铜及铜合金a
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⑴高价硫化物、氧化物及碳酸盐的分解 在1200℃ 以上，所有高价化合物均会发生离解反应。
FeS2 ＝ FeS ＋ 0.5S2 FenSn+1 = nFeS + 0.5S2 2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 0.5S2 2CuS = Cu2S + 0.5S2 2Cu3FeS3 = 3Cu2S + 2FeS + 0.5S2 3NiS = Ni3S2 + 0.5S2 氧化铜和碳酸盐的离解反应： 2CuO = Cu2O + 0.5O2 CaCO3 = CaO + CO2 MgCO3 = MgO + CO2 离解生成的S2被炉中的氧化气氛氧化为SO2。
铜矿石中铜的含量1％左右（0.5％～3％）便有开采价值，用 浮选法把矿石中一部分脉石等杂质除去，得到含铜量较高（8 ％～35％）的精矿砂。
距今4000年前的夏朝已使用红铜（天然铜）。1957年和1959年在 甘肃武威皇娘娘台遗址发掘出铜器近20件，铜器中铜含量99.63%～ 99.87%。
战国时代《周礼·考工记》：金有六齐。六分其金而锡居一，谓 之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居 一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金 而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。
连续炼铜炉
硫化铜精矿 (20～30%Cu)
干燥 熔池熔炼炉
干燥 闪速炉
干燥 电炉
干燥 反射炉
干燥 密闭鼓风炉
冰铜 (30～55%Cu) 转炉或连续吹炼炉
粗铜 (98.5%Cu) 火法精炼炉
阳极铜 (99.5% Cu) 电解精炼
电铜 (99.95%～99.99% Cu)
冰铜制取
冰铜熔炼所用原料主要是铜精矿和含铜的返料，除了有Cu、Fe、S等元 素外，还含有SiO2、CaO、MgO等。熔炼时如下发生反应：
冰铜熔炼方法
传统熔炼方法 现代炼铜方法
鼓风炉熔炼方法
反射炉熔炼方法
电炉熔炼方法 熔池熔炼方法
诺兰达法 瓦纽科夫法 白银法 奥斯麦特法 三菱法
漂浮熔炼方法
闪速熔炼法 基夫赛特法
奥托昆普法 印柯法
粗铜的制取
液态冰铜经在水平转炉中进行吹炼制得粗铜。 吹炼的目的：利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几 乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜。 转炉吹炼分为两个阶段： 第一阶段：造渣期，主要进行FeS的氧化和造渣反应； 第 二 阶 段 ： 造 铜 期 ， 主 要 进 行 Cu2S 的 氧 化 及 Cu2S 和 Cu2O的相互反应，最终获得粗铜。 造渣期根据情况加入冰铜和石英溶剂，并间断地排放 炉渣。造铜期无需加溶剂，不产出炉渣。
机械和运输车辆制造：阀 门和配件、仪表、滑动轴承、 模具、热交换器和泵等。
化学工业：制造真空器、蒸 馏锅、酿造锅等。
国防工业：子弹、炮弹、枪 炮零件等，每生产100万发子 弹，需用铜13～14吨。
建筑工业：管道、管道配件、 装饰器件等。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
性能：
高导电性； 高导热性； 高耐蚀性； 优良的韧性和延展性； 合适的强度。
氧化过程
铜中多数杂质对氧的亲和力大 于铜，且杂质氧化物在铜水中的 溶解度很小。粗铜中主要是铜， 杂质浓度低，根据质量作用定律， 铜先氧化：
C + O2 = CO2 2H2 + O2 = 2H2O CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2
冰铜是在熔炼过程中产生的、以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其它 金 属 硫 化 物 （ 如 Ni3S2 、 Co3S2 、 PbS 、 ZnS 等 ） 、 贵 金 属 （ Au 、 Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及微量脉石成分的 多元系混合物。
⑵硫化物氧化 FeS + 1.5O2 = FeO + SO2 FeS2 + 2.5O2 = FeO + 2SO2 3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2 Cu2S + 1.5O2 = Cu2O + SO2
⑶铁的氧化物及脉石造渣反应
2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2 ⑷燃料的燃烧反应
转炉示意图
粗铜火法精炼
粗铜含有各种杂质和金银等贵金属（ 0.25~2% ）。这些杂质影响 铜的物理化学性质和用途。
