金属铜

1.1.1 金属铜

铜在元素周期表中位于第四周期，属IB族金属元素，是一种过渡金属，原子序数为29，相对原子质量为63.55，元素符号为Cu。铜原子的晶体结构为面心立方(FCC)，这种结晶构造是自然界结晶构造中对称性最高的一种。铜呈紫红色光泽的金属，密度8.92克/立方厘米。熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃。常见化合价+1和+2。电离能7.726电子伏特。铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一，属于重金属这一行列，稍硬、极坚韧、耐磨损。同时铜它也是人体所含微量元素之一。

铜是人类最早使用的金属。早在史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，并用获取的铜制造武器、式具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。铜是一种存在于地壳和海洋中的金属。铜在地壳中的含量约为0.01%，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3%～5%。自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在。铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿石，经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。

纯的铜一般指纯度高于99.3%工业用金属铜。颜色紫红又称紫铜，主成分为铜加银，含量为99.7～99.95%；主要杂质元素：磷、铋、锑、砷、铁、镍、铅、锡、硫、锌、氧等；铜最重要的特性之一便是其具有极佳的导电性，其电导率为58m/(Ω·mm2)。这一特性使得铜大量应用于电子、电气、电信和电子行业。固体铜中含有自由电子所产生的另一重要效应就是其拥有极高的导热性，其热导性为386W/(m.k)，导热性仅次于银。加之铜比金、银储量更丰富，价格更便宜，因此被制成电线电缆、接插件端子、引线框架等各种产品，广泛用于电子电气、电讯和电子行业。铜还有各种换热设备如热交换器、冷凝器、散热器的关键材料，被广泛应用于电站辅机、空调、制冷、汽车水箱、太阳能集热器栅板、海水淡化以及医药、化工、冶金等各种换热场合。铜具有良好的耐蚀性能，优于普通钢材，在碱性气氛中优于铝。铜的电位序中是+0.34V，比氢高，是以电位较正的金属。铜在淡水中的腐蚀速度也很低(约0.05mm/a)。并且铜管用于运送自来水时，管壁不沉积矿物质，这点是铁制水管所远不能及的。紫铜在大气、海水和某些非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）、碱、盐溶液及多种有机酸（醋酸、柠檬酸）中，有良好的耐蚀性，用于化学工业。另外，紫铜有良好的焊接性，可经冷、热塑性加工制成各种半成品和成品。纯铜为抗磁性物质，室温磁化率为-0.085×10-6，温度对其磁化率的影响不大。铁磁性杂质(特别是铁)若在铜中呈不溶状态，则使铜显铁磁性。

铜是不太活泼的重金属元素。在常温下不与干燥空气中的氧反应。但加热时能与氧化合成黑色的氧化铜CuO；继续在很高的温度下燃烧就红色的氧化亚铜Cu2O，Cu

O有毒，广泛应用于船底漆，防止寄生的动植物在船底生长。在潮湿的

2

空气里，铜的表面慢慢生成一层绿色的铜锈，其成分主要是碱式碳酸铜；在电位顺序中，铜在氢之后，所以铜不能与稀盐酸或稀硫酸作用放出氢气。但在空气中铜可以缓慢溶解于稀酸中生成铜盐；铜容易被硝酸或热浓硫酸等氧化性酸氧化而溶解：常温下铜就能与卤素直接化合，加热时铜能与硫直接化合生成CuS。此外，铜还能与三氯化铁作用。在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，以制造印刷线路。

铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在中国有色金属材料的消费中仅次于铝。铜在

电气、电子工业中应用最广、用量最大，占总消费量一半以上。用于各种电缆和导线，电机和变压器，开关以及印刷线路板的制造中。在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等，每生产300万发子弹，需用铜13-14吨。在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。铜冶金技术的发展经历了漫长的过程，但至今铜的冶炼仍以火法治炼为主，其产量约占世界铜总产量的85%，现代湿法冶炼的技术正在逐步推广，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。