铜冶金1铜冶金一般知识

铜的化合物图示
五水硫酸铜
氧化亚铜
氯化铜
硫化铜
氧化铜
碱式碳酸铜
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1.2铜的产量及用途
1.2.1 近20年世界各国产铜量
1.2.1.1 矿铜产量
2500 3000
费量（ kt) 消 量、 产
（RMB*10 元 /t） 价格
2000
2500
1500 2000
1000 1500 500 1000 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002
铜精矿的组成与冶炼工艺的关系
冶炼工艺 火法冶炼（品味低使用细 菌浸出） 湿法冶炼（硫酸浸出） 电炉 强化冶炼（浸没顶吹熔炼）
矿石类型 硫化铜矿 氧化铜矿 高碱性脉石（MgO） 高砷铜精矿 （As>0.3%）
Cu2O· Fe2O3+CaO=CaO· Fe2O3+Cu2O 5Cu2O· Fe2O3+2FeS=10Cu+4Fe3O4+2SO2
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铜的氯化物
铜的氯化物有两种：CuCl2和CuCl(或Cu2Cl2). CuCl2无天然矿物，人造CuCl2为褐色粉末，熔 点为489℃，易溶于水。加热至340℃分解， 生成白色的氯化亚铜粉末。 CuCl2 ＝ Cu2Cl2 + Cl2↑ Cu2Cl2熔点为420～440℃，密度为 3.53g/cm3，是易挥发化合物。这一特点在氯 化冶金中得到应用。 Cu2Cl2的食盐溶液可使Pb、Zn、Cd、Fe、Co、 Bi和Sn等金属硫化物分解，形成相应的金属氯 化物和CuS。可用Fe将Cu2Cl2熔液中的铜置换 沉淀出来。 19
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铜在电气、电子工业中应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。
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100万发子弹，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。
四羊方尊 商朝晚期青铜礼器，高58.3厘 米，重近34.5公斤。
司母戊鼎 鼎通体高133厘米、口长112厘 米、口宽79.2厘米，重达 832.84公斤。
勾践剑 长55.7厘米，宽4.6厘米，柄长8.4厘米， 重875克。
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铜是人类最早发现和使用的金属之一 中国是世界上最早使用铜器的国家之一 中世纪铜矿的开采主要是在欧洲的西班牙, 日耳曼、英国、俄罗斯 目前铜产量顺序为：美国、智利、日本、 中国
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氧化亚铜（Cu2O）
粉末呈红色，致密的呈缨红色，有光泽，在自然界以赤 铜矿形态存在，密度为5.71～6.10g/cm3，熔点为 1230℃。 加热到2200 ℃以上时分解 2Cu2O ＝ 4Cu ＋ O2 Cu2O与FeS及可按下式反应： Cu2O ＋ FeS = Cu2S ＋ FeO 2Cu2O ＋ Cu2S = 6Cu ＋ SO2 这两个反应在铜的火法冶金中具有重要意义. Cu2O不溶于水,但能溶于硫酸、盐酸、FeCl3、 Fe2(SO4)3、 FeCl2和NH4OH等溶液中. Cu2O易被H2、CO、C及CxHy还原成金属铜，也可被 Fe、Zn金属还原成金属铜。
铜的硅酸盐
在自然界中，铜的硅酸盐矿物有孔雀石 (CuSiO3· 3H2O)和透视石(CuSiO3· H2O)两种形态。 这两种矿物在高温下形成稳定的硅酸亚铜 (2Cu2O· SiO2)。硅酸亚铜在1100℃ ～1200℃下 熔化。硅酸亚铜易被H2、CO及C还原，也容易与 较强的碱性氧化物(如FeO、CaO)及硫化物(如 FeS、Cu2S)反应。 2Cu2O· SiO2＋2FeS＝2FeO ·SiO2 ＋ 2Cu2S 工业上往往向含铜的熔渣中加黄铁矿(FeS2)回收铜， 正是基于此反应.硅酸亚铜可溶于浓硝酸及乙酸中， 易溶于盐酸，微溶于硫酸。
铜液密度/g· cm-3 线膨胀系数αl/K-1
电阻率μ/Ω·m 热导率λ/W· m-1· K-1
(9.351-0.996) ×10-3T（T=1250~1650℃） 16.5×10-6
1.6730×10-8（293K） 401（300K）
