铜
copper
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资源
性质和用途
火法炼铜
焙烧
熔炼
粗铜精炼
火法炼铜的其他方法
湿法炼铜
氧化铜矿酸浸法流程
硫化铜精矿焙烧浸出法
从贫矿石和废矿中提取铜
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元素符号Cu,紫红色金属,在元素周期表中属IB族,原子序数29,原子量63.546,面心立方晶体,常见化合价为+2、+1。
铜是人类最早发现和使用的金属之一。约在公元前第七千纪或更早,人类已认识了自然铜,并将它锤打成小锥、小钉等。稍后,又采用退火和加工硬化工艺生产各种器物。从出土实物来看,亚洲西部今伊朗境内早在公元前第四千纪,人们已掌握了炼铜技术。美索不达米亚、埃及和印度等地区,约于公元前第三千纪中期,也先后出现了具有较高技术水平的炼铜业。
中国在新石器时代晚期开始使用铜。甘肃的武威、永靖和河北的唐山等地的古文化遗址,均发现红铜器物。夏代(公元前21~前16世纪)已进入青铜时代。迄今考古发掘所得最早的炼铜竖炉,出自湖北大冶铜绿山──春秋时期(公元前770~前476)的古矿冶遗址。这种竖炉主要以孔雀石为原料,以木炭作燃料和还原剂,进行鼓风熔炼,得到纯度较高的铜。中国又是世界上最早使用湿法(胆铜法)炼铜的国家。
欧洲在公元前第二千纪中期已采用硫化铜矿炼铜,到公元初期的罗马帝国,即已普及。美洲印第安人在公元前第二千纪已用天然铜锻制器件;南美的印加人在西班牙人进入之前,已懂得用硫化矿炼铜的技术。
16世纪阿格里科拉(G.Agricola)在《论冶金》中叙述了铜的熔炼和精炼工艺。17世纪末,英国人赖特(D.Wright)用反射炉炼铜,或称Waleser法。1880年开始用转炉吹炼冰铜(铜锍),是炼铜技术的重大进步,此时发明的铜的电解精炼,也具有重要意义(见冶金史)。
资源 最主要的铜矿床有两种:一为原生的斑岩铜矿床,约占全部铜资源的66%,美国、智利、秘鲁等国最多;一为水成岩中次生的层状铜矿床,约占全部铜资源的25%,著名的赞比亚-扎伊尔铜矿带即属此类。已发现的铜矿物约 160多种。原生硫化矿中以黄铜矿(CuFeS2)最多,其次为斑铜矿(Cu5FeS4),次生氧化矿中主要有孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]、蓝铜矿[2CuCO3·Cu(OH)2]等。
70年代末全世界具有开采价值的铜矿金属储量约 5亿吨,海底锰结核的铜储量估计约4亿吨。1979年世界各国(中国除外)矿山产铜量和储量见表1。
为了充分利用资源,各国都非常重视杂铜的回收。1980年工业发达国家(不包括苏联)的杂铜回收量约占总产铜量的15%。同年美国回收杂铜58万吨,占全国铜消费量的31%。
中国铜矿分布较广,已探明的铜矿床多为斑岩铜矿、含铜黄铁矿、矽卡岩铜矿。(见彩图)
性质和用途 铜是优良的导电和导热体,仅次于银。常温下铜的电导率为银的94%,热导率为银的73.2%。
铜在干燥空气中不氧化,在含有二氧化碳的湿空气中表面形成一层铜绿;与碱溶液反应很慢,但易与氨形成络合物。铜的标准电极电势为+0.337伏,铜不能置换酸溶液中的氢,但溶于有氧化作用的酸中。二价铜的电化当量为0.0003294克/库仑。
铜和铜合金如青铜、黄铜、白铜等,广泛用于制造电工器材、机械、建筑材料和运输工具等。
