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铜和铜合金的应用
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铜和铜合金的应用 电气工业中的应用 电子工业中的应用 能源及石化工业中的应用 交通工业中的应用 机械和冶金工业中的应用 轻工业中的应用 建筑和艺术用铜 高科技上的应用 铜化合物的应用 铜的基本情况 关于铜的技术和标准 铜的冶炼 铜——一种耐用的金属 铜在人体健康中的作用 铜可以杀灭0157大肠杆菌（由国际铜业协会提供） 铜与环境（由国际铜业协会提供） 铜矿的种类及分布 铜的颜色和铜绿 （由国际铜业协会提供） 全球性和区域性的一些铜成矿区带 湿法炼铜给铜工业带来的影响 铜与人体健康 （由国际铜业协会提供） 铜和铜合金的应用 前言：应用概貌 人类应用钢己有数千年的历史。墓葬考古发现，早在6000年前的史前时期，埃及人就使用铜器。铜是人类祖先最早应用的金属。它具有许多优异的特性和奇妙的功能，不但为人类社会的进步作出了不可磨灭的贡献；而且随着人类文明的发展不断开发出新的用途。铜既是一个古老的金属，又是一个充满生机和活力的现代工程材料。当前人类步入了丰富多彩的，以电气化和电子信息为特征的，高度文明的社会，为铜的应，用开辟了更为广阔的大地。铜以品种繁多的金属、合金和化合物的形式被人们利用，业已深深地渗入了生产和生活的各个方面，成为人类跨入、ZI世纪取得飞速发展的一个不可缺少的重要金属。 在分别介绍铜在各主要工业部门中的应用情况之前，让我们首先从铜的性能、消费结构等诸方面来看一看铜的现代应用状况 ※ 铜性能的应用 为什么要用铜，主要利用它哪些性能？调查的结果示于图6.1。铜具有优良的导电和导热性，居所有工程金属材料之冠，这是它在当前电气化和电子信息社会中产生举足轻重作用的主要依据。铜还有许多优异的综合性能：它对大气、海水、土壤以及许多化学介质有很强的耐蚀性；它用在结构上刚柔并济，富有弹性，耐摩擦，抗磨损；它具有多彩的外观，是人们钟爱的、古朴典雅的象征。除了上述众多的使用性能外，它还有一系列良好的加工、铸造、焊接、易切削等工艺性能，从而使它获得了经济和广泛的应用。 ※ 中铜的消费量 近年来，随着全世界经济的发展，铜的消费量不断上升。如图6.2所示，从1992年到1997年的五年间，世界钢的消费量从1100.5万吨增加到1310万吨，增长17%，年平均递增3.5%。我国近年来铜需求量，年均增加速度4～ 5%，预计到 2000将达到 125～ 13 5万吨。 按人平均的年消费量： 发达国家（约占人口 11亿）为 10～20公斤； 发展中国家（约占人口 49亿）为0～2公斤。 发达国家的钢消费水平显著高于发展中国家。在发达国家中一个居民一生约需消费一吨钢，这个数字是相当可观的。上述两个数据的对比表明，铜的消费水平，在一定程度上反映了一个国家的发展程度。我国近年来铜的需求量虽有明显增长，但农村人日广阔，还存在一些贫困地区，按人口平均的年消费水平仅达0.l公斤左右，与印度（0.13公斤）相近，有十分广阔的发展前景。 ※ 铜的消费结构 图6美国的铜消费结构（1983-1988年平均） 图6.4中国的铜消费结构（1986-1990年平均） 美国从 1983年到 1988年铜的消费量从201万吨增加到221万吨。六年间铜在各行业应用的平均比例示于图6.3。可见电气和电子工业消费铜最多。它由1960年的52％上升到1988年的70％。这是和电气化、自动化、信息化及整个社会现代化程度的提高密切相关的。铜在建筑上的应用，在欧美等发达国家中已比较普遍，占有相当大的比例。图6.4上给出我国在1986到1990年的相应时间内，铜的消费结构。由于统计行业的分类方式有所差异，不能把图6.3和6.4直接进行比较。在中国如果把电气、电子、邮电以及轻工中家电产品部分中铜的应用加在一起，作为电气和电子行业来计算，估计在60％左右。与欧美等国相比，我国钢在建筑上的应用，近年来才刚刚起步，存在着巨大的潜在市场。 据统计，美国铜在住宅中的应用，每户用量1970年为120公斤，到1996年增加到200公斤。汽车平均每辆用铜，1950年为10公斤，到1996年上升到19公斤，电动汽车则需每辆用铜25到 40公斤。 |
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铜和铜合金的应用
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- 房屋建设占48% 包括：管道系统（水，热，气，防火喷淋等） 房屋设施（空调，冰箱等） 建筑装修（屋顶，流槽，装饰等） 通讯线路（声、像、数据等） 电源系统 - 装备生产占 41% 包括：工业装备（电机，变压器等） 交通工具（汽车，铁路，飞机等） 电子器件 轻工业品（家用电器，仪表，工具等） - 基本设施占11% 包括：大型工程（交通设施，石化工业，采冶工业等） 电力事业（输电，配电等） 通信网络 值得注意的是，房屋建设与人们生产水平的提高直接相关，铜在这方面的应用占有最大的比重；特别是我国将住宅建设作为拉动整个国民经济发展的一个重要环节，由此可见，积极推广铜的应用对国计民生的重要作用。 1． 电气工业中的应用 ※ 电力输送 电力输送中需要大量消耗高导电性的铜，主要用于动力申．线电缆、汇流排、变压器、开关、接插元件和联接器等。 在电线电缆的输电过程中，由于电阻发热而白白浪费电能。从节能和经济的角度考虑，目前世界上正在推广"最佳电缆截面"标准。过去流行的标准，单纯地从降低一次按装投资的角度出发，为了尽量减小电缆截面，以在设计要求的额定电流下，不至出现危险过热，来确定电缆的最低允许尺寸。按这种标准铺设的电缆，虽然按装费低了；但是在长期使用过程中，电阻能耗却比较大。"最佳电缆截面"标准，则兼顾一次按装费用和电能消耗这两个因素，适当放大电缆尺寸，以达到节能和最佳综合经济效益的目的。按照新的标准，电缆截面往往要比老标准加大一倍以上，可以获得50%左右的节能效果。 我国在过去一段时间内，由于钢供不应求，考虑到铝的比重只有铜的 30％，在希望减轻重量的架空高压输电线路中曾采取以铝代铜的措施。目前从环境保护考虑，空中输电线将转为铺设地下电缆。在这种情况下，铝与铜相比，存在导电性差和电缆尺寸较大的缺点，而相形见绌。 同样的原回，以节能高效的铜绕组变压器，取代！日的铝绕组变压器，也是明智的选择。 ※ 电机制造 在电机制造中，广泛使用高导电和高强度的铜合金。主要用铜部位是定子、转子和轴头等。