基本內容
以純銅或銅合金製成各種形狀包括棒、線、板、帶、條、管、箔等統稱銅材。銅材的加工有軋制、擠制及拉制等方法,銅材中板材和條材有熱軋的和冷軋的;而帶材和箔材都是冷軋的;管材和棒材則分為擠製品和拉製品;線材都是拉制的
分類
銅材有銅板,銅棒,銅管,銅帶,銅線,銅排,銅材料。
銅板
銅板是一種高穩定、低維護的屋面和幕牆材料,環保、使用安全、易於加工並極具抗腐蝕性。
鋁青銅,錫青銅,矽青銅,鈹青銅,紫銅,黃銅,白銅,鎢銅,紅銅,無氧銅。
銅板分類:鋁青銅板,黃銅板,錫青銅板,矽青銅板,鈹青銅板,鎢銅板,紫銅板,紅銅板,無氧銅板,各規格/型號銅板。
常用銅板牌號:H62、H65、H68、H70、H80、H90、C2600、C2680、C2700、C5210、C5191、C51000、QBe2.0、C1100、T2等。
銅棒
銅棒是有色金屬加工棒材的一種,具有較好的加工性能,高導電性能。主要分為黃銅棒(銅鋅合金,較便宜),紫銅棒(較高的銅含量)。
鋁青銅,錫青銅,矽青銅,鈹青銅,紫銅,黃銅,白銅,鎢銅,紅銅,無氧銅。
銅棒分類:鋁青銅棒,錫青銅棒,矽青銅棒,鈹青銅板,黃銅板,白銅板,紫銅板,紅銅板,鎢銅板,無氧銅板,各材質銅板。
常用牌號:H59、HPb59-1、HPb59-3、H62、H65、H68、H70、H80、H90、C2600、C2680、C2700、C5210、C5191、C51000、QBe2.0、C1100、T2等。
通用規格:直徑:φ1.0-200mm、長度:2500-6000mm。
銅管
銅管又稱紫銅管。有色金屬管的一種,是壓制的和拉制的無縫管。銅管具備堅固、耐腐蝕的特性,而成為現代承包商在所有住宅商品房的自來水管道、供熱、製冷管道安裝的首選。 銅管是最佳供水管道。
鋁青銅,錫青銅,矽青銅,鈹青銅,鎢銅,白銅,黃銅,紫銅,紅銅,無氧銅。
鋁青銅管,錫青銅管,矽青銅管,鈹青銅管,黃銅管,白銅管,紫銅管,紅銅管,鎢銅管,無氧銅管,各型號銅管。
常用牌號:H62、H65、H68、H63、H70、H80、H90、C2600、C2680、C2700、C5210、C5191、C51000、QBe2.0、C1100、T2等。
通用規格:壁厚:0.1-100mm,外徑:1-600mm。
銅帶
銅帶是一種金屬元件,產品規格有0.1~3×50~250mm各種狀態銅帶產品,主要用於生產電器元件、燈頭、電池帽、鈕扣、密封件、接外掛程式,主要用作導電、導熱、耐蝕器材。如電氣元器件、開關、墊圈、墊片、電真空器件、散熱器、導電母材及汽車水箱、散熱片、氣缸片等各種零部件。
鋁青銅,錫青銅,矽青銅,鈹青銅,鎢銅,白銅,黃銅,紫銅,紅銅,無氧銅。
鋁青銅帶,錫青銅帶,矽青銅帶,鈹青銅帶,黃銅帶,白銅帶,紫銅帶,紅銅帶,鎢銅帶,無氧銅帶,各規格銅帶。
常用牌號:H62、H65、H68、H63、H70、H80、H90、C2600、C2680、C2700、C5210、C5191、C51000、QBe2.0、C1100、T2等。
規格:厚度:0.01-2.0mm,寬度:4-600mm。
銅線
有良好的導電、導熱、耐蝕和加工性能,可以焊接和釺焊。含降低導電、導熱性雜質較少,微量的氧對導電、導熱和加工等性能影響不大,但易引起“氫病”,不宜在高溫(如>370℃)還原性氣氛中加工(退火、焊接等)和使用。
鋁青銅,錫青銅,矽青銅,鈹青銅,鎢銅,白銅,黃銅,紫銅,紅銅,無氧銅。
鋁青銅線,錫青銅線,矽青銅線,鈹青銅線,黃銅線,白銅線,紫銅線,紅銅線,鎢銅線,無氧銅線,各規格銅線。
常用牌號:H62、H65、H68、H70、H80、H90、C2600、C2680、C2700、C5210、C5191、C51000、QBe2.0、C1100、T2等。
規格:線徑:0.01-15.0mm
銅排
銅排是一種大電流導電產品,適用於高低壓電器、開關觸頭、配電設備、母線槽等電器工程,也廣泛用於金屬冶煉、電化電鍍、化工燒鹼等超大電流電解冶煉工程。我們供應的電工銅排具有電阻率低、可折彎度大等優點。
鋁青銅,錫青銅,矽青銅,鈹青銅,鎢銅,白銅,黃銅,紫銅,紅銅,無氧銅。
鋁青銅排,錫青銅排,矽青銅排,鈹青銅排,黃銅排,白銅排,紫銅排,紅銅排,鎢銅排,無氧銅排,各規格銅排。
常用牌號:H59、H62、H65、C2700、C2680、C2600、H68、H70、C5210、C5191、C51000、QBe2.0等。
規格:厚度:1-100mm,寬度:10-400mm。
歷史
人類套用銅己有數千年的歷史,墓葬考古發現,早在6000年前的史前時期,埃及人就使用銅器,銅是人類祖先最早套用的金屬。它具有許多優異的特性和奇妙的功能,不但為人類社會的進步作出了不可磨滅的貢獻;而且隨著人類文明的發展不斷開發出新的用途。銅既是一個古老的金屬,又是一個充滿生機和活力的現代工程材料。當前人類步入了豐富多彩的,以電氣化和電子信息為特徵的,高度文明的社會,為銅的應,用開闢了更為廣闊的大地。銅以品種繁多的金屬、合金和化合物的形式被人們利用,業已深深地滲入了生產和生活的各個方面,成為人類跨入、21世紀取得飛速發展的一個不可缺少的重要金屬。
