖；圖2是熱重分析儀測得的本發明的一種優選實施例制備出的產品的溫度-質量分析圖(TGA)。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。參照圖1，本發明的堿式硝酸銅的制備方法，包含以下幾個步驟(I)、配制A溶液在第一反應器中配制含有Cu2+和N03_的A溶液；具體來說，A溶液可以直接由硝酸銅溶于水制得，也可以由銅、氫氧化銅、堿式碳酸銅、氧化銅等與硝酸反應制得。此處對A溶液的濃度沒有特殊的要求，作為一種優選，A溶液的波美度為5 55。(2)、配制B溶液在第二反應器中配制含有NH4+和0H—的B溶液；B溶液可以直接為氨水，或者是氨水與水以任意比例混合的混合溶液，或者直接使用氨氣也可以，因為反應過程是在水相條件下進行的，而氨氣是極易溶于水生成氨水的。此夕卜，還可以采用銨鹽與氫氧化物的混合物配制B溶液，當然，這里所述的銨鹽和氫氧化物應當都是可溶性的，即都能夠溶于水。比如，銨鹽可以為硫酸銨、氯化銨、硝酸銨等，氫氧化物可以為氫氧化鈉、氫氧化鉀等。作為一種優選，NH4+的質量濃度為I % 40%。作為進一步的優選，NH4+的質量濃度為10% 25%。為了在保證產品品質的同時獲得較高的產率，NH4+與0H_的摩爾比優選為O. 3 8 I。(3)、制備中間產物將A溶液和B溶液同時流入第三反應器中，在水相中進行反應，并且通過調節A溶液和B溶液的流量使第三反應器中反應液的pH值為3 10，反應一段時間后制得中間產物；需要說明的是，本發明中所述的水相是指水或者可溶性物質與水形成的溶液。反應過程中，NH4+實際上是起到了催化劑的作用，能夠加快反應速度，從而提高生產效率。NH4+首先與銅離子反應生成銅銨離子[Cu(NH3)4]2+，然后在0H_作用下產生氫氧化銅，生成的氫氧化銅在NH4+作用下會與溶液中的硝酸銅反應生成堿式硝酸銅沉淀。具體反應原理如下
Cu(NO3)2 +NH: <~>[Cu(NH3)4]2+ +HNO32+ +HNO3 +OH— <~>Cu(OH)2 +NH4-NO3
Cu(OH)2 +Cu(NO3)2 ·4+ >Cu(NO3)2 ·3Cu(OH)2 i因此，所謂中間產物實際上是指由堿式硝酸銅沉淀與反應液(即其他可溶性物質 的水溶液)組成的固液混合物。該步驟是制備堿式硝酸銅的關鍵步驟，反應條件的控制對產品的質量、品質及穩定性都有顯著的影響。作為優選，該步驟中，反應過程中反應液的pH值為6 8，制備溫度為 10°C 95°C。值得注意的是，反應過程中對第三反應器中反應液的pH值進行重點監測，可以通過pH試紙對反應液的pH值進行監測，當然，為了更加便于工業化生產，優選采用pH計對反應液進行實時的自動監測。在反應過程中，一旦pH值超出設定的條件范圍，我們只需要通過調整溶液A和溶液B的流量即可調整pH值。具體來說，如果我們要控制反應過程中的pH值為6 8，一旦監測到的PH值小于6，那么我們就通過減小溶液A的流量或者增加溶液B的流量，使pH值增大；而一旦PH值大于8，則增大溶液A的流量或者減小溶液B的流量，以使pH值減小。(4)、轉移中間產物將中間產物轉移至第四反應器中，并洗滌至洗滌液呈中性，然后進行初步除水處理，制得初步產物；該步驟實質上是對中間產物進行初步加工、為制備出目標產物堿式硝酸銅作準備的。這里所說的初步產物實際上是已經進行過洗滌并經初步除水處理的堿式硝酸銅。所以，作為一種優選，第四反應器為抽濾器，不但可以在抽濾器中對中間產物進行洗滌，洗滌是否達到要求則以洗滌過中間產物的洗滌液的情況來判斷，一般情況下，當洗滌液呈中性或者基本呈中性時，表示已經洗滌達標。則進行下一個工藝過程一抽濾，對中間產物進行初步除水處理，制得初步產物。(5)、制備目標產物在第五反應器中對中間產物進行脫水處理，再將其轉移至干燥器中，在30°C 180°C下進行干燥處理，制得目標產物堿式硝酸銅。該步驟是為了對初步產物進行進一步處理，以制備出目標產物堿式硝酸銅。至于具體的脫水和干燥處理時間并沒有嚴格的要求，根據具體工藝情況而定。通過上述步驟，我們制得了堿式硝酸銅。但是，不同的工業領域對堿式硝酸銅往往有不同的要求，鑒于此，還可以對堿式硝酸銅進行粉碎或分篩，制得適用于不同的工業生產的工業型堿式硝酸銅。