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濕法煉銅也稱膽銅法,其生產過程主要包括兩個方面。一是浸銅,就是把鐵放在膽礬(CuSO4·5H2O)溶液(俗稱膽水)中,使膽礬中的銅離子被金屬置換成單質銅沉積下來;二是收集,即將置換出的銅粉收集起來,再加以熔煉、鑄造。各地所用的方法雖有不同,但總結起來主要有三種方法:第一種方法是在膽水產地就近隨地形高低挖掘溝槽,用茅席鋪底,把生鐵擊碎,排放在溝槽里,將膽水引入溝槽浸泡,利用銅鹽溶液和鐵鹽溶液顏色差異,浸泡至顏色改變後,再把浸泡過的水放去,茅席取出,沉積在茅席上的銅就可以收集起來,再引入新的膽水。只要鐵未被反應完,可周而復始地進行生產。第二種方法是在膽水產地設膽水槽,把鐵鍛打成薄片排置槽中,用膽水浸沒鐵片,至鐵片表面有一層紅色銅粉復蓋,把鐵片取出,刮取鐵片上的銅粉。第二種方法比第一種方法麻煩是將鐵片鍛打成薄片。但鐵鍛打成薄片,同樣質量的鐵表面積增大,增加鐵和膽水的接觸機會,能縮短置換時間,提高銅的產率。第三種方法是煎熬法,把膽水引入用鐵所做的容器里煎熬。這裡盛膽水的工具既是容器又是反應物之一。煎熬一定時間,能在鐵容器中得到銅。此法長處在於加熱和煎熬過程中,膽水由稀變濃,可加速鐵和銅離子的置換反應,但需要燃料和專人操作,工多而利少。所以宋代膽銅生產多採用前兩種方法。宋代對膽銅法中浸銅時間的控制,也有比較明確的了解,知道膽水越濃,浸銅時間可越短;膽水稀,浸銅的時間要長一些。可以說在宋代已經發展從浸銅方式、取銅方法、到浸銅時間的控制等一套比較完善的工藝。
水法煉銅的優點是設備簡單、操作容易,不必使用鼓風、熔煉設備,在常溫下就可提取銅,節省燃料,只要有膽水的地方,都可套用這種方法生產銅。
而現在採用的濕法煉銅的流程與古代已有很大的不同,主要流程為酸浸-萃取-電積。氧化銅加酸進行攪拌並進行化學反應產生硫酸銅及硫酸鐵溶液,再通過萃取和反萃取,去除鐵元素,最後通過電積生產處99.9%以上的陰極銅。濕法煉銅這些年發展比較快,已經可以占到煉銅總量的20%以下。
發展歷史
我國勞動人民很早就認識了銅鹽溶液里的銅能被鐵置換,從而發明了水法煉銅。它成為濕法冶金術的先驅,在世界化學史上占有光輝的一頁。
在漢代許多著作里有記載“石膽能化鐵為銅”,晉葛洪《抱朴子內篇·黃白》中也有“以曾青塗鐵,鐵赤色如銅”的記載。南北朝時更進一步認識到不僅硫酸銅,其他可溶性銅鹽也能與鐵發生置換反應。南北朝的陶弘景說:“雞屎礬投苦灑(醋)中塗鐵,皆作銅色”,即不純的鹼式硫酸銅或鹼式碳酸銅不溶於水,但可溶於醋,用醋溶解後也可與鐵起置換反應。顯然認識的範圍擴大了。到唐末五代間,水法煉銅的原理套用到生產中去,至宋代更有發展,成為大量生產銅的重要方法之一。
葛洪是我國晉代著名的煉丹家。一次,葛洪之妻鮑菇在葛山用鐵勺盛滿曾青(硫酸銅溶液),幾天后,葛洪拿那個鐵勺使用,奇妙的現象出現了:鐵勺變成“銅勺”,紅光閃閃,葛洪的徒弟高興得跳了起來:“點鐵成金啦。”葛洪把“銅勺”放在火上烤,“銅勺”逐漸變黑。這些,葛洪在《黃白篇》(《抱朴子內篇·黃白》)一書中均做了記載。
在歐洲,濕法煉銅出現比較晚。15世紀50年代,人們把鐵片浸入硫酸銅溶液,偶爾看出銅出現在鐵表面,還感到十分驚訝,更談不上套用這個原理來煉銅了。