特點
黃銅是由銅和鋅所組成的合金
白銅是銅和鎳的合金
青銅是銅和除了鋅和鎳以外的元素形成的合金,主要有錫青銅,鋁青銅等
紫銅是銅含量很高的銅,其它雜質總含量在1%以下。
紅銅即純銅,又名紫銅,純銅密度為8.96,熔點為1083℃。具有很好的導電性和導熱性,塑性極好,易於熱壓和冷壓力加工,大量用於製造電線、電纜、電刷、電火花專用電蝕銅等要求導電性良好的產品。
因呈紫紅色而得名。它不一定是純銅,有時還加入少量脫氧元素或其他元素,以改善材質和性能,因此也歸入銅合金。中國紫銅加工材按成分可分為:普通紫銅(T1、T2、T3、T4)、無氧銅(TU1、TU2和高純、真空無氧銅)、脫氧銅(TUP、TUMn)、添加少量合金元素的特種銅(砷銅、碲銅、銀銅)四類。
紫銅的電導率和熱導率僅次於銀,廣泛用於製作導電、導熱器材。紫銅在大氣、海水和某些非氧化性酸(鹽酸、稀硫酸)、鹼、鹽溶液及多種有機酸(醋酸、檸檬酸)中,有良好的耐蝕性,用於化學工業。另外,紫銅有良好的焊接性,可經冷、熱塑性加工製成各種半成品和成品。20世紀70年代,紫銅的產量超過了其他各類銅合金的總產量。
紫銅中的微量雜質對銅的導電、導熱性能有嚴重影響。其中鈦、磷、鐵、矽等顯著降低電導率,而鎘、鋅等則影響很小。氧、硫、硒、碲等在銅中的固溶度很小,可與銅生成脆性化合物,對導電性影響不大,但能降低加工塑性。普通紫銅在含氫或一氧化碳的還原性氣氛中加熱時,氫或一氧化碳易與晶界的氧化亞銅(Cu2O)作用,產生高壓水蒸氣或二氧化碳氣體,可使銅破裂。這種現象常稱為銅的“氫病”。氧對銅的焊接性有害。鉍或鉛與銅生成低熔點共晶,使銅產生熱脆;而脆性的鉍呈薄膜狀分布在晶界時,又使銅產生冷脆。磷能顯著降低銅的導電性,但可提高銅液的流動性,改善焊接性。適量的鉛、碲、硫等能改善可切削性。
黃銅:以鋅作主要添加元素的銅合金,具有美觀的黃色,統稱黃銅。銅鋅二元合金稱普通黃銅或稱簡單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱複雜黃銅。含鋅低於36%的黃銅合金由固溶體組成,具有良好的冷加工性能,如含鋅30%的黃銅常用來製作彈殼,俗稱彈殼黃銅或七三黃銅。含鋅在36~42%之間的黃銅合金由和固溶體組成,其中最常用的是含鋅40%的六四黃銅。為了改善普通黃銅的性能,常添加其他元素,如鋁、鎳、錳、錫、矽、鉛等。鋁能提高黃銅的強度、硬度和耐蝕性,但使塑性降低,適合作海輪冷凝管及其他耐蝕零件。錫能提高黃銅的強度和對海水的耐腐性,故稱海軍黃銅,用作船舶熱工設備和螺鏇槳等。鉛能改善黃銅的切削性能;這種易切削黃銅常用作鐘錶零件。黃銅鑄件常用來製作閥門和管道配件等。
青銅:原指銅錫合金,後除黃銅、白銅以外的銅合金均稱青銅,並常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名。錫青銅的鑄造性能、減摩性能好和機械性能好,適合於製造軸承、蝸輪、齒輪等。鉛青銅是現代發動機和磨床廣泛使用的軸承材料。鋁青銅強度高,耐磨性和耐蝕性好,用於鑄造高載荷的齒輪、軸套、船用螺鏇槳等。鈹青銅和磷青銅的彈性極限高,導電性好,適於製造精密彈簧和電接觸元件,鈹青銅還用來製造煤礦、油庫等使用的無火花工具。
白銅:以鎳為主要添加元素的銅合金。銅鎳二元合金稱普通白銅;加有錳、鐵、鋅、鋁等元素的白銅合金稱複雜白銅。工業用白銅分為結構白銅和電工白銅兩大類。結構白銅的特點是機械性能和耐蝕性好,色澤美觀。這種白銅廣泛用於製造精密機械、化工機械和船舶構件。電工白銅一般有良好的熱電性能。
錳銅、康銅、考銅是含錳量不同的錳白銅,是製造精密電工儀器、變阻器、精密電阻、應變片、熱電偶等用的材料。
1、黃銅
1)普通黃銅:它是由銅和鋅組成的合金。 當含鋅量小於 39% 時,鋅能溶於銅內形成單相 a ,稱單相黃銅 ,塑性好,適於冷熱加壓加工。當含鋅量大於 39% 時,有a 單相還有以銅鋅為基的b 固溶體,稱雙相黃銅, b 使塑性小而抗拉強度上升,只適於熱壓力加工。 若繼續增加鋅的質量分數 ,則抗拉強度下降,無使用價值 。代號用“ H +數字”表示, H 表示黃銅,數字表示銅的質量分數。如H68 表示含銅量為 68% ,含鋅量為32% ,的黃銅,鑄造黃銅則在代號前“ Z ”字,如 ZH62 如 Zcuzn38 表示含鋅量為 38% ,餘量為銅的鑄造黃銅。 H90 、 H80 單相,金黃色,故有金色共稱之,稱為鍍層,裝飾品,獎章等。 H68 、 H59 屬於雙相黃銅,廣泛用於電器上的結構件,如螺栓,螺母,墊圈、彈簧等。 一般情況下,冷變形加工用單相黃銅 熱變形加工用雙相黃銅。
