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CU的銅元素

元素名稱:銅

元素符號:Cu

元素原子量:63.546

元素類型:金屬元素

元素在太陽中的含量:(ppm)

0.7

晶體結構:晶胞為面心立方晶胞,每個晶胞含有4個金屬原子。

原子體積:(立方厘米/摩爾)

7.1

元素在海水中的含量:(ppm)

太平洋表面 0.00008

氧化態:

主要(Main) Cu+2

其他(Other) Cu0, Cu+1, Cu+3, Cu+4

晶胞參數:

a = 361.49 pm

b = 361.49 pm

c = 361.49 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

地殼中含量:(ppm)

50

質子數:29

中子數:35

原子序數:29

所屬周期:4

所屬族數:IB

電子層分布:2-8-18-1

莫氏硬度:3

聲音在其中的傳播速率:(m/S)

3810

壹般狀況下的密度:8.9×10^3kg/m^3

在古代就發現有銅存在。

元素符號: Cu 英文名: Copper 中文名: 銅

相對原子質量: 63.55 常見化合價: +1,+2 電負性: 1.9

外圍電子排布: 3d10 4s1 核外電子排布: 2,8,18,1

同位素及放射線: Cu-61[3.4h] Cu-62[9.7m] *Cu-63 Cu-64[12.7h] Cu-65 Cu-67[2.6d]

電子親合和能: 118.3 KJ·mol-1

第壹電離能: 745 KJ·mol-1 第二電離能: 1958 KJ·mol-1 第三電離能: 3555 KJ·mol-1

單質密度: 8.96 g/cm3 單質熔點: 1083.0 ℃ 單質沸點: 2567.0 ℃

原子半徑: 1.57 埃 離子半徑: 0.73(+2) 埃 ***價半徑: 1.17 埃

常見化合物: CuO Cu2O Cu2S CuCl2 Cu(OH)2 CuSO4 CuFeS2 [Cu(NH3)2]OH CuF2 CuBr2

發現人: 遠古就被發現 時間: 0 地點: 未知

名稱由來:

元素符號來自拉丁文“cuprum”(以銅礦著稱的塞浦路斯島)。

元素描述:

柔韌有延展性的紅棕色金屬。

元素來源:

自然界很少存在銅單質。銅元素通常只見於硫化物如黃銅礦(CuFeS2)、coveline(CuS)、輝銅礦,或者氧化物如赤銅礦中。

元素用途:

主要用作導體,也用於制造水管。銅合金可用作首飾和錢幣的材料。

1.銅的自然屬性

金屬銅,元素符號Cu,原子量63.54,比重8.92,熔點1083℃。純銅呈淺玫瑰色或淡紅色。銅具有許多可貴的物理化學特性,例如其熱導率都很高,化學穩定性強,抗張強度大,易熔接,且抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細的銅絲,制成很薄的銅箔。能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬形成合金,形成的合金主要分成三類:黃銅是銅鋅合金,青銅是銅錫合金,白銅是銅鈷鎳合金。

2.銅的冶煉

從銅礦中開采出來的銅礦石,經過選礦成為含銅品位較高的銅精礦或者說是銅礦砂,銅精礦需要經過冶煉提成,才能成為精銅及銅制品。

A.銅礦石的加工

工業上使用的銅有電解銅(含銅99.9%~99.95%)和精銅(含銅99.0%~99.7%)兩種。前者用於電器工業上,用於制造特種合金、金屬絲及電線。後者用於制造其他合金、銅管、銅板、軸等。

a.銅礦石的分類及屬性:

煉銅的原料是銅礦石。銅礦石可分為三類:

(1)硫化礦,如黃銅礦(CuFeS2)、斑銅礦(Cu5FeS4)和輝銅礦(Cu2S)等。

(2)氧化礦,如赤銅礦(Cu2O)、孔雀石[Cu2(OH)2CO3]、藍銅礦[2CuCO3Cu(OH)2]、矽孔雀石(CuSiO32H2O)等。

(3)自然銅。銅礦石中銅的含量在1%左右(0.5%~3%)的便有開采價值,因為采用浮選法可以把礦石中壹部分脈石等雜質除去,而得到含銅量較高(8%~35%)的精礦砂。

b.銅礦石的冶煉過程:

從銅礦石冶煉銅的過程比較復雜。以黃銅礦為例,首先把精礦砂、熔劑(石灰石、砂等)和燃料(焦炭、木炭或無煙煤)混合,投入“密閉”鼓風爐中,在1000℃左右進行熔煉。於是礦石中壹部分硫成為SO2(用於制硫酸),大部分的砷、銻等雜質成為AS2O3、Sb2O3等揮發性物質而被除去:2CuFeS2+O2=Cu2S+2FeS+SO2↑。壹部分鐵的硫化物轉變為氧化物:2FeS+3O2=2FeO+2SO2↑。Cu2S跟剩余的FeS等便熔融在壹起而形成“冰銅”(主要由Cu2S和FeS互相溶解形成的,它的含銅率在20%~50%之間,含硫率在23%~27%之間),FeO跟SiO2形成熔渣:FeO+SiO2=FeSiO3。熔渣浮在熔融冰銅的上面,容易分離,借以除去壹部分雜質。然後把冰銅移入轉爐中,加入熔劑(石英砂)後鼓入空氣進行吹煉(1100~1300℃)。由於鐵比銅對氧有較大的親和力,而銅比鐵對硫有較大的親和力,因此冰銅中的FeS先轉變為FeO,跟熔劑結合成渣,而後Cu2S才轉變為Cu2O,Cu2O跟Cu2S反應生成粗銅(含銅量約為98.5%)。2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2↑,2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2↑,再把粗銅移入反射爐,加入熔劑(石英砂),通入空氣,使粗銅中的雜質氧化,跟熔劑形成爐渣而除去。在雜質除到壹定程度後,再噴入重油,由重油燃燒產生的壹氧化碳等還原性氣體使氧化亞銅在高溫下還原為銅。得到的精銅約含銅99.7%。

B.銅的冶煉工藝

銅冶金技術的發展經歷了漫長的過程,但至今銅的冶煉仍以火法治煉為主,其產量約占世界銅總產量的85%,現代濕法冶煉的技術正在逐步推廣,濕法冶煉的推出使銅的冶煉成本大大降低。 火法冶煉與濕法冶煉(SX-EX)。

a.火法煉銅:

通過熔融冶煉和電解精火煉生產出陰極銅,也即電解銅,壹般適於高品位的硫化銅礦。火法冶煉壹般是先將含銅百分之幾或千分之幾的原礦石,通過選礦提高到20-30%,作為銅精礦,在密閉鼓風爐、反射爐、電爐或閃速爐進行造鋶熔煉,產出的熔鋶(冰銅)接著送入轉爐進行吹煉成粗銅,再在另壹種反射爐內經過氧化精煉脫雜,或鑄成陽極板進行電解,獲得品位高達99.9%的電解銅。該流程簡短、適應性強,銅的回收率可達95%,但因礦石中的硫在造鋶和吹煉兩階段作為二氧化硫廢氣排出,不易回收,易造成汙染。近年來出現如白銀法、諾蘭達法等熔池熔煉以及日本的三菱法等、火法冶煉逐漸向連續化、自動化發展。

生產過程大致如圖:

除了銅精礦之外,廢銅做為精煉銅的主要原料之壹,包括舊廢銅和新廢銅,舊廢銅來自舊設備和舊機器,廢棄的樓房和地下管道;新廢銅來自加工廠棄掉的銅屑(銅材的產出比為50%左右),壹般廢銅供應較穩定,廢銅可以分為:裸雜銅:品位在90%以上;黃雜銅(電線):含銅物料(舊馬達、電路板);由廢銅和其他類似材料生產出的銅,也稱為再生銅。

b.濕法煉銅:

壹船適於低品位的氧化銅,生產出的精銅稱為電積銅。 現代濕法冶煉有硫酸化焙燒-浸出-電積,浸出-萃取-電積,細菌浸出等法,適於低品位復雜礦、氧化銅礦、含銅廢礦石的堆浸、槽浸選用或就地浸出。濕法冶煉技術正在逐步推廣,預計本世紀末可達總產量的20%,濕法冶煉的推出使銅的冶煉成本大大降低。

濕法冶煉過程為:

c.火法和濕法兩種工藝的特點 比較火法和濕法兩種銅的生產工藝,有如下特點:

(1)後者的冶煉設備更簡單,但雜質含量較高,是前者的有益補充。

(2)後者有局限性,受制於礦石的品位及類型。

(3)前者的成本要比後者高。

可見,濕法冶煉技術具有相當大的優越性,但其適用範圍卻有局限性,並不是所有銅礦的冶煉都可采用該種工藝。不過通過技術改良,這幾年已經有越來越多的國家,包括美國、智利、加拿大、澳大利亞、墨西哥及秘魯等,將該工藝應用於更多的銅礦冶煉上。濕法冶煉技術的提高及應用的推廣,降低了銅的生產成本,提高了銅礦產能,短期內增加了社會資源供給,造成社會總供給的相對過剩,對價格有拉動作用。

3.銅的生產和消費

a.銅資源分布:世界銅礦資源主要分布在北美、拉丁美洲和中非三地,目前全世界已探明的儲量***3.5億萬噸,其中智利占24%,美國占16.9%,獨聯體占10.15%,紮伊爾占7.39%,贊比亞占4.55%,秘魯占3.41%,美洲占了世界儲量的60%。 我國銅生產地集中在華東地區,該地區銅生產量占全國總產量的51.84%,其中安徽、江西兩省產量約占30%。銅的主要消費地則在華東和華南地區,二者消費量約占全國消費總量70%。

b.銅的主要用途:

銅是壹種紅色金屬,同時也是壹種綠色金屬。說它是綠色金屬,主要是因為它耐用,容易再溶化、再冶煉,因而回收利用相當地便宜。

在二十世紀60年代, 銅最大的使用市場是電器和電子市場,約占總數的28%。1997年,這兩個市場成為銅消耗的第二大終端用戶,擁有25%的股份。在許多電器產品中,(例如:電線、母線、變壓器繞組、重型馬達、電話線和電話電纜)銅的使用壽命都相當地長,只有經過20到50年以後,裏面的銅才可以進行回收利用。其他含銅的電器和電子產品(比如:小型電器和消費電子產品)使用壽命則比較短,壹般是5-10年。商業性電子產品和大型電器產品通常要回收的,因為它們除含有銅以外,還有其他珍貴的金屬。盡管如此,小型的電子消費產品的回收率還是相當低的,因為它們裏面幾乎沒有多少銅元素。

附:美國市場銅回收狀況

銅和銅合金回收起來很容易。1997年,從美國加工的碎屑中回收了145萬噸銅,也就在同壹年美國還出口了379,000噸的銅和銅合金。美國從國內礦藏和國外原料中所提取的初級精銅總量20噸。大約2/3的含銅碎屑都是新碎屑,而1/3是舊碎屑。

美國擁有發達的基礎設施,可以將銅屑提供給熔煉廠、冶煉廠、軋銅廠、鑄造廠、鑄錠廠和其他地方。這些加工廠需要銅屑來進行加工或是為了節約成本。1997年大約19%的銅是用熔爐加工的。在美國熔煉的銅大部分來自與采礦作業相聯系的初級冶煉廠。這些工廠中的大部分並不使用銅屑,盡管有壹些會使用少量的銅屑來控制轉換器中熔化銅的溫度。在美國,有兩個中級冶煉廠,在Illinois州的Chemetco 廠和在喬治州的南方電力設備廠,這個廠主要加工銅屑。這些廠的原料都是沒有雜質的舊銅屑,在進行回收之前,這些舊銅屑必須得升級。