在大型电机中，绕组要用水或氢气冷却，称为双水内冷或氢气冷却电机，这就需要大长度的中空导线。 电机是使用电能的大户，约占全部电能供应的60%。一台电机运转累计电费很高，一般在最初工作5 00小时内就达到电机本易的成本，一年内相当于成本的4～ 16倍，在整个工作寿命期间可以达到成本的200倍。电机效率的少量提高，不但可以节能；而且可以获得显著的经济效益。开发和应用高效电机，是当前世界上的一个热门课题。由于电机内部的能量消耗，主要来源于绕组的电阻损耗；因此，增大铜线截面是发展高效电机的一个关键措施。近年来己率先开发出来的一些高效电机与传统电机相比，铜绕组的使用量增加25～ 100%。目前，美国能源部正在资助一个开发项目，拟采用铸入铜的技术生产电机转子。 ※ 通讯电缆 80年代以来，由于光纤电缆载流容量大等优点，在通讯干线上不断取代铜电缆，而迅速推广应用。但是，把电能转化为光能，以及输入用户的线路仍需使用大量的铜。随着通讯事业的发展，人们对通讯的依赖越来越大，对光纤电缆和铜电线的需求都会不断增加。 ※ 住宅电气线路 近年来，随着我国人民生活水平提高，家电迅速普及，住宅用电负荷增长很快。如图6.6所示，1987年居民用电量为 269.6亿度（ l度=1千瓦·小时），10后年的 1996年猛升到 1131亿度，增加 3.2倍。尽管如此，与发达国家相比仍有很大差距。例如，1995年美国的人均用电量是我国的14.6倍，日本是我国的8.6倍。我国居民用电量今后仍有很大发展。预计从 1996年到2005年，还要增长l．4倍。 目前，我国的住宅电气线路设计容量偏低。以两居室为例，表6.l上对比了北京、香港和日本的建筑电气设计标准。可见，香港和日本在设计中，充分考虑了居民用电增长的需求；我国住宅电气线路设计容量亟待提高。 2．电子工业中的应用 电子工业是新兴产业，在它蒸蒸日上的发展过程中，不断开发出钢的新产品和新的应用领域。目前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。 ※ 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。 ※ 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。 ※ 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。 ※ 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。 3.能源及石化工业中的应用 ※ 能源工业 火力及原子能发电都要依靠蒸气作功。蒸气的回路如下： 锅炉发生蒸气- 蒸气推动汽轮机作功- 作功后的蒸汽送至冷凝器- 冷却成水- 回到锅炉重新变成蒸汽。 其间主冷凝器由管板和冷凝管组成。由于钢导热性好并能抗水的腐蚀，所以它们均使用锅黄铜、铝黄铜或白铜制造。根据资料介绍，每万千瓦装机容量需要5吨冷凝管。一个60万千瓦的发电厂就需要3 00吨冷凝管材。 太阳能的利用也要使用许多铜管。例如：英国伦敦附近某旅馆的一个游泳池，装备了太阳能加热器，在夏季可以将水温保持在18～24℃。在该太阳能加热器中含有784磅（3 56公斤）铜管。 ※ 石化工业 铜和许多铜合金，在水溶液、盐酸等非氧化性酸、有机酸（如：醋酸、柠檬酸、脂肪酸、乳酸、草酸等）、除氨以外的各种碱及非氧化性的有机化合物（如：油类、酚、醇等）中，均有良好的耐蚀性；因而，在石化工业中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、泵和阀门等器件。还利用它的导热性，制造各种蒸发器、热交换器和冷凝器。由于铜的塑性很好，特别适合于制造现代化工工业中结构错综复杂、铜管交叉编制的热交换器。此外在石油精炼工厂中都使用青铜生产工具；原回是冲击时不迸出火花，可以防止火灾发生。 ※ 海洋工业 海洋占地球表面面积70％以上，合理地开发利用海洋资源日益受到人们的重视。海水中含确"容易造成腐蚀的氯离子，钢铁、铝、甚至不锈钢等许多工程金属材料均不耐海水腐蚀。此外在这些材料，以及木材、玻璃等非金属材料的表面上还会形成海洋生物污损。铜则一枝独秀，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。因而，铜和铜合金是海洋工业中十分重要的材料，业己在海水淡化工厂、海洋采油采气平台、以及其它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、钻孔日，抗生物污损包套、泵阀和管路系统等等。关于铜和铜合金在船舶中的应用情况，将在后节中介绍。 4．交通工业中的应用 ※ 船舶 由于良好的耐海水腐蚀性能，许多铜合金，如：铝青铜、锰青铜、铝黄铜、炮铜（锡锌青铜）、白钢以及镍铜合金（蒙乃尔合金）己成为造船的标准材料。一般在军舰和商船的自重中，铜和铜合金占2～3％。 军舰和大部分大型商船的螺旋浆都用铝青铜或黄铜制造。大船的螺旋浆每支重 20～ 25吨。伊丽莎白皇后号和玛丽皇后号航母的螺旋浆每支重达3 5吨。大船沉重的尾轴常用"海军上将"炮铜，舵和螺旋浆的锥形螺栓也用同样材料。引擎和锅炉房内也大量用钢和铜合金。世界上第一艘核动力商船，使用了30吨白铜冷凝管。近来用铝黄铜管作油罐的大型加热线圈。在10万吨级的船上就有12个这种储油罐，相应的加热系统规模相当大。船上的电气设备也很复杂，发动机、电动机、通讯系统等几乎完全依靠铜和铜合金来工作。大小船只的船舱内经常用钢和铜合金来装饰。甚至木制小船，也最好用钢合金（通常是硅青铜）的螺丝和钉子来固定木结构，这种螺丝可以用滚轧大量生产出来。 为了防止船壳被海生物污损影响航行，过去经常采用包覆铜加以保护；现在，则普遍用刷含铜油漆的办法来解决。 二次世界大战中，为御防德国磁性水雷对舰船的袭击，曾发展了抗磁性水雷装置，在钢船壳周围附一圈铜带，通上电流以中和船的磁场，这样就可以不引爆水雷。从1944年以后，盟军的所有船只，共计约18，000艘，都装上了这种去磁装置而得到了保护。一些大型主力舰为此需用大量的铜，例如其中一艘用去铜线长 28英里，重约 30吨。 ※ 汽车 汽车用铜每辆10～2I公斤，随汽车类型和大小而异，对于小轿车约占自重的6～9%％。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。其中用钢量比较大的是散热器。现代的管带式散热器，用黄铜带焊接成散热器管子，用薄的铜带折曲成散热片。 近年来为了进一步提高铜散热器的性能，增强它对铝散热器的竞争力，作 了许多改进。