(重定向自第29号元素
跳轉到: 導航, 搜索

銅是一種化學元素,它的化學符號是Cu(拉丁語Cuprum),它的原子序數是29,是一種過渡金屬。 銅呈紫紅色光澤的金屬,密度8.92克/立方厘米。熔點1083.4±0.2℃,沸點2567℃。常見化合價+1和+2。電離能7.726電子伏特。銅是人類發現最早的金屬之一,也是最好的純金屬之一,稍硬、極堅韌、耐磨損。還有很好的延展性。導熱和導電性能較好。銅和它的一些合金有較好的耐腐蝕能力,在乾燥的空氣里很穩定。但在潮濕的空氣里在其表面可以生成一層綠色的鹼式碳酸銅Cu2(OH)2CO3,這叫銅綠。可溶於硝酸和熱濃硫酸,略溶於鹽酸。容易被鹼侵蝕。

銅塊

銅的相對原子質量63.54

簡介 1.化合物中以一價和二價形式存在為主的金屬元素,有延性和展性,是熱和電最佳導體之一,是唯一的能大量天然產出的金屬,也存在於各種礦石(例如黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦、赤銅礦和孔雀石)中,能以金屬狀態及黃銅、青銅和其他合金的形態用於工業、工程技術和工藝上。如:銅山(出產銅礦的山);銅花(銅屑);銅金(赤銅);銅粉(銅屑。銅和其他金屬熔融在一起所做出來的黃金色粉狀合金,可當作顏料);銅陵(產銅的山);銅落(銅屑。可入藥);銅腥(銅的腥臭味)

2.銅製的[器物]。如:銅鼎:銅鼎是用來烹煮食物,後主要用於祭祀和宴享,是商周時期最重要的禮器之一。上,下有銅丸(銅鑄的小球);銅牙(弩上鉤弦的鉤叫牙,以銅製者稱銅牙);銅瓦(銅製的瓦);銅史(漏刻銅壺上的銅人像);銅印(銅鑄的印章。也稱「銅章」);銅兵(銅製的兵器);銅狄(銅鑄的人。即「銅人」。或稱「金人」);銅洗(銅製的盥洗用具);銅柱(銅製的柱子);銅荷(銅製的燭台。形似荷葉);銅猊(銅製的獅形香爐);銅渾(銅製的渾天儀。又叫「銅儀」);銅鼻(古代官印上銅製的鼻狀紐孔)

3.銅鑄的貨幣。也用以泛指金錢 。

4. 喻堅固的。如:銅郭(形容城郭的堅固,如同銅鑄一般);銅堞(像銅鐵般堅固的城堞。堞是城上的女牆);銅樓(華美堅固的樓房);銅山鐵壁(比喻風節的堅毅剛正);銅頭鐵額(比喻人非常勇猛強悍)

5.喻堅強,強大有力的。如:銅豌豆(喻有經驗的老狎妓者) (元朝關漢卿曾說:「我是個蒸不爛煮不熟捶不破炒不爆響噹噹的一粒銅豌豆」)

元素在太陽中的含量:(ppm) 0.7

晶體結構:等軸晶系,結構中銅原子按立方最緊密方式排列,又稱銅型結構。

原子體積:(立方厘米/摩爾) 7.1

元素在海水中的含量:(ppm)

太平洋表面 0.00008

氧化態:

Main Cu+2

Other Cu+1, Cu+3

晶胞參數:

a = 361.49 pm

b = 361.49 pm

c = 361.49 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

地殼中含量:(ppm)50

Bkntt.jpg

質子數:29

中子數:35

原子序數:29

所屬周期:4

所屬族數:IB

電子層分布:2-8-18-1

莫氏硬度:3

聲音在其中的傳播速率:(m/S)

3810

一般狀況下的密度:8.9×10^3kg/m^3

在古代就發現有銅存在。  

目錄

銅的發現簡史

銅是古代就已經知道的金屬之一。一般認為人類知道的第一種金屬是金,其次就是銅。銅在自然界儲量非常豐富,並且加工方便。銅是人類用於生產的第一種金屬,最初人們使用的只是存在於自然界中的天然單質銅,用石斧把它砍下來,便可以錘打成多種器物。隨著生產的發展,只是使用天然銅製造的生產工具就不敷應用了,生產的發展促使人們找到了從銅礦中取得銅的方法。含銅的礦物比較多見,大多具有鮮艷而引人注目的顏色,例如:金黃色的黃銅礦CuFeS2,鮮綠色的孔雀石CuCO3.Cu(OH)2或者Cu2(OH)2CO3,深藍色的石青2CuCO3Cu(OH)2等,把這些礦石在空氣中焙燒後形成氧化銅CuO,再用碳還原,就得到金屬銅。純銅製成的器物太軟,易彎曲。人們發現把錫摻到銅里去,可以製成銅錫合金──青銅。銅,COPPER,源自Cuprum,是以產銅聞名的賽普勒斯島的古名,早為人類所熟知。它和金是僅有的兩種帶有除灰白黑以外顏色的金屬。銅與金的合金,可製成各種飾物和器具。加入鋅則為黃銅;加進錫即成青銅。  

元素用途

以銅作為內芯的導線

銅是與人類關係非常密切的有色金屬,被廣泛地應用於電力、輕工、機械製造、建築工業、國防工業等領域,在我國有色金屬材料的消費中僅次於鋁。

銅在電力、電子工業中應用最廣、用量最大,佔總消費量一半以上。用於各種電纜和導線,電機和變壓器的繞阻,開關以及印刷線路板等。

在機械和運輸車輛製造中,用於製造工業閥門和配件、儀錶、滑動軸承、模具、熱交換器和泵等。

化學工業中廣泛應用於製造真空器、蒸餾鍋、釀造鍋等。

在國防工業中用以製造子彈、炮彈、槍炮零件等,每生產100萬發子彈,需用銅13--14噸。

在建築工業中,用做各種管道、管道配件、裝飾器件等。

以下是各行業銅消費佔銅總消費量的比例: 行業 銅消費量佔總消費量的比例

電子(包括通訊) 48%

建築 24%

一般工程 12%

交通 7%

其他 9%  

銅的化學性質

1、加熱 1373K

2Cu+O2==2CuO 4Cu+O2==2Cu2O

2Cu+O2+H2O+CO2=Cu2(OH)2CO3

2Cu+4HCl+O2=2CuCl2+2H2O

Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

Cu+Cl2=點燃=CuCl2

Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2

2、銅的化合物

(1)氫氧化銅和氧化銅

>1273K

4CuO==Cu2O+O2↑

353K

Cu(OH)2=加熱=CuO+H2O

Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O

Cu2+ + 2OH- =Cu(OH)2↓

(2)硫酸銅

(a)硫酸銅俗名膽礬或藍礬,其水溶液呈藍色

(b)硫酸銅的製備

加熱

Cu+2H2SO4(濃)====CuSO4+SO2↑+2H2O

加熱

2Cu+2H2SO4(稀)+O2====2CuSO4+2H2O

(c) 硫酸銅的加熱

無水硫酸銅加熱到923K時,分解成CuO

CuSO4==加熱==CuO+SO3↑

或者

2CuSO4==加熱==2CuO+2SO2↑+O2↑

(d)硫酸銅的用途

① 高中化學用無水硫酸銅檢驗水蒸氣的存在。

② 高中生物檢驗蛋白質時常在蛋白質中加入鹼,再加入硫酸銅溶液,此時溶液會變為紫色,這個反應被稱為雙縮脲反應

③ 高中生物檢驗還原性糖時用硫酸銅、氫氧化鈉製成斐林試劑,與還原性糖經沸水浴後作用生成磚紅色沉澱。

④ 應用領域 無機工業用於製造其他飼鹽如氯化亞銅、氯化銅焦磷酸銅、氧化亞銅、醋酸銅、碳酸銅等。染料和顏料工業用於製造含銅單偶氮染料如活性艷藍、活性紫等。有機工業用作合成香料和染料中間體的催化劑,甲基丙烯酸甲酯的阻聚劑。塗料工業用作生產船底防污漆的殺菌劑。電鍍工業用作全光亮酸性鍍銅主鹽和銅離子添加劑。印染工業用作媒染劑和精染布的助氧劑。農業上作為殺菌劑。

