铜矿资料整理

第一章 铜业发展历程-------------------------------------------------------------------------2 1.1铜及铜精矿简介----------------------------------------------------------------------------2 1.2铜业发展历程-------------------------------------------------------------------------------2 第二章 铜矿石----------------------------------------------------------------------------------4 2.1铜矿石分类----------------------------------------------------------------------------------4 2.2世界铜成矿类型及分布-------------------------------------------------------------------6 2.3全球性和区域性的一些铜成矿区带----------------------------------------------------7 2.4全球铜资源蕴藏最丰富的地区有五个-------------------------------------------------7 2.5我国铜资源状况----------------------------------------------------------------------------8 第三章 铜矿的选矿、冶炼及成本----------------------------------------------------------9 3.1铜矿的选矿工艺----------------------------------------------------------------------------9 3.2浸染状铜矿石的浮选----------------------------------------------------------------------9 3.3铜矿石的冶炼过程（以黄铜矿为例）-------------------------------------------------9 3.4铜矿的冶炼工艺---------------------------------------------------------------------------10 3.5湿法炼铜给铜工业带来的影响---------------------------------------------------------12 3.6铜的生产成本------------------------------------------------------------------------------13 第四章 铜及铜合金---------------------------------------------------------------------------14 4.1铜及铜合金的特殊性能------------------------------------------------------------------14 4.2纯铜（紫铜）-------------------------------------------------------------------------------14 4.3黄铜（含锌（ZN)）-----------------------------------------------------------------------15 4.4青铜-------------------------------------------------------------------------------------------16 4.5白铜（含镍）--------------------------------------------------------------------------------18 第五章 铜及铜合金的应用------------------------------------------------------------------20 5.1铜及铜合金的应用------------------------------------------------------------------------20 5.2铜及铜合金在电子工业的新产品和新应用------------------------------------------24 5.3铜在工业中的应用------------------------------------------------------------------------25 5.4未来展望------------------------------------------------------------------------------------27

第一章 铜业发展历程

1.1铜及铜精矿简介

铜是人类最早 发现和使用的金属之一，紫红色，比重８.８９，熔点１０８３.４℃。铜及其合金由于导电率和热导率好，抗腐蚀能力强，易加工，抗拉强

度和疲劳强度好而被广泛应用，在金属材料消费中仅次于钢铁和铝，成为国计民生和国防工程乃至高新技术领域中不可缺少的基础材料和战略物资。在电气工业、机械工业、化学工业、国防工业等部门具有广泛的用途。

铜精矿是低品位的含铜原矿石经过选矿工艺处理达到一定质量指标的精矿, 可直接供冶炼厂炼铜。 1.2铜业发展历程

1.开采和矿物处理： 美国早期的铜业生产主要集中中美国西部（Arizona, Utah, New Mexico, Montana, and Alaska），当时的铜为生产仅限于开采丰富的含铜矿物。十九世纪末期浮选法的引进可以让人们从低质的斑状矿石中提取铜和其他金属（包括金和银）。在二十世纪八十年代中期，有一个采矿厂引进了一种巨大的、效率很高的运输系统。

2.闪速熔炼： 不断改善的电镀和熔炼技术已经成功地提高了冶炼厂的生产力和生产率，同时还越来越适应比较苛刻的环境了。

3.电解精炼： 在过去的十年里，许多精炼厂都利用电解精炼法用传统的铜代替了由不锈钢或钛制成的始极片。沉积铜通过用截切机或用气喷净法挠曲与不锈钢或钛始极片分离。由于在电解槽里引进了正、负极电的自动处理技术，因此也节约了大量的人力劳动。

4.溶剂提取： 传统的硫化矿一般都需要经过研磨、熔炼和精炼。溶剂的提取需以较低的价格来加工低质的氧化物矿。 在第一阶段（滤取阶段），酸性废物（稀硫酸）由摆动台、滴灌设备或洒水车（报雨鸟）被分布在六十英尺高的矿物堆层上，当它渗入时，它可以通过溶解的铜堆而过滤出去。这些含铜的水及充溢的过滤溶液都是从矿物堆底部流出，然后再注入一个综合水池里，从这个综合水池里，它又被抽到溶液提炼厂。这种充溢的过滤溶液然后再与专门用来提炼铜的、含有一种有机化学物的煤油溶液相混合。这种含有铜的有机物质，也叫有机负载物，然后再与一种叫做电解液或含水溶液的含铜硫酸相混合。在混合和沉淀的过程中，铜被从有机溶液转换到含水溶液中，经过过滤然后再抽到使用电解冶金法的电解室里。

5.电解冶金法： 在电解冶金的过程中，就象在电精制的过程中一样，从电解液中提取的铜要储存七天，然后再放置到铜负极始极片或不锈钢母片。正电极是由铅制成的。十天以后，每个原来大约重达1.7bs(7.7克的铜始极片都变成了铜质的、重量达200bs( 90.8克的负电极。所产生的电解铜负极符合ASTM B115

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的要求， 关于电解负极铜以及电精铜的具体规格在世界金属交易市场上都有交易。

6.铜的流动： 这儿展示了铜多铜矿厂或回收的金属碎屑堆一直到终端市场的整个流动过程。在轧铜厂的运作过程中，同时还引进了诸如锌、铅、锡和镍这样的合金属，它们都符合ASTM 的规定，并遵守B-2委员会的法定程序。

7.不断的铸造： 或许在过去的这一百年里铜行业中唯一重要的革新，从商业和技术的角度讲，都是连续性钢丝棒技术的引入。用这种方法生产的棒是电线和电缆工业最基本的原料来源。在生产技术方面的变化是相当大的，从而导致世界范围内用连续性线锭产品来代替传统的250-1b(113.5-kg)的钢丝棒。连续性的铸造可使线圈的重量达到10，000-1b（4，0-kg）. 在线圈的尺寸由做它使用的250-1b线锭确定之前，线圈的尺寸只由处理设备的容量来限定。钢丝棒厂收到的负电极产品与不断铸造的那部分基本是相等的，其量由1987年的250万磅增加到1996年将近350万磅。连续铸造钢丝棒符合ASTM B49的规格要求，这是电力上所用的热卷铜回火棒的规格标准。 连续性或半连续性铸造同时也用来生产铸造块，以便来将其再生产成盘状、片状、条状产品，或是将其生产成连续性铸造块，从而再将其锯成坯锭，成为生产管子、导管和钢棒的过渡产品。 8.技术革新的产品： 越来越多的生产厂商已经将其多合金、多产品的生产线转化成为有合金数量的单一产品生产线。比如：管道产品、条状产品和棒状产品，这些产品的生产都是源于加工技术的改进。

