铜的生产工艺

1. 铜的性质和用途

(1)物理性质

铜是玫瑰红色的金属，固体铜具有良好的展性和延性，可拉成0.0799mm的细丝，或加工成0.0799mm的薄片。液态铜能溶解许多气体，如H₂、O₂、SO₂、CO₂、CO和水蒸气，因此精炼铜在铸锭之前，要脱除溶解的气体．否则钢锭会有气孔。铸铜含氧应维持0.03％-0.05％。

铜的熔点1083℃，沸点2310℃，常温时比重8.89。

铜的导电和导热性仅次于银，如以银的导电和导热性为100％，则铜分别为93％和73.2％。铜的导电性受杂质的影响很大，例如砷含量为0.0013％时，可使其导电率降低1％。

铜的机械加工性能优于铝，例如，当铜和铅丝每单位长度电阻相同时，以钢的截面积、直径、重量和破坏强度相应为1时，则铝的分别为1.61，1.27，0.488和0.64。可见，虽然铝丝重量减轻一半，但由于其强度差，尺寸大，故使电机和马达的体积相应增大。

铜与其他金属互溶性好，很易与锌、镍、锡生成有价值的合金如黄铜、白铜、青铜等，后者具有较大的耐腐蚀和耐磨性能。

(2)化学性质

铜是元素周期表中第一副族的元素，原子量为63.54，有两种不同的化合价—一价和二价，一价的化合物在高温稳定，而二价的化合物则相反。

铜在干燥空气中不氧化，在温度高于185℃时则开始氧化，温度低于350℃时生成红色氧化亚铜Cu₂O，高于850℃时生成黑色氧化铜CuO。在潮湿的空气中铜被氧化，其表面逐渐覆盖一层绿色的碱式碳酸铜CuCO₃·Cu(0H)₂，即所谓“铜绿”。

铜与硫化合生成硫化亚铜Cu₂S和硫化铜CuS。

在电化次序表中，铜位于氢的后面，因此铜不能溶于稀硫酸和盐酸中，但能溶于硝酸、王水和加热的浓硫酸中，有空气存在时，也能溶于盐酸、稀硫酸和氨水中。

(3)铜的用途

铜在国民经济中的应用范围仅次于钢铁，在有色金属中，铜的产量和消费量仅次于铝。工业发达国家铜与钢铁的比例为1.5：100。铜的用途大致分为以下几个方面。

电气工业是用铜的主要部门，占消费铜总量的50％以上。据估计，每100km断面为150mm²的输电线需铜400多t，一部3000kW的发电机需铜580kg。

机械制造工业用各种铜合金作轴承、轴瓦、活塞、开关、油管、阀门、泵和高压设备等。

国防工业用铜和其合金作各种子弹壳、飞机和舰艇零部件。

其他建筑材料、热工技术、冷却装置和民用设备等，也广泛使用铜和其合金。

铜的化合物用于农业和医药中。

2. 炼铜原料

地壳中含铜为0.01％，但铜能形成比较富的矿床。现今开采的铜矿石含铜0.4%以上，实际上大型露天矿把0.2％品位的铜矿石也利用了。

在各类铜矿床中，铜呈各种矿物存在，其中大部分为硫化物和氧化物，少量为自然铜。自然界产出的铜矿物有2d种之多，但多数并不常见，也不具有工业价值。常见的硫化矿物有黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu3FeS3)、辉铜矿(Cu2S)和饲蓝(CuS)等；氧化矿物有孔雀石[CuC0₃·Cu(OH)₂]、硅孔雀石(CuSiO₃·₂H₂0)、蓝铜矿[2CuC0₃·Cu(OH)₂]、赤铜矿(Cu₂O)和胆矾(CuS0₄·5H₂0)等。

现今90％的铜产量来自硫化矿，约10％来自氧化矿，少量来自自然铜矿。

3. 铜的生产方法

(1)火法炼铜

火法炼钢占铜生产量的90％，主要是处理硫化矿。在火法炼铜时，都是将饲精矿熔炼成冰铜，然后将冰铜吹炼成粗铜。采用这种方法的优点是得到的粗铜比较纯，损失于炉渣中的铜比较少，热能消耗少，而铜的生产率和回收率比较高。火法炼钢的流程如图2.2-1所示。

由图2.2-1可见，火法炼钢可以在各种不同设备中进行，如鼓风炉、反射炉、电炉、闪速炉和连续炼铜炉等。

由各种设备熔炼的冰铜，随后还要经过吹炼、火法精炼和电解精炼，最后得到电铜。

火法炼钢的目的在于：一是使炉料中的铜尽可能全部进入冰铜，同时使炉料中的氧化物和氧化产生的铁氧化物形成炉渣；其次是使冰铜与炉渣分离。为了达到这两个目的，火法炼钢必须遵循两个原则：一是必须使炉料有相当数量的硫来形成冰铜；其次是使炉酒含二氧化硅接近饱和，以便冰铜和炉渣不致混溶。

(2)湿法炼钢

湿法炼铜占铜生产量的10％，主要用于处理氧化矿，也有的处理硫化矿。其流程如图2.2-2所示。它包括两个主要过程，铜的浸出和从溶液中电积或置换提取铜。

湿法炼铜是用熔剂浸出矿石使铜进入溶液，然后从含铜的溶液回收铜。此法主要用于处理氧化矿石或低品位的氧化矿和硫化矿废矿石。在我国和其他一些国家也用于处理焙烧过的硫化精矿。

湿法炼钢常用的熔剂有硫酸、氨、硫酸高铁溶液等。选择熔剂除结合矿石成分和性质外，还必须根据脉石性质，对于含二氧化硅高的矿石采用酸性熔剂，对于含铁和碳酸钙(镁)高的矿石采用碱性熔剂，而对于含硫化物和氧化物的混合矿石则宜采用硫酸高铁酸性溶液作熔剂。

目前湿法炼铜在铜生产中所占的比重不大，只占10％，但从今后资源发展趋势来看，随着矿石逐渐贫化，氧化矿成品位难选矿石和尾矿的利用日益增多，故湿法将是处理这些原料的有效途径。