铜有多种化合物,主要用于化工、医药、农药等方面。与金属铜的用量相比,用于化合物的铜量很少,只占铜消费量的1%左右。
美国1979年铜消费量的比例为:电气工业58%,建筑工业18%,机械制造业9%,运输工具9%,其他6%。伦敦市场铜的平均价格为:1978年67美分/磅,1979年93美分/磅(1磅=0.4536公斤)。
炼铜原料以硫化矿为主,品位一般为1%左右,坑内采矿的边界品位为0.4%,露天采矿可降至0.3%,采出的矿石须先经选矿得到含铜20~30%的精矿,再行冶炼。炼铜的方法分火法和湿法,以火法为主。火法生产的铜占世界总产铜量80%以上。
火 法 炼 铜
主要原料是硫化铜精矿,一般包括焙烧、熔炼、吹炼、精炼等工序,流程见图1。
焙烧 分半氧化焙烧和全氧化焙烧(“死焙烧”),分别脱除精矿中部分或全部的硫,同时除去部分砷、锑等易挥发的杂质。此过程为放热反应,通常不需另加燃料。造锍熔炼一般采用半氧化焙烧,以保持形成冰铜时所需硫量;还原熔炼采用全氧化焙烧;此外,硫化铜精矿湿法冶金中的焙烧,是把铜转化为可溶性硫酸盐,称硫酸化焙烧。焙烧用的流态化焙烧炉(沸腾炉)见图2。焙烧技术条件见表2。
熔炼 主要是造锍熔炼,其目的是使铜精矿或焙烧矿中的部分铁氧化,并与脉石、熔剂等造渣除去,产出含铜较高的冰铜(x Cu2S·yFeS)。冰铜中铜、铁、硫的总量常占80~90%,炉料中的贵金属,几乎全部进入冰铜。
冰铜含量取决于精矿品位和焙烧熔炼过程的脱硫率,世界冰铜品位一般含铜40~55%。生产高品位冰铜,可更多地利用硫化物反应热,还可缩短下一工序的吹炼时间。熔炼炉渣含铜与冰铜品位有关, 弃渣含铜一般在 0.4~0.5%。熔炼过程主要反应为:
2CuFeS2─→Cu2S+2FeS+S
Cu2O+FeS─→Cu2S+FeO
2FeS+3O2+SiO2─→2FeO·SiO2+2SO2
2FeO+SiO2─→2FeO·SiO2
造锍熔炼的传统设备为鼓风炉、反射炉、电炉等,新建的现代化大型炼铜厂多采用闪速炉。
鼓风炉熔炼 鼓风炉是竖式炉,中国很早就用它直接炼铜。传统的方法为烧结块鼓风炉熔炼。硫化铜精矿先经烧结焙烧脱去部分硫,制成烧结块,与熔剂、焦炭等按批料呈层状加入炉内,熔炼产出冰铜和弃渣,此法烟气含SO2低,不易经济地回收硫。为消除烟害,回收精矿中的硫,20世纪50年代,发展了精矿鼓风炉熔炼法,即将硫化铜精矿混捏成膏状,再配以部分块料、熔剂、焦炭等分批从炉顶中心加料口加入炉内,形成料封,减少漏气,提高SO2浓度。混捏料在炉内经热烟气干燥、焙烧形成烧结料柱,块状物料也呈柱状环绕在烧结料柱的周围,以保持透气性,使熔炼作业正常进行。中国沈阳冶炼厂、富春江冶炼厂等采用此法。
反射炉熔炼 适于处理浮选的粉状精矿。反射炉熔炼过程脱硫率低,仅20~30%,适于处理含铜品位较高的精矿。如原料含铜低、含硫高,熔炼前要先进行焙烧。反射炉生产规模可大型化,对原料、燃料的适应性强,长期来一直是炼铜的主要设备,至80年代初,全世界保有的反射炉能力仍居炼铜设备的首位。但反射炉烟气量大,且含SO2仅1%左右,回收困难。反射炉的热效率仅25~30%,熔炼过程的反应热利用较少,所需热量主要靠外加燃料供给。70年代以来,世界各国都在研究改进反射炉熔炼,有的采用氧气喷撒装置将精矿喷入炉内,加强密封,以提高SO2浓度。中国白银公司第一冶炼厂将铜精矿加到反射炉中的溶体内,鼓风熔炼,提高了熔炼强度,烟气可用于制取硫酸。
