第二次课概述

第一章铜冶金CopperMetallurgy(14学时)0一、铜的性质二、铜的主要化合物及其性质三、铜的用途四、炼铜原料五、铜的提取方法第一节概述1第一节概述

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。2

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。

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。3

到14～15世纪时，欧洲普遍采用“德国法”炼铜，此法是将硫化铜矿全部氧化焙烧成氧化铜，然后在矮竖炉内还原粗铜。1698年英国开始采用反射炉冶炼富铜矿(含Cu10%~30%)。

真正引起炼铜工艺革命的是19世纪后期，即1880年出现的转炉(贝塞麦特炉)。用转炉吹炼铜锍，大大缩短了冶炼周期，使炼铜工业进入到一个新时期。4

1865年欧洲出现了电解精炼法，从而使铜的纯度大大提高。从20世纪70年代末开始，全世界炼铜工业面貌发生了巨大变化，以美国犹他冶炼厂的奥托昆普闪速炉为代表的绿色冶金工业正在发展和推广。5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)溶液中置换铜的记载，唐末、五代时此法已用于生产。6

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。7铜属于元素周期表的第四周期、第一副族元素，原子序数为29，原子量为63.57。一、铜的性质1.物理性质铜是一种具有金属光泽的橙红色金属，高导电性、导热性及良好的延展性是铜最有价值的特性。铜的主要物理性质见表1-1。8表1-1铜的主要物理性质名称密度(g/cm3)(20℃)熔点(℃)沸点(℃)电阻率(Ω·m)热导率(W/cm·K)熔化热(J/g)汽化热(J/g)比热(J/g·K)(25℃)粘度(Pa·s)(1145℃)数量8.961083.425670.0172414.01204.748000.38430.034192.化学性质铜与金银一样，属于活性小的金属。常温时，铜在干燥的空气中稳定。在含有CO2的潮湿空气中则能氧化形成碱式碳酸铜[Cu(OH)2·CuCO3]（铜绿），又称铜锈、孔雀石，有毒薄膜。孔雀石10加热至185℃，铜在空气中开始氧化，高于350℃氧化生成Cu2O和CuO，铜表面颜色变黑。铜的电位比氢的电位正，属正电性元素，故不能从酸中置换出氢，因此不溶于盐酸、稀硫酸，能溶于有氧化作用的酸，如硝酸和浓硫酸。铜能与多种元素形成合金，从而大大改善铜的性质，使之易于进行冷、热加工，并增加抗疲劳强度和耐磨性能。目前已能制备1600多种铜合金，主要系列有：黄铜、青铜。此外还有白铜、锰铜、铍铜合金等等。11

CuS呈黑绿色或棕色，自然界中以铜蓝矿物形态存在，比重4.66，熔点1110℃；中性或还原性气氛中加热分解：二、铜的主要化合物及其性质4CuS＝2Cu2S＋S212Cu2S

呈蓝黑色，自然界中呈辉铜矿矿物存在，比重5.785，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＋SO2Cu2S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）。13

CuO

呈黑色无光泽，在自然界以黑铜矿形态存在，比重6.3左右，熔点1447℃；CuO不稳定，加热时离解：4CuO＝2Cu2O＋O2

CuO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。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，比重5.7～6.1，熔点1230℃；加热到2200℃以上时才离解：2Cu2O＝4Cu＋O214Cu2O与FeS及可按下式反应：Cu2O＋FeS=Cu2S＋FeO2Cu2O＋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。15CuSO4

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。16铜在国民经济各部门有着广泛的用途,特别是在电气工业应用更为广泛。三、铜的用途表1-2铜在各部门应用中所占的百分比（％）17表1-32005年国内一些铜冶炼厂年产量18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240多种，其中常见的约有30～40种，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％。表1-4为铜的主要矿物。四、炼铜原料1.铜的矿物、矿石与精矿19矿物类别矿物名称化学分子式%Cu密度／g·cm-3颜色自然矿物自然铜Cu1008.9红色硫化矿物辉铜矿铜蓝黄铜矿斑铜矿硫砷铜矿黝铜矿Cu2SCuSCuFeS2Cu4FeS4Cu3AsS4（Cu,Fe)12Sb4S1379.866.734.663.549.025.05.5-5.84.6-4.74.1-4.35.064.454.6-5.1灰黑色红蓝色黄色红蓝色灰黑色灰黑色表1-4为铜的主要矿物20氧化矿物赤铜矿黑铜矿孔雀石蓝铜矿硅孔雀石胆矾Cu2OCuOCuCO3·Cu(OH)22CuCO3·Cu(OH)2CuSiO3·2H2OCuSO4·5H2O88.879.957.568.236.225.57.145.8-6.14.053.772.0-2.22.29红色灰黑色亮绿色亮蓝色蓝绿色蓝色21目前探明的有储量的矿区939处（21处储量已耗竭）

，截至1999年底累计探明储量为7393.79万吨，分布于29个省（区市）。排居前5位的省（区）依次为：江西：1265.59万吨；占全国铜总量的20％西藏：952.49万吨；占全国铜总量的15.1％云南：692.76万吨；占全国铜总量的11％甘肃：402.55万吨；占全国铜总量的6.4％安徽：346.14万吨；占全国铜总量的5.5％我国的铜矿储量及分布：22国内一些炼铜厂混合精矿成分(%)：厂名及工艺CuFeSPbZnAsSiO2贵冶闪速炉21.529.032.50.40.90.256.5大冶诺兰达炉23.523.521.71.061.030.3111.40云冶艾萨炉21.1224.2522.040.670.48－15.74侯马澳斯麦特炉24.528.031.0－－－9.5金隆闪速炉29.527.528.3－－0.17.0白银白银炉18.528.931.10.812.550.347.6葫芦岛密闭鼓风炉25.127.929.0<1.3<1.5－7.523硫化铜矿大多采用火法冶炼工艺处理，氧化铜矿常直接采用湿法冶炼工艺处理。近年来，由于对环境保护提出了更高的要求，大多数工厂用火法处理硫化铜矿时，都遇到含SO2烟气的逸散问题，所以试图用湿法来处理硫化铜矿。铜精矿成分千差万别，确定冶炼工艺要先看精矿的组成，同时从经济、地域、技术条件等多种因素加以综合考虑。2、再生铜原料

铜是所有金属中最易再生的金属之一。目前，再生铜占世界铜总供应量的40%。24铜的生产方法概括起来有火法和湿法两大类。火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上8