第4章 铜及铜合金a.ppt

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1、第4章铜及铜合金4.1概述4.2铜的制取4.3纯铜4.4铜合金4.1概述最早使用的金属是铜。史前时代就开始采掘露天铜矿，用铜制造武器、工具和其他器皿。铜在地壳中的含量约为0.01%。铜多以铜矿物存在。铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石，铜矿石经选矿而成为含铜较高的铜精矿。铜矿石分为三类：⑴硫化矿：黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜矿(Cu2S)。⑵氧化矿：赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、蓝铜矿[2CuCO3·Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO3·2H2O)。⑶自然铜铜矿石中铜的含量1％左右（0.5％～3％）便有开采价值，

2、用浮选法把矿石中一部分脉石等杂质除去，得到含铜量较高（8％～35％）的精矿砂。距今4000年前的夏朝已使用红铜（天然铜）。1957年和1959年在甘肃武威皇娘娘台遗址发掘出铜器近20件，铜器中铜含量99.63%～99.87%。战国时代《周礼·考工记》：金有六齐。六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。一辆普通家用轿车的电子和电动附件所需铜线长达1公里。法国高速火车铁轨每公里用10吨铜。波音747-200型飞机总重量中铜占

3、2%。铜被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。电气、电子工业：应用最广、用量最大，占总消费量一半以上。用于各种电缆和导线，电机和变压器的绕阻，开关以及印刷线路板等。机械和运输车辆制造：阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。化学工业：制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。国防工业：子弹、炮弹、枪炮零件等，每生产100万发子弹，需用铜13～14吨。建筑工业：管道、管道配件、装饰器件等。高导电性；高导热性；高耐蚀性；优良的韧性和延展性；合适的强度。性能：4.2铜的提取铜的制取方法：火法冶金、湿法冶金

4、。火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上80％左右的铜由火法炼铜方法生产。通过熔融冶炼和电解精炼生产出阴极铜（电解铜），适用于高品位的硫化铜矿、旧废铜和新废铜。旧废铜来自旧设备、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)。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。干燥密闭鼓风炉干燥电炉干燥反射炉硫化铜精矿干燥闪速炉干燥熔池熔炼炉连续炼铜炉冰铜转炉或连续吹炼炉粗铜火法精炼炉阳极铜电解精炼电铜(99.95%～99.99%Cu)(9

5、9.5%Cu)(98.5%Cu)(30～55%Cu)(20～30%Cu)冰铜熔炼所用原料主要是铜精矿和含铜的返料，除了有Cu、Fe、S等元素外，还含有SiO2、CaO、MgO等。熔炼时如下发生反应：⑴高价硫化物、氧化物及碳酸盐的分解在1200℃以上，所有高价化合物均会发生离解反应。FeS2＝FeS＋0.5S2FenSn+1=nFeS+0.5S22CuFeS2=Cu2S+2FeS+0.5S22CuS=Cu2S+0.5S22Cu3FeS3=3Cu2S+2FeS+0.5S23NiS=Ni3S2+0.5S2氧化铜和碳酸盐的离解反应：2CuO=Cu2O+0.5O2CaCO

6、3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO2离解生成的S2被炉中的氧化气氛氧化为SO2。冰铜制取⑵硫化物氧化FeS+1.5O2=FeO+SO2FeS2+2.5O2=FeO+2SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO2Cu2S+1.5O2=Cu2O+SO2⑶铁的氧化物及脉石造渣反应2FeO+SiO2=2FeO·SiO23Fe3O4+FeS+5SiO2=5(2FeO·SiO2)+SO2⑷燃料的燃烧反应C+O2=CO22H2+O2=2H2OCH4+2O2=2H2O+CO2冰铜是在熔炼过程中产生的、以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其它金属硫化物（如Ni3S2、Co3

7、S2、PbS、ZnS等）、贵金属（Au、Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及微量脉石成分的多元系混合物。冰铜熔炼方法现代炼铜方法奥托昆普法传统熔炼方法鼓风炉熔炼方法反射炉熔炼方法电炉熔炼方法熔池熔炼方法漂浮熔炼方法诺兰达法瓦纽科夫法白银法闪速熔炼法三菱法基夫赛特法印柯法奥斯麦特法粗铜的制取液态冰铜经在水平转炉中进行吹炼制得粗铜。吹炼的目的：利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜。转炉吹炼分为两个阶段：第一阶段：造渣期，主要进行FeS的氧化和造渣反应；第二阶段：造铜期，主要进行Cu2S的氧化及Cu2S和Cu

8、2O的相互反应，最终获得