紅外光譜儀
[拼音]：tong
[英文]：copper
詞條銅介紹了、資源、性質和用途、火法鍊銅、焙燒、熔鍊、粗銅精煉、火法鍊銅的其他方法、溼法鍊銅、氧化銅礦酸浸法流程、硫化銅精礦焙燒浸出法、從貧礦石和廢礦中提取銅等內容。
元素符號Cu，紫紅色金屬，在元素週期表中屬IB族，原子序數29，原子量63.546，面心立方晶體，常見化合價為+2、+1。
銅是人類最早發現和使用的金屬之一。約在公元前第七千紀或更早，人類已認識了自然銅，並將它錘打成小錐、小釘等。稍後，又採用退火和加工硬化工藝生產各種器物。從出土實物來看，亞洲西部今伊朗境內早在公元前第四千紀，人們已掌握了鍊銅技術。美索不達米亞、埃及和印度等地區，約於公元前第三千紀中期，也先後出現了具有較高技術水平的鍊銅業。
中國在新石器時代晚期開始使用銅。甘肅的武威、永靖和河北的唐山等地的古文化遺址，均發現紅銅器物。夏代（公元前21～前16世紀）已進入青銅時代。迄今考古發掘所得最早的鍊銅豎爐，出自湖北大冶銅綠山──春秋時期（公元前770～前476）的古礦冶遺址。這種豎爐主要以孔雀石為原料，以木炭作燃料和還原劑，進行鼓風熔鍊，得到純度較高的銅。中國又是世界上最早使用溼法（膽銅法）鍊銅的國家。
歐洲在公元前第二千紀中期已採用硫化銅礦鍊銅，到公元初期的羅馬帝國，即已普及。美洲印第安人在公元前第二千紀已用天然銅鍛制器件；南美的印加人在西班牙人進入之前，已懂得用硫化礦鍊銅的技術。
16世紀阿格里科拉（G.Agricola）在《論冶金》中敘述了銅的熔鍊和精煉工藝。17世紀末，英國人賴特(D.Wright)用反射爐鍊銅，或稱Waleser法。1880年開始用轉爐吹煉冰銅（銅鋶），是鍊銅技術的重大進步，此時發明的銅的電解精煉，也具有重要意義（見冶金史）。
資源
最主要的銅礦床有兩種：一為原生的斑岩銅礦床，約佔全部銅資源的66％，美國、智利、祕魯等國最多;一為水成岩中次生的層狀銅礦床，約佔全部銅資源的25％，著名的尚比亞－扎伊爾銅礦帶即屬此類。已發現的銅礦物約 160多種。原生硫化礦中以黃銅礦(CuFeS2)最多，其次為斑銅礦(Cu5FeS4)，次生氧化礦中主要有孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]、藍銅礦[2CuCO3·Cu(OH)2]等。
70年代末全世界具有開採價值的銅礦金屬儲量約 5億噸，海底錳結核的銅儲量估計約4億噸。1979年世界各國（中國除外）礦山產銅量和儲量見表1。
為了充分利用資源，各國都非常重視雜銅的回收。1980年工業發達國家（不包括蘇聯）的雜銅回收量約佔總產銅量的15％。同年美國回收雜銅58萬噸，佔全國銅消費量的31％。
中國銅礦分佈較廣，已探明的銅礦床多為斑岩銅礦、含銅黃鐵礦、矽卡巖銅礦。(見彩圖)
性質和用途
銅是優良的導電和導熱體，僅次於銀。常溫下銅的電導率為銀的94％，熱導率為銀的73.2％。