9.分析控制： 精炼厂和轧铜厂都从分析配置中获益，这种装置可以快速确定保温炉中融化金属的化学成分，并在铸造之前进杂物控制。

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第二章 铜矿石

2.1铜矿石分类

铜种矿类 主要成分 图片 产地 3 石 世界：美国密执安州的苏必利尔湖南岸（1857年这里发现重达 420吨的自然铜块）、俄罗斯的图林斯克和意大利的蒙特卡蒂尼等地。 中国：湖北、云南、甘肃、长江中下游等地铜矿床氧化带中。 自自然然铜 铜 Cu （Fe、Ag、Au、） 黄铜矿 CuFeS2 (Ag、Au、Tl、Se、Te) 中国：长江中下游地区、川滇地区、山西南部中条山地区、甘肃的河西走廊以及高原等。其中以江西 德兴、 玉龙等铜矿最著名。 世界：西班牙的里奥廷托，美国亚利桑那州的克拉马祖、犹他州的宾厄姆、蒙大那州的比尤特，墨西哥的卡纳内阿，智利的丘基卡马塔等。 中国：云南东川等铜矿床。 世界：美国蒙大那州的比尤特，墨西哥卡纳内阿和智利丘基卡马塔等。 斑硫铜化矿 矿 Cu5FeS4 （Pt 、Pd） 中国：云南东川铜矿 世界：美国布里斯托、康涅狄格州、比尤特、蒙大拿、亚利桑那州、宾厄姆峡谷、犹他州、鸭城、田纳西州、英国康瓦耳、纳米比亚楚梅布、意大利托斯卡纳和西班牙的力拓矿区、美国的内华达州的Ely矿区、Arizone州的Morenci、Miami和Clifton矿区 以及蒙大拿州的比尤特矿区等地。 中国：广东阳春、湖北大冶和赣西北。 世界：赞比亚、澳大利亚、纳米比亚、俄罗斯、扎伊尔、美国等地区。 Cu3(OH)2（CO3)2 辉铜矿 Cu2S 蓝铜矿 氧化矿 赤铜矿 世界：法国、智利、玻利维亚、南澳大利亚、美国等地有世界主要矿区。 中国：云南东川铜矿和江西、甘肃等地铜矿区。 Cu2O 4

孔雀石 世界：赞比亚、澳大利亚、纳米比亚、俄罗斯、扎伊尔、美国等地区。 中国：广东阳春、湖北大冶和赣西北 Cu2(OH)2CO3 提出在铜精矿中分别测定辉铜矿、斑铜矿、砷黝铜矿和黄铜矿的方法：称取三份试样，用含4%硫脲的0.15%硫酸浸取辉铜矿，用含15%硫脲的2N盐酸浸取辉铜矿和斑铜矿。

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2.2世界铜成矿类型及分布 铜成矿类型 特点 1.储量大。世界上103 个斑岩型矿床，单个矿床矿石量平均可达5.5 亿吨。 2.品位低。小于1%。 3.可以大规模机械化露采。 分布 1)环太平洋带, 包括南、北美洲边缘狭长的斑岩铜矿带, 如加拿大的洛涅克斯, 伐利科帕, 美国的宾厄姆, 比尤特, 莫伦锡, 伊利,圣里塔, 墨西哥的卡纳内阿, 拉卡里达德拉, 巴拿马的塞罗科罗拉多, 秘鲁的米契基累, 塞罗佛尔迪. 夸霍内智利的埃尔阿布拉, 丘基卡马塔, 拉埃斯康迪达, 埃尔萨尔瓦多和埃尔特恩特等。 2)特提斯斑岩铜矿带, 包括匈牙利的雷克斯克, 南斯拉夫的麦丹佩克, 伊朗的萨尔切什梅黑和马基斯坦的查盖地区矿床等。 3)中亚----蒙古, 重要的矿床有乌兹别克东部的卡耳马克尔, 哈萨克斯坦巴尔喀什湖以北的科翁腊德, 蒙古中北部的额尔德图间鄂博南部的察干苏布尔加和东部的阿伦诺尔矿床等。 1）上述斑岩型铜带。 2）原苏联乌多坎, 杰兹卡兹甘铜矿, 美国怀特潘, 美国蒙大拿州西部一直延伸到加拿大西南部的贝尔特铜带。 3）玻利维亚的科多铜带。 4）阿富汗发现的巨大艾纳克铜矿和在巴西发现的萨洛博铜矿 1)北纬21度附近的东太平洋脊上。 2)北纬13度的海域。 3)加拿大温哥华岛附近海域的埃克斯普劳勒中脊。 4)加拿大的萨德伯里, 汤普逊, 林累克. 美国德卢斯杂岩, 原苏联的贝辰加, 诺里尔斯克, 塔尔纳赫,澳大利亚的卡姆巴尔德杂岩, 芬兰的哥达拉赫带, 我国金川白家咀子。 1）至少发现了420 个这种类型的矿床。 2）加拿大、 美国、 原苏联、 西班牙、葡萄牙、 塞浦路斯、 南非和日本。 斑岩型 砂页岩型 1.产在一套沉积岩或沉积变质岩中。 2.规模大, 品位高, 伴生组分丰富，经济价值巨大。 3.占世界铜储量30% 左右。 1)1978年在北纬21度附近的东太平洋脊上首次发现。 块状硫化物型 黄铁矿型 1）与海底火山作用有一定联系。 2）含大量黄铁矿和一定数量铜、 铅、锌。 铜- 铀- 金型 自然铜型 脉型 碳酸岩型 矽卡岩型 6

2.3全球性和区域性的一些铜成矿区带

(1) 环太平洋中新生代铜金带, 尤其是东太平洋智利----秘鲁安第斯山, 美国西南部, 加拿大西南部斑岩铜矿集中区以及西南太平洋地区菲律宾, 印度尼西亚, 巴布亚新几内亚等斑岩铜金矿集中区；

(2) 阿尔卑斯—喜马拉雅中生代斑岩铜矿带, 包括前南斯拉夫, 伊朗, 巴基斯坦和我国等巨大的斑岩铜矿集中区；

(3) 中亚----蒙古带的古生代斑岩铜矿带, 包括乌兹别克. 哈萨克斯坦, 蒙古和我国华北. 东北等巨大铜矿集中区； (4) 中非赞比亚, 扎伊尔砂页岩型铜矿带； (5) 美国----加拿大五湖地区； (6) 加拿大黄铁矿型铜矿集中区； (7) 中欧波兰----德国页岩铜矿区； (8) 西班牙--- 葡萄牙黄铁矿型铜矿带； (9) 俄罗斯西伯利亚铜镍硫化物矿区； (10)俄罗斯西伯利亚乌多坎砂页岩铜矿区；

(11)俄罗斯乌拉尔和哈萨克斯坦阿尔泰黄铁矿铜多金属矿带； (12)印度马兰杰坎德铜矿区； (13)阿富汗艾纳克砂页岩型铜矿区； (14)南澳奥林区克坝铜—铀—金矿区 (15)巴西卡腊贾斯萨洛博砂页岩型铜矿区等 2.4全球铜资源蕴藏最丰富的地区有五个 （1）南美洲秘鲁和智利境内的安第斯山脉西麓 （2）美国西部的洛矶和大坪谷地区 （3）非洲的刚果和赞比亚 （4）哈萨克斯坦共和国