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莫氏硬度/Mpa（kgf· mm-2）420~500（42~50℃）
斑铜矿(Cu3FeS3)
辉铜矿(Cu2S)
铜蓝(CuS)
砷黝铜矿(Cu12As4S13)
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氧化矿
孔雀石 (CuCO3.Cu(OH)2) 毛赤铜矿(Cu2O)
黑铜矿(CuO)
硅孔雀石(CuSiO3.2H2O) 蓝铜矿(2CuCO3.Cu(OH)2) 胆矾(CuSO4· 5 H2O)
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1.3.2
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铜合金
黄铜：铜锌合金，含Zn5%~50%。 白铜：铜镍合金，含镍的量一般为25%。 青铜：铜锡合金，含Sn1%~20%，含 Zn1%~3%。
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1.1.2铜的硫化物、氧化物及其性质
1.1.2.1 铜的主要硫化物
硫化铜（CuS） 呈墨绿色或棕色，自然界中以铜蓝矿物形态存 在，密度为4.68g/cm3，熔点为1110℃，在 中性或还原性气氛中加热分解：
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铜产品图片展示
阀体毛坯
铜 锁
铜制散热器
射吸式焊咀
冷定器联接管头
液化气阀
铜产品图片展示
用于首饰
铜像
天文台
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铜在地球中的含量比较少，其相对丰度仅为7×10-5， 远低于铝、铁和镁等金属，甚至比钛还低。 目前自然界中含铜矿物有200多种，其中常见的约有 30～40种，重要矿物仅20种左右而有工业开采价值的铜 矿仅10余种。 铜矿物可分为自然铜、硫化矿和氧化矿三种类型自然铜 在自然界中很少，主要是硫化矿和氧化矿特别是硫化矿 分布最广，是当今炼铜的主要原料。 目前工业开采的铜矿石最低品位为0.4%~0.5%开采出来 的低品位矿石，经过选矿富集，使铜的品位提高到10% ~30％。
在土尔其南部的安纳托利亚的查塔尔萤克，发现 的炉渣中含有铜粒，这种炉渣距今约有8000～9000 年(公元前7000～6000年)历史。
我国第一个近代铜矿冶炼厂是20世纪30年代沈 阳的奉天金制炼所（沈阳冶炼厂前身），使用的工艺 流程是烧结锅烧结－敞开鼓风炉熔炼－真吹炉吹炼电解精炼。 在国内经济持续快速发展，对铜需求不断增加，以 及环境保护、能源和剧烈市场竞争的推动下，我国铜 冶金工厂的技术与装备发展迅速。以新一代闪速炉、 艾萨法和诺兰达法为代表的许多新工艺，已经被和正 在被我国主要铜企业引进采用。
1.1 铜及其主要化合物的性质与用途
1.1.1 铜及其主要合金的性质
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铜的物理性质
相对原子质量 密度/g· cm-3 熔点/℃ 熔化热/kJ· mol-1 沸点/℃ 铜液的蒸汽压/Pa 1141~1142℃ 1271~1273℃ 2207℃ 汽化热Q/kJ· mol-1 比热容/J · g-1· ℃-1 63.54 8.96（300K） 1083.4±0.2 13.05 2567 1.3x10-1 1.3 1.3x104 306.7 0.3895+9100×10-5T（T=100~600℃）
铜的主要物理性质
颜色：纯铜呈玫瑰红色，有金属光泽，表面形成氧 化膜后，外观是紫红色，故常称紫铜 延展性:柔软、抗张强度大，易熔接，且具有抗蚀 性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制 成很薄的铜箔 导电导热性：热导率和电导率都很高，其电导率是 银的94％ 液态铜能溶解多种气体，如H2，O2，CO2，CO等。 因此，精炼铜在铸锭前要脱除溶解气体，防止铜锭 中产生气体 铜的合金性能好，能与锌、锡、镍等多种金属制成 合金
4CuS ＝ 2Cu2S ＋ S2 （不稳定化合物）
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硫化亚铜（Cu2S）
