1銅及其主要化合物的性質(zhì)、銅的生產(chǎn)方法

1緒論1有色金屬重金屬輕金屬貴金屬稀有金屬有色金屬：是指鐵、鉻、錳以外的金屬。

重金屬一般指比重大于5.0的金屬，包括銅、鉛、鋅、鎳、錫等十多種金屬2

從銅的原子結(jié)構(gòu)來(lái)看，銅具有d組元素的通性，所以只能失去電子，不會(huì)和電子結(jié)合。從而有以下特點(diǎn)：a)有兩種價(jià)態(tài)(Cu+，Cu2+)，2價(jià)銅離子在溶液中顯藍(lán)色；

b)能生成絡(luò)合物，如[Cu(NH3)4]SO4；c)能和非金屬性強(qiáng)的元素直接化合成二元化合物，如CuS、Cu2S、CuO、Cu2O、CuCl2等；

d)銅的高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及良好的延展性是最有價(jià)值的特性；

e)銅與金銀一樣屬于活性小的金屬。但在含CO2的潮濕空氣中，銅的表面會(huì)慢慢生成有毒的銅綠即銅銹［Cu(OH)2CO3］。銅與鹽酸和稀硫酸不起作用，但有氧存在時(shí)，可緩慢溶解。1.1銅的性質(zhì)3

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：4CuS＝2Cu2S＋S2Cu2S

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(shí)，可氧化成CuO和CuSO4，加熱到330℃以上時(shí)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(shí)，逐漸溶解時(shí)放出H2S。Cu2S能很好地溶于FeCl3、Fe2(SO4)3、CuCl2和HCN（需氧）。1.2銅的主要化合物及其性質(zhì)4

CuO

呈黑色無(wú)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(shí)離解：4CuO＝2Cu2O＋O2CuO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(shí)才離解：2Cu2O＝4Cu＋O25Cu2O與FeS及可按下式反應(yīng)：Cu2O＋FeS=Cu2S＋FeO2Cu2O＋Cu2S=6Cu＋SO2

這兩個(gè)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。CuSO4

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(shí)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。6

銅的硅酸鹽

在自然界中，銅的硅酸鹽呈硅孔雀石(CuSiO3·3H2O)和透視石(CuSiO3·H2O)的礦物形態(tài)存在。這兩種礦物在高溫下形成穩(wěn)定的硅酸亞銅(2Cu2O·SiO2)。硅酸亞銅在1100~1200℃下熔化。硅酸亞銅易被H2、CO及C還原，也容易被較強(qiáng)的堿性氧化物（如FeO、CaO）及硫化物（如FeS、Cu2S）分解。2Cu2O·SiO2＋2FeS＝2FeO·SiO2＋2Cu2S工業(yè)上往往向含銅的熔渣中加黃鐵礦（FeS2）回收銅，正是基于此反應(yīng)。硅酸亞銅可溶于濃硝酸及乙酸中，易溶于鹽酸，微溶于硫酸。銅的碳酸鹽在自然界中呈孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]和藍(lán)銅礦[2CuCO3·Cu(OH)2]的礦物形態(tài)存在。這兩種化合物在220℃已上時(shí)完全分解為CuO，CO2和H2O。7

銅的鐵酸鹽銅的鐵酸鹽有兩種：鐵酸銅(CuO·Fe2O3)和鐵酸亞銅(Cu2O·Fe2O3)。銅的鐵酸鹽不溶于水、氨水及一般溶劑，易被強(qiáng)堿性氧化物或硫化物所分解，也已被SO2還原。Cu2O·Fe2O3+CaO=CaO·Fe2O3+Cu2O5Cu2O·Fe2O3+2FeS=10Cu+4Fe3O4+2SO2銅的氯化物銅的氯化物有兩種：CuCl2和CuCl(或Cu2Cl2)。CuCl2無(wú)天然礦物，人造CuCl2為褐色粉末，熔點(diǎn)為489℃，易溶于水。加熱至340℃分解，生成白色的氯化亞銅粉末。CuCl2＝Cu2Cl2+Cl2Cu2Cl2熔點(diǎn)為420~440℃，比重為3.53，是易揮發(fā)化合物。這一特點(diǎn)在氯化冶金中得到應(yīng)用。Cu2Cl2的食鹽溶液可使Pb、Zn、Cd、Fe、Co、Bi和Sn等金屬硫化物分解，形成相應(yīng)的金屬氯化物和CuS?？捎肍e將Cu2Cl2熔液中的銅置換沉淀出來(lái)。81.3銅的用途部門年份198019902003電氣工業(yè)建筑工業(yè)運(yùn)輸交通工業(yè)機(jī)械和設(shè)備家用及其他49.313.79.719.37.848.216.26.620.68.42637111511合計(jì)100100表1-4銅在各部門應(yīng)用中所占的百分比（%）9