(3)硫化銅

Cu2++H2S=CuS+2H+

加熱

3CuS+2NO3-+8H+==3Cu2++2NO+3S+4H2O

2CuS+10CN-==2[Cu(CN-)4]3-+2S2-+(CN)2

(4)銅的配合物

(a)配陽離子:[Cu(NH3)4]2+

(b)配陰離子:[Cu(OH)4]2-

(c)配陽離子:[Cu(NH3)2]+  

銅性能的應用

導電性:64%,耐蝕性:23%,結構強度:12%,裝飾性:1%  

素輔助資料

自然界中獲得的最大的天然銅重420噸在古代,人們便發現了天然銅,用石斧將其砍下來,用錘打的方法把它加工成物件。於是銅器擠進了石器的行列,並且逐漸取代了石器,結束了人類歷史上的新石器時代。

在我國,距今4000年前的夏朝已經開始使用紅銅,即天然銅。它的特點是鍛錘出來的。1957年和1959年兩次在甘肅武威皇娘娘台的遺址發掘出銅器近20件,經分析,銅器中銅含量高達99.63%~99.87%,屬於純銅。

當然,天然銅的產量畢竟是稀少的。生產的發展促進人們找到從銅礦中取得銅的方法。銅在地殼中總含量並不大,不超過0.01%,但是含銅的礦物是比較多見的,它們大多具有各種鮮艷而引人注目的顏色,招至人們的注意。例如鮮綠色的孔雀石CuCO3.Cu(OH)2,深藍色的石青2CuCO3.Cu(OH)2等。這些礦石在空氣中燃燒後得到銅的氧化物,再用碳還原,就得到金屬銅。

1933年,河南省安陽縣殷虛發掘中,發現重達18.8千克的孔雀石,直徑在1寸以上的木炭塊、陶制煉銅用的將軍盔以及重21.8千克的煤渣,說明3000多年前我國古代勞動人民從銅礦取得銅的過程。

但是,煉銅製成的物件太軟,容易彎曲,並且很快就鈍。接著人們發現把錫摻到銅里去製成銅錫合金——青銅。青銅器件的熔煉和製作比純銅容易的多,比純銅堅硬(假如把錫的硬度值定為5,那麼銅的硬度就是30,而青銅的硬度則是100~150),歷史上稱這個時期為青銅時代。

我國戰國時代的著作《周禮.考工記》總結了熔煉青銅的經驗,講述青銅鑄造各種不同物件採用銅和錫的不同比例:「金有六齊(方劑)。六分其金(銅)而錫居一,謂之鐘鼎之齊;五分其金而錫居一,謂之斧斤之齊;四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊;三分其金而錫居一,謂之大刃之齊;五分其金而錫居二,謂之削殺矢(箭)之齊;金錫半,謂之鑒(鏡子)燧(利用鏡子聚光取火)之齊。」這表明在3000多年前,我國勞動人民已經認識到,用途不同的青銅器所要求的性能不同,用以鑄造青銅器的金屬成分比例也應有所不同。

青銅由於堅硬,易熔,能很好的鑄造成型,在空氣中穩定,因而即使在青銅時代以後的鐵器時代里,也沒有喪失它的使用價值。例如在公元前約280年,歐洲愛琴海中羅得島上羅得港口矗立的青銅太陽神,高達46米,手指高度超過成人。

我國古代勞動人民更最早利用天然銅的化合物進行濕法煉銅,這是濕法技術的起源,是世界化學史上的一項發明。西漢《淮南子.萬畢術》記載:曾青得鐵則化為銅。曾青為硫酸銅。這種方法用現代化學式表示就是:

CuSO4+Fe=FeSO4+Cu

西方傳說,古代地中海的賽普勒斯(CYPRUS)是出產銅的地方,因而由此得到它的拉丁名稱CUPRUM和它的元素符號Cu。英文中的COPPER,拉丁文中的CUIVRE、都源於此。

銅具有獨特的導電性能,是鋁所不能代替的,在今天電子工業和家用電器發展的時代里,這個古老的金屬有恢復了它的青春。銅導線正在被廣泛的應用。從國外的產品來看,一輛普通家用轎車的電子和電動附件所須銅線長達1公里,法國高速火車鐵軌每公里用10噸銅,波音747-200型飛機總重量中銅佔2%。  

銅及銅產品分類

1、按自然界中存在形態分類 

自然銅------銅含量在99%以上,但儲量極少; 

氧化銅礦-----為數也不多 

硫化銅礦-----含銅量極低,一般在2--3%左右,世界上80%以上的銅是從硫化銅礦精鍊出來的。

2、按生產過程分類 

銅精礦----冶煉之前選出的含銅量較高的礦石。 

粗銅------銅精礦冶煉後的產品,含銅量在95-98%。 

純銅------火煉或電解之後含量達99%以上的銅。火煉可得99-99.9%的純銅,電解可以使銅的純度達到99.95-99.99%。

3、按主要合金成份分類 

黃銅-----銅鋅合金 

青銅-----銅錫合金等(除了鋅鎳外,加入其他元素的合金均稱青銅) 

白銅-----銅鈷鎳合金

4、按產品形態分類:銅管、銅棒、銅線、銅板、銅帶、銅條、銅箔等  

銅的的應用

1.電力工業中的應用

※ 電力輸送

電力輸送中需要大量消耗高導電性的銅,主要用於動力申.線電纜、匯流排、變壓器、開關、接插元件和聯接器等。

我國在過去一段時間內,由於銅供不應求,考慮到鋁的比重只有銅的 30%,在希望減輕重量的架空高壓輸電線路中曾採取以鋁代銅的措施。目前從環境保護考慮,空中輸電線將轉為鋪設地下電纜。在這種情況下,鋁與銅相比,存在導電性差和電纜尺寸較大的缺點,而相形見絀。

同樣的原因,以節能高效的銅繞組變壓器,取代鋁繞組變壓器,也是明智的選擇。

※ 電機製造

在電機製造中,廣泛使用高導電和高強度的銅合金。主要用銅部位是定子、轉子和軸頭等。在大型電機中,繞組要用水或氫氣冷卻,稱為雙水內冷或氫氣冷卻電機,這就需要大長度的中空導線。

電機是使用電能的大戶,約佔全部電能供應的60%。一台電機運轉累計電費很高,一般在最初工作5 00小時內就達到電機本易的成本,一年內相當於成本的4~ 16倍,在整個工作壽命期間可以達到成本的200倍。電機效率的少量提高,不但可以節能;而且可以獲得顯著的經濟效益。開發和應用高效電機,是當前世界上的一個熱門課題。由於電機內部的能量消耗,主要來源於繞組的電阻損耗;因此,增大銅線截面是發展高效電機的一個關鍵措施。近年來己率先開發出來的一些高效電機與傳統電機相比,銅繞組的使用量增加25~ 100%。目前,美國能源部正在資助一個開發項目,擬採用鑄入銅的技術生產電機轉子。

※ 通訊電纜

80年代以來,由於光纖電纜載流容量大等優點,在通訊幹線上不斷取代銅電纜,而迅速推廣應用。但是,把電能轉化為光能,以及輸入用戶的線路仍需使用大量的銅。隨著通訊事業的發展,人們對通訊的依賴越來越大,對光纖電纜和銅電線的需求都會不斷增加。

