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銅和銅合金的性能與應用

銅和銅合金的性能與應用

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

一.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。金屬銅全天极速赛车计划,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,例如其熱導率都很高,化學穩定性強,抗張強度大,易熔接,且抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細的銅絲,制成很薄的銅箔。
銅能與鋅、錫、鉛全天极速赛车计划、錳全天极速赛车计划、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬形成合金全天极速赛车计划,形成的合金主要分成三類:黃銅是銅鋅合金,青銅是銅錫合金全天极速赛车计划,白銅是銅鈷鎳合金。
純銅是一種堅韌、柔軟、富有延展性的紫紅色而有光澤的金屬,1克的銅可以拉成3000米長的細絲,或壓成10多平方米幾乎透明的銅箔。純銅的導電性和導熱性很高,僅次于銀,但比銀要便宜得多。
銅的顏色很像金,但發紅,銅離子的顏色為藍色。有劇毒,不過,用特定加工法加工的銅沒有毒。
銅在干燥空氣中安定,可保持金屬光澤全天极速赛车计划。但在潮濕空氣中,表面會生成一層銅綠(堿式碳酸銅),保護內層的銅不再被氧化。

二.銅的冶煉
含銅的礦物比較多見,大多具有鮮艷而引人注目的顏色全天极速赛车计划,例如:金黃色的黃銅礦CuFeS2,鮮綠色的孔雀石CuCO3Cu(OH)2,深藍色的石青2CuCO3Cu(OH)2,赤銅礦Cu2O,輝銅礦Cu2S等,把這些礦石在空氣中焙燒后形成氧化銅CuO,再用碳還原,就得到金屬銅。另外,斑銅礦也是很常見的銅礦石。
從銅礦中開采出來的銅礦石,經過選礦成為含銅品位較高的銅精礦或者說是銅礦砂全天极速赛车计划,銅精礦需要經過冶煉提成,才能成為精銅及銅制品。

  1. 銅礦石的加工
    工業上使用的銅有電解銅(含銅99.9%~99.95%)和精銅(含銅99.0%~99.7%)兩種。前者用于電器工業上,用于制造特種合金、金屬絲及電線。后者用于制造其他合金、銅管、銅板、軸等。
    • 銅礦石的分類及屬性:
      煉銅的原料是銅礦石。銅礦石可分為三類:
      ·硫化礦-----如黃銅礦(CuFeS2)、斑銅礦(Cu5FeS4)和輝銅礦(Cu2S)等。
      ·氧化礦-----如赤銅礦(Cu2O)全天极速赛车计划、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、藍銅礦[2CuCO3Cu(OH)2]全天极速赛车计划、硅孔雀石(CuSiO32H2O)等。
      ·自然銅-----銅礦石中銅的含量在1%左右(0.5%~3%)的便有開采價值,因為采用浮選法可以把礦石中一部分脈石等雜質除去,而得到含銅量較高(8%~35%)的精礦砂.
    • 銅礦石的冶煉過程:
      從銅礦石冶煉銅的過程比較復雜。以黃銅礦為例,首先把精礦砂全天极速赛车计划、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。于是礦石中一部分硫成為SO2(用于制硫酸),大部分的砷、銻等雜質成為AS2O3全天极速赛车计划、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↑全天极速赛车计划。Cu2S跟剩余的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)全天极速赛车计划,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,借以除去一部分雜質。然后把冰銅移入轉爐中,加入熔劑(石英砂)后鼓入空氣進行吹煉(1100~1300℃)。由于鐵比銅對氧有較大的親和力全天极速赛车计划,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,而后Cu2S才轉變為Cu2O,Cu2O跟Cu2S反應生成粗銅(含銅量約為98.5%)。2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2↑,再把粗銅移入反射爐,加入熔劑(石英砂),通入空氣全天极速赛车计划全天极速赛车计划,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后,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%。
    • 銅的冶煉工藝
      銅治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。 火法冶煉與濕法冶煉(SX-EX)全天极速赛车计划全天极速赛车计划。
      • 火法煉銅:
        通過熔融冶煉和電解精火煉生產出陰極銅,也即電解銅,一般適于高品位的硫化銅礦?;鸱ㄒ睙捯话闶窍葘⒑~百分之幾或千分之幾的原礦石,通過選礦提高到20-30%全天极速赛车计划,作為銅精礦,在密閉鼓風爐、反射爐、電爐或閃速爐進行造锍熔煉,產出的熔锍(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%,但因礦石中的硫在造锍和吹煉兩階段作為二氧化硫廢氣排出,不易回收全天极速赛车计划,易造成污染全天极速赛车计划。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。
        除了銅精礦之外,廢銅做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(舊馬達全天极速赛车计划、電路板);由廢銅和其他類似材料生產出的銅,也稱為再生銅。
      • 濕法煉銅:
        一船適于低品位的氧化銅,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?。姺e,細菌浸出等法,適于低品位復雜礦、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。
      • 火法和濕法兩種工藝的特點 比較火法和濕法兩種銅的生產工藝,有如下特點:
        (1)后者的冶煉設備更簡單,但雜質含量較高,是前者的有益補充。
        (2)后者有局限性,受制于礦石的品位及類型。
        (3)前者的成本要比后者高。
      • 可見全天极速赛车计划,濕法冶煉技術具有相當大的優越性,但其適用范圍卻有局限性,并不是所有銅礦的冶煉都可采用該種工藝。不過通過技術改良,這幾年已經有越來越多的國家全天极速赛车计划,包括美國全天极速赛车计划、智利、加拿大、澳大利亞、墨西哥及秘魯等,將該工藝應用于更多的銅礦冶煉上。濕法冶煉技術的提高及應用的推廣,降低了銅的生產成本,提高了銅礦產能,短期內增加了社會資源供給,造成社會總供給的相對過剩,對價格有拉動作用全天极速赛车计划。