銅在乾燥空氣中不氧化，在含有二氧化碳的溼空氣中表面形成一層銅綠；與鹼溶液反應很慢，但易與氨形成絡合物。銅的標準電極電勢為+0.337伏，銅不能置換酸溶液中的氫，但溶於有氧化作用的酸中。二價銅的電化當量為0.0003294克/庫侖。
銅和銅合金如青銅、黃銅、白銅等，廣泛用於製造電工器材、機械、建築材料和運輸工具等。
銅有多種化合物，主要用於化工、醫藥、農藥等方面。與金屬銅的用量相比，用於化合物的銅量很少，只佔銅消費量的1％左右。
美國1979年銅消費量的比例為：電氣工業58％，建築工業18％，機械製造業9％，運輸工具9％，其他6％。倫敦市場銅的平均價格為：1978年67美分/磅，1979年93美分/磅（1磅=0.4536公斤）。
鍊銅原料以硫化礦為主，品位一般為1％左右，坑內採礦的邊界品位為0.4％，露天採礦可降至0.3％，採出的礦石須先經選礦得到含銅20～30％的精礦，再行冶煉。鍊銅的方法分火法和溼法，以火法為主。火法生產的銅佔世界總產銅量80％以上。
火法鍊銅
主要原料是硫化銅精礦，一般包括焙燒、熔鍊、吹煉、精煉等工序，流程見圖1。
焙燒
分半氧化焙燒和全氧化焙燒（“死焙燒”），分別脫除精礦中部分或全部的硫，同時除去部分砷、銻等易揮發的雜質。此過程為放熱反應，通常不需另加燃料。造鋶熔鍊一般採用半氧化焙燒，以保持形成冰銅時所需硫量；還原熔煉採用全氧化焙燒；此外，硫化銅精礦溼法冶金中的焙燒，是把銅轉化為可溶性硫酸鹽，稱硫酸化焙燒。焙燒用的流態化焙燒爐（沸騰爐）見圖2。焙燒技術條件見表2。
熔鍊
主要是造鋶熔鍊，其目的是使銅精礦或焙燒礦中的部分鐵氧化，並與脈石、熔劑等造渣除去，產出含銅較高的冰銅(x Cu2S·yFeS)。冰銅中銅、鐵、硫的總量常佔80～90％，爐料中的貴金屬，幾乎全部進入冰銅。
冰銅含量取決於精礦品位和焙燒熔鍊過程的脫硫率，世界冰銅品位一般含銅40～55％。生產高品位冰銅，可更多地利用硫化物反應熱，還可縮短下一工序的吹煉時間。熔煉爐渣含銅與冰銅品位有關， 棄渣含銅一般在 0.4～0.5％。熔鍊過程主要反應為：2CuFeS2─→Cu2S＋2FeS＋S
Cu2O＋FeS─→Cu2S＋FeO
2FeS＋3O2＋SiO2─→2FeO·SiO2＋2SO2
2FeO＋SiO2─→2FeO·SiO2
造鋶熔鍊的傳統裝置為鼓風爐、反射爐、電爐等，新建的現代化大型鍊銅廠多采用閃速爐。
鼓風爐熔鍊
鼓風爐是豎式爐，中國很早就用它直接鍊銅。傳統的方法為燒結塊鼓風爐熔鍊。硫化銅精礦先經燒結焙燒脫去部分硫，製成燒結塊，與熔劑、焦炭等按批料呈層狀加入爐內，熔鍊產出冰銅和棄渣，此法煙氣含SO2低，不易經濟地回收硫。為消除菸害，回收精礦中的硫，20世紀50年代，發展了精礦鼓風爐熔鍊法，即將硫化銅精礦混捏成膏狀，再配以部分塊料、熔劑、焦炭等分批從爐頂中心加料口加入爐內，形成料封，減少漏氣，提高SO2濃度。混捏料在爐內經熱煙氣乾燥、焙燒形成燒結料柱，塊狀物料也呈柱狀環繞在燒結料柱的周圍，以保持透氣性，使熔鍊作業正常進行。中國瀋陽冶煉廠、富春江冶煉廠等採用此法。
反射爐熔鍊
