登陆注册
29373400000011

第11章 工业的黄金——铜

经过漫长的石器时代之后,我们的祖先在劳动中最早发现并使用的金属就是铜。人们用石斧将其砍下来,用锤打的方法把它加工成物件。于是铜器挤进了石器的行列,并且逐渐取而代之,结束了人类历史上的新石器时代。人类也就是从这时起,开始用金属来制造自己必需的武器和生产工具。由于这一时期人类使用的武器和工具主要是用铜制造的,故而我们把这一时期叫做“铜器时代”。

据考古研究发现,古埃及人早在公元前就已认识铜了。我国劳动人民也早在4000年前就已开始使用铜,是世界上最早使用铜的国家之一。由于铜器比石器好用得多,而且损坏了可以再冶炼重新制造。因而,铜器的使用标志着人类发展上的一个重大进步。

我国在距今4000年前的夏朝已经开始使用红铜,即天然铜。它的特点是锻锤出来的。1957年和1959年两次在甘肃武威皇娘娘台的遗址发掘出铜器近20件,经分析,铜器中铜含量高达99.63%~99.87%,属于纯铜。

红铜之后,发展到使用铜锡合金的青铜。相比红铜青铜熔点低,硬度大,而且又比较耐腐蚀,因此得到广泛的应用。距今两三千年前的商、周时代,我国当时已有世界上规模很大、发达的青铜器制造业。当时已不止能制造小型的器物,还能制造大型的食具、酒器和武器。如著名的“司母戊”大方鼎,高137厘米,长110厘米,宽78厘米,重875千克,造于商代后期,是我国青铜时代杰出的代表作。

据研究,商代冶炼青铜的铜矿物主要是孔雀石。这是因为孔雀石是含铜的硫化矿物在地表氧化,然后与矿物发生化学反应而形成的,常呈美丽的绿色和翠绿色,十分引人注目,同时孔雀石的熔点比较低,容易从中炼出铜,因此利用的最早。

1933年,河南省安阳县殷墟发掘中,发现重达18.8千克的孔雀石、直径在1寸以上的木炭块、陶制炼铜用的将军盔以及重21.8千克的煤渣,说明3000多年前我国古代劳动人民从铜矿取得铜的过程。

但是,炼铜制成的物件太软,容易弯曲,并且很快就钝。接着人们发现把锡掺到铜里去制成铜锡合金——青铜。青铜器件的熔炼和制作比纯铜容易得多,比纯铜坚硬(假如把锡的硬度值定为5,那么铜的硬度就是30,而青铜的硬度则是100~150),历史上称这个时期为青铜时代。

我国战国时代的著作《周礼·考工记》总结了熔炼青铜的经验,讲述青铜铸造各种不同物件采用铜和锡的不同比例:“金有六齐(方剂)。六分其金(铜)而锡居一,谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐;三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢(箭)之齐;金锡半,谓之鉴(镜子)燧(利用镜子聚光取火)之齐。”这表明在3000多年前,我国劳动人民已经认识到,用途不同的青铜器所要求的性能不同,用以铸造青铜器的金属成分比例也应有所不同。

青铜由于坚硬,易熔,能很好地铸造成型,在空气中稳定,因而即使在青铜时代以后的铁器时代里,也没有丧失它的使用价值。例如在公元前约280年,欧洲爱琴海中罗得岛上罗得港口矗立的青铜太阳神,高达46米,手指高度超过成人。

我国古代劳动人民更最早利用天然铜的化合物进行湿法炼铜,这是湿法技术的起源,是世界化学史上的一项发明。

铜之所以最先被我们的祖先发现并使用,不外乎有这样几点原因:一是铜经常以自然铜状态出现。而自然铜不需冶炼就能使用,这对人类来说是很省事的;同时它的美丽的红色的灿烂的金属光泽很引人注目。二是即使不是自然铜,铜的一些氧化物也是比较容易冶炼的,而且冶炼的方法很容易发明。三是铜的硬度不大,便于加工。

西方传说,出产铜的地方是古代地中海的塞浦路斯岛是出产铜的地方,因而由此得到它的拉丁名称CUPRUM和它的元素符号Cu。英文中的COPPER,拉丁文中的CUIVRE、都源于此。

在自然界中,含铜的矿物约有170种,但现代工业用来冶炼的矿物仅12种。由于铜和硫是一对很好的朋友,常常形影不离地待在一起,因此,在自然界里,铜主要是呈硫化物产出。含铜矿物中最主要的是黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿三种,它们的含铜量通常在35%~80%之间。