2)特殊黃銅:在普通黃銅中加入其它合金元素所組成的多元合金稱為黃銅。常加入的元素有鉛、錫、 鋁等,相應地可稱為鉛黃銅 、錫黃銅、鋁黃銅。加合金元素的目的。主要是提高抗拉強度改善工藝性。代號:為“ H +主加元素符號(除鋅外)+銅的質量分數+主加元素質量分數+其它元素質量分數”表示。如HPb59-1 表示銅的質量分數為59% ,含主加元素鉛的質量分數為1% ,餘量為鋅的鉛黃銅。
2.青銅:除黃銅 白銅外,其餘的銅的合金統稱青銅,青銅又可分為錫青銅和特殊青銅(即無錫青銅)兩類。代號:表示方法為“ Q+ 主加元素符號及質量分數 + 其它元素的質量分數”所組成。鑄造產品則在代號前加“ Z ”字, 如: Qal7 表示含鋁為7% ,其餘為銅的鋁青銅 ZQsn10-1 表示含錫量為 10% ,其它合金元素含量為 1% ,餘量為銅的的鑄造錫青銅。
1)錫青銅:是由錫為主加元素的銅錫合金,也稱為錫青銅。
當含錫量小於 5~6% ,錫溶於銅中形成 a 固溶體,塑性上升,當含錫量大於 5~6% 時,由於出現了 Cu31sb8 為基的固溶體,抗拉強度下降,所以秤的錫青銅含錫量大多在 3~14% 之間, 當含錫量小於 5% ,適用於冷變形加工,當含錫量為 5~7% 時的適用於熱變形加工。當含錫量大於 10% 時,適用於鑄造。 由於 a 與 & 電極電位相近,且成分中的錫氮化後生成緻密的二氧化錫薄膜,耐大氣、耐海水等的耐蝕性上升,只是耐酸性較差。 因為錫青銅結晶溫度範圍較寬,流動性差,不易形成集中縮孔,而易形成枝晶偏析和分散縮孔,鑄造收縮率小,有利於得尺寸極接近於鑄型的鑄件,所以適於鑄造形狀複雜。壁厚較大的條件,而不適宜鑄造要求緻密度高和密封性好的鑄件。 錫青銅有良好的減摩性,抗磁性及低溫韌性。 錫青銅按生產方法可分為壓力加工錫青銅與鑄造錫青銅兩大類。
A 、壓力加工錫青銅 :含錫量一般小於 8% ,宜冷熱壓力加工成板、帶、棒、管等型材供應,經加工硬化後,其抗拉強度、硬度上升、而塑性下降。再退火後 可保持較高抗拉強度下改善塑性、尤其是獲得高的彈性極限。 適制儀表上要求耐蝕及耐磨件,彈性件,抗磁件及機器中滑動軸承,軸套等 。常用的有 Qsn4-3 Qsn6.5~0.1 。
B 、鑄造錫青銅 :以鑄錠供應,由鑄造車間鑄成鑄件使用,適宜鑄造形狀複雜但緻密度要求不高的鑄件,如滑動軸承、齒輪等。常用的有 ZQsn10-1 ZQsn6-6-3 。
2)特殊青銅:加入其它元素以取代錫,或為無錫青銅,多數特殊青銅都比錫青銅具有更高的機性,耐磨性與耐蝕性,常用的有鋁青銅( QAL7 QAL5 )鉛青銅( ZQPB30 )等。以鎳為主要添加元素的銅基合金呈銀白色,稱為白銅。鎳含量通常為10%、15%、20%,含量越高,顏色越白。銅鎳二元合金稱普通白銅,加錳、鐵、鋅和鋁等元素的銅鎳合金稱為複雜白銅,純銅加鎳能顯著提高強度、耐蝕性、電阻和熱電性。工業用白銅根據性能特點和用途不同分為結構用白銅和電工用白銅兩種,分別滿足各種耐蝕和特殊的電、熱性能。
典型牌號 、化學成份(%)(質量分數): Sn(錫) 、Al(鋁) 、Fe(鐵) 、Pb(鉛) 、Sb(銻) 、Bi(鉍) 、Si(矽) 、P(磷) 、Cu 、雜質總和。
種類及分布
銅礦的種類及分布,
按其地質---工業類型可分為:
(1) 斑岩型,(2)砂頁岩型,(3)銅鎳硫化物型,(4)黃鐵礦型
(5) 銅- 鈾- 金型,(6)自然銅型,(7)脈型(8) 碳酸岩型,(9)矽卡岩型
斑岩型:斑岩型銅礦是一種儲量大品位低可用大規模機械化露采的銅礦床礦石儲量往往達幾億噸銅品位常常小於1%, 據世界上103 個斑岩型礦床統計單個礦床礦石量平均可達5.5 億噸, 銅品位0.6%, 它是世界上重要的銅礦工業類型之一。
分布:已知的斑岩銅礦多分布在:(1)環太平洋帶, 包括南。 北美洲大陸邊緣狹長的斑岩銅礦帶, 如加拿大的洛涅克斯, 伐利科帕, 美國的賓厄姆, 比尤特, 莫倫錫, 伊利,聖里塔, 墨西哥的卡納內阿, 拉卡里達德拉, 巴拿馬的塞羅科羅拉多, 秘魯的米契基累, 塞羅佛爾迪. 夸霍內智利的埃爾阿布拉, 丘基卡馬塔, 拉埃斯康迪達, 埃爾薩爾瓦多和埃爾特恩特等,(2)特提斯斑岩銅礦帶, 包括匈牙利的雷克斯克, 南斯拉夫的麥丹佩克, 伊朗的薩爾切什梅黑和馬基斯坦的查蓋地區礦床等。(3)中亞----蒙古, 重要的礦床有烏茲別克東部的卡耳馬克爾, 哈薩克斯坦巴爾喀什湖以北的科翁臘德, 蒙古中北部的額爾德圖間鄂博南部的察乾蘇布爾加和東部的阿倫諾爾礦床等。
砂頁岩型:砂頁岩型銅礦是泛指不同時代沉積岩中的層控銅礦, 礦床產在一套沉積岩或沉積變質岩中, 它是世界上銅礦主要工業類型之一, 占世界銅儲量30% 左右, 礦床以其規模大, 品位高, 伴生組分豐富為特點, 因而其經濟價值巨大。