（5）加拿大东部和中部世界铜资源主要集中在智利、美国、赞比亚、独联体和秘鲁等国。

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2.5我国铜资源状况

我国铜资源储备世界排名第七，与世界相比，我国铜资源无论在矿床规模、矿石品味还是利用难度上都处于劣势。

1.铜资源特点是中小型矿床多，大型、特大型矿床少，使得我国铜矿山建设规模普遍较小。

2.铜资源中斑岩型铜矿少，夕卡岩型多，使得溶剂萃取技术推广受到；而且，夕卡岩型铜矿多数适宜地下开采，开采成本高。

我国新近发现的一批铜矿产地和探矿资源只要分布在西部，并初步形成了东天山、三江（澜沧江－怒江－金沙江）和雅鲁藏布江3 条大型铜矿带，有望形成2－3 处国家级铜矿勘查开发基地。

在探明的矿产地中，大型、超大型矿仅占3％，中型占9％，而小型占88％。贫矿多，富矿少，平均品位0.87％，位大于1％的富矿约占全国总量的33％。在大型矿床中，品位大于1％的储量仅占13.2％。而在智刊、赞比亚等富铜矿资源国家，尾矿中的铜品位都在1％以上。共伴生矿多，单一矿少，在近600个矿床中综合性的矿床占70％以上。 返回

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第三章 铜矿的选矿、冶炼及成本

3.1铜矿的选矿工艺

铜矿的选矿工艺主要是破碎--球磨--分级--浮选--精选等,对含镍钴钼金等稀贵多金属矿,可将粗选铜精矿再分别浮选镍精矿、钴精矿、钼精矿、金精矿。 3.2浸染状铜矿石的浮选

一般采用比较简单的流程，经一段磨矿，细度-200网目约占50%~70%，1

次粗选，2~3次精选，1~2次扫选。如铜矿物浸染粒度比较细，可考虑采用阶段磨选流程。处理斑铜矿的选矿厂，大多采用粗精矿再磨—精选的阶段磨选流程，其实质是混合—优先浮选流程。先经一段粗磨、粗选、扫选，再将粗精矿再磨再精选得到高品位铜精矿和硫精矿。粗磨细度-200网目约占45%~50%，再磨细度-200网目约占90%~95%。

致密铜矿石由于黄铜矿和黄铁矿致密共生，黄铁矿往往被次生铜矿物活化，黄铁矿含量较高，难于抑制，分选困难。分选过程中要求同时得到铜精矿和硫精矿。通常选铜后的尾矿就是硫精矿。如果矿石中脉石含量超过20%~25%，为得到硫精矿还需再次分选。处理致密铜矿石，常采用两段磨矿或阶段磨矿，磨矿细度要求较细。药剂用量也较大，黄药用量100g/（t原矿）以上，石灰8~10kg（t原矿）以上。

3.3铜矿石的冶炼过程（以黄铜矿为例）

首先把精矿砂、熔剂（石灰石、砂等）和燃料（焦炭、木炭或无烟煤）混合，投入“密闭”鼓风炉中，在1000℃左右进行熔炼。于是矿石中一部分硫成为SO2（用于制硫酸），大部分的砷、锑等杂质成为AS2O3、Sb2O3等挥发性物质而被除去：2CuFeS2＋O2=Cu2S＋2FeS＋SO2↑。一部分铁的硫化物转变为氧化物：2FeS＋3O2=2FeO＋2SO2↑。Cu2S跟剩余的FeS等便熔融在一起而形成“冰铜”（主要由Cu2S和FeS互相溶解形成的，它的含铜率在20％～50％之间，含硫率在23％～27％之间），FeO跟SiO2形成熔渣：FeO＋SiO2=FeSiO3。熔渣浮在熔融冰铜的上面，容易分离，借以除去一部分杂质。

然后把冰铜移入转炉中，加入熔剂（石英砂）后鼓入空气进行吹炼（1100～1300℃）。由于铁比铜对氧有较大的亲和力，而铜比铁对硫有较大的亲和力，因此冰铜中的FeS先转变为FeO，跟熔剂结合成渣，而后Cu2S才转变为Cu2O，

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Cu2O跟Cu2S反应生成粗铜（含铜量约为98.5％）。2Cu2S＋3O2=2Cu2O＋2SO2↑，2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2↑，

再把粗铜移入反射炉，加入熔剂（石英砂），通入空气，使粗铜中的杂质氧化，跟熔剂形成炉渣而除去。在杂质除到一定程度后，再喷入重油，由重油燃烧产生的一氧化碳等还原性气体使氧化亚铜在高温下还原为铜。得到的精铜约含铜99.7％。

3.4铜矿的冶炼工艺

从铜矿中开采出来的铜矿石，经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂，铜精矿需要经过冶炼提成才能成为精铜及铜制品，目前，世界上铜的冶炼工艺主要有两种：即火法冶炼与湿法冶炼（SX－EX） 1．火法冶炼选矿方法：

至今铜的冶炼仍以火法治炼为主，其产量约占世界铜总产量的85%。 通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜矿。

火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到20－30％，作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼，产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜，再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂，或铸成阳极板进行电解，获得品位高达99.9％的电解铜。该流程简短、适应性强，铜的回收率可达95％，但因矿石中的硫再造硫和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出，不易回收，易造成污染。近年来出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。

除了铜精矿之外废铜做为精炼铜的主要原料之一，包括旧废铜和新废铜，旧废铜来自旧设备和旧机器，废弃的楼房和地下管道；新废铜来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50％左右)一般废铜供应较稳定，废铜可以分为：裸杂铜:品位在90％以上；黄杂铜（电线）:含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。 2．湿法冶炼选矿方法:

现代湿法冶炼的技术正在逐步推广，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。 一般适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。现代湿法冶炼有硫酸

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化焙烧－浸出－电积，浸出－萃取－电积，细菌浸出等法，适于低品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。湿法冶炼技术正在逐步推广，预计本世纪末可达总产量的20%，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。

湿法冶炼选矿工艺原理为:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu，不一定用铁，金属活动性比铜强就行。也不一定用硫酸铜，可溶性的铜盐就可以。湿法炼铜就是电解饱和硫酸铜溶液。 在电解池中，用铁作阳极，用铜作阴极，饱和硫酸铜溶液作电解液。通电以后阳极上的铁由于失电子形成亚铁离子，铜离子在阴极上得电子而变成铜原子。这样能够得到一个比较纯净的铜单质。 电化学方程式：

阳极：Fe=Fe2+ + 2e-(电子) 阴极：Cu2+ +2e-=Cu

总的方程式：Fe+CuSO4->Cu+FeSO4

3．火法和湿法两种选矿工艺的特点： 区别要求 选 矿 设备 工艺流程 成 本

火法冶炼 铜精矿，多种矿石 复杂 复杂，能耗高

湿法冶炼

低品质矿，矿石类型较少 简单 简单，能耗低

高（约在70－80美分/磅（约低（30－40美分/磅（约合660－880合10－1760美元/吨）） 美元/吨）） 大量排放二氧化硫，污染重

高品质铜，无杂质

污染低 杂质高

环境污染 冶炼质量

可见，湿法冶炼技术具有相当大的优越性，但其适用范围却有局限性，并不是所有铜矿的冶炼都可采用该种工艺。不过通过技术改良，这几年已经有越来越多的国家，包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等，将该工艺应用于更多的铜矿冶炼上。

湿法冶炼技术的提高及应用的推广，降低了铜的生产成本，提高了铜矿产能，短期内增加了社会资源供给，造成社会总供给的相对过剩，对价格有拉动作用。1997年铜的期价由1996年的2600美元/吨高位跌至目前1998年11月的1600