在材质方面，向铜中添加微量元素，以达到在不损失导热性的前 提下，提高其强度和软化点，从而减薄带材的厚度，节省用钢量；在制造工艺 方面，采用高频或激光焊接铜管，并用钢钎焊代替易受铅污染的软焊组装散热 器芯体。这些努力的结果示于表6.2，与钎焊铝散热器相比，在相同的散热条件 下，即在相同的空气和冷却剂的压力降下，新型铜散热器的重量更轻，尺寸显 著缩小；再加上钢的耐蚀性好、使用寿命长，铜散热器的优势就更明显。 ※ 铁路 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2 吨以上的异型铜线。为了提高它的强度，往往加入少量的铜（约1%）或银 （约of％）。此外，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。 ※ 飞机 飞机的航行也离不开铜。例如：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，导航仪表应用抗磁钢合金，众多仪表中使用破铜弹性元件等等。 5．机械和冶金工业中的应用 ※ 机械工程 几乎在所有的机器中都可以找到铜制品部件。除了电机、电路、油压系统、气压系统和控制系统中大量用钢以外，种类繁多用黄铜和青铜制造的传动件和固定件，如齿轮、蜗轮、蜗杆、联结件、紧固件、扭拧件、螺钉、螺母等，比比皆是。几乎在所有作机械相对运动的部件之间，都要使用减磨铜合金制作的轴承或轴套，特别是万吨级的大型挤压机、锻压机的缸套、滑板几乎都用青铜制成，铸件重量可达数吨。许多弹性元件，几乎都选用硅青铜和锡青铜作为材料。焊接工具、压铸模具等更离不开铜合金，如此等等。 ※ 冶金设备 冶金工业是消耗电能的大户，素有"电老虎"之称。在冶金厂的建设中通常必须要有一个依靠铜来进行工作的庞大的输、配电系统和电力运转设备。此外，在火法冶金中，连续铸造技术已占据主导地位，其中的关键部件一结晶器，大都采用铬铜、银铜等高强度和高导热性的铜合金。电冶金中的真空电弧炉和电渣炉水冷坩埚使用钢管材制造，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。 在许多高强度铝合金中都含有铜。通过淬火 一 时效热处理，在合金中析出弥散分布的细小颗粒，而显著提高其强度，称为时效硬化铝合金。其中著名的有杜拉铝或称硬铝，它是一种含铜、锰、镁的铝合金，是制造飞机和火箭的重要结构材料。 |
2楼2007-01-16 21:22:14
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铜和铜合金的应用
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6．轻工业中的应用 轻工业产品与人民生活密切相关，品种繁多、五花八门。由于钢具有良好综合性能，到处可以看到它大显身手的踪影。现仅举数例如下： ※ 空调器和冷冻机 空调器和冷冻机的控温作用，主要通过热交换器铜管的蒸发及冷凝作 用来实现。热交换传热管的尺寸和传热性能，在很大程度上决定了整个空 调机和制冷装置的效能和小型化。在这些机器上采用的都是高导热性能的异型铜管。利用钢的良好加工性能，最近开发和生产出带有内槽和高翅片的散热管，用于制造空调器、冷冻机、化工及余热口收等装置中的热交换器，可使新型热交换器的总热传导系数提高到用普通管的2～3倍，和用普通低翅片管的 1.2～1.3倍，己在国内使用，可节省 40%的铜，并使热交换器体积缩小 1／3以上。 ※ 钟表 目前生产的钟表，计时器和有钟表机构的装置，其中大部分的工作部件都用"钟表黄铜"制造。合金中含1.5-2%的铅，有良好加工性能，适合于大规模生产。例如，齿轮由长的挤压黄铜棒切出，平轮由相应厚度的带材冲出，用黄铜或其它铜合金制作搂刻的钟表面以及螺丝和接头等等。大量便宜的手表用炮铜（锡锌青铜）制造，或镀以镍银（白铜）。一些著名的大钟都用钢和铜合金制作。英国"大笨钟"的时针用的是实心炮铜杆，分针用的是14英尺长的铜管。 一个现代化的钟表厂，以铜合金为主要材料，用压力机和精确的模具加工，每天可以生产一万到三万只钟表，费用很低。 ※ 造纸 在当前信息万变的社会里，纸张消费量很大。纸张表面看来简单，但是造纸工艺却很复杂，需要通过许多步骤，应用很多机器，包括冷却器、蒸发器、打浆器、造纸机等等。其中许多部件，如：各种热交换管、辊轮、打击棒、半液体泵和丝网等，大部分都用钢合金制作。 例如，目前采用的长网造纸机，它要将制好的纸浆喷到快速运动的具有细小网孔（ 40～60目）的网布上。网布由黄铜和磷青铜丝编织而成，它的宽度很大，一般在20英尺（6米）以上，要求保持完全平直。网布在一系列小的黄铜或铜辊子上运动，当带着喷附其上的纸浆通过时，湿气从下面空吸出去。网子同时振动以使纸浆中的小纤维粘结在一起。大型造纸机的网布尺寸很大，可以达到宽26英尺8英寸（ 8. l米）和长100英尺（ 3 0. 5米）。湿纸浆不但含水，而且含有造纸过程中使用的化学药剂，腐蚀性很强。为了保证纸张质量，对网布材料要求很严，不但要有高的强度和弹性；而且要抗纸浆腐蚀，铜合金完全可以胜任。 ※ 印刷 印刷中用铜版进行照相制版。表面抛光的铜版用感光乳胶敏化后，在它上面照相成像。感光后的铜版需加热使胶硬化。为避免受热软化，铜中往往含有少量的银或砷，以提高软化温度。然后，对版子进行腐蚀，形成分布着凹凸点子图形的印刷表面。 在自动排字机上，要通过黄铜字型块的编排，来制造版型，这是铜在印刷中的另一个重要用途。字型块通常用的是含铅黄铜，有时也用铜或青铜。 ※ 酿酒 在世界的啤酒酿造中，铜起重要作用。经常用铜作麦芽桶和发酵罐的内村。在一些著名的啤酒厂中备有十余个容量超过2万加仑的这种大桶。在发酵缸中，为了降温，常用钢管通水冷却。还用钢管通水蒸汽在酿造啤酒时进行加热，以及用钢管输送酒液等。 蒸馏威士忌和其它烈性酒时，通常用钢制蒸馏锅。威士忌麦芽酒需蒸馏两次，要用两个大铜蒸馏锅。 ※ 医药 制药工业中，各类蒸、煮、真空装置等都用纯铜制作。在医疗器械中则 广泛使用锌白铜。铜合金还是眼镜架的常用材料等等。 7．建筑和艺术用铜 ※ 管道系统 由于钢水管具有美观耐用、安装方便、安全防火、卫生保健等诸多优点，使它与镀锌钢管和塑料管相比存在明显优越的价格性能比。在住宅和公用建筑中，用于供水、供热、供气以及防火喷淋系统，日益受到人们的青睐，成为当前的首选材料。在发达国家中，铜制供水系统己占很大比重。美国纽约号称世界第六高楼的曼哈顿大厦，其中仅供水系统一项，就用去铜管 6万英尺 （l公里）。在欧洲，饮水用钢管消耗量很大。英国的饮水用钢管消耗量平均每人每年1.6公斤，日本为0.2公斤。