適於處理浮選的粉狀精礦。反射爐熔鍊過程脫硫率低，僅20～30％，適於處理含銅品位較高的精礦。如原料含銅低、含硫高，熔鍊前要先進行焙燒。反射爐生產規模可大型化，對原料、燃料的適應性強，長期來一直是鍊銅的主要裝置，至80年代初，全世界保有的反射爐能力仍居鍊銅裝置的首位。但反射爐煙氣量大，且含SO2僅1％左右，回收困難。反射爐的熱效率僅25～30％，熔鍊過程的反應熱利用較少，所需熱量主要靠外加燃料供給。70年代以來，世界各國都在研究改進反射爐熔鍊，有的採用氧氣噴撒裝置將精礦噴入爐內，加強密封，以提高SO2濃度。中國白銀公司第一冶煉廠將銅精礦加到反射爐中的溶體內，鼓風熔鍊，提高了熔鍊強度，煙氣可用於製取硫酸。
反射爐為長方形，用優質耐火材料砌築。燃燒器設在爐頭部，煙氣從爐尾排出，爐料由爐頂或側牆上部加入，冰銅從側牆底部的冰銅口放出，爐渣從側牆或端牆下的放渣口排出。爐頭溫度1500～1550℃，爐尾溫度1250～1300℃，出爐煙氣1200℃左右。熔鍊焙燒礦時，燃料率10～15％，床能率3～6噸/（米2·日）。銅精礦直接入爐，燃料率16～25％，床能率為2～4噸/(米2·日)，稱生精礦熔鍊。中國大冶冶煉廠採用 270平方米反射爐熔鍊生精礦。
電爐熔鍊
鍊銅採用電阻電弧爐即礦熱電爐，對物料的適應性非常廣泛，一般多用於電價低廉的地區和處理含難熔脈石較多的精礦。電爐熔鍊的煙氣量較少，若控制適當，煙氣中SO2濃度可達5％左右，有利於硫的回收。
銅熔鍊電爐多為長方形，少數為圓形。大型電爐一般長30～35米，寬8～10米，高4～5米，採用六根直徑為1.2～1.8米的自焙電極，由三臺單相變壓器供電。電爐視在功率3000～50000千伏安，單位爐床面積功率100千瓦/米2左右，床能率3～6噸/(米2·日)，爐料電耗400～500千瓦·時/噸，電極糊消耗約2～3公斤/噸。中國雲南冶煉廠採用30000千伏安電爐熔鍊含鎂高的銅精礦。
閃速熔鍊
是將硫化銅精礦和熔劑的混合料乾燥至含水0.3％以下，與熱風(或氧氣、或富氧空氣)混合，噴入爐內迅速氧化和熔化，生成冰銅和爐渣。其優點是熔鍊強度高，可較充分地利用硫化物氧化反應熱，降低熔鍊過程的能耗。煙氣中SO2濃度可超過8％。閃速熔鍊可在較大範圍內調節冰銅品位，一般控制在50％左右，這樣對下一步吹煉有利。但爐渣含銅較高，須進一步處理。
閃速爐有奧托昆普 （Outokumpu）型和國際鎳公司(International Nickel Co.）型兩種。70年代末世界上已有幾十個工廠採用奧托昆普型閃速爐，中國貴溪冶煉廠也採用此種爐型。
冰銅吹煉
利用硫化亞鐵比硫化亞銅易於氧化的特點，在臥式轉爐中，往熔融的冰銅中鼓入空氣，使硫化亞鐵氧化成氧化亞鐵，並與加入的石英熔劑造渣除去，同時部分脫除其他雜質，而後繼續鼓風，使硫化亞銅中的硫氧化進入煙氣，得到含銅98～99％的粗銅，貴金屬也進入粗銅中。
一個吹煉週期分為兩個階段：第一階段，將FeS氧化成FeO，造渣除去，得到白冰銅(Cu2S)。冶煉溫度1150～1250℃。主要反應是：2FeS＋3O2─→2FeO＋2SO2