火法精炼的目的：尽量除去粗铜中的杂质，为电解精炼提供合格 的铜阳极板。
火法精炼在回转阳极炉或反射炉内进行。每一精炼周期包括装料、 熔化、氧化、还原和浇铸五个工段，其中氧化和还原工段是最关键工 段。
4.2 铜的提取
铜的制取方法：火法冶金、湿法冶金。 火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上80％左右
的铜由火法炼铜方法生产。 通过熔融冶炼和电解精炼生产出阴极铜（电解铜），
适用于高品位的硫化铜矿、旧废铜和新废铜。 旧废铜来自旧设备、废弃的楼房和地下管道；新废铜
来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50％左右)。废铜 供应较稳定，废铜可以分为：裸杂铜:品位在90％以上； 黄杂铜（电线）:含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜 和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。
一辆普通家用轿车的电子和电动附件所需铜线长达1公里。 法国高速火车铁轨每公里用10吨铜。 波音747-200型飞机总重量中铜占2%。
铜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，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。
电气、电子工业：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，电机和变压器的绕阻，开关以及 印刷线路板等。
第4章 铜及铜合金
4.1 概述 4.2 铜的制取 4.3 纯铜 4.4 铜合金
4.1 概述
最早使用的金属是铜。史前时代就开始采掘露天铜矿，用铜制 造武器、工具和其他器皿。
铜在地壳中的含量约为0.01%。铜多以铜矿物存在。铜矿物 与其他矿物聚合成铜矿石，铜矿石经选矿而成为含铜较高的铜精 矿。
铜矿石分为三类： ⑴硫化矿：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜矿(Cu2S)。 ⑵氧化矿：赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、蓝铜矿 [2CuCO3·Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO3·2H2O)。 ⑶自然铜
FeS2 ＝ FeS ＋ 0.5S2 FenSn+1 = nFeS + 0.5S2 2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 0.5S2 2CuS = Cu2S + 0.5S2 2Cu3FeS3 = 3Cu2S + 2FeS + 0.5S2 3NiS = Ni3S2 + 0.5S2 氧化铜和碳酸盐的离解反应： 2CuO = Cu2O + 0.5O2 CaCO3 = CaO + CO2 MgCO3 = MgO + CO2 离解生成的S2被炉中的氧化气氛氧化为SO2。
铜矿石中铜的含量1％左右（0.5％～3％）便有开采价值，用 浮选法把矿石中一部分脉石等杂质除去，得到含铜量较高（8 ％～35％）的精矿砂。
距今4000年前的夏朝已使用红铜（天然铜）。1957年和1959年在 甘肃武威皇娘娘台遗址发掘出铜器近20件，铜器中铜含量99.63%～ 99.87%。
战国时代《周礼·考工记》：金有六齐。六分其金而锡居一，谓 之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居 一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金 而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。
连续炼铜炉
硫化铜精矿 (20～30%Cu)
干燥 熔池熔炼炉
干燥 闪速炉
干燥 电炉
干燥 反射炉
干燥 密闭鼓风炉
冰铜 (30～55%Cu) 转炉或连续吹炼炉
粗铜 (98.5%Cu) 火法精炼炉
阳极铜 (99.5% Cu) 电解精炼
电铜 (99.95%～99.99% Cu)
冰铜制取
冰铜熔炼所用原料主要是铜精矿和含铜的返料，除了有Cu、Fe、S等元 素外，还含有SiO2、CaO、MgO等。熔炼时如下发生反应：
冰铜熔炼方法
传统熔炼方法 现代炼铜方法
鼓风炉熔炼方法
反射炉熔炼方法
电炉熔炼方法 熔池熔炼方法
诺兰达法 瓦纽科夫法 白银法 奥斯麦特法 三菱法
漂浮熔炼方法
闪速熔炼法 基夫赛特法
奥托昆普法 印柯法
粗铜的制取