由于镀锌钢管容易锈蚀，许多国家己明令禁用。香港早于1996年 1月起禁止使用，上海也于 1998年5月起实行。我国在房屋建设中推广使用铜管道系统，势在必行。 ※ 房屋装修 在欧洲采用钢板制作屋顶和漏檐已有传统。北欧国家中甚至用它作墙面装饰。铜耐大气腐蚀性能很好、经久耐用、可以回收，它有良好的加工性可以方便地制作成复杂的形状，而且它还有美观的色彩；因而很适合于用做房屋装修。它在教堂等古建筑物屋顶上的应用己有悠久历史，至今仍发出诱人的光彩；而且在现代大型建筑甚至公寓和住宅的建设上的应用也越来越多。例如：在伦敦，代表现代英国建筑艺术的"英联邦委员会"大厦，屋顶形状复杂，用钢板建造，重约 25吨；于 1966年开放的水晶宫运动中心，用钢 60吨做成波浪形的屋顶等等。据统计，用做屋顶的铜板，在德国平均每人每年消费0.8公斤，美国为0.2公斤。 此外，屋内的装修，如：门把手、锁、百页、按栏、灯具、墙饰以及厨房次具等等，使用钢制品不但经久耐用，消毒卫生，而且装点出高雅的气息，深受人们喜爱。 ※ 塑像和工艺品 世界上没有那一种金属，能够像钢那样广泛应用于制造各种工艺品，从古至今，经久不衰。今天城市建设中，各种纪念物、铸钟、宝鼎、雕像、佛像、仿古制品等等，大量使用铸造铜合金。现代乐器，如长笛使用白钢制成，萨克斯管用的是黄铜材料。各种精美的艺术品，价廉物美的镀金以及仿金、仿银首饰也都需要使用各种成分的铜合金。 1996年建成的香港天坛大佛，使用锡、锌、铅青铜铸造拼接而成，高26米，重206吨。1997年建成的浙江普陀山南海观音大佛，高20米，重 70吨，是世界上第一座使用仿金材料建成的巨型铜像。嗣后在无锡落成了高88米的青铜释迹牟尼佛像。更高的佛像正在我国的海南岛和九华山以及日本印度等地筹建中。 ※ 钱币 自从人类祖先使用钱币进行交易以来，就用铜和铜合金来制造钱币，历代相传，沿袭至今。随着现代自动投币电话、乘车和购物等利民活动的发展，造币用钢量有增无减。 在铜币的应用中，除了变化尺寸以外，可以很方便地采用不同合金成分、改变合金色彩来制造和区分不同面值的货币。常用的有含2 5％镍的"银币"，含 2 0％锌和 1％锡的黄铜币以及含少量锡（3%）和锌（l.5%）的"铜"币。全世界每年生产铜币要消耗成千上万吨的铜。仅伦敦皇家造币厂一家，每年生产7亿个铜币，约需金属七千吨。 8．高科技上的应用 钢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，举例如下： ※ 中计算机 信息技术是高科技的前导。它依靠的是现代人类智慧的结晶 一 计算机 这个工具，对瞬息万变、浩如烟海的信息进行加工和处理。计算机的心脏由 微处理器（包含运算器和控制器）和存储器组成。这些基本部件（硬件）都 是大规模集成电路，在微小的芯片上分布着千万个相互连接的晶体管、电阻。 电容等元件，以进行快速的数值运算，逻辑运算和大量的信息储存。这些集 成电路的芯片要通过引线框架和印刷电路组装起来才能进行工作。从前面"电 子工业中的应用"一章中可以看到，铜和铜合金不但是引线框架、焊料和印 刷电路版中的重要材料；而且还能够在集成电路的微小元件互连中起重要作用。 ※ 超导和低温 一般材料（除半导体以外）的电阻随温度降低而减小，当温度降得很低时，某些材料的电阻会完全消失，这种现象称为超导性。出现超导性的这个最高温度称为该材料的超导临界温度。超导性的发现为电的利用打开了一个新大地。回为电阻为零，只要施加一个很小的电压就可以产生十分巨大（理论上是无限大）的电流，获得巨大的磁场和磁力；或者当电流通过它时，不发生电压的降低和电能的损耗。显然它的实际应用将会引起人类在生产和生活上的变革，很受人们的关注。 但是对通常的金属来说，只有当温度降低到十分接近绝对零度（OK=一 273 °C）时才出现超导性，在工程上很难实现。近年来已开发出一些超导合金，它们的临界温度比纯金属的高，例如，Nb3 Sn合金为18.1K。但是它们的应用一点也离不开铜。首先是这些合金要在超低温下工作，要通过气体的液化来获得低温，例如：液氦、液氢和液氮的液化温度分别为4K（一269℃）、20K（一253℃）和77K（一 196℃）。铜在这样低的温度下仍有良好的韧塑性，是低温工程中不可缺少的结构和管路输送材料。此外，Nb3 Sn、NbTi等超导合金很脆，难以加工成型材，需用钢做包套材料把它们结合起来。目前这些超导材料已用于制作强磁体，在医疗诊断的核磁共振仪以及某些矿山强力磁选机上得到了应用。正在筹划中的，时速超过500公里的磁浮列车，也要依靠这些超导材料磁体把列车悬浮起来，避免轮轨接触的阻力，而实现车厢的高速运行。 最近发现了一些临界温度更高的材料，称为"高温超导材料"，它们大多是复合氧化物。较早发现和比较著名的一种是含铅的铜基氧化物（ YB2 Cu3 O7），临界温度为90K，可以在液氮温度下工作。目前还没有获得临界温度在室温附近的材料；而且这些材料难于做成大块物体，它们能通过可保持超导性的电流密度也不够高。因此，目前还未能在强电的场合下应用，有待进一步研究开发。 ※ 航天技术 火箭、卫星和航天飞机中，除了微电子控制系统和仪器、仪表设备以外，许多关键性的部件也要用到铜和铜合金。例如：火箭发动机的燃烧室和推力室的内村，可以利用钢的优良导热性来进行冷却，以保持温度在允许的范围内。亚里安那5号火箭的燃烧室内村，用的是铜一银一结合金，在这个村简内加工出360个冷却通道，火箭发射时通入液态氢进行冷却。 此外，铜合金也是卫星结构中承载构件用的标准材料。卫星上的太阳翼板通常是由铜与其它几个元素的合金制成的。 ※ 高能物理 揭示物质结构之谜是科学家孜孜以求的重大基础课题。对这个问题的认识每深入一步，都会给人类带来重大的影响。当前原子能的利用就是一个例子。近代物理的最新研究业己发现，物质的最小构成单元不是分子和原子而是比它小亿倍的夸克和轻子。现在对这些基本粒子的研究往往要在比原子弹爆炸时的核作用高数百倍的极高反应能下进行，称为高能物理。这样高的能量是通过带电粒子在强磁场内，经过长距离加速，向固定的靶"轰击"而获得（高能加速器），或者两个相反方向加速运动的粒子流互相对撞而获得（对撞机）。为此，需要用钢作绕组构筑出长距离的强磁场通道。此外，在受控热核反应装置中也要有类似的结构。为了降低由于通过大电流的发热温升，这些磁通道由中空的异型铜棒绕成，以便通入介质进行冷却。 例如：著名的欧洲卢瑟福高能物理实验室中的质子同步加速器，它的水冷磁体由中空的铜管统成，共计使用约 300吨的铜挤压材。1984年我国建成的重粒子加速器，用去每根40米长、外矩内圆的管材共46吨。在此以后建成的正负电子对撞机中，应用这类铜管105吨。