这些形形色色的铜矿物的形成,最初均与岩浆活动有关。当岩浆侵入地壳中的时候,由于温度、压力的改变,其中的铜元素结晶形成含铜的矿床;如果岩浆侵入到石灰岩或白云岩中时,炽热的岩浆往往在与石灰岩、白云岩的接触地带发生化学反应(置换反应)而生成铜矿床;有时岩浆侵入其他岩石的裂隙、孔隙或空洞中时,岩浆中的铜元素在这些裂隙、孔隙或空洞中沉淀出来也可以形成铜矿床。此外,在火山爆发时,温度极高,压力很大的岩浆也侵入地壳或喷出地表的时候,也可以形成很大的铜矿床。和其他许多矿床的形成一样,原来铜矿床如果露在地表时,在外力的作用下,也可以形成沉积铜矿床。

铜有美丽的红棕色光泽,性柔软,用小刀也能刻动它,比重很大,比同体积的水约重8~9倍。它的展性和延性都很好,能压成很薄的铜片和抽成很细的铜丝。铜的导电性仅次于银,比其他任何金属都好。因而在电机机械、电力传输线、通讯电缆等的制造业中占有重要的地位,是实现电气化必需的物质基础。此外,铜还有很强的传热性和化学稳定性,在有机化学工业中有广泛的用途。如制糖工业的真空器、制酒用的蒸馏锅、酿造锅、冷藏器、加热器等都是用铜制造的。

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,原因是冲击时不迸出火花,可以防止火灾发生。

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)已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桨都用铝青铜或黄铜制造。大船的螺旋桨每支重20~25吨。“伊丽莎白皇后”号和“玛丽皇后”号航母的螺旋桨每支重达35吨。大船沉重的尾轴常用“海军上将”炮铜,舵和螺旋桨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。

以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,为防御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18000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。

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衬,可以利用铜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号火箭的燃烧室内衬,用的是铜—银结合金,在这个衬筒内加工出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他几个元素的合金制成的。

铜在地壳中的含量算不上很丰富,它只占地壳总重量的0.01%。就目前全世界铜的探明储量而言,约合金属铜3亿多吨,看来这项资源还是比较紧张的,不过由于每年都不断地发现许多新的铜矿,这又给我们增添了信心和希望。

在全世界来看,我国的铜矿资源还是比较丰富的。目前的探明储量已达5000多万吨,约占全世界总含量的13.15%,仅次于世界著名的产铜国智利、美国,居世界第三位。

新中国成立以来,由于广大地质勘探人员的辛勤劳动,在我国辽阔的大地上,发现了多处储量巨大的铜矿。例如江西的德兴,云南的东川,安徽的铜陵,湖北的大冶,甘肃的白银、金昌,西藏的昌都地区以及横断山区等地都是我国著名的铜矿基地。尤其是江西的德兴,已探明储量达900万吨,远景储量还可能进一步扩大,是世界少有的特大铜矿之一。此外,横断山区金属成矿带上,探明储量也不少,达700多万吨。西藏的昌都地区发现的特大铜矿,其探明储量也达600多万吨。所有这些铜矿床的发现和开发,对我国的电气化的实现将会做出重要的贡献。

同类推荐
  • 不可不知的万物简史

    不可不知的万物简史

    这是一部有关现代科学发展史的既通俗易懂又引人入胜的书,作者用清晰明了、幽默风趣的笔法,将宇宙大爆炸到人类文明发展进程中所发生的繁多妙趣横生的故事一一收入笔下。惊奇和感叹组成了本书,历历在目的天下万物组成了本书,益于人们了解大千世界的无穷奥妙,掌握万事万物的发展脉络。
  • 求知文库——濒危的绿色生命

    求知文库——濒危的绿色生命

    本书主要介绍了濒危的绿色生命种类、对人们的生活影响、贡献等方面的知识。
  • 新编科技知识全书:中华科技五千年

    新编科技知识全书:中华科技五千年

    面对浩瀚广阔的科普知识领域,编者将科普类的内容归纳总结,精心编纂了一套科普类图书,使读者能够更全面、更深入的了解科普知识,以便解开心中的种种谜团。阅读本套图书,犹如聆听智者的教诲,让读者在轻松之余获得更加全面深刻的理论教育,使自己的思想更严谨,更无懈可击。相信每一个看过这套书的读者都会为之受益。
  • 滑波、泥石流防范与自救

