第二次課概述

第一章銅冶金CopperMetallurgy(14學(xué)時)0一、銅的性質(zhì)二、銅的主要化合物及其性質(zhì)三、銅的用途四、煉銅原料五、銅的提取方法第一節(jié)概述1第一節(jié)概述

在人類文明進(jìn)程中，銅的生產(chǎn)與應(yīng)用一直起著非常重要的作用。從青銅時代開始，到幾千年后的電氣化時代，電子時代，直至今天的信息社會，銅都是最廣泛應(yīng)用和不可替代的金屬材料。2

西亞地區(qū)在世界上是最早應(yīng)用銅并掌握煉銅技術(shù)的地區(qū)。

伊朗西部的阿里喀什和卡約努泰佩舍發(fā)現(xiàn)的小銅針、銅錐等距今已有9000年以上。

在土爾其南部的安納托利亞的查塔爾螢克，發(fā)現(xiàn)的爐渣中含有銅粒，這種爐渣距今約有8000～9000年(公元前7000～6000年)歷史。3

到14～15世紀(jì)時，歐洲普遍采用“德國法”煉銅，此法是將硫化銅礦全部氧化焙燒成氧化銅，然后在矮豎爐內(nèi)還原粗銅。1698年英國開始采用反射爐冶煉富銅礦(含Cu10%~30%)。

真正引起煉銅工藝革命的是19世紀(jì)后期，即1880年出現(xiàn)的轉(zhuǎn)爐(貝塞麥特爐)。用轉(zhuǎn)爐吹煉銅锍，大大縮短了冶煉周期，使煉銅工業(yè)進(jìn)入到一個新時期。4

1865年歐洲出現(xiàn)了電解精煉法，從而使銅的純度大大提高。從20世紀(jì)70年代末開始，全世界煉銅工業(yè)面貌發(fā)生了巨大變化，以美國猶他冶煉廠的奧托昆普閃速爐為代表的綠色冶金工業(yè)正在發(fā)展和推廣。5我國在夏代已進(jìn)入了青銅時代，商、周是青銅文化的鼎盛時期，這一時期出土的大批文物表明，我國的煉銅技術(shù)已處于當(dāng)時世界的最高水平。在甘肅武威皇娘娘臺發(fā)現(xiàn)的紅銅銅刀和銅錐距今已達(dá)四千年。在甘肅馬家窯文化遺址中發(fā)現(xiàn)的青銅刀距今已有五千年歷史。濕法煉銅更是源于我國，古稱膽銅法，早在西漢《懷南萬畢術(shù)》中就有用鐵從硫酸銅(膽銅)溶液中置換銅的記載，唐末、五代時此法已用于生產(chǎn)。6

我國第一個近代銅礦冶煉廠是20世紀(jì)30年代沈陽的奉天金制煉所（沈陽冶煉廠前身），使用的工藝流程是燒結(jié)鍋燒結(jié)－敞開鼓風(fēng)爐熔煉－真吹爐吹煉-電解精煉。