分布:該類礦床在世界上分布很廣, 除上述銅帶外, 還有原蘇聯烏多坎, 傑茲卡茲甘銅礦, 美國懷特潘, 美國蒙大拿州西部一直延伸到加拿大西南部的貝爾特銅帶, 以及玻利維亞的科多銅帶等, 近年在阿富汗發現的巨大艾納克銅礦和在巴西發現的薩洛博銅礦均屬於此型。
黃鐵礦型銅礦:黃鐵礦型銅礦是指與海底火山作用有一定聯繫的含大量黃鐵礦和一定數量銅、 鉛、鋅的礦床, 西方多稱該類礦床為" 塊狀硫化物礦床"目前世界上至少發現了420 個這種類型的礦床、 加拿大、 美國、 原蘇聯、 西班牙、葡萄牙、 賽普勒斯、 南非和日本等都是該類礦床的重要產地。
塊狀硫化物礦:這種現代礦床是1978年在北緯21度附近的東太平洋脊上首次發現的, 雖然銅鋅品位很高( 銅6%, 鋅29%), 但脊上發現了一個長970 米, 寬200 米, 高35米, 擁有2500萬噸礦量的多金屬塊狀硫化物礦床, 第一次達到了具工業礦床的要求, 其礦石含銅最高為11%,含鋅0.8%, 還含少量的銀(PPM),鉬(0.03%) 和錫(0.03%)。
分布:1982美國又繼續在北緯13度的海域進行調查, 又發現了好幾個礦床, 最近在加拿大溫哥華島附近海域的埃克斯普勞勒中脊1%, 但在原蘇聯這種類型卻是頭等重要的, 占其銅總儲量的30.6%,這種類型的重要礦床有: 加拿大的薩德伯里, 湯普遜, 林累克. 美國德盧斯雜岩, 原蘇聯的貝辰加, 諾里爾斯克, 塔爾納赫,"十月",澳大利亞的卡姆巴爾德雜岩, 芬蘭的哥達拉赫帶, 當然還有我國金川白家咀子的特大型。
其它類型:除上述幾類外, 還有脈型、 自然銅型, 碳酸岩型矽卡岩型等, 它們總共才占世界銅總儲量的3.6%, 但是對不同的國家來說, 這些類型也許是重要的, 如矽卡岩型對我國來說就是一個非常重要的工業類型, 占我國銅總儲量的28%,所以, 各國均應根據本國的具體地質環境, 尋找最具經濟價值的優質礦床, 也就是品位高, 規模大, 形狀合適, 礦帶邊界明顯。 礦石易處理和含有價值的副產品的礦床, 以保證獲得高利潤和可以長期生產, 這些因素中最生要4 的是要有高品位, 這種高品位銅礦床最可能來源將是火山成因的黃鐵礦型銅礦, 層狀礦床, 以及某些矽卡岩礦床等。
冶煉的過程及方法
(1)銅礦石的冶煉過程
從銅礦石冶煉銅的過程比較複雜。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。於是礦石中一部分硫成為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↑。一部分鐵的硫化物轉變為氧化物:2FeS+3O2=2FeO+2SO2↑。Cu2S跟剩餘的 FeS等便熔融在一起而形成“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,藉以除去一部分雜質。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。在雜質除到一定程度後,再噴入重油,由重油燃燒產生的一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%。
(2)冶煉的方法銅冶金技術
冶煉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: 通過熔融冶煉和電解銅精礦火煉生產出陰極銅,也即電解銅,一般適於高品位的硫化銅礦。火法冶煉一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,再在另一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%,但因礦石中的硫再造硫和吹煉兩階段作為二氧化硫廢氣排出,不易回收,易造成污染。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,廢銅亦為精煉銅的主要原料之一,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),一般廢銅供應較穩定,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。 濕法冶煉:濕法冶煉一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,適於低品位複雜礦、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2009年可達總產量的25%,濕法冶煉的推出使銅的冶煉成本大大降低。
(3)火法冶煉和濕法冶煉兩種工藝的特點
