銅的存在和冶炼
铜臭 / 2022-08-03
一、銅的存在和冶炼
地壳中自然銅的矿床很少，銅多以化合物的形式存在。輝銅矿Cu₂S是一种重要的銅矿。最丰富的是黄銅矿CuFeS₂。銅也与許多重金屬的硫化物共生，分布很广。
自黄銅矿冶炼粗銅，可将精矿砂放在焙燒炉中氧化，硫化物中部分的硫变为二氧化硫，同时可除去揮发性的杂质如氧化亚砷As₂O₃。主要的反应如下:
2CuFeS₂+O₂=Cu₂S+2FeS+SO₂
其中部分的硫化亚铁进一步被空气所氧化变为氧化亚铁:
2FeS+3O₂=2FeO+2SO₂
将焙燒后的矿砂与砂子混合，置于反射炉中，加热到1000°熔化。Cu₂S和剩余的FeS熔融在一起形成称为“冰铜”的混合物。FeO与SiO₂則形成熔渣:
FeO+SiO₂=FeSiO₃
“冰銅”与熔渣互不溶解，形成两层，容易分离。
最后把“冰銅"移入轉炉(或称鼓風炉)内，吹大空气再进行氧化，所发生的主要反应如下:
2Cu₂S+3O₂=2Cu₂O+2SO₂(放热)
2Cu₂O+Cu₂S=6Cu+SO₂(吸热)
这样就获得粗銅。粗銅含有約2-3% 的各种杂质如Ag、Fe、Pb、Au、As、Se、Sb、Te、Ni、Bi等，它們的含量因产地而异。
精炼銅的方法一般用电解，一方面可获得高純度的銅达99.99%以上，另一方面还可以回收金、銀和其他贵重金属。将粗銅鑄成棒作为阳极，以純的“电解銅”片作为阴极。电解槽内盛以用硫酸酸化的硫酸銅溶液，并保持60°。控制电压和电流密度，电解反应如下:
在阳极上∶ Cu→Cu⁺⁺+2Θ
在阴极上: Cu⁺⁺+2Θ→Cu
在电解过程中，上述杂质除Ni、Fe和Zn溶入电解质溶液外，其他以单体或化合物的形式沉于槽底，叫做“阳极泥”。阳极泥是提取稀有金屬及贵金属的主要廢料。表19-3列出一种阳极泥的成分。
表19-3 阳极泥的成分
| 元素 |
% |
元素 |
% |
|
Cu
Ag
Au
Pb
Se
Te
Sb
|
15-35
10-50
0.1-0.75
2-10
3-20
1-7
1-8
|
As
Bi
Ni
Fe
Sn
S
|
1-3
0.1-1
0.1-0.3
0.1-0.5
0.1-1
1-10
|
二、銅的性质和用途
銅带有特征的紅色光澤，純銅很軟，具有展延性、导热性和良好的导电性，故用于制造电线。微量的杂质(特别是As和Sb)会降低銅的导电性和增加其硬度，因此电工材料需用电解制得的精銅。銅与其他金屬形成很多有用的合金。青銅质坚韌，易鏞，其 組成是80%Cu、15%Sn, 5% Zn,其中使用了部分的鋅以代替較 为贵重的錫。黄銅的組成是60-90%Cu、40-10%Zn,容易加工，广泛用作仪器零件。康銅含60%Cu、40%Ni,用作热电偶絲，因为它的导电性的温度系数极小。
金屬銅在通常溫度下不与干燥空气中的氧化合，如加热，則銅的表面逐漸变黑，即与氧化合为CuO，在1100°C时則变为Cu₂O。与含有二氧化碳的潮湿空气接触，銅的表面生成線銹，其反应如下:
2Cu+O₂+H₂O+CO₂=Cu₂(OH)₂CO₃
卤素在常溫下与銅作用緩慢，加热时反应剧烈，皆生成銅的卤化物。
在电位序中，銅在氯之下，故不能置换稀酸中的氫。但銅作为一个弱还原剂，可以被强的氧化剂如HNO₃或热的濃硫酸所氧化而产生Cu⁺⁺:
3Cu+8H⁺+2NO₃⁻=3Cu⁺⁺+2NO+4H₂O
Cu+4HNO₂=Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O
Cu+2H₂SO₄=CuSO₄+SO₂↑+2H₂O
濃的碱金屬氰化物溶液可使銅溶解并有氢气产生:
2Cu+4CN⁻+2H₂O=2[Cu(CN)₂]⁻+2OH⁻+H₂
如有氧气参与，反应会加快:
4Cu+8CN⁻+O₂+2H₂O=4[Cu(CN)₂]⁻+4OH⁻
![硝酸铜标准溶液 c[Cu(NO3)2]= 0.01000 mol/L价格](images/202207/thumb_img/1653_thumb_G_1658537651764.jpg)
闽ICP备15011996号-4
|
闽公网安备32011202000099号
|