在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，對銅需求不斷增加，以及環(huán)境保護(hù)、能源和劇烈市場競爭的推動下，我國銅冶金工廠的技術(shù)與裝備發(fā)展迅速。以新一代閃速爐、艾薩法和諾蘭達(dá)法為代表的許多新工藝，已經(jīng)被和正在被我國主要銅企業(yè)引進(jìn)采用。7銅屬于元素周期表的第四周期、第一副族元素，原子序數(shù)為29，原子量為63.57。一、銅的性質(zhì)1.物理性質(zhì)銅是一種具有金屬光澤的橙紅色金屬，高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及良好的延展性是銅最有價值的特性。銅的主要物理性質(zhì)見表1-1。8表1-1銅的主要物理性質(zhì)名稱密度(g/cm3)(20℃)熔點(diǎn)(℃)沸點(diǎn)(℃)電阻率(Ω·m)熱導(dǎo)率(W/cm·K)熔化熱(J/g)汽化熱(J/g)比熱(J/g·K)(25℃)粘度(Pa·s)(1145℃)數(shù)量8.961083.425670.0172414.01204.748000.38430.034192.化學(xué)性質(zhì)銅與金銀一樣，屬于活性小的金屬。常溫時，銅在干燥的空氣中穩(wěn)定。在含有CO2的潮濕空氣中則能氧化形成堿式碳酸銅[Cu(OH)2·CuCO3]（銅綠），又稱銅銹、孔雀石，有毒薄膜?？兹甘?0加熱至185℃，銅在空氣中開始氧化，高于350℃氧化生成Cu2O和CuO，銅表面顏色變黑。銅的電位比氫的電位正，屬正電性元素，故不能從酸中置換出氫，因此不溶于鹽酸、稀硫酸，能溶于有氧化作用的酸，如硝酸和濃硫酸。銅能與多種元素形成合金，從而大大改善銅的性質(zhì)，使之易于進(jìn)行冷、熱加工，并增加抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能。目前已能制備1600多種銅合金，主要系列有：黃銅、青銅。此外還有白銅、錳銅、鈹銅合金等等。11

CuS呈黑綠色或棕色，自然界中以銅藍(lán)礦物形態(tài)存在，比重4.66，熔點(diǎn)1110℃；中性或還原性氣氛中加熱分解：二、銅的主要化合物及其性質(zhì)4CuS＝2Cu2S＋S212Cu2S

呈藍(lán)黑色，自然界中呈輝銅礦礦物存在，比重5.785，熔點(diǎn)1135℃；常溫下很穩(wěn)定，加熱到200～300℃時，可氧化成CuO和CuSO4，加熱到330℃以上時就氧化成Cu2O。在高溫下（1150℃），有氧條件下強(qiáng)烈氧化：Cu2S＋O2＝2Cu＋SO2Cu2S與FeS及其他金屬硫化物共熔形成锍。

Cu2S不溶于水，幾乎不溶于弱酸，能溶于硝酸。Cu2S與濃鹽酸作用時，逐漸溶解時放出H2S。Cu2S能很好地溶于FeCl3、Fe2(SO4)3、CuCl2和HCN（需氧）。13

CuO

呈黑色無光澤，在自然界以黑銅礦形態(tài)存在，比重6.3左右，熔點(diǎn)1447℃；CuO不穩(wěn)定，加熱時離解：4CuO＝2Cu2O＋O2

CuO不溶于水，但能溶于硫酸、鹽酸等酸中，還能溶于FeCl3、Fe2(SO4)3、NH4OH和(NH4)2CO3等溶液中。Cu2O

粉末呈紅色，致密的呈纓紅色，有光澤，在自然界以赤銅礦形態(tài)存在，比重5.7～6.1，熔點(diǎn)1230℃；加熱到2200℃以上時才離解：2Cu2O＝4Cu＋O214Cu2O與FeS及可按下式反應(yīng)：Cu2O＋FeS=Cu2S＋FeO2Cu2O＋Cu2S=6Cu＋SO2

這兩個反應(yīng)在銅的火法冶金中具有重要意義。Cu2O不溶于水，但能溶于硫酸、鹽酸、FeCl3、Fe2(SO4)3、FeCl2和NH4OH等溶液中。Cu2O易被H2、CO、C及CxHy還原成金屬銅，也可被Fe、Zn金屬還原成金屬銅。15CuSO4

硫酸銅在自然界中以膽礬(CuSO4·5H2O)的形態(tài)存在。純膽礬為天藍(lán)色，失去結(jié)晶水后為白色粉末。硫酸銅加熱時分解：2CuSO4=CuO·CuSO4+SO3(或SO2+1/2O2)CuO·CuSO4=2CuO+SO3(或SO2+1/2O2)