反射炉为长方形,用优质耐火材料砌筑。燃烧器设在炉头部,烟气从炉尾排出,炉料由炉顶或侧墙上部加入,冰铜从侧墙底部的冰铜口放出,炉渣从侧墙或端墙下的放渣口排出。炉头温度1500~1550℃,炉尾温度1250~1300℃,出炉烟气1200℃左右。熔炼焙烧矿时,燃料率10~15%,床能率3~6吨/(米2·日)。铜精矿直接入炉,燃料率16~25%,床能率为2~4吨/(米2·日),称生精矿熔炼。中国大冶冶炼厂采用 270平方米反射炉熔炼生精矿。
电炉熔炼 炼铜采用电阻电弧炉即矿热电炉,对物料的适应性非常广泛,一般多用于电价低廉的地区和处理含难熔脉石较多的精矿。电炉熔炼的烟气量较少,若控制适当,烟气中SO2浓度可达5%左右,有利于硫的回收。
铜熔炼电炉多为长方形,少数为圆形。大型电炉一般长30~35米,宽8~10米,高4~5米,采用六根直径为1.2~1.8米的自焙电极,由三台单相变压器供电。电炉视在功率3000~50000千伏安,单位炉床面积功率100千瓦/米2左右,床能率3~6吨/(米2·日),炉料电耗400~500千瓦·时/吨,电极糊消耗约2~3公斤/吨。中国云南冶炼厂采用30000千伏安电炉熔炼含镁高的铜精矿。
闪速熔炼 是将硫化铜精矿和熔剂的混合料干燥至含水0.3%以下,与热风(或氧气、或富氧空气)混合,喷入炉内迅速氧化和熔化,生成冰铜和炉渣。其优点是熔炼强度高,可较充分地利用硫化物氧化反应热,降低熔炼过程的能耗。烟气中SO2浓度可超过8%。闪速熔炼可在较大范围内调节冰铜品位,一般控制在50%左右,这样对下一步吹炼有利。但炉渣含铜较高,须进一步处理。
闪速炉有奥托昆普 (Outokumpu)型和国际镍公司(International Nickel Co.)型两种。70年代末世界上已有几十个工厂采用奥托昆普型闪速炉,中国贵溪冶炼厂也采用此种炉型。
冰铜吹炼 利用硫化亚铁比硫化亚铜易于氧化的特点,在卧式转炉中,往熔融的冰铜中鼓入空气,使硫化亚铁氧化成氧化亚铁,并与加入的石英熔剂造渣除去,同时部分脱除其他杂质,而后继续鼓风,使硫化亚铜中的硫氧化进入烟气,得到含铜98~99%的粗铜,贵金属也进入粗铜中。
一个吹炼周期分为两个阶段:第一阶段,将FeS氧化成FeO,造渣除去,得到白冰铜(Cu2S)。冶炼温度1150~1250℃。主要反应是:
2FeS+3O2─→2FeO+2SO2
2FeO+SiO2─→2FeO·SiO2
第二阶段,冶炼温度1200~1280℃将白冰铜按以下反应吹炼成粗铜:
2Cu2S+3O2─→2Cu2O+2SO2
Cu2S+2Cu2O─→6Cu+SO2
冰铜吹炼是放热反应,可自热进行,通常还须加入部分冷料吸收其过剩热量。吹炼后的炉渣含铜较高,一般为2~5%,返回熔炼炉或以选矿、电炉贫化等方法处理。吹炼烟气含SO2浓度较高,一般为8~12%,可以制酸。吹炼一般用卧式转炉,间断操作。表压约1公斤力/厘米2的空气通过沿转炉长度方向安设的一排风眼鼓入熔体,加料、排渣、出铜和排烟都经过炉体上的炉口。
粗铜精炼 分火法精炼和电解精炼。火法精炼是利用某些杂质对氧的亲和力大于铜,而其氧化物又不熔于铜液等性质,通过氧化造渣或挥发除去。其过程是将液态铜加入精炼炉升温或固态铜料加入炉内熔化,然后向铜液中鼓风氧化,使杂质挥发、造渣;扒出炉渣后,用插入青木或向铜液注入重油、石油气或氨等方法还原其中的氧化铜。还原过程中用木炭或焦炭覆盖铜液表面,以防再氧化。精炼后可铸成电解精炼所用的铜阳极或铜锭。精炼炉渣含铜较高,可返回转炉处理。精炼作业在反射炉或回转精炼炉内进行。
火法精炼的产品叫火精铜,一般含铜99.5%以上。火精铜中常含有金、银等贵金属和少量杂质,通常要进行电解精炼。若金、银和有害杂质含量很少,可直接铸成商品铜锭。
