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
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
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%）
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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。
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。
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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。
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℃）
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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。
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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
1.3 铜冶金原料
1.3.1 铜的矿物、矿石与精矿
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。
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。
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)
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
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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
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℃）
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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：
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
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
1100
价 格
Leabharlann Baidu
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%
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。
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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。
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