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美元/吨左右，与湿法冶炼工艺比重的大大提高导致大量低成本铜上市有着直接的关系。

3.5湿法炼铜给铜工业带来的影响

1) 可以处理低品位铜矿，美国采用堆浸处理的铜矿石品位甚至低到0.04％。过去认为无法处理的表外矿、废石、尾矿等均可作为铜资源被重新利用，因此大大扩大 了铜资源的利用范围；

2) 湿法炼铜由于工艺过程简单，能耗低，因此生产成本低。1997年西方SX－EW 铜平均的生产成本为43美分/ 磅，这包括8 美分/ 磅采矿费、15美分/ 磅浸出费用、1 8 美分/ 磅的SX－EW费用、2 美分/磅的管理费用。而1997年西方火法铜的平均生产 成本为70美分/ 磅；

3) 投资费用低、建设周期短。国外大型的湿法炼铜厂的单位投资费用为2300$/t Cu，而火法铜的单位投资费用超过4500＄/tCu。中国湿法炼铜厂由于设备简陋，单位投资费用只有1 ～1.2 万元/t；

4) 没有环境污染问题。湿法炼铜工艺没有SO2 烟气排放，硫化矿加压浸出时硫可以S 的形式产出，避免了硫酸过剩问题。特别是地下溶浸技术不需要把矿石开采出来，不破坏植被和生态，从根本上改善了采矿工人的劳动条件； 5)阴极铜产品质量高。由于溶剂萃取技术对铜的选择性很好，因此铜电解液纯度很高，产出的阴极铜 质量可以达到99.999％，再加上采用了Pb-Ca-Sn合金阳极以及在电解液中加Co2+等措施，有效地防止了铅阳极的腐蚀，保证了阴极产品的质量；

6)生产规模可大可小， 这尤其适合于中国企业的特点。

正因为湿法炼铜有这样一些显著的优点才使其得以迅速的发展，当1997年下半年到1998年由于亚洲金融危机而引发了有色金属价格急剧下滑，铜价持续走低，西方一 些铜公司关闭了他们成本较高的火法炼铜厂，但在此期间世界湿法炼铜产量仍然强劲 地增长著，由此可以说明湿法炼铜技术的生命力。 过去认为浸出－萃取－电积工艺只适于处理那些废石、氧化矿、低品位矿，即只适于处理那些火法冶金不好处理或不经济的矿石，但近几年由于生物技术、加压浸出技术的发展和工业化已经改变了人们 这种认识，采用生物堆浸完全可以处理高品位的次生硫化矿，而且达到了很大的生产 规模，已成为一种很成熟的生产方法。

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采用加压浸出技术处理高品位的次生硫化矿也已实现了工业化，并且达到了5 万t/aA级铜的生产规模，操作成本只有35美分/ 磅。 可以看到近年来湿法炼铜的主攻方向已经从氧化矿和废石转向了硫化矿，甚至把以黄铜矿为主要成份的铜精矿作为了挑战的目标。相信在不久的将来人们可以实现采用湿法冶金技术处理任何铜矿，而且在投资和成本上能与火法冶金展开竞争。 3.6铜的生产成本

目前由于铜的平均生产成本在1400－1600美元/吨（－73美分/磅），期价

下跌是价格向价值的合理回归，随着冶炼工艺中其比重的不断增加，铜的价格走向将会受到越来越深远的影响。目前湿法炼铜最低成本只有20美分/磅(合450美元/吨)，最高77美分/磅(合1697.5美元/吨)，平均约低于50美分/磅(合1100美元/吨)。需要指出的是，在1995年湿法炼铜的平均生产成本还只有39美分/磅，近来湿法炼铜平均生产成本有所上升，主要是由于湿法炼铜工艺推广到了处理铜的硫化矿物的缘故。湿法炼铜工艺较适合处理铜的氧化矿物和贫矿，而处理硫化矿物及较富矿石时，或当矿山地处寒冷地区，采用湿法炼铜工艺，其生产成本亦较高，多在50美分/磅以上。

中国自70年始研究从低品位铜矿中提取铜技术，1983年建立了第一座湿法冶炼铜的工厂，年产120吨，近来由于引进了国外优良的铜莘取剂，加上地方铜工业的发展，现在已建成了几十座小型的湿法冶炼厂，规模从几百到2000吨不等，但年产铜仅1.5万吨，这与我国年产精炼铜100万吨的规模相比远远不够。目前我国铜的生产成本大约在18500元左右，远远高于世界平均水平1477美元（67美分）。“95”期间国家计委和中国有色金属工业总公司把湿法冶炼项目列为重点攻关项目，在德兴铜矿、玉龙铜矿、大冶铜录山铜矿等地建几个示范工厂，经过几年努力，估计至本世纪末我国的湿法技术会有较大发展，届时年产能估计可达5万吨以上。1980年湿法炼铜的精铜产量占世界精铜产量的2.5％，1994年该比重提高到10％，1997估计提高到18％，预计最终湿法产铜的比例将提高到25－35％之间。

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第四章 铜及铜合金

4.1铜及铜合金的特殊性能

(1) 优异的物理、化学性能 纯铜导电性、导热性极佳，铜合金的导电、导热性也很好。铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。铜是抗磁性物质。 (2) 良好的加工性能 塑性很好，容易冷、热成形；铸造铜合金有很好的铸造性能。

(3) 具有某些特殊机械性能 例如优良的减摩性和耐磨性(如青铜及部分黄铜)，高的弹性极限和疲劳极限(如铍青铜等)。 (4) 色泽美观 4.2纯铜（紫铜）

a．常见牌号：T1、T2、T3、TU1、TU2 b．特性：导电用

c．常见用途：电器开关、电机线圈、电子零件、空调管路、软焊头 纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故工业纯铜常称紫铜或电解铜。密度为8-9g/cm3，熔点1083°C。

纯铜导电性很好，大量用于制造电线、电缆、电刷等；

导热性好，常用来制造须防磁性干扰的磁学仪器、仪表，如罗盘、航空仪表等；

塑性极好，易于热压和冷压力加工，可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材。

纯铜产品有冶炼品及加工品两种。分别见表6和表7。 表6冶炼铜的牌号、成分及用途 牌号

代号 成分（%）

用 途

铜不小于 杂质总和小大于

0.05

适用于电解铜,供溶铸铜线锭、铜锭、铜棒和铸造合金用

适用于电工用铜线锭，供压延导电线材、铜棒和型材用

一号铜 Cu-1 99.95

二号铜 Cu-2 99.90 0.10

表7加工铜的组别、牌号及成分

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组 成 纯铜 无氧铜

牌 号 一号铜 二号铜 三号铜

代 号 化学成分(%)重量 杂质总和

用 途

铜+银 其它 (%)(重量)

≤0.05 ≤0.10 ≤0.30 ≤0.03 ≤0.05

1.导电和高纯度合金用,2.导电用,3.一般用

T1 ≥99.95 T2 ≥99.90 T3

≥99.70

一号无氧铜 TU1 二号无氧铜 TU2

电真空器件和仪器、仪表用

磷

磷

0.005-0.