在我国研制的受控热核反应装置中，共有16个聚焦线圈。每个线圈用长度55米的铜条绕成。壳体用钢板焊接而成，其上焊有冷却水管。在该装置上共计用钢 50吨。 9．铜化合物的应用 铜的化合物，主要有：硫酸铜（五水、一水和无水）、醋酸铜、氧化铜和氧化亚铜、氯化铜和氯化亚铜、氯氧化铜、硝酸铜、氰化铜、脂肪酸铜、环烷酸铜等，在农牧业、工业和医疗卫生等各个领域都有广泛应用。其中应用最广的是硫酸铜，通常是五水硫酸铜（CuSO4·5H2O），由于呈兰色，俗称兰矾。它往往也是生产其它许多盐类的原料。 人类应用钢化合物的历史可以追溯到五千多年前，墓葬中发现古埃及人己使用硫酸铜做染色时的媒染剂（留色饰染剂），一直沿用至今。根据统计，目前世界上生产硫酸铜的厂子超过一百家，世界年消费量约2 0万吨，估计其中3／4用于农牧业，主要用作杀菌剂。 ※ 在农牧业中的应用 钢的化合物是消除病虫害的有效杀菌农药，可以控制所有霉菌或真菌引起的病害。除直接采用硫酸铜泡种子外，在果园和农田中经常使用的是一些铜盐混合液。最重要的有以法国著名葡萄产地命名的波尔多液（石灰硫酸铜液）和伯更狄液（苏打硫酸铜液），还有巴黎绿、菌杀特等。 业己报导，用铜杀菌剂可以防治百余种作物中经常发生的3 00多种病害。这些作物包括： -葡萄、柑桔、香蕉、苹果、梨、桃等各种多年生的果木； -咖啡、橡胶、棉花、甜菜等经济作物； -小麦、大米、玉米、大麦、燕麦等谷物； -豆类、西红柿、土豆和莴苣等。 ·铜是保持农作物和畜禽健康成长必须的微量营养素。通常，当农田土壤中的有效铜含量低于2ppmm(1ppmm为百分之一)时，农作物就要因缺铜而减产，严重时甚至颗粒不收，或者当牧场土壤中有效铜含量低于5ppmm时,牲畜就要患缺铜症。目前由于集约性的高产作业，在大量使用有化肥中不含铜或含铜量很低，引起土地瘠化，使缺铜日益成为当前世界上日益 关注的问题。为了纠正和防止缺铜，要及时用钢盐补充。可以直接加入或者和富含氮和磷的肥料一起加入；可以用来改良土壤长期起作用，或者每年喷洒在作物的幼苗上。对于畜禽，除改善牧场外，可以将铜盐掺入饲料中或采用其它办法直接注入有缺铜症状的牲畜体内。 ·硫酸钢还是猪和鸡的助长剂，可以提高它们的食欲和增进食物的转化。在饲料中拌人0.1％的硫酸铜，能够显著地促进猪和肉鸡的增重。 ·铜离子有强烈的消毒灭菌作用，可以防止一些常见牲畜疾病的流行。例如：水中少量铜（不足lppm）就能够消灭水中繁殖的给输、螺和蜗牛等软体动物，这些软体动物是血吸虫的寄主，因而可以防止热带和温带动物中容易出现的肝血吸虫病。还可以用硫酸铜来消毒栏圈，防止牛、羊烂脚，以及猪丹毒和牛痢疾的传播等。 此外，池塘、水田、水渠和河湖中令人讨厌的绿藻污染，可以加入铜盐来消除。 ·铜盐可以作为防霉保鲜剂，应用于谷物、水果和蔬菜的储藏。其中一个简便的办法，是用浸过铜盐的纸进行包装。 ※ 在工业上的应用 铜化合物在工业上的应用很广，几乎每一行业都或多或少地用到它，下面举一些例子。 ·硫酸铜是印染工艺中常用的媒染剂，以提高光泽的持久性和耐洗性，广泛应用于纺织和皮革业. ·铜的化合物有兰、绿、红、黑等彩色，可以用做玻璃、陶瓷、水泥、搪瓷的着色剂。它们也是某些染发剂的组成。在烟火中加入硝酸铜发绿光，等等。 ·添加钢化合物的油漆有抗海水生物污损的作用。 ·铜的一些有机化合物是有效的防腐剂，用于纸浆、木材、木制品和帆布等织物的防腐。 ·铜的某些化合物是橡胶、石油和人造纤维生产过程中的重要化学制剂，起催化、净化等作用。 ·硫酸铜电解液，用于镀铜、生产电解铜箔和铜的提纯等。 ·在采矿业中，以硫酸铜为活化剂，对铅、锌、铝和金等矿物进行浮选。 ※ 个在人体保健上的应用 ·铜是人体健康不可缺少的微量营养素，对于血液、中枢神经和免疫系统，头发、皮肤和骨骼组织以及脑子和肝、心等内脏的发育和功能有重要影响。铜主要从日常饮食中摄入。世界卫生组织建议，为了维持健康，成人每公斤体重每天应摄入0.03毫克铜。孕妇和婴幼儿应加倍。缺铜会弓I起各种疾病，可以服用含铜补剂和药丸来加以补充。 · 铜离子可以消毒杀菌、卫生防疫。例如：可以杀灭易于在水中滋生的大肠杆菌和痢疾等病菌，清除水中传播血吸虫病的蛞蝓和螺等软体动物，以及传播疟疾的蚊子幼虫等疾病携带体。它还可以应用在游泳池内，防止绿藻污染和通过地板传染足癣等等。 · 铜的化合物可以治疗某些疾病。己知佩带刺环可以治疗关节炎。在一些西方国家很早就用硫酸盐来医治肺病和精神失常；在一些非洲和亚洲国家则用来治疗溃疡和皮肤病。含铜药品目前正在不断开发中。 |
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铜和铜合金的应用
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铜的基本情况 1、 铜的自然属性 铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。 自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。自然铜及氧化铜的储量少，现在世界上80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的，这种矿石含铜量极低，一般在2--3%左右。 金属铜，元素符号Cu，原子量63.54，比重8.92,熔点1083Co。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色。铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率和电导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，具抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，形成的合金主要分成三类：黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金，白铜是铜钴镍合金。 铜冶金技术的发展经历了漫长的过程，但至今铜的冶炼仍以火法冶炼为主，其产量约占世界铜总产量的85%，现代湿法冶炼的技术正在逐步推广，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。 2、铜的主要用途 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。 铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大，占总消费量一半以上。