电解精炼是以火法精炼的铜为阳极,以电解铜片为阴极,在含硫酸铜的酸性溶液中进行。电解可产出含铜99.95%以上的电铜,而金、银、硒、碲等富集在阳极泥中。电解液一般含铜40~50克/升,温度58~62℃,槽电压0.2~0.3伏,电流密度200~300安/米2,电流效率95~97%,残极率约为15~20%,每吨电铜耗直流电220~300千瓦小时。中国上海冶炼厂铜电解车间电流密度为 330安/米2。
电解过程中,大部分铁、镍、锌和一部分砷、锑等进入溶液,使电解液中的杂质逐渐积累,铜含量也不断增高,硫酸浓度则逐渐降低。因此,必须定期引出部分溶液进行净化,并补充一定量的硫酸。净液过程为:直接浓缩、结晶,析出硫酸铜;结晶母液用电解法脱铜,析出黑铜,同时除去砷、锑;电解脱铜后的溶液经蒸发浓缩或冷却结晶产出粗硫酸镍;母液作为部分补充硫酸,返回电解液中。此外,还可向引出的电解液中加铜,鼓风氧化,使铜溶解以生产更多的硫酸铜。电解脱铜时应注意防止剧毒的砷化氢析出(见水溶液电解)。
火法炼铜的其他方法 已应用于工业生产的方法还有:
三菱法(Mitsubishi process) 将硫化铜精矿和熔剂喷入熔炼炉的熔体内,熔炼成冰铜和炉渣,而后流至贫化炉产出弃渣,冰铜再流至吹炼炉产出粗铜。此法于1974年投入生产。
诺兰达法(Noranda process) 制粒的精矿和熔剂加到一座圆筒型回转炉内,熔炼成高品位冰铜。所产炉渣含铜较高,须经浮选选出铜精矿返回炉内处理。此法于1973年投入生产。
氧气顶吹旋转转炉法 用以处理高品位铜精矿。将铜精矿制成粒或压成块加入炉内,由顶部喷枪吹氧,燃料也由顶部喷入,产出粗铜和炉渣。中国用此法处理高冰镍浮选所得铜精矿。
离析法 用于处理难选的结合性氧化铜矿。将含铜1~5%的矿石磨细,加热至750~800℃后,混以2~5%的煤粉和0.2~0.5%的食盐,矿石中的铜生成气态氯化亚铜(Cu3Cl3)并为氢还原成金属铜而附着于炭粒表面,经浮选得到含铜50%左右的铜精矿,然后熔炼成粗铜。此法能耗高,很少采用。
湿 法 炼 铜
用溶剂浸出铜矿石或精矿,而后从浸出液中提取铜。主要过程包括浸出(见浸取)、净化、提取等工序。目前世界上湿法炼铜的产量约占总产量的12%。20世纪60年代以来,为了消除SO2污染,对用湿法冶炼硫化铜矿进行了许多研究,但因经济指标尚不如火法,湿法工艺大多停留在试验和小规模生产阶段。 <br / 湿法炼铜目前主要用于处理氧化铜矿。有氧化铜矿直接酸浸和氨浸(或还原焙烧后氨浸)等法;酸浸应用较广,氨浸限于处理含钙镁较高的结合性氧化矿。处理硫化矿多用硫酸化焙烧-浸出或者直接用氨或氯盐溶液浸出等方法。①硫酸化焙烧-浸出法是将精矿中的铜转变为可溶性硫酸铜溶出;②氨液浸出法是将铜转变为铜氨络合物溶出,浸出液在高压釜内用氢还原,制成铜粉,或者用溶剂萃取-电积法制取电铜;氯盐浸出法是将铜转变为铜氯络合物进入溶液,然后进行隔膜电解得电铜。
氧化铜矿酸浸法流程 氧化铜矿一般不易用选矿法富集,多用稀硫酸溶液直接浸出;所得溶液含铜一般为1~5克/升,可用硫化沉淀、中和水解、铁屑置换以及溶剂萃取-电积等方法提取铜。近年来,萃取-电积法发展较快。其主要过程包括:①用对铜有选择性的肟类螯合萃取剂(Lix-64N,N-510,N-530等)的煤油溶液萃取铜,铜进入有机相而与铁、锌等杂质分离。②用浓度较高的H2SO4溶液反萃铜,得到含铜约50克/升的溶液。反萃后的有机溶剂,经洗涤后,返回萃取过程使用。③电积硫酸铜溶液得电铜,电解后液返回用作反萃剂。生产流程见图3。