比較火法和濕法兩種銅的生產工藝。 火法冶煉和濕法冶煉的特點見下表:
區別要求 | 火法冶煉 | 濕法冶煉 |
選,礦 | 銅精礦 ,多種礦石 | 低品質礦,礦石類型較少 |
設備 | 複雜 | 簡單 |
工藝流程 | 複雜 ,能耗高 | 簡單 ,能耗低 |
成,本 | 高 | 低 |
環境污染 | 大量排放二氧化硫,污染重 | 污染低 |
冶煉質量 | 高品質銅,無雜質 | 雜質高 |
(4)濕法煉銅給銅工業帶來的影響
1) 可以處理低品位銅礦,美國採用堆浸處理的銅礦石品位甚至低到0.04%。過去認為無法處理的表外礦、廢石、尾礦等均可作為銅資源被重新利用,因此大大擴大 了銅資源的利用範圍;
2) 濕法煉銅由於工藝過程簡單,能耗低,因此生產成本低。1997年西方SX-EW 銅平均的生產成本為43美分/ 磅,這包括8 美分/ 磅採礦費、15美分/ 磅浸出費用、1 8 美分/ 磅的SX-EW費用、2 美分/磅的管理費用。而1997年西方火法銅的平均生產 成本為70美分/ 磅;
3) 投資費用低、建設周期短。國外大型的濕法煉銅廠的單位投資費用為2300$/t Cu,而火法銅的單位投資費用超過4500$/tCu。中國濕法煉銅廠由於設備簡陋,單位投資費用只有1 ~1.2 萬元/t;
4) 沒有環境污染問題。濕法煉銅工藝沒有SO2 煙氣排放,硫化礦加壓浸出時硫可以S 的形式產出,避免了硫酸過剩問題。特別是地下溶浸技術不需要把礦石開採出來,不破壞植被和生態,從根本上改善了採礦工人的勞動條件;
5)陰極銅產品質量高。由於溶劑萃取技術對銅的選擇性很好,因此銅電解液純度很高,產出的陰極銅 質量可以達到99.999%,再加上採用了Pb-Ca-Sn合金陽極以及在電解液中加Co2+等措施,有效地防止了鉛陽極的腐蝕,保證了陰極產品的質量;
6)生產規模可大可小, 這尤其適合於中國企業的特點。 正因為濕法煉銅有這樣一些顯著的優點才使其得以迅速的發展,當1997年下半年到1998年由於亞洲金融危機而引發了有色金屬價格急劇下滑,銅價持續走低,西方一 些銅公司關閉了他們成本較高的火法煉銅廠,但在此期間世界濕法煉銅產量仍然強勁 地增長著,由此可以說明濕法煉銅技術的生命力。 過去認為浸出-萃取-電積工藝只適於處理那些廢石、氧化礦、低品位礦,即只適於處理那些火法冶金不好處理或不經濟的礦石,但近幾年由於生物技術、加壓浸出技術的發展和工業化已經改變了人們 這種認識,採用生物堆浸完全可以處理高品位的次生硫化礦,而且達到了很大的生產 規模,已成為一種很成熟的生產方法。採用加壓浸出技術處理高品位的次生硫化礦也已實現了工業化,並且達到了5 萬t/aA級銅的生產規模,操作成本只有35美分/ 磅。 可以看到近年來濕法煉銅的主攻方向已經從氧化礦和廢石轉向了硫化礦,甚至把以黃 銅礦為主要成份的銅精礦作為了挑戰的目標。相信在不久的將來人們可以實現採用濕法冶金技術處理任何銅礦,而且在投資和成本上能與火法冶金展開競爭。
銅材著色工藝
在中國多年的封建社會時期,銅材遠比鋼材更加重要,因為鋼材的提煉技術對那時候的科技水平來說太過複雜,反而銅材中的青銅最先使用。現在銅材已經在電子產品、裝飾、汽車、飛機等等生活中套用越來越廣泛。但是銅材的特性決定了在大氣中易氧化,影響了其使用性能。為了解決銅材的氧化問題,並且使銅材的部件有多種色調和表面顏色以滿足產品裝飾和設計要求,現在將重點探討銅材化學著色工藝的溶液組成及其影響因素,得到不同顏色和裝飾效果的著色膜層。
工藝流程及前處理
1.1 工藝流程
銅材著色工藝一般分為前處理、金屬著色和後處理三個階段,工藝流程為:
除油一熱水洗一清水洗一預腐蝕一清水洗一化學拋光-清水洗一化學著色一晾乾或烘乾-鈍化或上油一成品
銅材的表面因為暴露在空氣中,氧化反應和物理碰撞,都會和銅材的表面著色有著極其密切的關係。銅材表面性質不同其對應的著色速度也不同,銅材表面的複雜性除了結構上的不完整性、不均勻性和表面粗糙度外,還表現在固體表面層內化學組成的變化上,首先,其表面可能復蓋著油脂類物質,接著是氧化物硫化物層,下面才是固體自身的表層,所以銅材件要特別注意鍍前處理,要是通過磨光與拋光對表面進行加工,否則容易引起膜層著色不均勻,從而導致膜層表觀質量的不同。
化學著色液配方及工藝條件
2.1 古銅色
著色氧化反應的生成物決定其外觀色澤,該溶液配方中高氯酸鈉或重鉻酸鉀與硫化鈉會析出硫,析出的硫與銅反應生成硫化銅,同時銅材中的鋅會生成硫化鋅,硫化銅為褐色,硫化鋅為白色,而黃銅中銅的含量為62%- 68%,鋅的含量為32% - 38%,從而使銅材表面顏色呈現出仿古顏色,再加入一定量的催化劑,可以提高成膜速率。膜助劑可以增加著色層光澤度及色飽和度,加入一定量的表面活性劑可以消除著色層發花現象,使著色層色澤均勻一致。
2.2 藍色