液态冰铜经在水平转炉中进行吹炼制得粗铜。 吹炼的目的：利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几 乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜。 转炉吹炼分为两个阶段： 第一阶段：造渣期，主要进行FeS的氧化和造渣反应； 第 二 阶 段 ： 造 铜 期 ， 主 要 进 行 Cu2S 的 氧 化 及 Cu2S 和 Cu2O的相互反应，最终获得粗铜。 造渣期根据情况加入冰铜和石英溶剂，并间断地排放 炉渣。造铜期无需加溶剂，不产出炉渣。
机械和运输车辆制造：阀 门和配件、仪表、滑动轴承、 模具、热交换器和泵等。
化学工业：制造真空器、蒸 馏锅、酿造锅等。
国防工业：子弹、炮弹、枪 炮零件等，每生产100万发子 弹，需用铜13～14吨。
建筑工业：管道、管道配件、 装饰器件等。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
性能：
高导电性； 高导热性； 高耐蚀性； 优良的韧性和延展性； 合适的强度。
氧化过程
铜中多数杂质对氧的亲和力大 于铜，且杂质氧化物在铜水中的 溶解度很小。粗铜中主要是铜， 杂质浓度低，根据质量作用定律， 铜先氧化：
C + O2 = CO2 2H2 + O2 = 2H2O CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2
冰铜是在熔炼过程中产生的、以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其它 金 属 硫 化 物 （ 如 Ni3S2 、 Co3S2 、 PbS 、 ZnS 等 ） 、 贵 金 属 （ Au 、 Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及微量脉石成分的 多元系混合物。
⑵硫化物氧化 FeS + 1.5O2 = FeO + SO2 FeS2 + 2.5O2 = FeO + 2SO2 3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2 Cu2S + 1.5O2 = Cu2O + SO2
⑶铁的氧化物及脉石造渣反应
2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2 ⑷燃料的燃烧反应
转炉示意图
粗铜火法精炼
粗铜含有各种杂质和金银等贵金属（ 0.25~2% ）。这些杂质影响 铜的物理化学性质和用途。
火法精炼的目的：尽量除去粗铜中的杂质，为电解精炼提供合格 的铜阳极板。
火法精炼在回转阳极炉或反射炉内进行。每一精炼周期包括装料、 熔化、氧化、还原和浇铸五个工段，其中氧化和还原工段是最关键工 段。
4.2 铜的提取
铜的制取方法：火法冶金、湿法冶金。 火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上80％左右
的铜由火法炼铜方法生产。 通过熔融冶炼和电解精炼生产出阴极铜（电解铜），
适用于高品位的硫化铜矿、旧废铜和新废铜。 旧废铜来自旧设备、废弃的楼房和地下管道；新废铜
来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50％左右)。废铜 供应较稳定，废铜可以分为：裸杂铜:品位在90％以上； 黄杂铜（电线）:含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜 和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。
一辆普通家用轿车的电子和电动附件所需铜线长达1公里。 法国高速火车铁轨每公里用10吨铜。 波音747-200型飞机总重量中铜占2%。
铜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，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。
电气、电子工业：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，电机和变压器的绕阻，开关以及 印刷线路板等。
第4章 铜及铜合金
4.1 概述 4.2 铜的制取 4.3 纯铜 4.4 铜合金
4.1 概述
最早使用的金属是铜。史前时代就开始采掘露天铜矿，用铜制 造武器、工具和其他器皿。
铜在地壳中的含量约为0.01%。铜多以铜矿物存在。铜矿物 与其他矿物聚合成铜矿石，铜矿石经选矿而成为含铜较高的铜精 矿。
铜矿石分为三类： ⑴硫化矿：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜矿(Cu2S)。 ⑵氧化矿：赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、蓝铜矿 [2CuCO3·Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO3·2H2O)。 ⑶自然铜