美國的大部分初級精煉廠都依賴初級冶煉廠的泡銅和正電極作為它們主要的原料供應來源。不過,還是有壹小部分精煉廠加工高級的壹號銅屑或收購銅屑中的泡銅或正電極。壹般來說,用火冶煉的鑄塊或是從二級原料中獲得的負電極並不是可以用於任何地方。這些原料的大部分都用在軋銅廠。二次陰極可能不適合用於細線的生產,所以它最初只是用於往宅線的生產。壹些二次陰極還與來自初級冶煉廠的陰極混合,用於其他電線和電纜的生產中。

軋銅廠是美國最大的銅屑消費者,約占全美銅屑消費總量的50%以上。這些軋銅廠既使用銅屑,也使用合金銅屑。這些原料必須是高級的,因為它只是要再冶煉壹次,並不進行任何精煉。其中的許多銅屑都是新的。比如,在合金棒磨機廠所使用的銅屑很大壹部分是來自消費者的回爐廢銅。回爐廢銅也是條銅和片銅生產商的壹個主要原料供應源,但是制管廠都是用買來的銅,而不是上稅的銅。碎屑中平均約含有56%全美軋銅廠所需原料。

鑄錠生產廠和鑄造廠都依靠碎屑來獲得銅,在1997年,銅屑占他們銅需求量的93%。生產鑄造產品對這種原料的要求壹般來說沒有生產包金鉑產品或繪制產品的要求苛刻,因此鑄塊生產商和鑄造廠就可以用低級的銅和銅合金碎屑來進行生產。

銅有很高的內在價值,它使銅的回收變得相當地經濟。碎屑收藏者、交易者、加工者和消費者所需要的基本設施都沒有得到市政府的支持,也沒有任何報酬項目。

當軋銅廠將銅屑從消費者那兒回收來的時候,這些銅屑的價格只是銅屑中金屬價格的90%。例如,當銅棒磨廠調整它們的價格時,他們就會規定壹個“黃銅棒金屬價值銷售價”和壹個“向消費者回收的回收價” 在美國的期貨市場上,銅屑的售價壹般要比Comex 交易市場上規定的銅價略低壹些。

4.影響銅價格的因素

a.國際經濟形勢。商品市場與經濟形勢的相關之處是顯而易見的,尤其是當今世界經濟日趨全球化,商品市場與經濟有著更多的關聯性,因此銅的價格與經濟形勢密切相關。銅的消費主要集中在發達工業國家,這些國家如美國、日本、西歐等國的經濟狀況對銅價影響更大,壹般來說,經濟形勢好,銅的需求增加,價格上升,反之則下降。

b.生產國的生產狀況。智利是銅資源最豐富和世界最大的銅出口國,非洲中部的贊比亞和紮伊爾也是重要的產銅國,它們生產的銅幾乎全部用於出口,它們的生產狀況對國際銅市場影響很大。這三個國家的政治局勢壹直不太穩定,勞資糾紛也時常爆發,這對銅價也產生直接影響。

c.季節性影響。銅價的季節性波動較明顯,每年的壹月份為低谷,八月份創高價。

d.產業政策的影響。由於銅主要用在電氣、電子、建築、機械及運輸業,所以國家對這些行業的產業政策對銅價有著更重要影響。

e.替代品的價格。在電訊工業中,銅壹直是重要原料,但由於光導纖維技術的推廣與應用,對銅的地位提出挑戰,同時,鋁等金屬材料與銅有著同等屬性,在大部分使用領域中也代替了銅。

f.庫存量的影響。庫存量是影響銅價的重要因素之壹。企業在不同的市場情況下,會采取不同的措施增加或減少庫存。以保證生產所需原料或加快資金流轉,政府在不同時期也會利用吞吐儲備來穩定銅市。

g.其它政策、法規的影響。由於銅市場是壹個國際性市場,國際貿易量很大,所以增加有關國家的進出口政策、匯率體系、打擊走私的力度等方面因素的變化,對銅價也會產生影響 。

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