銅的生產工藝

1. 銅的性質和用途

(1)物理性質

銅是玫瑰紅色的金屬，固體銅具有良好的展性和延性，可拉成0.0799mm的細絲，或加工成0.0799mm的薄片。液態銅能溶解許多氣體，如H₂、O₂、SO₂、CO₂、CO和水蒸氣，因此精煉銅在鑄錠之前，要脫除溶解的氣體．否則鋼錠會有氣孔。鑄銅含氧應維持0.03％-0.05％。

銅的熔點1083℃，沸點2310℃，常溫時比重8.89。

銅的導電和導熱性僅次于銀，如以銀的導電和導熱性為100％，則銅分別為93％和73.2％。銅的導電性受雜質的影響很大，例如砷含量為0.0013％時，可使其導電率降低1％。

銅的機械加工性能優于鋁，例如，當銅和鉛絲每單位長度電阻相同時，以鋼的截面積、直徑、重量和破壞強度相應為1時，則鋁的分別為1.61，1.27，0.488和0.64。可見，雖然鋁絲重量減輕一半，但由于其強度差，尺寸大，故使電機和馬達的體積相應增大。

銅與其他金屬互溶性好，很易與鋅、鎳、錫生成有價值的合金如黃銅、白銅、青銅等，后者具有較大的耐腐蝕和耐磨性能。

(2)化學性質

銅是元素周期表中第一副族的元素，原子量為63.54，有兩種不同的化合價—一價和二價，一價的化合物在高溫穩定，而二價的化合物則相反。

銅在干燥空氣中不氧化，在溫度高于185℃時則開始氧化，溫度低于350℃時生成紅色氧化亞銅Cu₂O，高于850℃時生成黑色氧化銅CuO。在潮濕的空氣中銅被氧化，其表面逐漸覆蓋一層綠色的堿式碳酸銅CuCO₃·Cu(0H)₂，即所謂“銅綠”。

銅與硫化合生成硫化亞銅Cu₂S和硫化銅CuS。

在電化次序表中，銅位于氫的后面，因此銅不能溶于稀硫酸和鹽酸中，但能溶于硝酸、王水和加熱的濃硫酸中，有空氣存在時，也能溶于鹽酸、稀硫酸和氨水中。

(3)銅的用途

銅在國民經濟中的應用范圍僅次于鋼鐵，在有色金屬中，銅的產量和消費量僅次于鋁。工業發達國家銅與鋼鐵的比例為1.5：100。銅的用途大致分為以下幾個方面。

電氣工業是用銅的主要部門，占消費銅總量的50％以上。據估計，每100km斷面為150mm²的輸電線需銅400多t，一部3000kW的發電機需銅580kg。

機械制造工業用各種銅合金作軸承、軸瓦、活塞、開關、油管、閥門、泵和高壓設備等。

國防工業用銅和其合金作各種子彈殼、飛機和艦艇零部件。

其他建筑材料、熱工技術、冷卻裝置和民用設備等，也廣泛使用銅和其合金。

銅的化合物用于農業和醫藥中。

2. 煉銅原料

地殼中含銅為0.01％，但銅能形成比較富的礦床。現今開采的銅礦石含銅0.4%以上，實際上大型露天礦把0.2％品位的銅礦石也利用了。

在各類銅礦床中，銅呈各種礦物存在，其中大部分為硫化物和氧化物，少量為自然銅。自然界產出的銅礦物有2d種之多，但多數并不常見，也不具有工業價值。常見的硫化礦物有黃銅礦(CuFeS2)、斑銅礦(Cu3FeS3)、輝銅礦(Cu2S)和飼藍(CuS)等；氧化礦物有孔雀石[CuC0₃·Cu(OH)₂]、硅孔雀石(CuSiO₃·₂H₂0)、藍銅礦[2CuC0₃·Cu(OH)₂]、赤銅礦(Cu₂O)和膽礬(CuS0₄·5H₂0)等。

現今90％的銅產量來自硫化礦，約10％來自氧化礦，少量來自自然銅礦。

3. 銅的生產方法

(1)火法煉銅

火法煉鋼占銅生產量的90％，主要是處理硫化礦。在火法煉銅時，都是將飼精礦熔煉成冰銅，然后將冰銅吹煉成粗銅。采用這種方法的優點是得到的粗銅比較純，損失于爐渣中的銅比較少，熱能消耗少，而銅的生產率和回收率比較高。火法煉鋼的流程如圖2.2-1所示。

由圖2.2-1可見，火法煉鋼可以在各種不同設備中進行，如鼓風爐、反射爐、電爐、閃速爐和連續煉銅爐等。

由各種設備熔煉的冰銅，隨后還要經過吹煉、火法精煉和電解精煉，最后得到電銅。

火法煉鋼的目的在于：一是使爐料中的銅盡可能全部進入冰銅，同時使爐料中的氧化物和氧化產生的鐵氧化物形成爐渣；其次是使冰銅與爐渣分離。為了達到這兩個目的，火法煉鋼必須遵循兩個原則：一是必須使爐料有相當數量的硫來形成冰銅；其次是使爐酒含二氧化硅接近飽和，以便冰銅和爐渣不致混溶。

(2)濕法煉鋼

濕法煉銅占銅生產量的10％，主要用于處理氧化礦，也有的處理硫化礦。其流程如圖2.2-2所示。它包括兩個主要過程，銅的浸出和從溶液中電積或置換提取銅。

濕法煉銅是用熔劑浸出礦石使銅進入溶液，然后從含銅的溶液回收銅。此法主要用于處理氧化礦石或低品位的氧化礦和硫化礦廢礦石。在我國和其他一些國家也用于處理焙燒過的硫化精礦。

濕法煉鋼常用的熔劑有硫酸、氨、硫酸高鐵溶液等。選擇熔劑除結合礦石成分和性質外，還必須根據脈石性質，對于含二氧化硅高的礦石采用酸性熔劑，對于含鐵和碳酸鈣(鎂)高的礦石采用堿性熔劑，而對于含硫化物和氧化物的混合礦石則宜采用硫酸高鐵酸性溶液作熔劑。

目前濕法煉銅在銅生產中所占的比重不大，只占10％，但從今后資源發展趨勢來看，隨著礦石逐漸貧化，氧化礦成品位難選礦石和尾礦的利用日益增多，故濕法將是處理這些原料的有效途徑。