當然，對于不同工業需求，粉碎或分篩的具體工藝過程也是不盡相同的，此處不作贅述。實施例I(I)、配制A溶液在第一反應器中配制波美度為5的硝酸銅溶液，待用；(2)、配制B溶液在第二反應器中配制NH4+質量濃度為I %的氨水溶液，待用；(3)、向2000L的第三反應器中加入500L水，水溫為10°C，然后使A溶液和B溶液同時、緩慢地流入第三反應器中，進行反應過程。反應過程中采用PH計實時地監測第三反應器中溶液的PH值并根據情況確定是否調整兩種溶液的流量，使反應器中的pH值控制在3左右。連續反應一段時間后，關閉兩種溶液，制得中間產物；(4)、轉移中間產物將中間產物轉移至第四反應器中，并洗滌至洗滌液呈中性，然后進行初步除水處理，制得初步產物；(5)、制備目標產物在第五反應器中對初步產物進行脫水處理，再將其轉移至干燥處理器中，在30°C下進行干燥處理，制得目標產物堿式硝酸銅。實施例2(I)、配制A溶液在第一反應器中配制波美度為25的硝酸銅溶液，待用；(2)、配制B溶液在第二反應器中配制NH4+質量濃度為10%的氨水溶液，待用；(3)、制備中間產物向2000L的第三反應器中加入500L水，加熱到40°C，然后將步驟(I)和步驟(2)配制的兩種溶液同時、緩慢地流入第三反應器中，進行反應過程。反應過程中采用PH計實時地監測第三反應器中溶液的pH值并根據情況確定是否調整兩種溶液的流量，使反應器中的PH值控制在6左右。連續反應一段時間后，關閉兩種溶液，制得中間產物；(4)、轉移中間產物將中間產物轉移至第四反應器中，并洗滌至洗滌液呈中性，然后進行初步除水處理，制得初步產物；(5)、制備目標產物在第五反應器中對初步產物進行脫水處理，再將其轉移至干燥處理器中，在80°C下進行干燥處理，制得目標產物堿式硝酸銅。實施例3(I)、配制A溶液在第一反應器中配制波美度為40的硝酸銅溶液，待用；(2)、配制B溶液在第二反應器中將硝酸銨與氫氧化鈉按照摩爾比為NH4+ or = I I 一起混合在水溶液中，配制成NH4+質量濃度為20%的溶液，待用；(3)、制備中間產物向2000L的第三反應器中加入500L水，加熱到60°C，然后將步驟(I)和步驟(2)配制的兩種溶液同時、緩慢地流入第三反應器中，進行反應過程。反應過程中采用PH計實時地監測第三反應器中溶液的pH值并根據情況確定是否調整兩種溶液的流量，使反應器中的PH值控制在8左右。連續反應一段時間后，關閉兩種溶液，制得中間產物；(4)、轉移中間產物將中間產物轉移至第四反應器中，并洗滌至洗滌液呈中性，然后進行初步除水處理，制得初步產物；(5)、制備目標產物在第五反應器中對初步產物進行脫水處理，再將其轉移至干燥處理器中，在100°c下進行干燥處理，制得目標產物堿式硝酸銅。實施例4(I)、配制A溶液在第一反應器中配制波美度為55的硝酸銅溶液，待用；
(2)、配制B溶液在第二反應器中將硝酸銨與氫氧化鈉按照摩爾比為NH4+ or = I I 一起混合在水溶液中，配制成NH4+質量濃度為40%的溶液，待用；(3)、制備中間產物向2000L的第三反應器中加入500L水，加熱到95°C，然后將步驟(I)和步驟(2)配制的兩種溶液同時、緩慢地流入第三反應器中，進行反應過程。反應過程中采用PH計實時地監測第三反應器中溶液的pH值并根據情況確定是否調整兩種溶液的流量，使反應器中的PH值控制在10左右。連續反應一段時間后，關閉兩種溶液，制得中間產物；(4)、轉移中間產物將中間產物轉移至第四反應器中，并洗滌至洗滌液呈中性，然后進行初步除水處理，制得初步產物；(5)、制備目標產物在第五反應器中對初步產物進行脫水處理，再將其轉移至干 燥處理器中，在180°C下進行干燥處理，制得目標產物堿式硝酸銅。參見圖2是熱重分析儀測得的實施例3制備出的目標產物的溫度-質量分析圖(TGA)，在TGA測試的升溫過程中過程中，100°C之前或者附近樣品發生的重量損失為物理結合水的重量。從200°C以后，樣品的重量損失明顯加快，即是發生了化學分解反應，說明其穩定性很好。最終分解得到的產品的重量為原始產品重量的62. 46%,而且分解完成后最終產品為黑色的。據此，我們經分析可以得出，分解反應過程符合堿式硝酸銅分解的化學方程式Cu (NO3) 2 · 3Cu (OH) 2 — 4Cu0+3H20+2N02+0. 502另外，我們對其他幾個實施例也進行了熱分析，具體數值參見下面的表I :