※ 住宅電力線路

近年來,隨著我國人民生活水平提高,家電迅速普及,住宅用電負荷增長很快。1987年居民用電量為 269.6億度( l度=1千瓦.小時),10後年的 1996年猛升到 1131億度,增加 3.2倍。儘管如此,與已開發國家相比仍有很大差距。例如,1995年國的人均用電量是我國的14.6倍,日本是我國的8.6倍。我國居民用電量今後仍有很大發展。預計從 1996年到2005年,還要增長1.4倍。

2.電子工業中的應用

電子工業是新興產業,在它蒸蒸日上的發展過程中,不斷開發出鋼的新產品和新的應用領域。目前它的應用己從電真空器件和印刷電路,發展到微電子和半導體集成電路中。

※ 電真空器件

電真空器件主要是高頻和超高頻發射管、波導管、磁控管等,它們需 要高純度無氧銅和彌散強化無氧銅。

※ 印刷電路

銅印刷電路,是把銅箔作為表面,粘貼在作為支撐的塑料板上;用照相的辦法把電路布線圖印製在銅版上;通過浸蝕把多餘的部分去掉而留下相互連接的電路。然後,在印刷線路板上與外部的連接處沖孔,把分立元件的接頭或其它部分的終端插入,焊接在這個口路上,這樣一個完整的線路便組裝完成了。如果採用浸鍍法,所有接頭的焊接可以一次完成。這樣,對於那些需要精細布置電路的場合,如無線電、電視機,計算機等,採用印刷電路可以節省大量布線和固定迴路的勞動;因而得到廣泛應用,需要消費大量的銅箔。此外,在電路的連接中還需用各種價格低廉、熔點低、流動性好的銅基釺焊材料。

※ 集成電路

微電子技術的核心是集成電路。集成電路是指以半導體晶體材料為基片(晶片),採用專門的工藝技術將組成電路的元器件和互連線集成在基片內部、表面或基片之上的微小型化電路。這種微電路在結構上比最緊湊的分立元件電路在尺寸和重量上小成千上萬倍。它的出現引起了計算機的巨大變革,成為現代信息技術的基礎,IBM(國際商業機器公司),己採用鋼代替矽晶片中的鋁作互連線,取得了突破性進展。這種用銅的新型微晶片,可以獲得30%的效能增益,電路的線尺寸可以減小到0.12微米,可使在單個晶片上集成的電晶體數目達到200萬個。這就為古老的金屬銅,在半導體集成電路這個最新技術領域中的應用,開創了新局面。

※ 引線框架

為了保護集成電路或混合電路的正常工作,需要對它進行封裝;並在封裝時,把電路中大量的接頭從密封體內引出來。這些引線要求有一定的強度,構成該集成封裝電路的支承骨架,稱為引線框架。實際生產中,為了高速大批量生產,引線框架通常在一條金屬帶上按特定的排列方式連續衝壓而成。框架材料占集成電路總成本的1/3~ l/4,而且用量很大;因此,必須要有低的成本。

銅合金價格低廉,有高的強度、導電性和導熱性,加工性能、針焊性和耐蝕性優良,通過合金化能在很大範圍內控制其性能,能夠較好地滿足引線框架的性能要求,己成為引線框架的一個重要材料。它是目前鋼在微電子器件中用量最多的一種材料。

3.能源及石化工業中的應用

※ 能源工業

火力及原子能發電都要依靠蒸氣作功。蒸氣的迴路如下:

鍋爐發生蒸氣- 蒸氣推動汽輪機作功- 作功後的蒸汽送至冷凝器- 冷卻成水- 回到鍋爐重新變成蒸汽。

其間主冷凝器由管板和冷凝管組成。由於銅導熱性好並能抗水的腐蝕,所以它們均使用鍋黃銅、鋁黃銅或白銅製造。根據資料介紹,每萬千瓦裝機容量需要5噸冷凝管。一個60萬千瓦的發電廠就需要3 00噸冷凝管材。

太陽能的利用也要使用許多銅管。例如:英國倫敦附近某旅館的一個游泳池,裝備了太陽能加熱器,在夏季可以將水溫保持在18~24℃。在該太陽能加熱器中含有784磅(3 56公斤)銅管。

※ 石化工業

銅和許多銅合金,在水溶液、鹽酸等非氧化性酸、有機酸(如:醋酸、檸檬酸、脂肪酸、乳酸、草酸等)、除氨以外的各種鹼及非氧化性的有機化合物(如:油類、酚、醇等)中,均有良好的耐蝕性;因而,在石化工業中大量用於製造接觸腐蝕性介質的各種容器、管道系統、過濾器、泵和閥門等器件。還利用它的導熱性,製造各種蒸發器、熱交換器和冷凝器。由於銅的塑性很好,特別適合於製造現代化工工業中結構錯綜複雜、銅管交叉編製的熱交換器。此外在石油精煉工廠中都使用青銅生產工具;原回是衝擊時不迸出火花,可以防止火災發生。

※ 海洋工業

海洋佔地球表面面積70%以上,合理地開發利用海洋資源日益受到人們的重視。海水中含確"容易造成腐蝕的氯離子,鋼鐵、鋁、甚至不鏽鋼等許多工程金屬材料均不耐海水腐蝕。此外在這些材料,以及木材、玻璃等非金屬材料的表面上還會形成海洋生物污損。銅則一枝獨秀,不但耐海水腐蝕;而且溶入水中的銅離子有殺菌作用,可以防止海洋生物污損。因而,銅和銅合金是海洋工業中十分重要的材料,業已在海水淡化工廠、海洋採油採氣平台、以及其它海岸和海底設施中廣泛應用。例如,海水淡化過程中使用的管路系統、泵和閥門,以及採油採氣平台上使用的設備,包括飛濺區和水下用的螺栓、鑽孔日,抗生物污損包套、泵閥和管路系統等等。關於銅和銅合金在船舶中的應用情況,將在後節中介紹。

4.交通工業中的應用

※ 船舶

由於良好的耐海水腐蝕性能,許多銅合金,如:鋁青銅、錳青銅、鋁黃銅、炮銅(錫鋅青銅)、白鋼以及鎳銅合金(蒙乃爾合金)己成為造船的標準材料。一般在軍艦和商船的自重中,銅和銅合金佔2~3%。 軍艦和大部分大型商船的螺旋槳都用鋁青銅或黃銅製造。大船的螺旋槳每支重 20~ 25噸。伊莉莎白皇后號和瑪麗皇后號航母的螺旋槳每支重達3 5噸。大船沉重的尾軸常用"海軍上將"炮銅,舵和螺旋漿的錐形螺栓也用同樣材料。引擎和鍋爐房內也大量用鋼和銅合金。世界上第一艘核動力商船,使用了30噸白銅冷凝管。近來用鋁黃銅管作油罐的大型加熱線圈。在10萬噸級的船上就有12個這種儲油罐,相應的加熱系統規模相當大。船上的電力設備也很複雜,發動機、電動機、通訊系統等幾乎完全依靠銅和銅合金來工作。大小船隻的船艙內經常用鋼和銅合金來裝飾。甚至木製小船,也最好用鋼合金(通常是矽青銅)的螺絲和釘子來固定木結構,這種螺絲可以用滾軋大量生產出來。 為了防止船殼被海生物污損影響航行,過去經常採用包覆銅加以保護;現在,則普遍用刷含銅油漆的辦法來解決。 二次世界大戰中,為御防德國磁性水雷對艦船的襲擊,曾發展了抗磁性水雷裝置,在鋼船殼周圍附一圈銅帶,通上電流以中和船的磁場,這樣就可以不引爆水雷。從1944年以後,盟軍的所有船隻,共計約18,000艘,都裝上了這種去磁裝置而得到了保護。一些大型主力艦為此需用大量的銅,例如其中一艘用去銅線長 28英里,重約 30噸。

※ 汽車

汽車用銅每輛~2I公斤,隨汽車類型和大小而異,對於小轎車約佔自重的6~9%%。銅和銅合金主要用於散熱器、制動系統管路、液壓裝置、齒輪、軸承、剎車摩擦片、配電和電力系統、墊圈以及各種接頭、配件和飾件等。其中用鋼量比較大的是散熱器。現代的管帶式散熱器,用黃銅帶焊接成散熱器管子,用薄的銅帶折曲成散熱片。