硫化铜精矿焙烧浸出法 硫化铜精矿经硫酸化焙烧后浸出,得到的含铜浸出液,经电积得电铜。此法适于处理含有钴、镍、锌等金属的硫化铜精矿,但铜的回收率低,回收贵金属较困难,电能消耗大,电解后液的过剩酸量须中和处理,所以一般不采用。
从贫矿石和废矿中提取铜 铜矿开采后坑内的残留矿、露天矿剥离的废矿石和铜矿表层的氧化矿,含铜一般较低,多采用堆浸、就地浸出和池浸等方法,浸出其中氧化形态的铜,而所含硫化铜则利用细菌的氧化作用,使之溶解(见细菌浸取,浸取采矿法)。浸出液中的铜可用铁置换得海绵铜,或者用溶剂萃取-电积法制取电铜。几种贫矿石、废矿石的浸出条件和生产规模见表3。
参考书目 昆明工学院冶金系有色金属冶炼教研组译:《铜提取冶金》,冶金工业出版社,北京,1980。(A.K.Biswas,W.G.Davenport, Eхtractive Metallurgy of Copper, 1st ed., Pergamon,Oxford,1976.) 赵天从主编:《重金属冶金学》,冶金工业出版社,北京,1981。
铜
copper
重要的电工材料。化学符号Cu,原子序数29。纯铜又称紫铜,密度为8.89g/cm3(20℃),有紫红色金属光泽,晶体的晶格是面心立方结构。它的电阻率低,20℃时为1.69×10-8Ω·m;导电性仅次于银,居第二位;导热性比金、银差,居第三位。它的化学稳定性高,抗腐蚀性好,只在高温下发生强烈氧化。铜无磁性,为抗磁性材料。它的塑性好,易加工,有延展性,可制成片、箔、细丝和编织物。它易于焊接,可锡焊也可熔焊。
国际电工委员会(IEC)规定,退火工业纯铜在20℃时的电阻率0.017241Ωmm2/m为100%IACS。影响铜导电性能的主要因素是杂质。其中磷(P)、 铁(Fe)、硅(Si)、砷(As)等对铜的电导率的影响最大(见图)。磷、硅、铁等杂质还会增加铜的硬度。用于架空电力线路导线的铜,常以加入少量其他元素来提高其抗张强度和耐热性。铜在室温干燥空气中几乎不氧化。但100℃时表面生成黑色氧化铜(CuO)膜,300℃以上氧化加速,表面生成红色的氧化亚铜(Cu2O)膜,可用镀锡、银、镍、铬等金属以防氧化。铜与大气中硫化物作用,表面生成由CuSO4·3Cu(OH)2组成的绿色保护膜,可降低腐蚀速度。在大量含有二氧化硫、硫化氢、硝酸等气体的场合,能引起强烈腐蚀;大气中的盐雾能对铜造成细微的腐蚀斑点。
电工用铜通常为含铜量大于99.90%的工业纯铜,对于要求高精度的场合可用无磁性高纯铜。工业纯铜含铜量应不小于99.95%和99.90%,含氧量不应高于0.02%和0.06%,无氧铜含铜量为99.95~99.97%,含氧不应高于0.003%。无磁性高纯铜含铁量应不大于0.0002%,为工业纯铜的十分之一。工业纯铜多用于电线电缆的导电线心,电机线棒、开关和一般导电用零部件;无氧铜用于电真空器件、电子仪器零件、耐高温导线、真空开关、触头、电子管零件、超导线的复合基体和微细丝等。无磁性高纯铜多用于无磁性漆包导线、高精密电工仪表。
铜
声母:t
字头:铜,(,銅,)
四笔号码:3766
注音:tóng
摘要:tong
笔画:11画
部首画:05
部首:钅部
释义:金属元素,符号为Cu。淡紫红色,具延展性,导电、导热性能好,可用以制造合金,工业上应用广泛。
部首查询:05钅部
铜copper