權利要求
1.堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)、配制A溶液在第一反應器中配制含有Cu2+和N03_的A溶液；(2)、配制B溶液在第二反應器中配制含有NH4+和0H_的B溶液；(3)、制備中間產物將A溶液和B溶液同時流入第三反應器中，在水相中進行反應，并且控制第三反應器中反應液的pH值為3 10，制得中間產物；(4)、轉移中間產物將中間產物轉移至第四反應器中，并洗滌至洗滌液呈中性，然后進行初步除水處理，制得初步產物；(5)、制備目標產物在第五反應器中對初步產物進行脫水處理，再將其轉移至干燥處理器中，在30°C 180°C下進行干燥處理，制得目標產物堿式硝酸銅。
2.根據權利要求I所述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述步驟(3)中，通過調節A溶液和B溶液的流量控制第三反應器中反應液的pH值。
3.根據權利要求I所述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述A溶液直接由硝酸銅溶于水制得，或者由銅、氫氧化銅、堿式碳酸銅、氧化銅中的一個或幾個與硝酸反應制得。
4.根據權利要求3所述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述A溶液的波美度為5 55。
5.根據權利要求I所述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述步驟(3)在制備溫度為10°C 95°C，pH值為6 8的條件下進行。
6.根據權利要求I所述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述B溶液為氨水或者氨水溶液。
7.根據權利要求I所述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述B溶液為可溶性銨鹽與可溶性氫氧化物溶于水形成的溶液。
8.根據權利要求7所述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述可溶性銨鹽為硫酸銨、氯化銨或硝酸銨，上述可溶性氫氧化物為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
9.根據權利要求I所述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述B溶液中NH4+的質量濃度為1% 40%。
10.根據權利要求I、任一項所述的堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，上述NH4+與or的摩爾比為O. 3 8: I。
全文摘要
本發明公開了一種堿式硝酸銅的制備方法，其特征在于，包括如下步驟包括如下步驟在第一反應器中配制含有Cu2+和NO3-的A溶液；在第二反應器中配制含有NH4+和OH-的B溶液；將A溶液和B溶液同時流入第三反應器中，在水相中進行反應，并且通過調節A溶液和B溶液的流量使第三反應器中反應液的pH值為3~10，制得中間產物；將中間產物轉移至第四反應器中，并洗滌至洗滌液呈中性，然后進行初步除水處理，制得初步產物；在第五反應器中對初步產物進行脫水等一系列后續處理，制得目標產物堿式硝酸銅。采用廉價易得的原料，設備和工藝流程簡單，提高了生產效率；而且產品的質量好且品質穩定，具有良好的社會和經濟效益。
文檔編號C01G3/08GK102633291SQ20121008216
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者廖勇志 申請人:廖勇志