    滑波、泥石流防范与自救

    自然灾害无处不在,无时不在,迄今为止,人类还没有能力阻止它的发生和带来的损害。大多数人在突然遭遇自然灾难时会彻底崩溃,他们或哭泣、或尖叫,却不知此时是需要迅速行动的最关键时刻。只有少数人能保持冷静,利用自己所学的灾害自救知识,并迅速采取行动脱离险境、减小损害。因此,如果幸运的你还没有亲身经历过自然灾难,请千万不要掉以轻心,因为我们谁也无法预料自己会在何时遇到何种灾难。
  • (探究式科普丛书)有无限更新能力的干细胞

    (探究式科普丛书)有无限更新能力的干细胞

    本书从干细胞的基本概念入手,重点阐述了干细胞的基本性能、基础应用、种类划分、研究情况及发展历程。
热门推荐
  • 娇妻难宠

    娇妻难宠

    新婚当天,苏沫亲眼看见未婚夫苟且女人!更荒唐的是,她要嫁的人,居然是传闻暴戾残忍又老又丑的季家大少!她誓死不嫁,从阳台一跃而下!却砸在了某个英俊男人的身上!“喂,你能不能和我结婚?”她就是随便嫁一个人,也不要被苏家利用!她要打破苏家的计划!却没想到,这个随便抓来成亲的男人,就是季年!
  • 超限猎兵凯能EN0ER末影光辉

    超限猎兵凯能EN0ER末影光辉

    知道了不该知道的事情,还能否坚持战斗下去……[高达神乱入]此文与超限猎兵凯能和高达seedD原剧情没有任何关系,属于同人新编在超限猎兵凯能吧首先更新,更多同人,个人推荐帝国双都,欢迎光临超限猎兵凯能吧!
  • 霞光尚满天

    霞光尚满天

    三个人,三世情。看经历种种初心不变!看天机难测,神魔涌现,每个人都有自己命中注定的那个人,哪怕你手段可逆天,宿命不可变。爱情,不分仙凡。世道突变,仙魔横行,你又是其中的谁?
  • 青春里的无名幸运草

    青春里的无名幸运草

    爱情,,,每个人都幻想的东西,,,它虽然看不见摸不到,,,却给人以美妙的感觉,,“一缕青丝,一生珍藏”的感觉,,,但遇见爱情却是那么不易,,,28个情感经历,,,分享心灵温暖
  • 极品驭灵师

    极品驭灵师

    天下万物皆有灵,蕴藏于自然中的灵元,植灵,兽灵,妖灵,鬼灵,普通的人灵,拥有法力地修灵等。 驭灵师就是掌控灵元,植灵,兽灵,妖灵,鬼灵等各种灵为己所用,遇敌杀敌,遇魔杀魔。 本书是一个娘死爹不疼嫡姐为一本修真功法和两粒筑基丹就要将废柴哑巴庶女进献给青元宗长老,被哑巴庶女偷听后逃跑从而在融合穿越才女灵魂等种种机遇后踏上驭灵一道从而走上驭灵道巅峰,一步步驾驭着天下生灵为卑微自己和娘亲讨还天道问鼎仙界的故事。 一句话简介:仇恨是废柴五灵杂根灵师进步的动力。 --------------------- ----------------- 新书求收藏求推荐,已有完本<<金穗田园》,多谢支持
  • 唯一女王

    唯一女王

    [花雨授权]在她的世界里她一直是女王一般的存在,为了跟父亲赌气,找一名符合父亲“要求”的丈夫,只是她忘记了“爱情”这两个字的魔力,金钱与权利遭遇爱情一直是难解的谜题,她偏要江山美“男”一把抓,可惜不尽如人意……
  • 世族太子团

    世族太子团

    一场曾经惨绝人寰的连环灭门惨案,让东陆各世家组成的“太子团”变故不断;易氏家族刚开始热恋的易怀泽陷入人生的首个困境,同时家族里一个不起眼也不重视的养子,也逐渐出现在大众视野……
  • 诸神乾坤

    诸神乾坤

    你可以打我,但是你不能侮辱我!有朝一日,我要让你们都踩在我的脚下,哈哈哈哈就你也配!
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 太古人尊

    太古人尊

    混沌时代,天地不分,先天神魔彼此厮杀,混沌动荡,秩序混乱!有贤者不忍圣灵涂炭,遂集九大神魔献祭之力,化神斧!神魔盘古执神斧破混沌,化天地,分阴阳,建规则!后化身第一代天道,称“蛮天”