≤0.10 ≤0.15

焊接等用

脱 一号脱氧铜TP1 ≥99.90 012 氧二号脱氧铜 TP2 ≥99.98 磷铜

0.013-0.050

银铜

Tag0.铜1

≥99.95

银

0.1银铜 0.06-0.1≤0.30 2

4.3黄铜（含锌（ZN)）

a．常见牌号：H59、H62、H65、H68、HPb59-1（易切削黄铜） b．特性：强度较高、耐磨、耐水汽腐蚀

c．常见用途：建筑五金、热交换器管、泵、动力汽缸与衬套、军需品 黄铜是铜与锌的合金。最简单的黄铜是铜——锌二元合金，称为简单黄铜或普通黄铜。改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。黄铜中锌的含量越高，其强度也较高，塑性稍低。工业中采用的黄铜含锌量不超过45%，含锌量再高将会产生脆性，使合金性能变坏。

为了改善黄铜的某种性能，在一元黄铜的基础上加入其它合金元素的黄铜称为特殊黄铜。常用的合金元素有硅、铝、锡、铅、锰、铁与镍等。

（1）铝黄铜

铝黄铜 Hal60-1-1 58.0-61.0 余量 铝0.7-1.5,砷0.1-0.6,铁0.7-1.5 ≤0.7屈服

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强度和抗腐蚀性 稍降低了塑性 。含铝小于4%的黄铜具有良好的加工、铸造等综合性能。耐蚀零件。

（2）锡黄铜

锡黄铜 HSn62-1 61.0-63.0 余量 锡0.7-1.1 ≤0.3 加1%锡，抗海水和海洋大气腐蚀的能力改善黄铜的切削加工性能。锡黄铜的耐腐蚀性能好，广泛用于制造海船零件。

（3）铅黄铜

改善切削加工性和提高耐磨性，铅对黄铜的强度影响不大，各种螺钉、螺帽、氧气瓶阀门、电器插座、手表零件、轴承轴瓦等，易切削黄铜的机加工性能为最好，广泛地用于制作汽车零件。钟表零件，经铸造制作轴瓦和衬套。

（4）锰黄铜

锰黄铜 HMn58-2 57.0-60.0 余量 锰1.0-2.0 ≤1.2良好的机械性能、热稳定性和抗蚀性 。铝锰黄铜，得到表面光洁的铸件。

（5）硅黄铜

硅黄铜 his80-3 79.0-81.0 余量 硅2.5-4.0 ≤1.5 硅能提高铜的力学性能、耐磨性的耐蚀性，硅黄铜主要用于制造海船零件及化工机械零件 4.4青铜

青铜是历史上应用最早的一种合金，原指铜锡合金，因颜色呈青灰色，故称青铜。为了改善合金的工艺性能和机械性能，大部分青铜内还加入其它合金元素，如铅、锌、磷等。由于锡是一种稀缺元素，所以工业上还使用许多不含锡的无锡青铜，它们不仅价格便宜，还具有所需要的特种性能。无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。此外还有成份较为复杂的三元或四元青铜。

现在除黄铜和白铜（铜镍合金）以外的铜合金均称为青铜。 （1）锡青铜

锡青铜的铸造性能、减摩性能好和机械性能好，适合於制造轴承、蜗轮、齿轮等。还可用于铸造钟、鼎、乐器和祭器等。锡青铜也可用作轴承、轴套和耐磨零件 铅青铜：是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料

（2）铝青铜

铝青铜用于制造承受重载的耐腐蚀、耐磨损构件和重要弹簧零件，汽车排气

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管后导模铝青铜强度高，耐磨性和耐蚀性好，用于铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨铝青铜合金的广泛用途在建造新现代化的发电厂，铝青铜也用来驱除斑纹贻贝。这些繁殖很快的甲壳纲动物，会堵塞发电站的入水口和市政供水系统管道。

（3）铍青铜和磷青铜

铍青铜和磷青铜的弹性极限高，导电性好，适于制造精密弹簧和电接触元件，铍青铜还用来制造煤矿、油库等使用的无火花工具铍青铜：用于制造承受重载的耐腐蚀、耐磨损构件和重要弹簧零件，以及电接触器、电阻焊电极、钟表及仪表零件经热处理后不仅具有高强度，很高的硬度而且具有耐磨、耐蚀的优点，优良的铸造性能，铍青铜合金适用于制造各种模具、防爆安全工具、耐磨件如凸轮、齿轮、蜗轮、轴承等。高导电铸造铍铜合金，经热处理后具有较高的导电率和导热率，铍铜合金适用于制造开关零件，强接触和类似的载流元件，制作电阻焊的夹钳、电极材料和塑料模具、水电连铸机结晶器内套等. 机械制作中，主要使用的是黄铜和青铜以镍为主要添加元素的铜合金。

常用加工青铜的化学成分见表9 表9常用加工青铜的化学成分 组别 锡青铜 代号 QSn4-3

主要化学成分（%）（重量） 锡 2.5-4.5

无

铅

铝

锰

其它 锌锌

杂质总和(%)(重量)

2.7-3.3 ≤0.3 3.0-5.0 ≤0.2

QSn4-4-2.5 3.0-5.0 QSn6.5-0.1 6.0-7.0 QSn6.5-0.4 6.0-7.0 QA15

1.5-3.5 磷0.10-0.25 ≤0.1

磷0.26-0.40 ≤0.1

铝青铜

QA17 QA19-2 QA19-4 QA110-3-1.5

无

4.0-6.0 6.0-8.0

无 ≤1.6 ≤1.6 ≤1.7 ≤1.7 ≤1.7 ≤0.3 ≤0.9

铁

1.5-2.5

8.0-10.0 2.0-4.0

1.0-2.0

8.0-10.0 铁 8.5-10.0

2.0-4.0

1.2-1.8

无

4.5-5.5

锰QMn1.5 青QMn5

无 无

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铜 硅青铜 铍青Qbe2 铜

硅

Qsi1-3 Qsi3-1

0.6-1.1 硅2.7-3.5 铍

1.80-2. 无 10

无

镍0.2-0.5 ≤0.5

无

0.1-0.4

无

1.0-1.5

≤0.5 ≤1.1

4.5白铜（含镍）

a．常见牌号：B19、B25、BFe10-1-1、BZn15-20、BA13-3 b．特性：室温下物理性能稳定

c．常见用途：医疗器具、精密仪器、热电偶、钟表零件、眼镜架

以镍为主要添加元素的铜基合金，镍的添加量通常为10%～30%，呈银白色, 有金属光泽,称为白铜。铜镍之间彼此可无限固溶，从而形成连续固溶体，即不论彼此的比例多少，而恒为α--单相合金。当把镍熔入红铜里，含量超过16％以上时，产生的合金色泽就变得洁白如银，镍含量越高，颜色越白。白铜中镍的含量一般为25%。铜镍二元合金称普通白铜，还有添加其他元素的白铜：

（1）复杂白铜

加有锰、铁、锌、铝等元素的白铜合金称为复杂白铜。工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能：主要用来制造精密机械、精密仪表中的耐蚀零件及电阻器、热电偶等。有高耐蚀和高强度的综合性：大量用于船舶、滨海发电等海水冷凝管中。结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好，色泽美观。这种白铜广泛用于制造精密机械、化工机械和船舶构件。电工白铜一般有良好的热电性能。