硫酸銅易溶于水，可用Fe、Zn等比銅負(fù)電性的元素從硫酸銅水溶液中置換出金屬銅。16銅在國民經(jīng)濟(jì)各部門有著廣泛的用途,特別是在電氣工業(yè)應(yīng)用更為廣泛。三、銅的用途表1-2銅在各部門應(yīng)用中所占的百分比（％）17表1-32005年國內(nèi)一些銅冶煉廠年產(chǎn)量18銅在地球中的含量比較少，其相對豐度僅為7×10-5，遠(yuǎn)低于鋁、鐵和鎂等金屬，甚至比鈦還低。目前自然界中含銅礦物有240多種，其中常見的約有30～40種，而有工業(yè)開采價值的銅礦僅10余種。銅礦物可分為自然銅、硫化礦和氧化礦三種類型。自然銅在自然界中很少，主要是硫化礦和氧化礦。特別是硫化礦分布最廣，是當(dāng)今煉銅的主要原料。目前工業(yè)開采的銅礦石最低品位為0.4%~0.5%。開采出來的低品位礦石，經(jīng)過選礦富集，使銅的品位提高到10%

~30％。表1-4為銅的主要礦物。四、煉銅原料1.銅的礦物、礦石與精礦19礦物類別礦物名稱化學(xué)分子式%Cu密度／g·cm-3顏色自然礦物自然銅Cu1008.9紅色硫化礦物輝銅礦銅藍(lán)黃銅礦斑銅礦硫砷銅礦黝銅礦Cu2SCuSCuFeS2Cu4FeS4Cu3AsS4（Cu,Fe)12Sb4S1379.866.734.663.549.025.05.5-5.84.6-4.74.1-4.35.064.454.6-5.1灰黑色紅藍(lán)色黃色紅藍(lán)色灰黑色灰黑色表1-4為銅的主要礦物20氧化礦物赤銅礦黑銅礦孔雀石藍(lán)銅礦硅孔雀石膽礬Cu2OCuOCuCO3·Cu(OH)22CuCO3·Cu(OH)2CuSiO3·2H2OCuSO4·5H2O88.879.957.568.236.225.57.145.8-6.14.053.772.0-2.22.29紅色灰黑色亮綠色亮藍(lán)色藍(lán)綠色藍(lán)色21目前探明的有儲量的礦區(qū)939處（21處儲量已耗竭）

，截至1999年底累計(jì)探明儲量為7393.79萬噸，分布于29個?。▍^(qū)市）。排居前5位的?。▍^(qū)）依次為：江西：1265.59萬噸；占全國銅總量的20％西藏：952.49萬噸；占全國銅總量的15.1％云南：692.76萬噸；占全國銅總量的11％甘肅：402.55萬噸；占全國銅總量的6.4％安徽：346.14萬噸；占全國銅總量的5.5％我國的銅礦儲量及分布：22國內(nèi)一些煉銅廠混合精礦成分(%)：廠名及工藝CuFeSPbZnAsSiO2貴冶閃速爐21.529.032.50.40.90.256.5大冶諾蘭達(dá)爐23.523.521.71.061.030.3111.40云冶艾薩爐21.1224.2522.040.670.48－15.74侯馬澳斯麥特爐24.528.031.0－－－9.5金隆閃速爐29.527.528.3－－0.17.0白銀白銀爐18.528.931.10.812.550.347.6葫蘆島密閉鼓風(fēng)爐25.127.929.0<1.3<1.5－7.523硫化銅礦大多采用火法冶煉工藝處理，氧化銅礦常直接采用濕法冶煉工藝處理。近年來，由于對環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求，大多數(shù)工廠用火法處理硫化銅礦時，都遇到含SO2煙氣的逸散問題，所以試圖用濕法來處理硫化銅礦。銅精礦成分千差萬別，確定冶煉工藝要先看精礦的組成，同時從經(jīng)濟(jì)、地域、技術(shù)條件等多種因素加以綜合考慮。2、再生銅原料

銅是所有金屬中最易再生的金屬之一。目前，再生銅占世界銅總供應(yīng)量的40%。24銅的生產(chǎn)方法概括起來有火法和濕法兩大類?；鸱掋~是當(dāng)今生產(chǎn)銅的主要方法，世界上8