        三.銅的生產和消費

        1. 銅資源分布:
          世界銅礦資源主要分布在北美、拉丁美洲和中非三地,目前全世界已探明的儲量共3.5億萬噸,其中智利占24%,美國占16.9%,獨聯體占10.15%,扎伊爾占7.39%,贊比亞占4.55%,秘魯占3.41%,美洲占了世界儲量的60%。 我國銅生產地集中在華東地區,該地區銅生產量占全國總產量的51.84%,其中安徽、江西兩省產量約占30%。銅的主要消費地則在華東和華南地區全天极速赛车计划,二者消費量約占全國消費總量70%。
        2. 銅的主要用途:
          銅是一種紅色金屬,同時也是一種綠色金屬。說它是綠色金屬,主要是因為它耐用全天极速赛车计划,容易再溶化全天极速赛车计划、再冶煉,因而回收利用相當地便宜。
          在二十世紀60年代, 銅最大的使用市場是電器和電子市場全天极速赛车计划,約占總數的28%。1997年,這兩個市場成為銅消耗的第二大終端用戶,擁有25%的股份。在許多電器產品中,(例如:電線、母線、變壓器繞組全天极速赛车计划、重型馬達、電話線和電話電纜)銅的使用壽命都相當地長,只有經過20到50年以后全天极速赛车计划,里面的銅才可以進行回收利用。其他含銅的電器和電子產品(比如:小型電器和消費電子產品)使用壽命則比較短,一般是5-10年全天极速赛车计划。商業性電子產品和大型電器產品通常要回收的,因為它們除含有銅以外,還有其他珍貴的金屬。盡管如此,小型的電子消費產品的回收率還是相當低的全天极速赛车计划,因為它們里面幾乎沒有多少銅元素。
          隨著電子領域科學技術的快速發展,一些陳舊的含銅產品越來越過時了。比如,在二十世紀80年代,電話轉換站和中央營業所是銅和銅合金碎屑的主要來源,但是數字轉換的出現使得這些笨重的、金屬密集的東西變得越來越過時了。
          交通設備是銅的第三大市場,約占總數的13%,與二十世紀60年代基本相同。盡管交通的重要性沒有改變,但是銅的使用形式卻發生了很大的變化。許多年來全天极速赛车计划,自動散熱器是這方面最重要的終端用戶全天极速赛车计划;然而,銅在自動電器和電子產品中的使用飛速增長,而在熱交換器市場中的使用則有所下降。小轎車的平均使用壽命是10-15年,幾乎所有的銅(包括散熱器和配線)都是在它的整體拆卸和回收前來進行回收的。
          工業機器和設備是另外一個主要的應用市場,在當中銅往往有比較長的使用壽命。然而,銅在這一市場中的使用并沒有增長,現在只占總使用量的12%,而60年代則是21%。消費產品和一般性產品的相對重要性也從60年代的13%降到70年代的9%。硬幣和軍火是這方面主要的終端用戶。子彈很少回收,一些硬幣可以熔化,而還有許多則由收藏者或儲蓄者保存全天极速赛车计划,不可以進行回收。
        3. 銅資源的回收
          銅是相當耐用的。它具有導電性,通常不會隨著時間的推移而腐蝕或惡化。因而銅經常用于生產使用壽命比較長的產品。1997年建筑業對銅的消耗量大約占全美國銅消耗量的42%,比1960年增長22%∪旒偃导苹現在家中對銅的使用也比過去50年或100年前明顯增多了。
          一個建筑的基礎設施可以擴大或現代化,但是家居或辦公室中的銅線、銅管和黃銅配件則幾乎不需要替換。因為銅的使用壽命比較長全天极速赛车计划全天极速赛车计划,并且家居中所包含的銅要比現在建筑結構中所包含的要少,所以建筑和建設行業里只有少量的銅碎屑。