呈蓝黑色，自然界中呈辉铜矿矿物存在，密度为 5.785g/cm3 ，熔点 1135 ℃；常温下很稳定，加 热到 200 ～ 300℃时 , 可氧化成 CuO 和 CuSO4 ，加 热 到 330℃ 以 上 时 就 氧 化 成 Cu2O 。 在 高 温 下 (1150 ℃)，有氧条件下强烈氧化： Cu2S ＋ O2 ＝ 2Cu ＋ SO2 Cu2S与FeS及其他金属硫化物共熔形成锍。 Cu2S不溶于水,几乎不溶于弱酸,能溶于硝酸.Cu2S 与浓盐酸作用时,逐渐溶解时放出H2S.Cu2S能很好 地溶于FeCl3、Fe2(SO4)3、CuCl2和HCN(需氧)
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1.1.2.2 铜的主要氧化物
氧化铜（CuO） 呈黑色无光泽，在自然界以黑铜矿形态存在， 密度为6.3~6.48g/cm3左右，熔点为1447℃。 CuO不稳定，在超过1000℃时分解： 4CuO ＝ 2Cu2O ＋ O2
CuO呈碱性，不溶于水，但能溶于硫酸、盐酸 等酸中，还能溶于FeCl3、Fe2(SO4)3、 NH4OH和(NH4)2CO3等溶液中。
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1.1.2.3 铜的主要盐类化合物
硫酸铜（CuSO4） 硫酸铜在自然界中以胆矾(CuSO4· 5H2O)的形 态存在。纯胆矾为天蓝色，失去结晶水后为白 色粉末。 硫酸铜加热时分解： 2CuSO4 = CuO· CuSO4 + SO3(或SO2 + 1/2O2) CuO· CuSO4 =2CuO + SO3(或SO2 + 1/2O2) 硫酸铜易溶于水，可用Fe、Zn等比铜负电性的 元素从硫酸铜水溶液中置换出金属铜。 15
产量
年份 消 费量
价格
中国的精铜产量、消费量与价格统计
2002年以前我国铜的生产量与消费量统计
1600 3000 1500 2800 2600
费量 （万t） 产量 、消
1400
价 格（$元/t）
2400 1300 2200 1200 2000 1800 1600 1000 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 1400 2002
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铜的碳酸盐
在自然界中呈孔雀石[CuCO3· Cu(OH)2]和 蓝铜矿[2CuCO3 ·Cu(OH)2]的矿物形态存 在。这两种化合物在220℃已上时完全分解 为CuO、CO2和H2O。
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铜的铁酸盐 铜的铁酸盐有两种：铁酸铜(CuO· Fe2O3)和 铁酸亚铜(Cu2O· Fe2O3)。铜的铁酸盐不溶 于水、氨水及一般溶剂，易被强碱性氧化物 或硫化物所分解，也已被SO2还原。
我国在夏代已进入了青铜时代，商、周 是青铜文化的鼎盛时期，这一时期出土的大 批文物表明，我国的炼铜技术已处于当时世 界的最高水平。在甘肃武威皇娘娘台发现的 红铜铜刀和铜锥距今已达四千年。在甘肃马 家窑文化遗址中发现的青铜刀距今已有五千 年历史。 湿法炼铜更是源于我国，古称胆铜法， 早在西汉《怀南万毕术》中就有用铁从硫酸 铜(胆铜)溶液中置换铜(曾青得铁，则化为铜) 的记载，唐末、五代时此法已用于生产。
1100
价 格
年份
消 费量
产量
世界精铜产量、消费量与价格统计
全球2002年以前的铜的生产量与消费量统计
1.2.1.2 再生铜产量
1.2.2铜的用途 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 电气工业 48%~49% 建筑工业 14%~16% 运输交通 7%~10% 通用工具 19%~20% 家用及其它 7%~9%
自然铜矿(含铜近100%)
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硫化矿
黄铜矿(CuFeS2) 斑铜矿(Cu3FeS3) 辉铜矿(Cu2S) 铜蓝(CuS) 方黄铜矿(CuFe2S3 ) 黝铜矿(Cu12Sb4S13 ) 硫砷铜矿(Cu3AsS) 砷黝铜矿(Cu12As4S13)
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黄铜矿(CuFeS2)
铜冶金
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1 铜冶金一般知识
在人类文明进程中，铜的生产与应用一 直起着非常重要的作用。从青铜时代开始，到 几千年后的电气化时代，电子时代，直至今天 的信息社会，铜都是最广泛应用和不可替代的 金属材料。
西亚地区在世界上是最早应用铜并掌握炼铜技
术的地区。 伊朗西部的阿里喀什和卡约努泰佩舍发现的小 铜针、铜锥等距今已有9000年以上。