用于各种电缆和导线，电机和变压器的绕阻，开关以及印刷线路板等。 在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。 在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。 在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等，每生产100万发子弹，需用铜13--14吨。 在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。 以下是各行业铜消费占铜总消费量的比例： 行业 铜消费量占总消费量的比例 电子(包括通讯) 48% 建筑 24% 一般工程 12% 交通 7% 其他 9% 3、 铜的生产和消费 世界铜矿资源主要分布在北美、拉丁美洲和中非三地，全世界已探明的储量共3.5亿万吨，其中智利占24%，美国占16.9%，独联体占10.15%，扎伊尔占7.39%，赞比亚占4.55%,秘鲁占3.41%，美洲占了世界储量的60%。 98年全世界年产铜约1360万吨，各主要生产国的产量分别为：美国245万吨，智利233万吨，日本128万吨，中国111万吨，德国69.5万吨，俄罗斯64万吨，加拿大56万吨。 世界铜的消费主要集中在发达工业国，根据97年的消费量，美国是世界上最大的铜消费国，一年消费277万吨，约占世界消费总量的1/5，其次是日本144万吨，德国105万吨，韩国62万吨，法国58万吨，意大利53万吨，英国41万吨。我国是铜的第四大消费国，97年消费102万吨。 我国铜生产地集中在华东地区，该地区铜生产量占全国总产量的51.84%,其中安徽、江西两省产量约占30％。铜的主要消费地则在华东和华南地区，二者消费量约占全国消费总量70％。 4、 铜适合作为期货交易品种的特征 1) 铜是重要的工业生产原料，属世界性大宗商品，用途广泛； 2) 铜易储存、易运输、不易变质，能满足期货交割的基本要求； 3) 铜规格等级易于划分，质量标准、包装标准易于统一，即易于制定标准化合约； 4) 铜市场价格波动大，铜的生产商、消费商、交易商等需要一个回避价格风险的场所。 铜作为一个期货交易品种由来已久，目前国外从事铜期货交易的主要有伦敦金属交易所(LME)和纽约商业交易所－商品纽约商品交易所(NYMEX--COMEX)。 国内上市铜期货合约的权威交易所是原上海金属交易所，成立于1992年5月28日，99年与上海商品交易所、上海粮油交易所合并为现在的上海期货交易所。上海金属交易所92年－－98年 共成交 手，合 亿元。 5、标准合约 6、注册牌号清单及升贴水标准 7、指定交割仓库 8、指定质检机构 上海商检局化矿金属检验所、中国有色金属工业华东质检中心和中国有色金属工业 华南质检中心。 铜可以杀灭0157大肠杆菌 一项最新的研究表明导致疾病的0157大肠杆菌与铜的表面接触时，数小时内即被杀死。该项研究是由国际铜业协会委托设在英国威尔特郡(Wiltshire,U.K.)的应用微生物学研究中心(CAMR)完成的。这种病菌可引起溶血性结肠炎，严重的肾病，如溶血性尿毒症及死亡。 国际铜业协会负责健康和环境研究的副总裁克里斯托弗·李（Christopher Lee)博士称，这些发现是令人振奋的，因为它意味着可以用一种方便而有效的方法在世界上抑制这类通过食品和水来传播的疾病的发生，成千上万的细菌性胃肠疾病及其导致的死亡将可以得到避免。 该项研究还对比了这种病菌在铜、不锈钢及塑料管材表面生物膜的存活率。当铜表面接种0157大肠杆菌时可以发现其迅速死亡，室温在摄氏20度时4小时之内；在摄氏4度时14小时之内全部死亡。相反，在不锈钢材料上，在上述两种温度条件下可存活数月。 研究还发现，除了可以减少0157大肠杆菌的危险外，在家庭及公共建筑中增加铜管的使用还可有助于减轻突发水生病原体的传播，如岛型结核分枝杆菌及幽门螺旋菌，现已确认这些病菌是导致发病率及死亡率增加的原因。 铜的颜色和铜绿 非发光物体的颜色，是物体反射光在正常人眼里引起的色觉。根据色度学原理，颜色是由红、绿、兰三种原色中两种或三种匹配而成，而白光则由各占三分之一原色光混合而成。物体的颜色与确定的光波长相对应，而物体反射何种波长的光是由物体结构、相的组成、表面状况所决定。众所周知，铜是少数有颜色的金属之一,纯铜在约700毫微米波长有较高的反射率而呈现橙红。铜极易与其它元素形成合金，不同的合金，不同的元素含量又具有不同的色泽。铜与锌的合金称为黄铜，随着锌含量的增加，黄铜颜色由红变为金黄。铜与铝、锡等元素形成的合金称为青铜，其颜色为黄带绿色泽。铜与镍形成的合金称为白铜，含镍30%的合金是著名的耐蚀白铜,含有锌和镍的锌白铜具有美丽的银白色。各种元素在铜中含量由少变多的时候，其合金颜色沿红黄青白方向变化。 铜及合金具有丰富的色泽，铜的化合物也具有不同的颜色。铜具有高的正电位，铜不能置换氢，因此在空气、水溶液、非氧化性酸、有机酸和非氧化性有机化合物介质中均有良好的耐蚀性，特别是在流动的淡水和海水中具有优良的耐蚀性能。铜易被氧化，在室温下铜的氧化能够缓慢的进行，生成氧化亚铜Cu O，呈玫瑰红的颜色。氧化亚铜呈极薄的一层，极其牢固地附着在铜的表面，不易剥离。这层薄膜具有很强的保护作用，破坏后可以迅速再生。这是铜及合金具有优良耐蚀性能的原因之一。当温度高于250 C时，铜迅速被氧化,生成氧化铜CuO，呈黑色,它很容易使用酸洗办法除去。铜制器长期暴露在空气中，由于大气含有CO 、H O、SO 、H S等，铜的氧化物就会变成复盐，主要是碱式碳酸铜CuCO ·Cu(OH) 和碱式硫酸铜 CuSO ·3Cu(OH) 。这两种复盐呈兰绿色。这种薄膜防止金属继续氧化腐蚀，起到良好的保护作用。铜制器长期暴露在大气下，其表面颜色经历了红色 红绿色 棕色 兰绿色的变化过程，大约10年之后，其表面就会被众所周知的铜绿所覆盖。铜绿的主要成分为碱式碳酸铜，具有保护作用。这一点不但有金属腐蚀保护理论为依据，也为千百年实践所证明。在出土的大量铜制器中，均为铜绿所覆盖，制器早已锈迹斑斑，有些已经变成氧化物而灰飞烟灭了。因此，室外铜工艺品、铜导线、铜管路、食品储藏装置等往往不需要予以专门的保护。铜绿不但对铜制品具有保护作用，而且具有美丽的颜色。铜绿的形成方法已经成为一种人工的技术。 铜及其化合物不象某些其它的金属，如铅和汞那样对人体有毒害作用。铜壶、铜锅和铜制盛水容器等已经用了几千年了。至今尚未发现从事与铜或铜化合物有关工作的人染有与铜有关的职业病。