一种化学元素 。化学符号 Cu ,原子序数29 ,原子量63.546,属周期系ⅠB族 ,约公元前5000年埃及开始利用红铜(即自然铜),公元前3500年炼制合金青铜。中国甘肃等地有出土的新石器时代红铜器,到了夏代已进入青铜器时期,在湖北大冶的铜绿山发掘出春秋时期的炼铜竖炉。铜在地壳中的含量为0.007% 。自然界存在的游离状态的金属铜称为自然铜,数量很少。主要的铜矿物有硫化物矿、氧化物矿和含氧酸盐矿 :辉铜矿( Cu2S )、靛铜矿( CuS )、黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、赤铜矿(Cu2O)、黑铜矿(CuO)、孔雀石、[CuCO3·Cu(OH)2]硅孔雀石(CuSiO3·2H2O)、蓝铜矿[2CuCO3·Cu(OH)2]、水胆矾[Cu4(OH)6SO4] 、氯铜矿(CuCl2·3CuO·3H2O)等160多种 。铜矿的特点是大多为含铜量1%的低品位矿。
铜是淡红色金属,熔点 1083.4± 0.2℃ ,沸点 2567℃,密度8.92克/厘米3。纯铜很软,富有韧性和延展性,可以轧成薄片和拉成细丝 。导电性和导 热性都很好 。能与锌 、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金。化学性质较不活泼,在干燥空气中不被氧化,在潮湿的空气中与氧气和二氧化碳接 触 ,逐 渐失去金属光泽 ,表面形成一层绿色的铜锈[Cu2(OH)2CO3] 。将金属铜烧至红热 ,表面生成黑色的氧化铜(CuO)。在高温下 ,与硫 、卤素直接化合,但不与氮作用。不和稀盐酸、稀硫酸作用,但可与具有氧化性的稀硝酸、浓硫酸、浓硝酸作用,也可与浓盐酸作用。与碱的作用很缓慢。铜的氧化态有+1、+2和+3 。在高温和固体状态,一价化合物是稳定的。在水溶液中,一价铜离子不稳定,容易发生歧化反应,转变成二价铜离子和金属铜:2Cu+Cu2++Cu热的浓硫酸与铜作用,可制得硫酸铜。无水硫酸铜是白色粉末 ,五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O) 是蓝色斜方晶体,俗称胆矾,它们都易溶于水。铜还形成五氨合硫酸铜等络合物。大量可溶性铜盐对人体是有毒的。
自然铜
铜矿的冶炼是一个复杂的过程,共分以下几步:①富集。铜矿的品位都很低,冶炼前都要用浮选法进行富集。②焙烧。目的是降低硫化物矿中硫的含量,并除去砷、锑等易挥发的杂质。由于硫化亚铁比硫化亚铜容易被氧化,所以在焙烧时,只有部分硫化亚铁被氧化为氧化亚铁。③熔炼。将焙烧后的铜矿(含硫化亚铜、硫化亚铁、氧化亚铁)与石灰石、二氧化硅混合,在反射炉内熔炼,氧化亚铁与二氧化硅形成FeSiO3,它和硅酸钙一起形成炉渣 ,漂浮在上层,硫化亚铜和硫化亚铁则结合成熔体(被称为冰铜)沉到炉底,从放液口放出。④冰铜吹炼。将冰铜送入转炉,鼓入空气,其中的硫化亚铁被氧化为氧化亚铁,与二氧化硅结合成炉渣,部分的硫化亚铜被氧化为氧化亚铜,后者与未被氧化的硫化亚铜发生反应,生成粗铜:
2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2粗铜在浇铸时有气体逸出,使表面起泡,所以称为泡铜。⑤氧化精炼。将泡铜放在精炼炉中,鼓入空气,其中的杂质更易被氧化,然后造渣除去。⑥电解精炼。用粗铜为阳极,纯铜为阴极,硫酸铜和硫酸的混合溶液为电解液。粗铜中铜和比铜活泼的金属进入溶液中,但比铜不活泼的金、银、铜等不溶解,成为阳极泥除去。溶液中只有铜离子会沉积在阴极上,比铜活泼的铁等离子留在溶液中。
