制造业

冶炼
铜冶炼


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简介

铜(英语:copper)是化学元素,化学符号Cu(来自拉丁语:cuprum),原子序数29。

性质

物理性质

铜位于元素周期表第11族,同族的还有银和金,这些金属的共同特点有延展性高、导电性好。这些元素的原子最外层只有一个电子,位于s亚层,次外层电子d亚层全满。原子间的相互作用以s亚层电子形成的金属键为主,而全满的d亚层的影响不大。与d亚层未满的金属原子不同,铜的金属键共价成分不多,而且很弱,所以单晶铜硬度低、延展性高。宏观上,晶格中广泛存在的缺陷(如晶界),阻碍了材料在外加压力下的流动,从而使硬度增加。因此,常见的铜是细粒多晶,硬度比单晶铜更高。

铜不但柔软,导电性(59.6×106 S/m)、导热性(401 W/(m·K))也好,室温下在金属单质中仅次于银。这是因为室温下电子在金属中运动的阻力主要来自于电子因晶格热振动而发生的散射,而较柔软的金属散射则较弱。铜在露天环境下所允许的最大电流密度为3.1×106 A/m2(横截面),更大的电流就会使之过热。像其他金属一样,铜和其他金属并置会发生电化腐蚀。 铜是四种天然色泽不是灰色或银色的金属元素之一,另外三种是铯、金(黄色)和锇(蓝色)。纯净的铜单质呈橙红色的,接触空气以后失去光泽而变红。铜的这种特殊颜色是由于全满的3d亚层和半满的4s亚层之间的电子跃迁——这两个亚层之间的能量差正好对应于橙光。铯和金呈黄色也是这个原理。

化学性质

同位素

铜矿

铜的使用已有一万年的历史,但有95%的铜是在1900年后开采冶炼的,超过半数的铜是在近24年开采的。像很多自然资源一样,铜在地球中的总储量十分巨大(在距离地表一公里以内的地壳中约有1014吨,以现在的速度可开采五百万年)。不过,以现在的技术水平和物价,这些储量中只有一小部分在经济上有开采价值。对现有可开采储量的估计从25年到60年不等,这取决于对增长率等核心指标的假设。

分类

铜矿类型有主要有斑岩型、硅卡岩型、砂岩型、火山岩型、铜镍型等。

分布

全球铜储量分布

全国铜储量分布

评判标准

原理

矿的平均含铜量仅为0.6%,商业铜矿主要是硫化物矿,特别是黄铜矿(CuFeS2),其次是辉铜矿(Cu2S)。矿石粉碎后经过泡沫浮选或生物浸出浓缩,含铜量提高至10%到15%。然后把矿石与二氧化硅一起闪速熔炼,可把铁转化为矿渣除去。这个过程利用了铁的硫化物更容易转化成氧化物,然后和二氧化硅反应生成硅酸盐矿渣漂浮在热熔物表面的特点。生成的铜锍成分为硫化亚铜,焙烧后转化成氧化亚铜:

2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2

继续加热后氧化亚铜转化为粗铜:

2 Cu2O → 4 Cu + O2

这种工艺只把一半的硫化物转化成氧化物,生成的氧化物再把其余的硫化物氧化后去除。所得产物经过电解精炼,阳极泥里所含的金和铂还可利用。这一步利用了铜的氧化物容易还原成金属单质的特点。先用天然气在粗铜上吹以去除大部分剩余的氧化物,然后再对产物进行电解精炼,得到纯铜。

Cu2+ + 2 e− → Cu

流程

火法冶炼

火法冶炼的主要流程为:精铜矿→熔炼→冰铜→粗铜→火法精炼→电解精炼→纯铜

1.冰铜的形成 在熔炼炉的高温条件下,精铜矿中的高价硫化物将分解成简单硫化物。反应产生的硫蒸气在炉气系统中燃烧生成二氧化硫随烟气排出,硫化亚铜,硫化铁和其他金属硫化物混合在一起形成冰铜。一些金属氧化物和脉石结合成炉渣,从而实现金属硫化物和脉石的分离。

2.冰铜的吹炼 向1150~1300℃的熔融冰铜中吹入压缩空气,并加入适量的石英熔剂,从而获得含铜98%以上,含有少量贵金属的粗铜。

3.粗铜的火法冶炼 吹炼得到的粗铜含有少量的氧,硫等杂质以及其他贵金属。在炉中用气体或液体燃料加热,使粗铜温度维持在1150~1170℃中,再通入压缩空气,使杂质元素氧化成金属氧化物进入炉渣。

4.铜的电解 将火法精炼得到的铜板作为阳极,以电解产出的铜薄片作为阴极,放置在充满电解液的电解槽中。通以低电压大电流的直流电,在铜阳极上发生电化学溶解,纯铜在阴极上沉积,贵金属进入阳极泥中,杂质金属一部分进入阳极泥,大部分以离子的形态保留在电解液中,得到纯度很高的铜。

湿法冶炼

再生铜

产量

世界产量

中国产量

产值

生产线分工

资产与负债

资产

固定资产

非固定资产

负债

库存

设计和规划

位置与环境

投资与评估

规模与功能

风格与形式

组织结构

成本

税费

金融成本

原材料成本

房租成本

能耗成本

人工成本

设备折旧

收益管理

客流曲线

时间分布

空间分布

目标群体

容量控制

风险控制

市场

国内市场

国际市场

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核桃味核桃, 法国就是培根, 妇产科培根

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