相反，时常可以听说这些人看起来更健康而且不易患感冒和一些其它的疾病。铜不但是动物和植物所必须的微量元素，而且在铜制品表面各种微生物和细菌不易存活。特别是在海洋条件下，海洋生物不能附着。因此，铜对人类，对环境是非常有利的。这种特殊功能已经广泛的被应用。资料表明,用90-10白铜包覆的船只由于防止海生物生长，船速可以提高，同时可以省去涂层，简化维修工作量，具有十分广阔的发展前景。由于铜及合金具有良好的加工性能，传热性能，再生性，在热交换器，空调器中得到了广泛应用。特别是在建筑行业中，铜水管比镀锌钢管更具有突出的优点。在发达国家和地区，民用建筑，热水容器，自来水管，煤气管，暖气和下水道等广泛使用了铜及其合金。英国每个住宅平均用铜量为100-200公斤。日本学者对水道用铜管进行了长期调查证明：铜水管具有优秀的耐蚀性和无毒性能，在未来的人民生活中极具应用前景。 铜与环境 1、 铜--绿色面孔的红色金属 铜，具有绿色面孔的红色金属，无论是作为具有广泛应用性的材料还是作为对人类自身健康有很大影响的的微量元素，铜都是人类生存不可缺少的。所有生物都需要铜，铜作为地壳中的一种自然元素，已经通过自然界的迁移转化而结合到生物的机体和组织之中。没有铜，地球上的大部分生物将不能生存。 2、 铜--地球中蕴藏丰富的金属 铜是一种在地壳不同深度都能找到的金属。在地表面和岩石层中、在淡水和海水以及在动物体中，都能找到铜。自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在，铜矿物与其他矿物聚分成铜矿石。1997年，世界上已探明陆地上的铜金属储量约为3.1亿吨，主要分布在南美、北美、东欧、非洲、亚洲及大洋州等。 3、 铜--可以百分之百回收利用的金属 在人类使用铜大约一万年的过程中，一直在利用其可回收的优点。据最新数据，全世界每年所用1500万吨铜中，38%是由用过的铜再生得到的。如果从长寿命的铜产品如电线电缆、屋顶和管道来看，铜可回收利用的价值就更加明显。电线电缆和铜水管一般能持续使用数十年；建筑用铜，如包层和屋顶则可以持续一百多年。铜制汽车散热器是再生铜的另一个主要来源。 尽管铜可以无限地多次使用，但世界对铜的需求不能只靠再生铜来满足，必须不断开采新铜来补充对铜的日益需求。 4、 铜--人类和自然界生物不可缺少的微量元素 铜是人类健康和动植物生长不可缺少的微量元素。据世界卫生组织调查，缺铜是影响世界各地人们健康的一个共同问题。当然，如果铜超量，也会造成危害。调查证实，因铜不足造成的对人体健康的危害要比铜过量严重得多。已经发现，在发达国家人们从食物中摄取的铜量仍不能满足人体的需要，存在缺铜较多的高危人群。 全世界土壤中都有铜，但含量不同。农业用地和家畜养殖用地的许多土壤中铜含量不足，这是困扰农业的一个难题。同人类一样，植物和动物的健康生长和发育也都依赖于吸收足够的铜。铜缺乏一直是全球食物生产中的一个主要问题，导致了农作物和畜产品大量的浪费。全世界两种最重要的食用作物--稻谷和小麦都需要土壤中有充足的铜，其他一些重要食物，如柑橘、燕麦、菠菜、胡萝卜等也都一样。在家畜中，牛和羊一般也表现出缺铜。牛缺铜，出现"眼镜病"，羊缺铜导致"摇摆"病。为了治愈羊的这种病，世界各地，特别是欧洲、北美和许多热带国家的农业花费了大量资金。对于猪，铜则是其迅速生长的催生剂。 近年，由于在农业上采用先进技术，施加大量的氮、磷等肥料，在产量显著增加的同时，过量地消耗了土壤中的有效铜。如果得不到及时补充，不但使原来的贫铜现象恶化，而且使原来可以充分供应铜的土壤也变成贫铜土壤。改变铜缺乏最有效的措施是进行土壤改良。为此，将含铜充足的污泥加入缺铜的土壤中是最有效的方法。要防止环境污染，对土地进行综合治理是非常必要的。 5、 铜--环境中的浓度处于安全界限之内 我们在长期的生活中会注意到这样一个事实：铜在环境中的浓度一直处于安全界限之内。铜使用从未，也不会造成严重的后果。只要人类在使用铜时，采取精心的管理措施，就会保证铜在环境中的浓度维系在安全界限之内。 长期以来，铜向人类显示了它友善的绿色面孔，人类应最大限度和充分合理地使用铜，使其发挥最大的能量 |
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铜和铜合金的应用
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铜与人体健康 人的健康离不开铜 铜是人体健康不能缺少的为数不多的几种金属元素之一。这些元素和氨基酸、脂肪酸以及维生素都是人体的新陈代谢过程所必须的。值得注意的是，人体本身不能生成铜，因而人类的膳食必须提供足够的铜以保证正常的铜摄入量。 人体内有多少铜？ 成年人体内的铜含量大约在每公斤体重1.4－2.1毫克之间。因此，一个60公斤体重的健康人的体内应含有0.1 克左右的铜。这一数量虽小，但它对于维持人体的健康却是至关重要和不可缺少的。 铜在人体内的功能是什么？ 人体内的铜与某些蛋白质结合生成酶，这些酶作为催化剂帮助实现一系列的人体功能。有的酶提供体内生化反应所需要的能量，有的酶则参与皮肤色素的生成转换。另外的酶能帮助形成胶原蛋白和弹性蛋白之间的交联，从而保持或修补细胞组织间的联接。这一点对于心脏和动脉血管来说尤为重要。研究结果认为，缺铜是导致引发冠状动脉心脏病的一个重要因素。 我们获得足够的铜了吗？ 直至不久以前，普遍的看法仍然是绝大多数人能够获得适量的铜。但是，最新的研究表明实际的情况并非这样。例如，曾在英国和美国对许多典型的餐饮食谱的金属含量进行了分析。根据调查研究的结果，只有25％的美国居民日常摄入的铜量达到了美国国家科学院食品和营养委员会认为合适的水平。典型的美国日常食谱往往只能提供这一水平的一半，而许多工业化国家的餐饮食谱仅及这一推荐标准的40％。在英国，现行的铜摄入量推荐值为0.4毫克/ 日（1－3岁的婴幼儿）到1.2毫克/日（成年人）。此外，最新的研究还认为含铜量小于1毫克/日的配餐营养结构对成年人是不适宜的。 人体内铜过多好吗？ 世界卫生组织（WHO）和粮农管理委员会倾向的推荐标准为成年男子的平均铜摄入量不超过12毫克/日,成年女子的平均铜摄入量不超过10毫克/日。这一标准的提出是基于对一个特定人口群中的一组人员的研究。上述数值被认为是适合于所有人员的摄入量，生化数据表明人群的反应最轻微。印度儿童慢性肝间质炎病患者或某些遗传疾病如威尔森氏病患者体内的铜保留量过多是由于肝功能损坏导致的，常常会产生致命的后果。急性铜中毒的症状表现为恶心、呕吐、腹部和肌肉疼痛。体内过量的铜可以采用特制的蛰合剂或者服用大剂量的锌予以排除。 哪些食品含有较多的铜？ 许多食品含有丰富的铜。