          對于建筑銅線全天极速赛车计划、銅管和銅配件來說, 舊銅屑的回收率(即舊銅屑的消耗量與銅的消耗總量的比值)與鋼、鋁和塑料相比是比較低的。其原因是包裝產品(都是鋼全天极速赛车计划、鋁和塑料的主要終端用戶)只有長達幾星期的周期,可以在一年內回收好幾次。但是從另一個角度講,銅制產品一般使用壽命比較長。這就影響了用來回收的銅屑的供應量。
        4. 附:美國市場銅回收狀況
          銅和銅合金回收起來很容易。1997年,從美國加工的碎屑中回收了145萬噸銅,也就在同一年美國還出口了379,000噸的銅和銅合金。美國從國內礦藏和國外原料中所提取的初級精銅總量20噸。大約2/3的含銅碎屑都是新碎屑,而1/3是舊碎屑全天极速赛车计划。
          美國擁有發達的基礎設施,可以將銅屑提供給熔煉廠、冶煉廠、軋銅廠、鑄造廠、鑄錠廠和其他地方。這些加工廠需要銅屑來進行加工或是為了節約成本。1997年大約19%的銅是用熔爐加工的。在美國熔煉的銅大部分來自與采礦作業相聯系的初級冶煉廠。這些工廠中的大部分并不使用銅屑,盡管有一些會使用少量的銅屑來控制轉換器中熔化銅的溫度。在美國,有兩個中級冶煉廠,在Illinois州的Chemetco 廠和在喬治州的南方電力設備廠,這個廠主要加工銅屑。這些廠的原料都是沒有雜質的舊銅屑全天极速赛车计划,在進行回收之前全天极速赛车计划,這些舊銅屑必須得升級。
          美國的大部分初級精煉廠都依賴初級冶煉廠的泡銅和正電極作為它們主要的原料供應來源。不過,還是有一小部分精煉廠加工高級的一號銅屑或收購銅屑中的泡銅或正電極。一般來說,用火冶煉的鑄塊或是從二級原料中獲得的負電極并不是可以用于任何地方。這些原料的大部分都用在軋銅廠。二次陰極可能不適合用于細線的生產,所以它最初只是用于往宅線的生產。一些二次陰極還與來自初級冶煉廠的陰極混合,用于其他電線和電纜的生產中。
          南方電纜廠利用高級銅屑來生產陰極,這種陰極與購買的負電極一同用于電線和電纜的生產中。Warrenton精煉廠是另一個銅屑加工廠,它主要生產火法精煉的鑄塊。Reading工業和Cerro銅業經營管理為制管廠提供原料的銅屑加工廠。加拿大的Noranda和Asarco在它們的初級冶煉廠中都使用高級銅屑。美國的精煉廠加工的銅屑占全美回收銅的10%左右。
          軋銅廠是美國最大的銅屑消費者,約占全美銅屑消費總量的50%以上。這些軋銅廠既使用銅屑,也使用合金銅屑。這些原料必須是高級的,因為它只是要再冶煉一次,并不進行任何精煉。其中的許多銅屑都是新的。比如,在合金棒磨機廠所使用的銅屑很大一部分是來自消費者的回爐廢銅?;貭t廢銅也是條銅和片銅生產商的一個主要原料供應源,但是制管廠都是用買來的銅,而不是上稅的銅。碎屑中平均約含有56%全美軋銅廠所需原料。鑄錠生產廠和鑄造廠都依靠碎屑來獲得銅,在1997年,銅屑占他們銅需求量的93%。生產鑄造產品對這種原料的要求一般來說沒有生產包金鉑產品或繪制產品的要求苛刻全天极速赛车计划,因此鑄塊生產商和鑄造廠就可以用低級的銅和銅合金碎屑來進行生產。
          銅有很高的內在價值,它使銅的回收變得相當地經濟。碎屑收藏者、交易者全天极速赛车计划、加工者和消費者所需要的基本設施都沒有得到市政府的支持,也沒有任何報酬項目全天极速赛车计划。
          當軋銅廠將銅屑從消費者那兒回收來的時候全天极速赛车计划,這些銅屑的價格只是銅屑中金屬價格的90%。例如全天极速赛车计划,當銅棒磨廠調整它們的價格時,他們就會規定一個“黃銅棒金屬價值銷售價”和一個“向消費者回收的回收價” 在美國的期貨市場上,銅屑的售價一般要比Comex 交易市場上規定的銅價略低一些。
        5. 四.影響銅價格的因素