（2）锰白铜

锰铜、康铜、考铜是含锰量不同的锰白铜，是制造精密电工仪器、变阻器、精密电阻、应变片、热电偶等用的材料。

（3）锌白铜

锌白铜酷似白银，在造币和装饰器件中用于仿银，还大量用于制造仪表零件。

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白铜多经压力加工成白铜材，常用加工白铜的组别、化学成份见表10。 表10加工白铜的组别和成分

主 要 化 学 成 分 （%） 组代 号 别 镍+钴 铁

锰

铝

锌

普 B0.6 0.57-0.63 通B5 4.4-5.0 白B19 18-20

铜 B25 24-26 铁白Bfe10-1-1 9-11 1-1.5 0.5-1 铜

Bfe30-1-1

29-32 0.5-1 0.5-1.2 锰 BMn3-12

2-3.5

11.5-13.5

白BMn40-1.5 39-41 0.2-0.5 1-2 硅

铜 BMN43-0.5 42-44

0.1-1 0.1-0.3

BZn15-20

锌 BZn15-21-1.113.5-16.5 铅白8

14-16

1.5-2 BZn15-24-1.12.5-15.5

铅

0.05-0.5

余量铜5 1.4-1.7

铝白Bal13-3 12-15 铜

BA16-1.5

5.6-6.5

返回

铜

杂质总和 (%)

≤0.1 余量

≤0.5 ≤1.3 ≤1.8 余量

≤0.7 ≤0.7 ≤0.5

余量

≤0.9 ≤0.6

62-65 ≤0.9 60-63 ≤0.9 58-60

≤0.75

≤1.9 ≤

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第五章 铜及铜合金的应用

5.1铜及铜合金的应用

1) 住宅线和其他线产品： 住宅线在美国是最大的铜消费市场。在1997年，铜的使用量大约是14亿1bs，占所有运送的铜金属量的16.9%. 在线缆业中第二大铜市场是磁线，约有7亿1bs。它主要用于马达、发电机和变压器，约占所有运送的铜线产品的18%左右。铜的一个比较小但又很很需要的应用是在电力电缆领域。

2) 汽车电力： 1997年汽车电线和电缆的消耗量是3亿1bs。现代客车电力系统十分错综复杂，由各种各样的零件、线缆和终端组成。这就反映了现代汽车和轻型卡车中所期待的对于电力、照明、控制设备、娱乐设施和所有其他方便设施应用的增强。与此同时，还开发了几种新的合金用于温度标准提高的应用范围，比如：起催化作用的转换器。

3)计算机： 近来，铜合金C66300(名义上只有86%的铜，2.2%的锡，2%的钴，剩余的都是锌)已经成功地用于计算机工业中，用来生产一种引线框连接器。

4)管道系统：在已经制定的三个管壁厚度计划中，铜管仍是工程建筑中一个主要的因素。1997年，用于铺设管道的铜是6.52亿1bs, 约占全美运送的铜总量的18.9%, 其主要的规格是B88，是一种无缝铜制水管。

5)空调和制冷： 铜突出的抗腐特性和热交换特性使得铜在制冷领域里的应用不断增长，尤其在“太阳带国家里”。人口和工业的发展都直接地与制冷设备有密切的联系，从很大程度上讲，这是通过在其设备当中使用铜来实现的。想象一下人们从空调屋里到车上再到大型购物中心最后到生产设施的整个过程。其主要的规格是： B280，是一种空调和制冷基地服务公司的无缝铜管。

6)汽车散热器： 尽管汽车散热器的市场份额已经被铝所超越，但是它仍然是美国唯一最大的黄铜条市场。ASTM B 569，是对热交换器管道的窄形和轻形黄铜条的规格，这种规格已被用来满足内燃机和其他封闭系统热源中热交换器的薄壁运水管道的生产需求。 7).硬币： 在过去的十五年里，加拿大曾一度撤消一美元和两美元的纸币发行，取而代之的是铜制的金属硬币，通常叫做“Loonies”和“Toonies ”。(这样命名是为了代表在一美元硬币背面的潜鸟图像。)

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在1998年二月， 美国硬币联合会会见了美国财政部和美国造币厂的代表，并一起回顾了一美元硬币的技术历程。此硬币预计用一种铜合金制成，并在2000年作为国际公法的一部分开始铸造。此法规定：这一新硬币的直径要与现行的Susan B. Anthony硬币的直径相同，其颜色须是金色，且边要显眼，硬币及其部件(包括条和块产品)都必须在美国生产。设计及安全要求，也即自动识币机独特的电磁识别标记，也是非常重要的。造币厂认真地检测了两种镀金金属系统——一个是金质北欧硬币(与瑞典的克朗相似)，另一个是经过修饰的英磅。 新硬币在公众范围和商业场合的接收程度将最终决定旧纸币是否会被取消。 8)铜屋顶： 在过去的几十年里，在美国，将铜片和铜条用作屋顶材料已呈上升趋势。ASTM B 370规格， 即工程建筑所使铜条和铜块，以其多种型号和多种厚度，成为规格和购买的基础。铜金属的竞争性数量以及对铜的信心不断推动了这个健康市场的发展。最近认可的规格是ASTM B882，是一种在建筑中应用的预先生锈铜。长期以来，建筑师和工程师们都期望生产使用这种产品，因为他们急切地想用铜制屋顶和建筑横木来发展这种值得称赞的绿色。

9)低铅和无铅锻造和铸造铜合金： 滤沥到水里的铅对人体健康的影响引起了人们对于现有铜合金及开发一种饮用水用的新合金的重新思考。铸件的耐压紧密度以及由铅附属物提供的锻造和铸造部件的上等机械加工性都是必须要达到的要求。含合金的锻造和铸造无铅铋必须具有以下特性： 符合ANSI/NSF 61的健康要求以及饮水系统成分健康要求。现在人们已经开始用一种酸化钠醋酸洗涤剂来清除机器上的铅污渍。但是这一行业的某些部门提出了对混合碎屑的顾虑，因为他们认为在这些混合碎屑中，铋的微量会导致在加工过程中金属的热脆。碎屑回收工业学院(ISRI)和黄铜与青铜铸造生产商(BBIM)正在研究一种碎屑回收严格的控制程序和分割程序。

10).家用产品： 在家用产品中， 人们选择铜是因为铜具有以下特点： 优美的外形、可靠的质量、很高的商誉、良好的设计因素、较好的物质和机械性能以较长的使用寿命。电力照明器材和火炉设备一起成为主要的家用产品范畴。 11)服务： 用来确定铜原料对于应力腐蚀破裂敏感度的传统方法是亚汞试验。(ASTM B1)为了响应来自ASME 锅炉和压力容器编码和美国海岸巡逻队的要求, B-5 委员会将应力腐蚀免疫的IS0 6957铜合金氨测试转换为ASTM形式。

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这完全出于他们对于测试溶液和样品处理的考虑。ASTM B858M，即在铜合金中用一种氨蒸汽来确定其对于应力腐蚀破裂的敏感度的方法现在是官方使用的一种方法。这种测试方法刺激了服务条件的发展，在这些条件下，可能会出现应力腐蚀破裂，并克服亚汞试验的缺点。