2FeO＋SiO2─→2FeO·SiO2
第二階段，冶煉溫度1200～1280℃將白冰銅按以下反應吹煉成粗銅：2Cu2S＋3O2─→2Cu2O＋2SO2
Cu2S＋2Cu2O─→6Cu＋SO2
冰銅吹煉是放熱反應，可自熱進行，通常還須加入部分冷料吸收其過剩熱量。吹煉後的爐渣含銅較高，一般為2～5％，返回熔煉爐或以選礦、電爐貧化等方法處理。吹煉煙氣含SO2濃度較高，一般為8～12％，可以制酸。吹煉一般用臥式轉爐，間斷操作。表壓約1公斤力/釐米2的空氣通過沿轉爐長度方向安設的一排風眼鼓入熔體，加料、排渣、出銅和排煙都經過爐體上的爐口。
粗銅精煉
分火法精煉和電解精煉。火法精煉是利用某些雜質對氧的親和力大於銅，而其氧化物又不熔於銅液等性質，通過氧化造渣或揮發除去。其過程是將液態銅加入精煉爐升溫或固態銅料加入爐內熔化，然後向銅液中鼓風氧化，使雜質揮發、造渣；扒出爐渣後，用插入青木或向銅液注入重油、石油氣或氨等方法還原其中的氧化銅。還原過程中用木炭或焦炭覆蓋銅液表面，以防再氧化。精煉後可鑄成電解精煉所用的銅陽極或銅錠。精煉爐渣含銅較高，可返回轉爐處理。精煉作業在反射爐或迴轉精煉爐內進行。
火法精煉的產品叫火精銅，一般含銅99.5％以上。火精銅中常含有金、銀等貴金屬和少量雜質，通常要進行電解精煉。若金、銀和有害雜質含量很少，可直接鑄成商品銅錠。
電解精煉是以火法精煉的銅為陽極，以電解銅片為陰極，在含硫酸銅的酸性溶液中進行。電解可產出含銅99.95％以上的電銅，而金、銀、硒、碲等富集在陽極泥中。電解液一般含銅40～50克/升，溫度58～62℃，槽電壓0.2～0.3伏，電流密度200～300安/米2，電流效率95～97％，殘極率約為15～20％，每噸電銅耗直流電220～300千瓦小時。中國上海冶煉廠銅電解車間電流密度為 330安/米2。
電解過程中，大部分鐵、鎳、鋅和一部分砷、銻等進入溶液，使電解液中的雜質逐漸積累，銅含量也不斷增高，硫酸濃度則逐漸降低。因此，必須定期引出部分溶液進行淨化，並補充一定量的硫酸。淨液過程為：直接濃縮、結晶，析出硫酸銅;結晶母液用電解法脫銅，析出黑銅，同時除去砷、銻；電解脫銅後的溶液經蒸發濃縮或冷卻結晶產出粗硫酸鎳;母液作為部分補充硫酸，返回電解液中。此外，還可向引出的電解液中加銅，鼓風氧化，使銅溶解以生產更多的硫酸銅。電解脫銅時應注意防止劇毒的砷化氫析出（見水溶液電解）。
火法鍊銅的其他方法
已應用於工業生產的方法還有：
三菱法(Mitsubishi process)
將硫化銅精礦和熔劑噴入熔煉爐的熔體內，熔鍊成冰銅和爐渣，而後流至貧化爐產出棄渣，冰銅再流至吹煉爐產出粗銅。此法於1974年投入生產。
諾蘭達法(Noranda process)
制粒的精礦和熔劑加到一座圓筒型迴轉爐內，熔鍊成高品位冰銅。所產爐渣含銅較高，須經浮選選出銅精礦返回爐內處理。此法於1973年投入生產。
氧氣頂吹旋轉轉爐法
用以處理高品位銅精礦。將銅精礦製成粒或壓成塊加入爐內，由頂部噴槍吹氧，燃料也由頂部噴入，產出粗銅和爐渣。中國用此法處理高冰鎳浮選所得銅精礦。