这些食品包括果核（特别是巴西果和腰果）、种子（特别是葵花籽）、鹰嘴豆、肝脏以及牡蛎等。普通食品如麦片、肉类和鱼类一般都含有铜。只要膳食营养均衡即可提供人们日常所需铜摄入量的50％。对于英国居民来说，他们还从饮水中得到铜的补充，这是由于饮水管为铜管而微量的铜直接进入水中的缘故。不过，对于多数地区而言，饮水中的铜含量还不足以充分提供人体日常所需铜的摄入量。还要特别指出的是，许多饮用水过滤器声称可以滤掉金属元素包括人体不可缺少的基本元素－铜。这并不见得完全是件好事。 铜在医药方面的应用 铜作为一种医药已经有几千年的历史，其应用包括用于医治胸创伤和净化饮水。近些年来的研究指出，铜可以有效地帮助抑制关节炎一类疾病的发炎。用于抗溃疡和消炎的含铜药物的研制正在进行，它们可应用在放射医学以及治疗抽筋和癫痫。目前尚没有充分的流行病学证据说明铜可以预防关节炎，但是许多临床试验证明使用铜镯的确能够缓解关节炎病情。 铜有毒性吗？ 如果人不小心喝了硝酸铜或硫酸铜溶液是会中毒的。因此，这些溶液在放置时应该加以注意。除此之外，铜极少会产生麻烦。这些溶液以及铜的有机盐均属于呕吐剂，偶尔误服了大剂量通常会被呕吐出来。人体内铜量过多而引起慢性中毒的病例极少，仅有的几个例子是由于肝部疾病导致的体内铜的保留量过多。健康人的肝脏排泄铜的能量极强，由于这个缘故，目前尚没有关于铜慢性铜中毒的病例报道。 铜与人体健康 铜是人体健康不可缺少的特殊的微量元素之一。为了保证某些正常的人体功能，人们的日常膳食结构必须提供足够的铜。动植物正常发育生长也需要获得一定量的铜，这对于人类通过食物链来获取铜是非常有利的。铜存在于多种食品中，一般说来科学合理的膳食能够提供人们日常所必须的铜而无需要额外的补充。不过应当指出，饮食结构的变化，例如有的人因医疗原因而限制某些食品时，有可能导致铜的摄入量不足。 铜矿的种类及分布 世界铜成矿类型多样, 按其地质--- 工业类型可分为： (1) 斑岩型,(2)砂页岩型,(3)铜镍硫化物型,(4)黄铁矿型 (5) 铜- 铀- 金型,(6)自然铜型,(7)脉型(8) 碳酸岩型,(9)矽卡岩型 [斑岩型] 班岩型铜矿是一种储量大品位低可用大规模机械化露采的铜矿床矿石储量往往达几亿吨铜品位常常小于1%, 据世界上103 个斑岩型矿床统计单个矿床矿石量平均可达5.5 亿吨, 铜品位0.6%, 它是世界上重要的铜矿工业类型之一。 [分布] 已知的斑岩铜矿多分布在  1)环太平洋带, 包括南。 北美洲大陆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。[砂页岩型]砂页岩型铜矿是泛指不同时代沉积岩中的层控铜矿, 矿床产在一套沉积岩或沉积变质岩中, 它是世界上铜矿主要工业类型之一, 占世界铜储量30% 左右, 矿床以其规模大, 品位高, 伴生组分丰富为特点, 因而其经济价值巨大。 [分布] 该类矿床在世界上分布很广, 除上述铜带外, 还有原苏联乌多坎, 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, 以及玻利维亚的科多铜带等, 近年在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均属于此型。 [黄铁矿型铜矿] 黄铁矿型铜矿是指与海底火山作用有一定联系的含大量黄铁矿和一定数量铜、 铅、锌的矿床, 西方多称该类矿床为" 块状硫化物矿床". 目前世界上至少发现了420 个这种类型的矿床、 加拿大、 美国、 原苏联、 西班牙、葡萄牙、 塞浦路斯、 南非和日本等都是该类矿床的重要产地。 [块状硫化物矿] 这种现代矿床是1978年在北纬21度附近的东太平洋脊上首次发现的, 虽然铜锌品位很高( 铜6%, 锌29%), 但脊上发现了一个长970 米, 宽200 米, 高35米, 拥有2500万吨矿量的多金属块状硫化物矿床, 第一次达到了具工业矿床的要求, 其矿石含铜最高为11%,含锌0.8%, 还含少量的银(PPM),钼(0.03%) 和锡(0.03%)。 [分布] 1982美国又继续在北纬13度的海域进行调查, 又发现了好几个矿床, 最近在加拿大温哥华岛附近海域的埃克斯普劳勒中脊1%, 但在原苏联这种类型却是头等重要的, 占其铜总储量的30.6%,这种类型的重要矿床有: 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,"十月",澳大利亚的卡姆巴尔德杂岩, 芬兰的哥达拉赫带, 当然还有我国金川白家咀子的特大型。 [其它类型] 除上述几类外, 还有脉型、 自然铜型, 碳酸岩型矽卡岩型等, 它们总共才占世界铜总储量的3.6%, 但是对不同的国家来说, 这些类型也许是重要的, 如矽卡岩型对我国来说就是一个非常重要的工业类型, 占我国铜总储量的28%,所以, 各国均应根据本国的具体地质环境, 寻找最具经济价值的优质矿床, 也就是品位高, 规模大, 形状合适, 矿带边界明显。 矿石易处理和含有价值的副产品的矿床, 以保证获得高利润和可以长期生产, 这些因素中最生要4 的是要有高品位, 这种高品位铜矿床最可能来源将是火山成因的黄铁矿型铜矿, 层状矿床, 以及某些矽卡岩矿床等。 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, 巴基斯坦和我国西藏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 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年由于亚州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。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。 |
5楼2007-01-16 21:24:07
wsgsm
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7楼2007-02-21 17:05:15
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8楼2007-02-25 19:36:38
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9楼2007-03-14 00:17:50
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