近年來為了進一步提高銅散熱器的性能,增強它對鋁散熱器的競爭力,作 了許多改進。在材質方面,向銅中添加微量元素,以達到在不損失導熱性的前 提下,提高其強度和軟化點,從而減薄帶材的厚度,節省用鋼量;在製造工藝 方面,採用高頻或雷射焊接銅管,並用鋼釺焊代替易受鉛污染的軟焊組裝散熱 器芯體。這些努力的結果示於表6.2,與釺焊鋁散熱器相比,在相同的散熱條件 下,即在相同的空氣和冷卻劑的壓力降下,新型銅散熱器的重量更輕,尺寸顯 著縮小;再加上鋼的耐蝕性好、使用壽命長,銅散熱器的優勢就更明顯。

※ 鐵路

鐵路的電力化對銅和銅合金的需要量很大。每公里的架空導線需用2 噸以上的異型銅線。為了提高它的強度,往往加入少量的銅(約1%)或銀 (約of%)。此外,列車上的電機、整流器、以及控制、制動、電力和信 號系統等都要依靠銅和銅合金來工作。

※ 飛機

飛機的航行也離不開銅。例如:飛機中的配線、液壓、冷卻和氣動系統需使用銅材,軸承保持器和起落架軸承採用鋁青銅管材,導航儀錶應用抗磁鋼合金,眾多儀錶中使用破銅彈性元件等等。

5.機械和冶金工業中的應用

※ 機械工程

幾乎在所有的機器中都可以找到銅製品部件。除了電機、電路、油壓系統、氣壓系統和控制系統中大量用鋼以外,種類繁多用黃銅和青銅製造的傳動件和固定件,如齒輪、蝸輪、蝸桿、聯結件、緊韌體、扭擰件、螺釘、螺母等,比比皆是。幾乎在所有作機械相對運動的部件之間,都要使用減磨銅合金製作的軸承或軸套,特別是萬噸級的大型擠壓機、鍛壓機的缸套、滑板幾乎都用青銅製成,鑄件重量可達數噸。許多彈性元件,幾乎都選用矽青銅和錫青銅作為材料。焊接工具、壓鑄模具等更離不開銅合金,如此等等。

※ 冶金設備

冶金工業是消耗電能的大戶,素有"電老虎"之稱。在冶金廠的建設中通常必須要有一個依靠銅來進行工作的龐大的輸、配電系統和電力運轉設備。此外,在火法冶金中,連續鑄造技術已佔據主導地位,其中的關鍵部件一結晶器,大都採用鉻銅、銀銅等高強度和高導熱性的銅合金。電冶金中的真空電弧爐和電渣爐水冷坩堝使用鋼管材製造,各種感應加熱的感應線圈都是用銅管或異型銅管繞制而成,內中通水冷卻。

※ 合金添加劑

銅是鋼鐵和鋁等合金中的重要添加元素。少量銅(0.2~0.5%)加入低合金結構用鋼中,可以提高鋼的強度及耐大氣和海洋腐蝕性能。在耐蝕鑄鐵和不鏽鋼中加入銅,可以進一步提高它們的耐蝕性。含銅30%左右的高鎳合金是著名的高強度耐蝕"蒙乃爾合金",在核工業中廣泛使用。

在許多高強度鋁合金中都含有銅。通過淬火 一 時效熱處理,在合金中析出彌散分布的細小顆粒,而顯著提高其強度,稱為時效硬化鋁合金。其中著名的有杜拉鋁或稱硬鋁,它是一種含銅、錳、鎂的鋁合金,是製造飛機和火箭的重要結構材料。

6.輕工業中的應用

輕工業產品與人民生活密切相關,品種繁多、五花八門。由於銅鋼具有良好綜合性能,到處可以看到它大顯身手的蹤影。現僅舉數例如下:

※ 空調器和冷凍

空調器和冷凍機的控溫作用,主要通過熱交換器銅管的蒸發及冷凝作 用來實現。熱交換傳熱管的尺寸和傳熱性能,在很大程度上決定了整個空 調機和製冷裝置的效能和小型化。在這些機器上採用的都是高導熱性能的異型銅管。利用銅的良好加工性能,最近開發和生產出帶有內槽和高翅片的散熱管,用於製造空調器、冷凍機、化工及餘熱口收等裝置中的熱交換器,可使新型熱交換器的總熱傳導係數提高到用普通管的2~3倍,和用普通低翅片管的 1.2~1.3倍,己在國內使用,可節省 40%的銅,並使熱交換器體積縮小 1/3以上。

※ 鐘錶

目前生產的鐘錶,計時器和有鐘錶機構的裝置,其中大部分的工作部件都用"鐘錶黃銅"製造。合金中含1.5-2%的鉛,有良好加工性能,適合於大規模生產。例如,齒輪由長的擠壓黃銅棒切出,平輪由相應厚度的帶材衝出,用黃銅或其它銅合金製作摟刻的鐘錶面以及螺絲和接頭等等。大量便宜的手錶用炮銅(錫鋅青銅)製造,或鍍以鎳銀(白銅)。一些著名的大鐘都用鋼和銅合金製作。英國"大笨鐘"的時針用的是實心炮銅桿,分針用的是14英尺長的銅管。

一個現代化的鐘錶廠,以銅合金為主要材料,用壓力機和精確的模具加工,每天可以生產一萬到三萬隻鐘錶,費用很低。

※ 造紙

在當前信息萬變的社會裡,紙張消費量很大。紙張表面看來簡單,但是造紙工藝卻很複雜,需要通過許多步驟,應用很多機器,包括冷卻器、蒸發器、打漿器、造紙機等等。其中許多部件,如:各種熱交換管、輥輪、打擊棒、半液體泵和絲網等,大部分都用鋼合金製作。

例如,目前採用的長網造紙機,它要將制好的紙漿噴到快速運動的具有細小網孔( 40~60目)的網布上。網布由黃銅和磷青銅絲編織而成,它的寬度很大,一般在20英尺(6米)以上,要求保持完全平直。網布在一系列小的黃銅或銅輥子上運動,當帶著噴附其上的紙漿通過時,濕氣從下面空吸出去。網子同時振動以使紙漿中的小纖維粘結在一起。大型造紙機的網布尺寸很大,可以達到寬26英尺8英寸( 8. l米)和長100英尺( 3 0. 5米)。濕紙漿不但含水,而且含有造紙過程中使用的化學藥劑,腐蝕性很強。為了保證紙張質量,對網布材料要求很嚴,不但要有高的強度和彈性;而且要抗紙漿腐蝕,銅合金完全可以勝任。

※ 印刷

印刷中用銅版進行照相製版。表面拋光的銅版用感光乳膠敏化後,在它上面照相成像。感光後的銅版需加熱使膠硬化。為避免受熱軟化,銅中往往含有少量的銀或砷,以提高軟化溫度。然後,對版子進行腐蝕,形成分布著凹凸點子圖形的印刷表面。

在自動排字機上,要通過黃銅字型塊的編排,來製造版型,這是銅在印刷中的另一個重要用途。字型塊通常用的是含鉛黃銅,有時也用銅或青銅。

※ 釀酒

在世界的啤酒釀造中,銅起重要作用。經常用銅作麥芽桶和發酵罐的內村。在一些著名的啤酒廠中備有十餘個容量超過2萬加侖的這種大桶。在發酵缸中,為了降溫,常用鋼管通水冷卻。還用鋼管通水蒸氣在釀造啤酒時進行加熱,以及用鋼管輸送酒液等。