離析法
用於處理難選的結合性氧化銅礦。將含銅1～5％的礦石磨細，加熱至750～800℃後，混以2～5％的煤粉和0.2～0.5％的食鹽，礦石中的銅生成氣態氯化亞銅(Cu3Cl3）併為氫還原成金屬銅而附著於炭粒表面，經浮選得到含銅50％左右的銅精礦，然後熔鍊成粗銅。此法能耗高，很少採用。
溼法鍊銅
用溶劑浸出銅礦石或精礦，而後從浸出液中提取銅。主要過程包括浸出（見浸取）、淨化、提取等工序。目前世界上溼法鍊銅的產量約佔總產量的12％。20世紀60年代以來，為了消除SO2汙染，對用溼法冶煉硫化銅礦進行了許多研究，但因經濟指標尚不如火法，溼法工藝大多停留在試驗和小規模生產階段。
溼法鍊銅目前主要用於處理氧化銅礦。有氧化銅礦直接酸浸和氨浸（或還原焙燒後氨浸）等法；酸浸應用較廣，氨浸限於處理含鈣鎂較高的結合性氧化礦。處理硫化礦多用硫酸化焙燒－浸出或者直接用氨或氯鹽溶液浸出等方法。
（1）硫酸化焙燒－浸出法是將精礦中的銅轉變為可溶性硫酸銅溶出；
（2）氨液浸出法是將銅轉變為銅氨絡合物溶出，浸出液在高壓釜內用氫還原，製成銅粉，或者用溶劑萃取－電積法制取電銅；氯鹽浸出法是將銅轉變為銅氯絡合物進入溶液，然後進行隔膜電解得電銅。
氧化銅礦酸浸法流程
氧化銅礦一般不易用選礦法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出；所得溶液含銅一般為1～5克/升，可用硫化沉澱、中和水解、鐵屑置換以及溶劑萃取－電積等方法提取銅。近年來，萃取-電積法發展較快。其主要過程包括：
（1）用對銅有選擇性的肟類螯合萃取劑（Lix-64N，N-510，N-530等）的煤油溶液萃取銅，銅進入有機相而與鐵、鋅等雜質分離。
（2）用濃度較高的H2SO4溶液反萃銅，得到含銅約50克/升的溶液。反萃後的有機溶劑，經洗滌後，返回萃取過程使用。
（3）電積硫酸銅溶液得電銅，電解後液返回用作反萃劑。生產流程見圖3。
硫化銅精礦焙燒浸出法
硫化銅精礦經硫酸化焙燒後浸出，得到的含銅浸出液，經電積得電銅。此法適於處理含有鈷、鎳、鋅等金屬的硫化銅精礦，但銅的回收率低，回收貴金屬較困難，電能消耗大，電解後液的過剩酸量須中和處理，所以一般不採用。
從貧礦石和廢礦中提取銅
銅礦開採後坑內的殘留礦、露天礦剝離的廢礦石和銅礦表層的氧化礦，含銅一般較低，多采用堆浸、就地浸出和池浸等方法，浸出其中氧化形態的銅，而所含硫化銅則利用細菌的氧化作用，使之溶解（見細菌浸取，浸取採礦法）。浸出液中的銅可用鐵置換得海綿銅，或者用溶劑萃取-電積法制取電銅。幾種貧礦石、廢礦石的浸出條件和生產規模見表3。
參考書目
昆明工學院冶金繫有色金屬冶煉教研組譯：《銅提取冶金》，冶金工業出版社，北京，1980。(A.K.Biswas，W.G.Davenport， Eхtractive Metallurgy of Copper， 1st ed.， Pergamon，Oxford，1976.)
趙天從主編：《重金屬冶金學》，冶金工業出版社，北京，1981。