11）无缝钢管： 在生产管道用、冷藏用、医用空气用、天然气用和液化石油汽用的无缝钢管方面的进步使得铜变成了住宅、商业和工业建筑使用的首选材料。从历史的角度讲，无缝铜管生产首先是通过穿刺过程将一个固体坯锭变成一个空壳。具有薄墙厚度的挤压壳是在二十世纪50年代引入市场的，当时已有了大型的挤压机，这种挤压机具有更高的挤压速度。此外，这些外壳还适合于冷拉机上的冷拉以及比过去冷拉工作台上更大单位重量的辊箱式拉丝卷筒上的冷拉。在冷拉机设计中的一个主要的进展是旋转器或连续块在拨管上的广泛应用，这一原理是从线材工业上发展而来的。高速联合机根据一定的尺寸将管道清理、拉直、检测、标记以及切割，随后再将此产品转由捆扎设备依据严格的尺寸进行处理，或者是将产品重绕，其目的就是为了软线使用者能对其进行退火处理。在ASTM B88中的不规则管壁厚度以及无缝铜水管的规格在几年前都转变成了0%。人们现在正在深入的工程评估的基础之上对其进行重新研究。作为空调应用的无缝管越来越是通过Schumag程序生产的，期间，需要用一个碳化浮塞来进行一次直穿。这一程序用高度的注意力改善了对管壁厚度的控制。 作为医用和天然气或LP汽应用的管道要求有很高的内表面清洁度。这一要求是通过以下过程来实现的：将管子浸入到含有适当的化学清洁机中,然后通过用B819规定中的程序来检测管状产品,这些规定是专门适用于医用空气无缝铜管, B837, 天然气和液化石油汽燃料分配系统的无缝铜管.

12）焊接管: 在二十世纪60年代, 用条铜而不用填充金属生产的焊接铜和铜合金变得相当地商业化. 支出卷中的条铜在接下来的几个步骤里被整成管子形状,然后再用几个可选方法之一来将其焊接.其主要的规格是: ASTM447, 焊接铜管和ASTM B 3以及铜和铜合金热交换管.主要的优点有: 有机会来利用多余的轧铜条容量,可生产有选择的管道长度而不会有任何金属浪费,可生产适用于冷却和空调的长型的绕线线圈,在汽油和石油生产线里还有其他用途,较紧的管壁厚度也是另外一个优点. 在住宅中, 焊接黄铜管在铺设管道, 下水管道,建筑中以

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及在生产床头板, 踏脚板和路灯柱中的应用呈现缓慢而稳定的增长.

13）增强的管道表面: 经过修改的ASTM B 359规格, 即时对于带有集成散热片的铜和铜合金无缝冷凝器和热交换器管道的规格, 是专门为高级表面式冷凝器和其他专业的空调设备设计生产的. 一个关于应用焊接管道板的类似规格也在酝酿之中. 这样的管道有它自己的内表面或外表面, 或两都有,通过一种冷成形法生产一种整体得到增强的表面, 从而改善与核酸盐相关的热转换.根据1995年的门罗协议, 推动这一发展实际是对世界范围内象R11和R12这些特定的破坏嗅氧层制冷剂生产的否定. 用来替代的制冷剂是R134和R123，虽然没有显示出什么破坏性行为，但是从热力学的角度讲，并没不十分有效;因此我们需要具有更高热交换特征的管道。

14）盘状、片状和条状产品： 这些产品最初是以直接的冷硬铸造块出现的，其大小从一开始的7,000 1bs增加到了现在的 55,000 1bs(3,200kg 到25, 000kg)。由于生产了大型的线圈，因而金属质量和生产效率都得到了提高。关于条铜宽度的精密设定、毛边设定自由以及其他一些改善都已基本达到标准化。还有一种条状退火炉已经被引进到了生产运作过程中了，它可以提供高级的粒度控制、降低了需求、与过去罩式退火炉相比还节约了工厂的面积。在国内的生产厂中，轧制工序已经很大程度上替代了拉拨工序，从而提高了产品质量和生产效率。在二战期间，美国铜行业向曼哈顿项目做了一个一不太知名的贡献。在Tenn, Oak Ridge，对铀235的提炼设施中非常紧迫地需要一种铜母线。因为所有的铜都要用于战争，因此这就需要一种具有类似导电性的原料。(银的导电性是104% IACS，而铜的寻电性则是100% IACS，因此银就成了一个相当适合的替代原料。)大约有七亿金衡盎司的纯铜(相当于今天的ASTM B413，这是对精炼银的规定)都是从美国财政部借来，然后再运送到位于N.J.Carteret的美国金属精炼公司(USMR)，在那儿经过再熔化，然后铸造成纯银线锭。这些线锭然后再运送到位于N.J.的Phelps Dodge;s Elizabeth,将这些设备轧压成母线(相当于今天对于铜棒、母线、棒所做的ASTM B187规定)。在二十世纪70年代末， 银制母线从服务项目上撤除掉，被转回到USMR来进行熔化、精炼，并铸造成有1000金衡盎司重的铸块，再返回到财政部。

15）铜棒： 黄铜条和黄铜棒工业，在1996年生产了将近110万磅的黄铜条

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和黄铜棒，现在这一行业已经引进了一种大型质量挤压坏锭的半连续铸造法，同时还将挤压机的容量从2000吨提高到了6000吨。这就消除了挤压法中的缺陷，并使得能够以更高的生产效率生产出大型的线圈，而生产效率的提高，如果与得到改善的矫正设备相结合的话，就可以生产出供多轴螺丝机使用的更高级的产品。

16）铜线： 用于拉模的天然钻石从很大程度上讲已经被多晶的人工钻石代替了。不断增强的拉模设计通过极大地减少表面的氧化物而改善表面状况的，同时还获得了较高的机械性能。多线拉丝机现在非常地普遍，同时还配有高级绝缘漆，因而适合于高温导电的应用范围。在磁线应用中，也因为它的温度能力已得到了提高，所以马达的尺寸可以缩小。 5.2铜及铜合金在电子工业的新产品和新应用

它的应用己从电真空器件和印刷电路，发展到微电子和半导体集成电路中。 1.电真空器件

电真空器件主要是高频和超高频发射管、波导管、磁控管等，它们需 要高纯度无氧铜和弥散强化无氧铜。 2.印刷电路

铜印刷电路，是把铜箔作为表面，粘贴在作为支撑的塑料板上；用照相的办法把电路布线图印制在铜版上；通过浸蚀把多余的部分去掉而留下相互连接的电路。然后，在印刷线路板上与外部的连接处冲孔，把分立元件的接头或其它部分的终端插入，焊接在这个口路上，这样一个完整的线路便组装完成了。如果采用浸镀法，所有接头的焊接可以一次完成。这样，对于那些需要精细布置电路的场合，如无线电、电视机，计算机等，采用印刷电路可以节省大量布线和固定回路的劳动；因而得到广泛应用，需要消费大量的铜箔。此外，在电路的连接中还需用各种价格低廉、熔点低、流动性好的铜基钎焊材料。 3.集成电路