蒸餾威士忌和其它烈性酒時,通常用鋼製蒸餾鍋。威士忌麥芽酒需蒸餾兩次,要用兩個大銅蒸餾鍋。

※ 醫藥

製藥工業中,各類蒸、煮、真空裝置等都用純銅製作。在醫療器械中則 廣泛使用鋅白銅。銅合金還是眼鏡架的常用材料等等

7.建築和藝術用銅

※ 管道系統

由於銅水管具有美觀耐用、安裝方便、安全防火、衛生保健等諸多優點,使它與鍍鋅鋼管和塑料管相比存在明顯優越的價格性能比。在住宅和公用建築中,用於供水、供熱、供氣以及防火噴淋系統,日益受到人們的青睞,成為當前的首選材料。在已開發國家中,銅製供水系統己占很大比重。美國紐約號稱世界第六高樓的曼哈頓大廈,其中僅供水系統一項,就用去銅管 6萬英尺 (l公里)。在歐洲,飲水用鋼管消耗量很大。英國的飲水用鋼管消耗量平均每人每年1.6公斤,日本為0.2公斤。由於鍍鋅鋼管容易鏽蝕,許多國家己明令禁用。香港早於1996年 1月起禁止使用,上海也於 1998年5月起實行。我國在房屋建設中推廣使用銅管道系統,勢在必行。

※ 房屋裝修

在歐洲採用鋼板製作屋頂和漏檐已有傳統。北歐國家中甚至用它作牆面裝飾。銅耐大氣腐蝕性能很好、經久耐用、可以回收,它有良好的加工性可以方便地製作成複雜的形狀,而且它還有美觀的色彩;因而很適合於用做房屋裝修。它在教堂等古建築物屋頂上的應用己有悠久歷史,至今仍發出誘人的光彩;而且在現代大型建築甚至公寓和住宅的建設上的應用也越來越多。例如:在倫敦,代表現代英國建築藝術的"英聯邦委員會"大廈,屋頂形狀複雜,用鋼板建造,重約 25噸;於 1966年開放的水晶宮運動中心,用鋼 60噸做成波浪形的屋頂等等。據統計,用做屋頂的銅板,在德國平均每人每年消費0.8公斤,美國為0.2公斤。

此外,屋內的裝修,如:門把手、鎖、百頁、按欄、燈具、牆飾以及廚房次具等等,使用鋼製品不但經久耐用,消毒衛生,而且裝點出高雅的氣息,深受人們喜愛。

※ 塑像和工藝品

世界上沒有哪一種金屬,能夠像鋼那樣廣泛應用於製造各種工藝品,從古至今,經久不衰。今天城市建設中,各種紀念物、鑄鐘、寶鼎、雕像、佛像、仿古製品等等,大量使用鑄造銅合金。現代樂器,如長笛使用白鋼製成,薩克斯管用的是黃銅材料。各種精美的藝術品,價廉物美的鍍金以及仿金、仿銀首飾也都需要使用各種成分的銅合金。

1996年建成的香港天壇大佛,使用錫、鋅、鉛青銅分塊鑄造再焊接而成,高26米,重206噸。1997年建成的浙江普陀山南海觀音大佛,高20米,重 70噸,是世界上第一座使用仿金材料建成的巨型銅像。嗣後在無錫落成了高88米的青銅釋跡牟尼佛像。更高的佛像正在我國的海南島和九華山以及日本印度等地籌建中。

※ 錢幣

自從人類祖先使用錢幣進行交易以來,就用銅和銅合金來製造錢幣,歷代相傳,沿襲至今。隨著現代自動投幣電話、乘車和購物等利民活動的發展,造幣用鋼量有增無減。

在銅幣的應用中,除了變化尺寸以外,可以很方便地採用不同合金成分、改變合金色彩來製造和區分不同面值的貨幣。常用的有含2 5%鎳的"銀幣",含 2 0%鋅和 1%錫的黃銅幣以及含少量錫(3%)和鋅(l.5%)的"銅"幣。全世界每年生產銅幣要消耗成千上萬噸的銅。僅倫敦皇家造幣廠一家,每年生產7億個銅幣,約需金屬七千噸。

8.高科技上的應用

鋼不但在傳統工業中有廣泛應用,而且在新興產業以及高科技領域中也發揮著重要作用,舉例如下:

※ 中計算機

信息技術是高科技的前導。它依靠的是現代人類智慧的結晶 一 計算機 這個工具,對瞬息萬變、浩如煙海的信息進行加工和處理。計算機的心臟由 微處理器(包含運算器和控制器)和存儲器組成。這些基本部件(硬體)都 是大規模集成電路,在微小的晶片上分布著千萬個相互連接的電晶體、電阻。 電容等元件,以進行快速的數值運算,邏輯運算和大量的信息儲存。這些集 成電路的晶片要通過引線框架和印刷電路組裝起來才能進行工作。從前面"電 子工業中的應用"一章中可以看到,銅和銅合金不但是引線框架、焊料和印 刷電路版中的重要材料;而且還能夠在集成電路的微小元件互連中起重要作用。

※ 超導和低溫

一般材料(除半導體以外)的電阻隨溫度降低而減小,當溫度降得很低時,某些材料的電阻會完全消失,這種現象稱為超導性。出現超導性的這個最高溫度稱為該材料的超導臨界溫度。超導性的發現為電的利用打開了一個大地。回為電阻為零,只要施加一個很小的電壓就可以產生十分巨大(理論上是無限大)的電流,獲得巨大的磁場和磁力;或者當電流通過它時,不發生電壓的降低和電能的損耗。顯然它的實際應用將會引起人類在生產和生活上的變革,很受人們的關注。

但是對通常的金屬來說,只有當溫度降低到十分接近絕對零度(OK= -273 °C)時才出現超導性,在工程上很難實現。近年來已開發出一些超導合金,它們的臨界溫度比純金屬的高,例如,Nb3 Sn合金為18.1K。但是它們的應用一點也離不開銅。首先是這些合金要在超低溫下工作,要通過氣體的液化來獲得低溫,例如:液氦、液氫和液氮的液化溫度分別為4K(-269℃)、20K(-253℃)和77K(-196℃)。銅在這樣低的溫度下仍有良好的韌塑性,是低溫工程中不可缺少的結構和管路輸送材料。此外,Nb3 Sn、NbTi等超導合金很脆,難以加工成型材,需用鋼做包套材料把它們結合起來。目前這些超導材料已用於製作強磁體,在醫療診斷的核磁共振儀以及某些礦山強力磁選機上得到了應用。正在籌劃中的,時速超過500公里的磁浮列車,也要依靠這些超導材料磁體把列車懸浮起來,避免輪軌接觸的阻力,而實現車廂的高速運行。

最近發現了一些臨界溫度更高的材料,稱為"高溫超導材料",它們大多是複合氧化物。較早發現和比較著名的一種是含鉛的銅基氧化物(YBa2Cu3O7-y),臨界溫度為90K,可以在液氮溫度下工作。目前還沒有獲得臨界溫度在室溫附近的材料;而且這些材料難於做成大塊物體,它們能通過可保持超導性的電流密度也不夠高。因此,目前還未能在強電的場合下應用,有待進一步研究開發。

※ 太空技術

火箭、衛星和太空梭中,除了微電子控制系統和儀器、儀錶設備以外,許多關鍵性的部件也要用到銅和銅合金。例如:火箭發動機的燃燒室和推力室的內村,可以利用鋼的優良導熱性來進行冷卻,以保持溫度在允許的範圍內。亞里安那5號火箭的燃燒室內村,用的是銅一銀一結合金,在這個村簡內加工出360個冷卻通道,火箭發射時通入液態氫進行冷卻。