在硫代硫酸鈉與醋酸鉛體系中加入一定量的醋酸,硫代硫酸鈉與醋酸鉛的濃度比為2:1,硫代硫酸鈉分解產生,會使反應較緩和,通常需要加溫到40 - 50℃,經2-3 min黃銅表面會顯藍色,隨著時間的增加顏色會加深,銅材膜表面主要組成是硫化鉛,硫化鉛為黑色,而形成藍色膜主要依據薄膜干涉原理,來自日光照射的兩條光線分別在氧化膜上下表面反射,它們存在光程差,當光程差為波長二分之一的奇數倍時,在兩條入射光線的反射光線交匯處將發生減弱現象,而我們所觀察到的色彩及為此波長光的顏色所對應的補色,此處產生藍色是吸收可見光中波長為590 nm的橙色光而出現的互補色的原因。
2.3 綠色
綠色銅材化學著色液配是在電解條件下進行的,提高了溶液的緩衝能力和陰極極化能力,同時還改善了溶液的分散能力,最終該絡合物在陰極被還原成氧化亞銅材膜,而生成的氧化亞銅材膜極薄,所以著色膜並不顯現出氧化亞銅本身的暗紅色,而是發生薄膜干涉,產生補色,因而對於一定組成的銅材薄膜來說,其厚度與色彩是相對應的,處理過程中必須控制好反應時間,同時也應控制好絡合劑檸檬酸鈉的量,當檸檬酸鈉濃度過低時,樣品會著不上色或著色效果差甚至溶液會出現渾濁,而檸檬酸鈉濃度過高則只能著上紅色,同時溶液的PH必須大於12,否則樣品著不上色或著色質量差,電流密度應控制在在200 mA/dm2的密度。
膜層著色結果及討論
3.1.1 溫度
銅材的著色工藝有些是在室溫下就可以進行,然而還有些需要對著色液的溫度進行嚴格控制,只有控制在適合的範圍內樣品才可得到理想的色澤效果,因為溫度過低離子遷移速度較慢,沉積到固相表面平衡態時的粒子數目少,故銅材表面膜較薄,且顏色不均,隨溫度升高,離子遷移速度加快,單位時間沉積到銅材固相表面的離子數目增加,一般溫度每升高10℃,著色速度加快1倍左右,銅材膜的緻密性隨之下降,溫度過高時,離子沉積速度太快,致使生成銅材膜疏鬆、不均勻甚至有脫落現象發生。
3.1.2 時間
在溶液濃度、酸度(pH)和溫度一定時,著色時間也有嚴格要求,著色時間過短會使膜層太薄甚至無膜形成而且有較多斑點,而時間過長又可能會使銅材膜變薄,局部脫落,逐漸失去光澤.這時就要求操作人員掌握好時間,嚴格執行工藝參數,這樣才能得到理想的銅材樣品材料。
3.1.3 pH
化學著色PH不宜過低,過低會使著銅材色質量變差,銅材樣品的顏色變淺且著色不夠光亮或著色不均等現象,這主要是由於酸度增加溶液中的氫離子濃度加大,離子的遷移速度減小,從而使銅材膜不易形成,而過高又會出現沉澱,所以通常pH控制在2.0 -3.0,但電解時pH應大於12,否則樣品可能著不上色或著色質量差。
結論
銅材著色是金屬表面加工工藝,是使銅材與溶液進行反應,生成有色離子而沉積在金屬表面,使試樣呈現所要求的顏色。目前銅材著色主要是憑經驗、現象來判斷的。在著色過程中溶液中各組分的濃度,必須找到合適的濃度以及適宜的反應條件才能得到滿意的著色效果。對反應過程溫度、時間長短、PH值都息息相關。所以鋼材著色是一種工藝,是大量經驗的堆積實踐得到的技術,我們需要不斷完善和發揚。
套用
電氣工業中的套用
電力輸送:電力輸送中需要大量消耗高導電性的銅,主要用於動力申.線電纜、匯流排、變壓器、開關、接插元件和聯接器等。在電線電纜的輸電過程中,由於電阻發熱而白白浪費電能。從節能和經濟的角度考慮,目前世界上正在推廣"最佳電纜截面"標準。過去流行的標準,單純地從降低一次安裝投資的角度出發,為了儘量減小電纜截面,以在設計要求的額定電流下,不至出現危險過熱,來確定電纜的最低允許尺寸。按這種標準鋪設的電纜,雖然安裝費低了;但是在長期使用過程中,電阻能耗卻比較大。"最佳電纜截面"標準,則兼顧一次安裝費用和電能消耗這兩個因素,適當放大電纜尺寸,以達到節能和最佳綜合經濟效益的目的。按照新的標準,電纜截面往往要比老標準加大一倍以上,可以獲得50%左右的節能效果。我國在過去一段時間內,由於鋼供不應求,考慮到鋁的比重只有銅的 30%,在希望減輕重量的架空高壓輸電線路中曾採取以鋁代銅的措施。目前從環境保護考慮,空中輸電線將轉為鋪設地下電纜。在這種情況下,鋁與銅相比,存在導電性差和電纜尺寸較大的缺點,而相形見絀。同樣的原回,以節能高效的銅繞組變壓器,取代!日的鋁繞組變壓器,也是明智的選擇。
電機製造:在電機製造中,廣泛使用高導電和高強度的銅合金。主要用銅部位是定子、轉子和軸頭等。在大型電機中,繞組要用水或氫氣冷卻,稱為雙水內冷或氫氣冷卻電機,這就需要大長度的中空導線。電機是使用電能的大戶,約占全部電能供應的60%。一台電機運轉累計電費很高,一般在最初工作5 00小時內就達到電機本易的成本,一年內相當於成本的4~ 16倍,在整個工作壽命期間可以達到成本的200倍。電機效率的少量提高,不但可以節能;而且可以獲得顯著的經濟效益。開發和套用高效電機,是當前世界上的一個熱門課題。由於電機內部的能量消耗,主要來源於繞組的電阻損耗;因此,增大銅線截面是發展高效電機的一個關鍵措施。近年來己率先開發出來的一些高效電機與傳統電機相比,銅繞組的使用量增加25~ 100%。目前,美國能源部正在資助一個開發項目,擬採用鑄入銅的技術生產電機轉子。
