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铜的性能、用途、冶炼工艺及分布情况

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铜是人类最早使用的金属。早在史前时代,人们就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、式具和其他器皿,铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。铜是一种存在于地壳和海洋中的金属。铜在地壳中的含量约为0.01%,在个别铜矿床中,铜的含量可以达到3-5%。自然界中的铜,多数以化合物即铜矿物存在。铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石,开采出来的铜矿石,经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。

 

一、性能

 

铜具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性和延展性等物理化学特性。导电性能和导热性能仅次于银,纯铜可拉成很细的铜丝,制成很薄的铜箔。纯铜的新鲜断面是玫瑰红色的,但表面形成氧化铜膜后,外观呈紫红色,故常称紫铜。

 

铜除了纯铜外,铜可以与锡、锌、镍等金属化合成具有不同特点的合金,即青铜、黄铜和白铜。在纯铜(99.99%)中加入锌,则称黄铜,如含铜量80%,含锌量20%的普通黄铜管用于发电厂的冷凝器和汽车散热器上;加入镍称为白铜,剩下的都称为青铜,除了锌和镍以外,加入其它金属元素的所有铜合金均称做青铜,加入什么元素就称为什么元素,最主要的青铜是锡磷青铜和铍青铜。如锡青铜在我国应用的历史非常悠久,用于铸造钟、鼎、乐器和祭器等。锡青铜也可用作轴承、轴套和耐磨零件等。

 

与纯铜的导电性有所不同,借助于合金化,可大大改善铜的强度和耐锈蚀性。这些合金有的耐磨,铸造性能好,有的具有较好的机械性能和耐腐蚀性能。

 

二、用途

 

由于铜具有上述优良性能,所以在工业上有着广泛的用途。包括电气行业、机械制造、交通、建筑等方面。目前,铜在电气和电子行业这一领域中主要用于制造电线、通讯电缆和其他成品如电动机、发电机转子及电子仪器、仪表等,这部分用量约占工业总需求量的一半左右。铜及铜合金在计算机芯片、集成电路、晶体管、印刷电路版等器材器件中都占有重要地位。例如,晶体管引线用高导电、高导热的铬锆铜合金。最近,国际知名计算机公司IBM已采用铜代替硅芯片中的铝,这标志着人类最古老的金属在半导体技术应用方面的最新突破。

 

80年代中期,美国、日本和西欧国家的精铜消费中,电气工业所占比重最大,中国也不例外。而进入90年代以后,国外在建筑行业中管道用铜增幅巨大,成为国外消费铜的大头.据位于纽约的铜发展协会(CDA)发表的报告说:1997年,建筑业仍是美国铜产品的最大的最终用途市场,建筑业常利用铜的耐腐蚀性用于制造水管、屋顶及其他给排水设施,此外,还因其美观的外表而被用于建筑装修,建筑业用铜占美国铜产品总消费量的第一位。

 

随着科学技术的日新跃益,铜的应用范围在拓宽,铜在医学、生物、超导及环境方面开始发挥作用。如,当聚氨酯塑料泡沫含有铜或氧化铜时,能大大减少这种塑料燃烧时所释放出致命的有毒气体――氢氰化物(HCN)。大量研究资料证明,铜的杀菌作用可以有效地降低肺炎病菌的传播,能抑制细菌生长,保持饮用水清洁卫生,所以,未来国内建筑业铜管的发展前景将十分广阔。

 

三、铜的储量:

 

世界铜矿资源比较丰富。据1995年美国矿业局统计,世界铜金属储量为3.1亿吨,储量基础为5.9亿吨,铜储量最多的国家是智利和美国,分别占世界储量基础的23.7%和15.3%,其次是波兰15%、赞比亚6%、俄罗斯5%、扎伊尔5%、秘鲁4%、加拿大4%、澳大利亚4%。

 

世界铜矿的工业类型分为斑岩型、砂页岩型、铜镍硫化物型、黄铁矿型、铜-铀-金型、自然铜型等、脉型、碳酸岩型、矽卡岩型共九类。最重要的是前四类,占世界铜总储量的96%,其中斑岩型和砂页岩型矿各占55%和29%。世界铜储量超过500万吨的巨型铜矿约有60个,斑岩矿占38个,砂页矿占15个合计占巨型铜矿的88%。

 

中国可供开采的铜精矿资源很少。目前大的铜矿主要有江西德兴铜矿、西藏裕龙铜矿、玉龙铜矿和新近探明的新疆阿舍勒铜矿。

 

四、铜的冶炼工艺

 

从铜矿中开采出来的铜矿石,经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂,铜精矿需要经过冶炼提成,才能成为精铜及铜制品。

 

目前,世界上铜的冶炼方式主要有两种:即火法冶炼与湿法冶炼(SX-EX)

 

1.火法:

 

通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜,也即电解铜,一般适于高品位的硫化铜矿。

 

除了铜精矿之外,废铜做为精炼铜的主要原料之一,包括旧废铜和新废铜,旧废铜来自旧设备和旧机器,废弃的楼房和地下管道;新废铜来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50%左右),一般废铜供应较稳定,废铜可以分为:裸杂铜:品位在90%以上;黄杂铜(电线);含铜物料(旧马达、电路板);由废铜和其他类似材料生产出的铜,也称为再生铜。

 

2.湿法:

 

一船适于低品位的氧化铜,生产出的精铜称为电积铜。

 

3. 火法和湿法两种工艺的特点

 

比较火法和湿法两种铜的生产工艺,有如下特点: 
  (1)后者的冶炼设备更简单,但杂质含量较高,是前者的有益补充。 
  (2)后者有局限性,受制于矿石的品位及类型。 
  (3)前者的成本约在70-80美分/磅(约合1540-1760美元/吨),后者仅为30-40美分/磅(约合660-880美元/吨)。 

 

可见,湿法冶炼技术具有相当大的优越性,但其适用范围却有局限性,并不是所有铜矿的冶炼都可采用该种工艺。不过通过技术改良,这几年已经有越来越多的国家,包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等,将该工艺应用于更多的铜矿冶炼上。湿法冶炼技术的提高及应用的推广,降低了铜的生产成本,提高了铜矿产能。

 

火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石,通过选矿提高到20-30%,作为铜精矿,在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼,产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜,再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂,或铸成阳极板进行电解,获得品位高达99.9%的电解铜。 

 

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