此外,銅合金也是衛星結構中承載構件用的標準材料。衛星上的太陽翼板通常是由銅與其它幾個元素的合金製成的。

※ 高能物理

揭示物質結構之謎是科學家孜孜以求的重大基礎課題。對這個問題的認識每深入一步,都會給人類帶來重大的影響。當前原子能的利用就是一個例子。近代物理的最新研究業已發現,物質的最小構成單元不是分子和原子而是比它小億倍的夸克和輕子。現在對這些基本粒子的研究往往要在比原子彈爆炸時的核作用高數百倍的極高反應能下進行,稱為高能物理。這樣高的能量是通過帶電粒子在強磁場內,經過長距離加速,向固定的靶"轟擊"而獲得(高能加速器),或者兩個相反方向加速運動的粒子流互相對撞而獲得(對撞機)。為此,需要用鋼作繞組構築出長距離的強磁場通道。此外,在受控熱核反應裝置中也要有類似的結構。為了降低由於通過大電流的發熱溫升,這些磁通道由中空的異型銅棒繞成,以便通入介質進行冷卻。

例如:著名的歐洲盧瑟福高能物理實驗室中的質子同步加速器,它的水冷磁體由中空的銅管統成,共計使用約 300噸的銅擠壓材。1984年我國建成的重粒子加速器,用去每根40米長、外矩內圓的管材共46噸。在此以後建成的正負電子對撞機中,應用這類銅管105噸。在我國研製的受控熱核反應裝置中,共有16個聚焦線圈。每個線圈用長度55米的銅條繞成。殼體用鋼板焊接而成,其上焊有冷卻水管。在該裝置上共計用鋼 50噸。

9.銅化合物的應用

銅的化合物,主要有:硫酸銅(五水、一水和無水)、醋酸銅、氧化銅和氧化亞銅、氯化銅和氯化亞銅、氯氧化銅、硝酸銅、氰化銅、脂肪酸銅、環烷酸銅等,在農牧業、工業和醫療衛生等各個領域都有廣泛應用。其中應用最廣的是硫酸銅,通常是五水硫酸銅(CuSO4.5H2O),由於呈藍色,俗稱藍礬。它往往也是生產其它許多鹽類的原料。

人類應用鋼化合物的歷史可以追溯到五千多年前,墓葬中發現古埃及人己使用硫酸銅做染色時的媒染劑(留色飾染劑),一直沿用至今。根據統計,目前世界上生產硫酸銅的廠子超過一百家,世界年消費量約2 0萬噸,估計其中3/4用於農牧業,主要用作殺菌劑。

※ 在農牧業中的應用

鋼的化合物是消除病蟲害的有效殺菌農藥,可以控制所有黴菌或真菌引起的病害。除直接採用硫酸銅泡種子外,在果園和農田中經常使用的是一些銅鹽混合液。最重要的有以法國著名葡萄產地命名的波爾多液(石灰硫酸銅液)和伯更狄液(蘇打硫酸銅液),還有巴黎綠、菌殺特等。

業已報導,用銅殺菌劑可以防治百餘種作物中經常發生的3 00多種病害。這些作物包括:

-葡萄、柑桔、香蕉、蘋果、梨、桃等各種多年生的果木;

-咖啡、橡膠、棉花、甜菜等經濟作物;

-小麥、大米、玉米、大麥、燕麥等穀物;

-豆類、西紅柿、土豆和萵苣等。

.銅是保持農作物和畜禽健康成長必須的微量營養素。通常,當農田土壤中的有效銅含量低於2ppmm(1ppmm為百分)時,農作物就要因缺銅而減產,嚴重時甚至顆粒不收,或者當牧場土壤中有效銅含量低於5ppmm時,牲畜就要患缺銅症。目前由於集約性的高產作業,在大量使用有化肥中不含銅或含銅量很低,引起土地瘠化,使缺銅日益成為當前世界上日益 關注的問題。為了糾正和防止缺銅,要及時用鋼鹽補充。可以直接加入或者和富含氮和磷的肥料一起加入;可以用來改良土壤長期起作用,或者每年噴洒在作物的幼苗上。對於畜禽,除改善牧場外,可以將銅鹽摻入飼料中或採用其它辦法直接注入有缺銅症状的牲畜體內。 .硫酸鋼還是豬和雞的助長劑,可以提高它們的食慾和增進食物的轉化。在飼料中拌人0.1%的硫酸銅,能夠顯著地促進豬和肉雞的增重。

.銅離子有強烈的消毒滅菌作用,可以防止一些常見牲畜疾病的流行。例如:水中少量銅(不足lppm)就能夠消滅水中繁殖的給輸、螺和蝸牛等軟體動物,這些軟體動物是血吸蟲的寄主,因而可以防止熱帶和溫帶動物中容易出現的肝血吸蟲;

此外,池塘、水田、水渠和河湖中令人討厭的綠藻污染,可以加入銅鹽來消除。 .銅鹽可以作為防霉保鮮劑,應用於穀物、水果和蔬菜的儲藏。其中一個簡便的辦法,是用浸過銅鹽的紙進行包裝。

※ 在工業上的應用

銅化合物在工業上的應用很廣,幾乎每一行業都有應用到銅的化合物

.硫酸銅是印染工藝中常用的媒染劑,以提高光澤的持久性和耐洗性,廣泛應用於紡織和皮革業.

.銅的化合物有藍、綠、紅、黑等彩色,可以用做玻璃、陶瓷、水泥、搪瓷的著色劑。它們也是某些染髮劑的組成。在煙火中加入硝酸銅發綠光,等等。

.添加鋼化合物的油漆有抗海水生物污損的作用。

.銅的一些有機化合物是有效的防腐劑,用於紙漿、木材、木製品和帆布等織物的防腐。

.銅的某些化合物是橡膠、石油和人造纖維生產過程中的重要化學製劑,起催化、淨化等作用。

.硫酸銅電解液,用於鍍銅、生產電解銅箔和銅的提純等。

.在採礦業中,以硫酸銅為活化劑,對鉛、鋅、鋁和金等礦物進行浮??

1.銅的自然屬性

銅是人類最早發現的古老金屬之一,早在三千多年前人類就開始使用銅。自然界中的銅分為自然銅、氧化銅礦和硫化銅礦。自然銅及氧化銅的儲量少,現在世界上80%以上的銅是從硫化銅礦精鍊出來的,這種礦石含銅量極低,一般在2-3%左右。金屬銅,元素符號CU,原子量63.54,比重8.92,熔點1083Co。純銅呈淺玫瑰色或淡紅色。銅具有許多可貴的物理化學特性,例如其熱導率都很高,化學穩定性強,抗張強度大,易熔接,且抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細的銅絲,製成很薄的銅箔。能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬形成合金,形成的合金主要分成三類:黃銅是銅鋅合金,青銅是銅錫合金,白銅是銅鈷鎳合金。

2.銅的冶煉

從銅礦中開採出來的銅礦石,經過選礦成為含銅品位較高的銅精礦或者說是銅礦砂,銅精礦需要經過冶煉提成,才能成為精銅及銅製品。

A.銅礦石的加工

工業上使用的銅有電解銅(含銅99.9%~99.95%)和精銅(含銅99.0%~99.7%)兩種。前者用於電器工業上,用於製造特種合金、金屬絲及電線。後者用於製造其他合金、銅管、銅板、軸等。

a.銅礦石的分類及屬性:

煉銅的原料是銅礦石。銅礦石可分為三類:

(1)硫化礦,如黃銅礦(CuFeS2)、斑銅礦(Cu5FeS4)和輝銅礦(Cu2S)等。

(2)氧化礦,如赤銅礦(Cu2O)、孔雀石[Cu2(OH)2CO3]、藍銅礦[2CuCO3.Cu(OH)2]、矽孔雀石(CuSiO3.2H2O)等。

(3)自然銅。銅礦石中銅的含量在1%左右(0.5%~3%)的便有開採價值,因為採用浮選法可以把礦石中一部分脈石等雜質除去,而得到含銅量較高(8%~35%)的精礦砂。

b.銅礦石的冶煉過程:

從銅礦石冶煉銅的過程比較複雜。以黃銅礦為例,首先把精礦砂、熔劑(石灰石、砂等)和燃料(焦炭、木炭或無煙煤)混合,投入「密閉」鼓風爐中,在1000℃左右進行熔煉。於是礦石中一部分硫成為SO2(用於制硫酸),大部分的砷、銻等雜質成為AS2O3、Sb2O3等揮發性物質而被除去:2CuFeS2+O2=Cu2S+2FeS+SO2↑。一部分鐵的硫化物轉變為氧化物:2FeS+3O2=2FeO+2SO2↑。Cu2S跟剩餘的FeS等便熔融在一起而形成「冰銅」(主要由Cu2S和FeS互相溶解形成的,它的含銅率在20%~50%之間,含硫率在23%~27%之間),FeO跟SiO2形成熔渣:FeO+SiO2=FeSiO3。熔渣浮在熔融冰銅的上面,容易分離,藉以除去一部分雜質。然後把冰銅移入轉爐中,加入熔劑(石英砂)後鼓入空氣進行吹煉(1100~1300℃)。由於鐵比銅對氧有較大的親和力,而銅比鐵對硫有較大的親和力,因此冰銅中的FeS先轉變為FeO,跟熔劑結合成渣,而後Cu2S才轉變為Cu2O,Cu2O跟Cu2S反應生成粗銅(含銅量約為98.5%)。2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2↑,2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2↑,再把粗銅移入反射爐,加入熔劑(石英砂),通入空氣,使粗銅中的雜質氧化,跟熔劑形成爐渣而除去。在雜質除到一定程度後,再噴入重油,由重油燃燒產生的一氧化碳等還原性氣體使氧化亞銅在高溫下還原為銅。得到的精銅約含銅99.7%。

B.銅的冶煉工藝

銅冶金技術的發展經歷了漫長的過程,但至今銅的冶煉仍以火法治煉為主,其產量約佔世界銅總產量的85%,現代濕法冶煉的技術正在逐步推廣,濕法冶煉的推出使銅的冶煉成本大大降低。 火法冶煉與濕法冶煉(SX-EX)。

a.火法煉銅:

通過熔融冶煉和電解精火煉生產出陰極銅,也即電解銅,一般適於高品位的硫化銅礦。火法冶煉一般是先將含銅百分幾或千分幾的原礦石,通過選礦提高到20-30%,作為銅精礦,在密閉鼓風爐、反射爐、電爐或閃速爐進行造鋶熔煉,產出的熔鋶(冰銅)接著送入轉爐進行吹煉成粗銅,再在另一種反射爐內經過氧化精鍊脫雜,或鑄成陽極板進行電解,獲得品位高達99.9%的電解銅。該流程簡短、適應性強,銅的回收率可達95%,但因礦石中的硫在造鋶和吹煉兩階段作為二氧化硫廢氣排出,不易回收,易造成污染。近年來出現如白銀法、諾蘭達法等熔池熔煉以及日本的三菱法等、火法冶煉逐漸向連續化、自動化發展。

生產過程大致如圖:

除了銅精礦之外,廢銅做為精鍊銅的主要原料之一,包括舊廢銅和新廢銅,舊廢銅來自舊設備和舊機器,廢棄的樓房和地下管道;新廢銅來自加工廠棄掉的銅屑(銅材的產出比為50%左右),一般廢銅供應較穩定,廢銅可以分為:裸雜銅:品位在90%以上;黃雜銅(電線):含銅物料(舊馬達、電路板);由廢銅和其他類似材料生產出的銅,也稱為再生銅。

b.濕法煉銅:

一船適於低品位的氧化銅,生產出的精銅稱為電積銅。 現代濕法冶煉有硫酸化焙燒-浸出-電積,浸出-萃取-電積,細菌浸出等法,適於低品位複雜礦、氧化銅礦、含銅廢礦石的堆浸、槽浸選用或就地浸出。濕法冶煉技術正在逐步推廣,預計本世紀末可達總產量的20%,濕法冶煉的推出使銅的冶煉成本大大降低。

濕法冶煉過程為:

c.火法和濕法兩種工藝的特點 比較火法和濕法兩種銅的生產工藝,有如下特點:

(1)後者的冶煉設備更簡單,但雜質含量較高,是前者的有益補充。

(2)後者有局限性,受制於礦石的品位及類型。

(3)前者的成本要比後者高。

可見,濕法冶煉技術具有相當大的優越性,但其適用範圍卻有局限性,並不是所有銅礦的冶煉都可採用該種工藝。不過通過技術改良,這幾年已經有越來越多的國家,包括美國、智利、加拿大、澳大利亞、墨西哥及秘魯等,將該工藝應用於更多的銅礦冶煉上。濕法冶煉技術的提高及應用的推廣,降低了銅的生產成本,提高了銅礦產能,短期內增加了社會資源供給,造成社會總供給的相對過剩,對價格有拉動作用。

3.銅的生產和消費

a.銅資源分布:世界銅礦資源主要分布在北美、拉丁美洲和中非三地,目前全世界已探明的儲量共3.5億萬噸,其中智利佔24%,美國佔16.9%,獨立國協佔10.15%,薩伊佔7.39%,尚比亞佔4.55%,秘魯佔3.41%,美洲佔了世界儲量的60%。 我國銅生產地集中在華東地區,該地區銅生產量佔全國總產量的51.84%,其中安徽、江西兩省產量約佔30%。銅的主要消費地則在華東和華南地區,二者消費量約佔全國消費總量70%。

b.銅的主要用途:

銅是一種紅色金屬,同時也是一種綠色金屬。說它是綠色金屬,主要是因為它耐用,容易再溶化、再冶煉,因而回收利用相當地便宜。  

銅及銅合金的分類和焊接特點

銅及銅合金的分類和焊接特點

(1)純銅:純銅常被稱作紫銅。它具有良好的導電性、導熱性和耐蝕性。純銅用字母+T}}(銅)表示,如Tl,T2,T3等。氧的含量極低,不大於0. O1%的純銅稱為無氧銅,用TU(銅無)表示,如TU1、TU2等。

(2)黃銅:以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅用+H;(黃)表示如H80、H70,H68等。

(3)青銅:以前把銅與錫的合金稱作青銅,現在則把除了黃銅以外的銅合金稱作青銅。常用的有錫青銅、鋁青銅和敏青銅等。青銅用「Q,』(青)表示。

銅及銅合金的焊接特點是:(1)難熔合及易變形

(2)容易產生熱裂紋(3)容易產生氣孔

銅及銅合金焊接主要採用氣焊、惰性氣體保護焊、埋弧焊、釺焊等方法。

銅及銅合金導熱性能好,所以焊接前一般應預熱,並採用大線能量焊接。鎢極氫弧焊採用直流正接。氣焊時,紫銅採用中性焰或弱碳化焰,黃銅則採用弱氧化焰,以防止鋅的蒸發。

銅和鋁的焊接

無縫藥芯焊絲是鋁銅釺焊連接的最新技術成果,是鋁銅釺焊用料的升級換代產品。其主要成分由鋅鋁銅和無腐蝕性氟鋁銫鹽組成,其釺焊工藝性、接頭機械性能和接頭導電性均優於鋅鎘、鋅錫銅釺料。

廣泛用於電力電器、信息電子、不鏽鋼製品、製冷行業、電熱電器、五金製品等行業。不需專用焊接設備和特殊生產場地,即可實現環保、便捷、安全的鋁銅連接。其中銅包含常見的銅合金,鋁主要指1系列、3系列和6系列和部分4系列。

鄭州機械研究所是目前國內主要的無縫藥芯鋁焊絲生產企業,已有50餘年的釺焊材料及釺焊工藝研究的歷史,是中國焊接學會及國家焊接標準化委員會團體會員。該銅鋁焊接釺料已在製冷,變壓器,電機等銅改鋁行業得到成熟的應用。  