銅的用途十分廣泛，一直是電氣、輕工、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、電子、郵電、軍工等行業(yè)不可缺少的原材料。

銅的電導(dǎo)率高，僅次于銀。因此用于制作電線電纜等。

銅的導(dǎo)熱性能好，因此常用銅制造加熱器、冷凝器與熱交換器等。

銅的延展性能好，易于成型和加工。

銅能與鋅、錫、鋁、鎳和鈹?shù)刃纬啥喾N重要合金。

黃銅：銅鋅合金。青銅：銅錫合金。還有白銅（銅鎳合金）、錳銅、鈹銅合金等。

銅的化合物是電鍍、原電池、農(nóng)藥、顏料、染料和觸媒等行業(yè)的重要化工原料。10銅產(chǎn)品圖片展示銅板陰極銅11銅產(chǎn)品圖片展示高純陰極銅電工銅排12銅產(chǎn)品圖片展示閥體毛坯銅鎖銅制散熱器射吸式焊咀

冷定器聯(lián)接管頭

液化氣閥

13銅產(chǎn)品圖片展示

銅制閥門表體焊割工具毛坯黃銅測(cè)溫球閥銅編鐘14銅產(chǎn)品圖片展示用于首飾

用于首飾

用于首飾銅像天文臺(tái)思考題：調(diào)查生活中有關(guān)銅制品的使用情況，回答分別利用了銅的何種性質(zhì)。15

銅的生產(chǎn)原料分為銅礦石、銅精礦和銅的二次回收料。由前二者生產(chǎn)的銅稱之為礦銅，由二次原料生產(chǎn)的銅一般稱為再生銅。1.3銅的生產(chǎn)原料及方法

硫化銅礦石一般不進(jìn)行直接冶煉，而先經(jīng)過(guò)礦物加工處理即選礦后得到精礦。浮選是選礦的主要方法，重選、磁選、離析及溶浸等也有應(yīng)用。銅選礦廠由破碎、篩分、磨礦、分級(jí)、選別和脫水等作業(yè)組成。16

銅在地球中的含量比較少，其相對(duì)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(jiàn)的約有30~40種，而有工業(yè)開(kāi)采價(jià)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(kāi)采的銅礦石最低品位為0.4~0.5%。開(kāi)采出來(lái)的低品位礦石，經(jīng)過(guò)選礦富集，使銅的品位提高到10~30％。

1.3.1煉銅原料17

銅的生產(chǎn)原料分為銅礦石、銅精礦和銅的二次回收料。由前二者生產(chǎn)的銅稱之為礦銅，由二次原料生產(chǎn)的銅一般稱為再生銅。

硫化銅礦石一般不進(jìn)行直接冶煉，而先經(jīng)過(guò)礦物加工處理即選礦后得到精礦。浮選是選礦的主要方法，重選、磁選、離析及溶浸等也有應(yīng)用。銅選礦廠由破碎、篩分、磨礦、分級(jí)、選別和脫水等作業(yè)組成。表1-1為銅的主要礦物。18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1－1銅的主要礦物19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20斑銅礦黃銅礦21自然銅膽礬22輝銅礦銅藍(lán)孔雀石23國(guó)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<1.5－7.524

銅的生產(chǎn)方法概括起來(lái)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80%左右的銅是用火法煉銅方法生產(chǎn)的。

濕法煉銅通常用于處理氧化銅礦、低品位廢礦、坑內(nèi)殘礦和難選復(fù)合礦。

火法煉銅用于處理硫化銅礦的各種銅精礦、廢雜銅。圖1-2為火法生產(chǎn)銅的原則流程圖。1.3.2銅的生產(chǎn)方法25干燥密閉鼓風(fēng)爐干燥電爐干燥反射爐硫化銅精礦干燥閃速爐干燥熔池熔煉爐連續(xù)煉銅爐冰銅轉(zhuǎn)爐或連續(xù)吹煉爐粗銅火法精煉爐陽(yáng)極銅電解精煉電銅(99.95%~99.99%Cu)(99.5%Cu)(98.5%Cu)(30-55%Cu)(20-30%Cu)26

濕法煉銅是在常壓或高壓下，用溶劑浸出礦石或焙燒礦中