微电子技术的核心是集成电路。集成电路是指以半导体晶体材料为基片（芯片），采用专门的工艺技术将组成电路的元器件和互连线集成在基片内部、表面或基片之上的微小型化电路。这种微电路在结构上比最紧凑的分立元件电路在尺寸和重量上小成千上万倍。它的出现引起了计算机的巨大变革，成为现代信息技术的基

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础。目前己开发出的超大规模集成电路，在比小姆指甲还小的单个芯片面积上，能做出的晶体管数目，己达十万甚至百万以上。最近，国际著名的计算机公司IBM（国际商业机器公司），己采用钢代替硅芯片中的铝作互连线，取得了突破性进展。这种用铜的新型微芯片，可以获得30%的效能增益，电路的线尺寸可以减小到0.12微米，可使在单个芯片上集成的晶体管数目达到200万个。这就为古老的金属铜，在半导体集成电路这个最新技术领域中的应用，开创了新局面。 4.引线框架

为了保护集成电路或混合电路的正常工作，需要对它进行封装；并在封装时，把电路中大量的接头从密封体内引出来。这些引线要求有一定的强度，构成该集成封装电路的支承骨架，称为引线框架。实际生产中，为了高速大批量生产，引线框架通常在一条金属带上按特定的排列方式连续冲压而成。框架材料占集成电路总成本的1／3～ l／4，而且用量很大；因此，必须要有低的成本。

铜合金价格低廉，有高的强度、导电性和导热性，加工性能、针焊性和耐蚀性优良，通过合金化能在很大范围内控制其性能，能够较好地满足引线框架的性能要求，己成为引线框架的一个重要材料。它是目前钢在微电子器件中用量最多的一种材料。

5.3铜在工业中的应用

铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。 (1) 铜在电力工业中的应用

电力输送 线电缆、汇流排、变压器、开关、接插元件和连接器等。 电机制造 定子、转子和轴头、中空导线等。 通讯电缆及住宅电气线路需使用大量的铜导线。 (2) 铜在电子工业中的应用

电真空器件 高频和超高频发射管、渡导管、磁控管等，它们需要高纯度无氧铜和弥散强化无氧铜。

印刷电路 铜印刷电路需要大量的铜箔和铜基钎焊材料。

集成电路 以铜代替硅芯片中的铝作互连线和引线框架，可以获得 30 ％的效能增益。

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(3) 铜在能源及石化工业中的应用

能源工业 火力发电厂的主拎凝器管板和冷凝管均使用黄铜、青铜或白铜制造。每万千瓦装机容量需要 5t 冷凝管。太阳能加热器也常使用铜管制造。 石化工业 铜和许多铜合金，大量用于制造接触腐蚀性介质的各种容器、管道系统、过滤器、泵和阀门、各种蒸发器、热交换器和冷凝器等。

海洋工业 由于铜不但耐海水腐蚀，而且溶入水中的铜离子有杀菌作用，可以防止海洋生物污损，因此，铜及其铜合金是海洋工业中十分重要的材料，业已在海水淡化工厂、海洋采油采气平台以及其他海岸和海底设施中广泛应用。例如，海水淡化过程中使用的管路系统、泵和阀门以及采油采气平台上使用的设备，包括飞溅区和水下用的螺栓、抗生物污损包套、泵阀和管路系统等。 (4) 铜在交通工业中的应用

船舶 铜合金，包括铝青铜、锰青铜、铝黄铜、炮铜 ( 锡锌青铜 ) ，白铜以及镍铜合金 ( 蒙乃尔合金 ) ，是造船的标准材料之一。在军舰和商船的自重中铜和铜合金一般占 2 ％～ 3 ％，如铝青铜螺旋浆、螺栓、铆钉、冷凝管、含铜包覆油漆等。

汽车 铜和铜合金主要用于散热器、制动系统管路、液压装置、齿轮、轴承、刹车摩擦片、配电和电力系统、垫圈以及各种接头、配件和饰件等，每辆汽车用铜 10 ～ 20kg ，小轿车用铜约占自重的 6 ％～ 9 ％。

铁路 列车上的电机、整流器以及控制、制动、电气和信号系统等都要依靠铜和铜合金来工作。此外，铁路的电气化对铜和铜合金的需要量很大，每公里的架空导线需用 2t 以上的异型铜线。

飞机 飞机中的配线、液压、冷却和气动系统需使用铜材，轴承保持器和起落架轴承采用铝青铜管材，导航仪表应用抗磁铜合金。 (5) 铜在机械和冶金工业中的应用

机械工程 除了电机、电路、油压系统、气压系统和控制系统中大量用铜以外，各种传动件和固定件，如缸套、齿轮、蜗轮、蜗杆、连接件、紧固件、扭拧件、螺钉、螺母等，都需要以铜或铜合金减磨和润滑。

冶金设备 连续铸造技术中的关键部件??结晶器。大都采用铬铜、银铜等高强度和高导热性的铜合金制造，电冶金中的真空电弧炉和电渣炉水冷坩埚使用铜管

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材制造，各种感应加热的感应线圈都是用铜管或异型铜管绕制而成，内中通水冷却。

合金添加剂 铜是钢铁和铝等合金中的重要添加元素。少量铜（ 0.2 ％～ 0.5 ％）加入低合金结构用钢中，可以提高钢的强度及耐大气和海洋腐蚀性能。在耐蚀铸铁和不锈钢中加入铜，可以进一步提高它们的耐蚀性。含铜 30 ％左右的高镍合金是著名的高强度耐蚀“蒙乃尔合金”，在核工业中广泛使用。 轻工业中，铜及铜合金可用于制造空调器的热交换器、钟表机芯、造纸机的网布、辊轮、印刷铜版、发酵罐内衬、蒸馏锅、建筑装饰构件等。

铜不但在传统工业中有广泛应用，而且在新兴产业以及高科技领域中也发挥着重要作用，例如超导合金的包套、超低温介质的容器与管路、火箭发动机的冷却内村、高能加速器的磁体绕组等。

从铜的总体应用来看，电气、机械工业和建筑业是铜的消费大户。据统计，美国、日本和西欧国家 20 世纪 80 年代中期的精铜消费中，电气工业占 47.8% ，机械制造业占 23 ． 8 ％，建筑业占 15. 8 ％，运输业占 8 .8 ％，其他占 8 ％。 20 世纪 90 年代后，西方国家铜消费的行业分布发生了巨大变化。以美国为例， 1998 年铜消费中，建筑业占 41. 4 ％，电器电子产品占 26 .0 ％，运输设备 12 .4 ％，机械制造 11. 2 ％，其他 9 .0 ％。

与发达国家相比，我国的电子、电气行业与机械制造业消费的铜占总消费的比例偏高，而建筑业及交通运输业消费铜相对较少。 2002 年，中国的铜消费量达到了 250 万吨，占全球铜消费量的 17 ％，从而取代美国，成为世界第一大铜消费国。 5.3未来展望

世界经济变得越来越全球化了，第三世界国家正在建立电讯链路，变成电力的主要消费者，他们在建造家园、工厂和商业建筑，这样就需要大量的铜来满足他们的需求。铜被用作工程原料已有一万年的历史了，它对人类的贡献是呈金字塔式的，与日俱增。如果没有铜，真不敢想象未来的世界将会是什么样子。

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