铜主要用于电气工业,用来生产电线和电器零件,但不少地方已被铝代替。另一用途是制造合金:①紫铜。导电性和导热性仅次于银,耐酸碱腐蚀,用于化学工业。②黄铜 。色泽美观,做五金制品、装饰材料。③白铜。强度、硬度高,用于造船、仪表和医疗器械工业。④青铜。力学性能好,制造机械零件、弹性元件。铜的化合物(如硫酸铜、碱式碳酸铜等)主要用作杀虫剂、杀菌剂、木材防腐剂。
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总体特性 | |||||||||||||||||||||||||
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名称, 符号, 序号 | 铜、Cu、29 | ||||||||||||||||||||||||
系列 | 过渡金属 | ||||||||||||||||||||||||
族, 周期, 元素分区 | 11族, 4, d | ||||||||||||||||||||||||
密度、硬度 | 8920 kg/m3、3.0 | ||||||||||||||||||||||||
颜色和外表 | 铜金属色 Image:Cu,29.jpg | ||||||||||||||||||||||||
地壳含量 | 0.01 % | ||||||||||||||||||||||||
原子属性 | |||||||||||||||||||||||||
原子量 | 63.546 原子量单位 | ||||||||||||||||||||||||
原子半径(计算值) | 135(145)pm | ||||||||||||||||||||||||
共价半径 | 138 pm | ||||||||||||||||||||||||
范德华半径 | 140 pm | ||||||||||||||||||||||||
价电子排布 | [氩]3d104s1 | ||||||||||||||||||||||||
电子在每能级的排布 | 2,8,18,1 | ||||||||||||||||||||||||
氧化价(氧化物) | 2,1(弱碱性) | ||||||||||||||||||||||||
晶体结构 | 面心立方 | ||||||||||||||||||||||||
物理属性 | |||||||||||||||||||||||||
物质状态 | 固态(反磁性) | ||||||||||||||||||||||||
熔点 | 1357.6 K(1084.4 °C) | ||||||||||||||||||||||||
沸点 | 2840 K(2567 °C) | ||||||||||||||||||||||||
摩尔体积 | 7.11×10-6m3/mol | ||||||||||||||||||||||||
汽化热 | 300.3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
熔化热 | 13.05 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
蒸气压 | 0.0505 帕(1358K) | ||||||||||||||||||||||||
声速 | 3570 m/s(293.15K) | ||||||||||||||||||||||||
其他性质 | |||||||||||||||||||||||||
电负性 | 1.9(鲍林标度) | ||||||||||||||||||||||||