通訊電纜:80年代以來,由於光纖電纜載流容量大等優點,在通訊幹線上不斷取代銅電纜,而迅速推廣套用。但是,把電能轉化為光能,以及輸入用戶的線路仍需使用大量的銅。隨著通訊事業的發展,人們對通訊的依賴越來越大,對光纖電纜和銅電線的需求都會不斷增加。
住宅電氣線路:近年來,隨著我國人民生活水平提高,家電迅速普及,住宅用電負荷增長很快。如圖6.6所示,1987年居民用電量為 269.6億度( l度=1千瓦·小時),10後年的 1996年猛升到 1131億度,增加 3.2倍。儘管如此,與已開發國家相比仍有很大差距。例如,1995年美國的人均用電量是我國的14.6倍,日本是我國的8.6倍。我國居民用電量今後仍有很大發展。預計從 1996年到2005年,還要增長l.4倍。
機械和冶金工業中的套用:幾乎在所有的機器中都可以找到銅製品部件。除了電機、電路、油壓系統、氣壓系統和控制系統中大量用鋼以外,種類繁多用黃銅和青銅製造的傳動件和固定件,如齒輪、蝸輪、蝸桿、聯結件、緊固件、扭擰件、螺釘、螺母等,比比皆是。幾乎在所有作機械相對運動的部件之間,都要使用減磨銅合金製作的軸承或軸套,特別是萬噸級的大型擠壓機、鍛壓機的缸套、滑板幾乎都用青銅製成,鑄件重量可達數噸。許多彈性元件,幾乎都選用矽青銅和錫青銅作為材料。焊接工具、壓鑄模具等更離不開銅合金,如此等等。
冶金設備:冶金工業是消耗電能的大戶,素有"電老虎"之稱。在冶金廠的建設中通常必須要有一個依靠銅來進行工作的龐大的輸、配電系統和電力運轉設備。此外,在火法冶金中,連續鑄造技術已占據主導地位,其中的關鍵部件一結晶器,大都採用鉻銅、銀銅等高強度和高導熱性的銅合金。電冶金中的真空電弧爐和電渣爐水冷坩堝使用鋼管材製造,各種感應加熱的感應線圈都是用銅管或異型銅管繞制而成,內中通水冷卻。
合金添加劑:銅是鋼鐵和鋁等合金中的重要添加元素。少量銅(0.2~0.5%)加入低合金結構用鋼中,可以提高鋼的強度及耐大氣和海洋腐蝕性能。在耐蝕鑄鐵和不鏽鋼中加入銅,可以進一步提高它們的耐蝕性。含銅30%左右的高鎳合金是著名的高強度耐蝕"蒙乃爾合金",在核工業中廣泛使用。在許多高強度鋁合金中都含有銅。通過淬火 一 時效熱處理,在合金中析出彌散分布的細小顆粒,而顯著提高其強度,稱為時效硬化鋁合金。其中著名的有杜拉鋁或稱硬鋁,它是一種含銅、錳、鎂的鋁合金,是製造飛機和火箭的重要結構材料。
建築中的套用
管道系統:由於鋼水管具有美觀耐用、安裝方便、安全防火、衛生保健等諸多優點,使它與鍍鋅鋼管和塑膠管相比存在明顯優越的價格性能比。在住宅和公用建築中,用於供水、供熱、供氣以及防火噴淋系統,日益受到人們的青睞,成為當前的首選材料。在已開發國家中,銅製供水系統己占很大比重。美國紐約號稱世界第六高樓的曼哈頓大廈,其中僅供水系統一項,就用去銅管 6萬英尺 (l公里)。在歐洲,飲水用鋼管消耗量很大。英國的飲水用鋼管消耗量平均每人每年1.6公斤,日本為0.2公斤。由於鍍鋅鋼管容易鏽蝕,許多國家己明令禁用。香港早於1996年 1月起禁止使用,上海也於 1998年5月起實行。我國在房屋建設中推廣使用銅管道系統,勢在必行。
房屋裝修:在歐洲採用鋼板製作屋頂和漏檐已有傳統。北歐國家中甚至用它作牆面裝飾。銅耐大氣腐蝕性能很好、經久耐用、可以回收,它有良好的加工性可以方便地製作成複雜的形狀,而且它還有美觀的色彩;因而很適合於用做房屋裝修。它在教堂等古建築物屋頂上的套用己有悠久歷史,至今仍發出誘人的光彩;而且在現代大型建築甚至公寓和住宅的建設上的套用也越來越多。例如:在倫敦,代表現代英國建築藝術的"大英國協委員會"大廈,屋頂形狀複雜,用鋼板建造,重約 25噸;於 1966年開放的水晶宮運動中心,用鋼 60噸做成波浪形的屋頂等等。據統計,用做屋頂的銅板,在德國平均每人每年消費0.8公斤,美國為0.2公斤。此外,屋內的裝修,如:門把手、鎖、百頁、按欄、燈具、牆飾以及廚房次具等等,使用鋼製品不但經久耐用,消毒衛生,而且裝點出高雅的氣息,深受人們喜愛。