          • 國際經濟形勢。商品市場與經濟形勢的相關之處是顯而易見的,尤其是當今世界經濟日趨全球化,商品市場與經濟有著更多的關聯性,因此銅的價格與經濟形勢密切相關。銅的消費主要集中在發達工業國家,這些國家如美國、日本、西歐等國的經濟狀況對銅價影響更大全天极速赛车计划,一般來說,經濟形勢好,銅的需求增加,價格上升,反之則下降。
          • 生產國的生產狀況。智利是銅資源最豐富和世界最大的銅出口國,非洲中部的贊比亞和扎伊爾也是重要的產銅國,它們生產的銅幾乎全部用于出口,它們的生產狀況對國際銅市場影響很大。這三個國家的政治局勢一直不太穩定,勞資糾紛也時常爆發,這對銅價也產生直接影響。
          • 季節性影響。銅價的季節性波動較明顯,每年的一月份為低谷,八月份創高價。
          • 產業政策的影響。由于銅主要用在電氣、電子、建筑、機械及運輸業,所以國家對這些行業的產業政策對銅價有著更重要影響。
          • 替代品的價格。在電訊工業中,銅一直是重要原料,但由于光導纖維技術的推廣與應用全天极速赛车计划,對銅的地位提出挑戰全天极速赛车计划,同時,鋁等金屬材料與銅有著同等屬性,在大部分使用領域中也代替了銅。
          • 庫存量的影響。庫存量是影響銅價的重要因素之一。企業在不同的市場情況下,會采取不同的措施增加或減少庫存。以保證生產所需原料或加快資金流轉全天极速赛车计划,政府在不同時期也會利用吞吐儲備來穩定銅市。
          • 其它政策、法規的影響。由于銅市場是一個國際性市場,國際貿易量很大,所以增加有關國家的進出口政策、匯率體系、打擊走私的力度等方面因素的變化,對銅價也會產生影響 。

            五.國內銅價格趨勢的特點
            國內自1993年3月11日正式推出銅期貨交易全天极速赛车计划,是國內比較規范,比較成熟的交易品種之一,其價格已成為國內銅現貨交易的重要指導價格,縱觀幾年來的走勢,國內銅期貨價格有以下一些特點:

            • 上海金屬交易所與倫敦金屬交易所(LME)兩個市場趨勢相同,彼此互為影響;
            • 上海金交所又有自己的技術特點,并沒有喪失其獨立性:
            • 相對其它品種,期銅價格振蕩相對較小很難發生大戶操縱市場,惡性逼倉等。

              六.銅及銅產品分類

              1. 按自然界中存在形態分類
                自然銅------銅含量在99%以上,但儲量極少;
                氧化銅礦-----為數也不多
                硫化銅礦-----含銅量極低,一般在2--3%左右,世界上80%以上的銅是從硫化銅礦精煉出來的。
              2. 按生產過程分類
                銅精礦----冶煉之前選出的含銅量較高的礦石。
                粗銅------銅精礦冶煉后的產品,含銅量在95-98%全天极速赛车计划。
                純銅------火煉或電解之后含量達99%以上的銅?;馃捒傻?9-99.9%的純銅,電解可以使銅的純度達到99.95-99.99%。
              3. 按主要合金成份分類
                • 黃銅-----銅鋅合金。黃銅的機械性能和耐磨性能都很好全天极速赛车计划,可用于制造精密儀器全天极速赛车计划、船舶的零件、槍炮的彈殼等。黃銅敲起來聲音好聽,因此鑼、鈸、鈴、號等樂器都是用黃銅制做的。銅與鋅、錫的合金,抗海水侵蝕,可用來制作船的零件、平衡器。
                • 青銅-----銅錫合金等(除了鋅鎳外,加入其他元素的合金均稱青銅) 。青銅一般具有較好的耐腐蝕性、耐磨性、鑄造性和優良的機械性能。用于制造精密軸承全天极速赛车计划、高壓軸承、船舶上抗海水腐蝕的機械零件以及各種板材、管材全天极速赛车计划、棒材等。青銅還有一個反常的特性——“熱縮冷脹”全天极速赛车计划,用來鑄造塑像全天极速赛车计划,冷卻后膨脹,可以使眉目更清楚全天极速赛车计划。銅與錫、磷的合金,堅硬,可制彈簧。
                • 白銅-----銅鈷鎳合金全天极速赛车计划。其色澤和銀一樣全天极速赛车计划,銀光閃閃,不易生銹全天极速赛车计划。常用于制造硬幣、電器、儀表和裝飾品全天极速赛车计划。
              4. 按產品形態分類:銅管、銅棒、銅線、銅板、銅帶、銅條、銅箔等。
 
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