世界銅資源的分布

世界銅資源主要集中在智利、美國、尚比亞、非洲剛果、加拿大中東部、俄羅斯和秘魯等國。其中智利是世界上銅資源最豐富的國家,其銅金屬儲量約佔世界總儲量的1/4。而在產量方面,智利是全球最大銅產國,2006年其產量約佔全球產量的37%。在消費方面,2000年前在銅消費市場唱主角的是西方歐美國家,但在2000年後銅消費市場的主角換成了中國、俄羅斯、印度和巴西。  

銅的種類

黃銅

黃銅是銅與鋅的合金,因色黃而得名。黃銅的機械性能和耐磨性能都很好,可用於製造精密儀器、船舶的零件、槍炮的彈殼等。黃銅敲起來聲音好聽,因此鑼、鈸、鈴、號等樂器都是用黃銅製做的。

航海黃銅

銅與鋅、錫的合金,抗海水侵蝕,可用來製作船的零件、平衡器。

青銅

銅與錫的合金叫青銅,因色青而得名。青銅一般具有較好的耐腐蝕性、耐磨性、鑄造性和優良的機械性能。用於製造精密軸承、高壓軸承、船舶上抗海水腐蝕的機械零件以及各種板材、管材、棒材等。青銅還有一個反常的特性——「熱縮冷脹」,用來鑄造塑像,冷卻後膨脹,可以使眉目更清楚。

磷青銅

銅與錫、磷的合金,堅硬,可制彈簧。

白銅

白銅是銅與鎳的合金,其色澤和銀一樣,銀光閃閃,不易生鏽。常用於製造電器、儀錶和裝飾品。  

世界銅冶煉廠的分布

非洲 :剛果 盧伊盧(科盧韋齊);希圖魯;納米比亞 楚梅布冶煉廠;南非 納巴比普冶煉廠(烏基普);帕拉博拉冶煉廠;尚比亞 盧安夏和巴利巴; 穆富利拉; 恩昌加 TLP ;恩卡納(羅卡納)

亞洲 :中國 白銀(金川)/甘肅; 大冶;貴溪;葫蘆島; 金昌; 上海;天津; 雲南;印度 伯爾拉銅(代海伊); 杜蒂戈林;伊朗 薩爾 切什梅;日本 別子/愛媛(東予冶煉廠)

小坂(秋田) 直島(香川); 小名濱(福島) ; 佐賀關(大分) ;玉野(岡山);哈薩克 巴爾卡什米斯; 傑茲卡茲甘冶煉廠;韓國 溫山冶煉廠Ⅰ; 溫山冶煉廠Ⅱ;菲律賓 伊莎貝爾/萊特(菲律賓熔煉與精鍊協會);烏茲別克 阿爾馬雷克冶煉廠。歐洲:奧地利 布里克斯萊格比利時 貝爾瑟; 霍博肯; UM 皮爾多普芬蘭 哈爾亞瓦爾塔德國 漢堡 ; 黑特施泰;呂嫩 Lunen 170 ;義大利 波代 馬格拉;波蘭 格沃古夫Ⅰ;格沃古夫Ⅱ ; 萊格尼察冶煉廠;羅馬尼亞 茲拉特納冶煉廠; 俄羅斯 基洛夫格拉德(卡拉塔);克拉斯諾烏拉爾斯克冶煉廠; 納傑日金斯基; 諾里爾斯克冶煉廠; 中烏拉爾斯克冶煉廠;西班牙 韋爾瓦;瑞典 倫島;英國 沃爾索爾;南斯拉夫 博爾  

海綿銅

海綿銅就是海綿狀的銅,高品位的海綿銅,可用於提煉金屬銅及製做辛酸亞銅等原料,也可用於壓鑄。

我國有大量礦渣被作為廢棄物,不僅污染環境,荒廢土地,而且還浪費了大量資源。如硫鐵礦渣中就有很多可以回收利用的資源,銅就是其中之一。當礦渣中的含銅量超過3‰時,便有回收的價值。

用相對密度為8波美度的稀硫酸將礦渣浸泡2-3小時,把生成的銅溶液用泵送到反應柱中,加入鐵屑與之反應成海綿銅。將海綿銅烘乾成球狀後,與碎玻璃、焦炭和石灰石按一定比例混合,送入煉銅爐中冶煉,可得到含80%左右的粗銅錠。  

銅與人體健康

個在人體保健上的應用

.銅是人體健康不可缺少的微量營養素,對於血液、中樞神經和免疫系統頭髮皮膚骨骼組織以及腦子和肝、心等內臟的發育和功能有重要影響。銅主要從日常飲食中攝入。世界衛生組織建議,為了維持健康,成人每公斤體重每天應攝入0.03毫克銅。孕婦和嬰幼兒應加倍。缺銅會弓I起各種疾病,可以服用含銅補劑和藥丸來加以補充。

- 銅在人體內含量約100~150mg,血清銅正常值100~120μg/dl,是人體中含量位居第二的必需微量元素。含銅的酶有酪氨酸酶單胺氧化酶、超氧化酶、超氧化物歧化酶、血銅藍蛋白等。銅對血紅蛋白的形成起活化作用,促進鐵的吸收和利用,在傳遞電子、彈性蛋白的合成、結締組織代謝、嘌呤代謝、磷脂神經組織形成方面有重要意義。

- 銅缺乏可引起如下疾病:

1、貧血

一般最常見的臨床表現頭暈乏力、易倦、耳鳴、眼花。皮膚黏膜指甲等顏色蒼白,體力活動後感覺氣促、心悸。嚴重貧血時,即使在休息時也出現氣短和心悸,在心尖和心底部可聽到柔和的收縮期雜音。

2、骨骼改變

臨床表現為骨質疏鬆,易發生骨折

3、銅與冠心病

4、銅與白癜風

5、女性不孕症

人體缺銅可適量增加攝入含銅較高的食物,如魚、蝦、蟹、玉米、豆製品等。

. 銅離子可以消毒殺菌、衛生防疫。例如:可以殺滅易於在水中滋生的大腸桿菌痢疾等病菌,清除水中傳播血吸蟲病蛞蝓和螺等軟體動物,以及傳播瘧疾的蚊子幼蟲等疾病攜帶體。它還可以應用在游泳池內,防止綠藻污染和通過地板傳染足癬等等。

銅 (Copper)

硫酸銅 (Copper Sulfate)

氯化銅 (Copper Chloride)

葡萄糖酸銅 (Copper Gluconate)

作用與應用:銅為體內多種重要酶系的成分,能夠促進鐵的吸收和利用,能夠維持中樞神經系統的功能。缺銅時人體內各種血管與骨骼的脆性增加、腦組織萎縮,還可以引起白癜風及少白頭等黑色素丟失症。

常用於各種原因引起的銅缺乏症。

用法用量:口服,成人每日~1.5mg。兒童20~50g。

常用硫酸銅:口服,2~3mg,溶於適量涼開水中服用。

靜脈滴注,每次~2mg,溶於50~100ml生理鹽水中。

副作用

過多的銅進入體內可出現噁心嘔吐上腹疼痛、急性溶血和腎小管變形等中毒現象。

注:可溶性銅鹽都有毒,主要因為銅離子能使蛋白質變性,失去生理活性。

銅的推薦攝入量

世界衛生組織(WHO)推薦成人每天應攝入2-3毫克的銅,由於人體所需的銅不能從體內合成,人們必須保證通過日常膳食和飲用水攝入足夠的銅。

許多天然植物中含有豐富的銅,如堅果類(核校,腰果),豆類(蠶豆,豌豆),穀類(汪麥,黑麥),蔬菜,動物的肝臟,肉類及魚類等。通常10片全麥麵包約含銅1毫克。一般肉類食物平均含銅2.5毫克/公斤,動物肝臟以及貝類含銅量高,平均超過20毫克/公斤。

參看

關於「」的留言: Feed-icon.png 訂閱討論RSS

目前暫無留言

添加留言

更多醫學百科條目

個人工具
名字空間
動作
導航
功能菜單
工具箱