銅的自然屬性:銅是人類最早發現的古老金屬之一,早在三千多年前人類就開始使用銅。 自然界中的銅分為自然銅、氧化銅礦和硫化銅礦。自然銅及氧化銅的儲量少,現在世界上80%以上的銅是從硫化銅礦精煉出來的,這種礦石含銅量極低,一般在2--3%左右。 金屬銅,元素符號Cu,原子量63.54,比重8.92,熔點1083Co。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,例如其熱導率和電導率都很高,化學穩定性強,抗張強度大,易熔接,具抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細的銅絲,製成很薄的銅箔。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。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冶煉為主,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,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。
發展趨勢
1、國際銅消費仍保持一定增長速度,但增幅回落:90年代以來。在國際銅消費增長中起較大作用的主要是兩類國家。一類是北美和歐洲的已開發國家,如美國、加拿大、法國、德國、義大利、英國、日本等國家。另一類是亞洲和南美的開發中國家、欠已開發國家及地區,如中國、印度、韓國、中國台灣省、馬來西亞、泰國、菲律賓、印度尼西亞、巴西、智利等國家。;肖費比例兩類國家大致各占一半。從今後的發展趨勢看,第一類國家銅消費量已經基本趨於穩定,銅消費增長幅度較低,一般在1%一3%之間。第二類國家經濟發展潛力大,對銅的消費或將保持較快的增長速度。尤其是中國、印度、俄羅斯近兩年對銅消費量增長迅猛,費增幅在6%一10%以上。預計近期世界銅消費的增勢可能略有減緩,但國際市場的長期增長態勢不會改變。
2.國際銅礦山開發力度加大,但短期內供應仍較緊張:在國際銅價快速上漲和礦產資源供應持續緊張的背景下,銅精礦價格一路走高,在礦山企業利潤大幅上漲的同時,也刺激了礦山企業加大資源開發力度,促使產能快速提高。預計2007年全球礦產量增幅將達到5.5%以上,金屬量約1650萬噸。其中我國銅精礦含銅產量達83萬噸(快報數),同比增長9.97%,約占全球總產量的5%。根據CRU相關數據統計,近年來銅礦資源的開發項目主要集中在南美地區,主要國家是智利和秘魯。而亞洲地區銅礦資源開發項目也成快速增長趨勢,主要國家是中國、印度、內蒙古等國家,預計全球大部分新建產能在明年陸續投產,2008年銅精礦產量增幅將高於今年,約在8%左右,產銅金屬量在1782萬噸左右。但我們認為,雖然供應仍在快速增長,但還沒有快到短期內足以扭轉銅精礦供應短缺的格局。任何影響銅礦生產的重大突發事件都會導致精礦供應短缺。因此預計近兩年全球銅精礦供需形勢仍不樂觀。國內方面,雖然國內礦山企業加大了投資力度,但仍遠遠不能滿足國內需求,預計2008年我國銅精礦進口量仍將繼續保持一定幅度的增長。
3.近期國際銅價的波動幅度較大:在過去幾年內,銅表現出了兩種屬性,一種是作為商品的屬性,一種是金融屬性。作為商品的銅在過去幾年內一直處於供應偏緊狀態,銅價自然保持上漲的態勢。而銅價上漲所帶來的高額回報無疑吸引了更多資金的介入,這些資金將銅視為投資組合的一部分,投資銅可以提高收益、規避通膨脹的風險,於是銅又被賦予了金融的屬性。進入2003年後,銅價開始進入了上升通道,年均價格由2003年的1579美元上漲到2006年的6665美元/噸,漲幅達到322,其中2006年5月11日,銅價瞬間達到了8800美無/噸的歷史高位,銅的金融屬性被誇大到了極致,同時也告別了3000美元/噸,並進入了高銅價的時代。此後在罷工、咫風、基金、庫存、美國次級債風波、中國需求等等因素的作用下,銅價開始寬幅波動,波動區間在5500 ~8500美元之間。從目前情況看,雖然美國及一些已開發國家近一段時間的經濟狀況並不樂觀,對銅價有一定的抑制作用,但低庫存和對中國銅需求的強勁預期仍然是支持銅價的主要因素。因此預計近期銅價仍會在較高價位,並寬幅波動。
4.國際大型銅企業聯合重組的步伐加快.礦產資源的壟斷日益加劇:經濟全球化的浪潮波及各個領域,銅工業也不例外,為了適應市場競爭,近幾年以來,國外大型銅企業聯合重組的步伐加快,產業集中度也有所提高,企業間的兼併、併購和經營範圍的拓寬已成為一股潮流,於是我們不斷看到收購、兼併、聯合,從而組建成更大規模的跨國公司(多數為採選冶加工聯合企業),以實現規模化經營、擴大市場份額。這其中較著名的有1999年菲爾普斯道奇公司購併Cyprus Amax,成為全球第二大銅生產商,墨西哥集團收購美國Asarc。熔煉公司,成為全球第三大銅生產商。2001年底,澳大利亞BHP公司和英國Billiton公司合併為BHP Billiton公司,成為全球第四大銅生產商。2004年10月,南秘魯銅業公司的南方銅業公司批准了與墨西哥集團的合併計畫,這兩家公司合併後,將擁有全球第二大銅礦儲備,並將成為繼Codelco之後的全球第二大上市的銅生產商。從礦業公司對銅金屬礦產的控制集中度看,世界最大的銅礦業公司約占全球銅礦產量的12%;排名前10家公司銅礦產量約占全球63%的,集中度較高。