比热 | 380 J/(kg·K) | ||||||||||||||||||||||||
电导率 | 59.6×106/(米欧姆) | ||||||||||||||||||||||||
热导率 | 401 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||
杨氏模数 | 124 GPa | ||||||||||||||||||||||||
第一电离能 | 745.5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
第二电离能 | 1957.9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
第三电离能 | 3555 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
最稳定的同位素 | |||||||||||||||||||||||||
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核磁公振特性 | |||||||||||||||||||||||||
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在没有特别注明的情况下使用的是 国际标准基准单位单位和标准气温和气压 |
铜是一种化学元素,它的化学符号是Cu,它的原子序数是29,是一种过渡金属。
目录
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性能
纯铜是一种坚韧、柔软、富有延展性的紫红色而有光泽的金属,1g的铜可以拉成3000m长的细丝,或压成10多平方米几乎透明的铜箔。纯铜的导电性和导热性很高,仅次于银,但比银要便宜得多。
铜的颜色很像金,但发红,铜离子的颜色为蓝色。有剧毒,不过,用特定加工法加工的铜没有毒。
銅在乾燥空氣中安定,可保持金屬光澤。但在潮溼空氣中,表面會生成一層銅绿[Cu(OH)2‧CuCO3],保護內層的銅不再被氧化:
2Cu + O2 + CO2 + H2O → Cu(OH)2‧CuCO3
发现
铜是古代就已经知道的金属之一。一般认为人类知道的第一种金属是金,其次就是铜。铜在自然界储量非常丰富,并且加工方便。铜是人类用于生产的第一种金属,最初人们使用的只是存在于自然界中的天然单质铜,用石斧把它砍下来,便可以锤打成多种器物。随着生产的发展,只是使用天然铜制造的生产工具就不敷应用了,生产的发展促使人们找到了从铜矿中取得铜的方法。
含铜的矿物比较多见,大多具有鲜艳而引人注目的颜色,例如:金黄色的黄铜矿CuFeS2,鲜绿色的孔雀石CuCO3Cu(OH)2,深蓝色的石青2CuCO3Cu(OH)2,赤銅礦Cu2O,輝銅礦Cu2S等,把这些矿石在空气中焙烧后形成氧化铜CuO,再用碳还原,就得到金属铜:CuO + C → Cu + CO。另外,斑銅礦也是很常見的銅礦石。
纯铜制成的器物太软,易弯曲。人们发现把锡掺到铜裡去,可以制成铜锡合金──青铜。青铜比纯铜坚硬,使人们制成的劳动工具和武器有了很大改进,人类进入了青铜时代,结束了人类历史上的新石器时代。
用途
銅的最普遍用途在於製造電線,通常現時所用的電線都是由純銅製成,這是因為它的導電性和導熱性都僅次於銀,但卻比銀便宜得多。
而銅可用於製造多種合金,銅的重要合金有以下幾種:
- 黃銅
黃銅是銅與