銅是怎么熔煉成的
銅位于元素周期表第四周期IB族,是人類最早使用的金屬。銅具有優(yōu)異的性能,已被廣泛應用于工業(yè)領域。銅在地殼中的含量約為0.01%,在自然界中,銅多以化合物狀態(tài)存在。常見的銅礦石有黃銅礦(CuFeS2)、輝銅礦(Cu2S)、孔雀石(Cu2 (OH)2CO3)、赤銅礦(Cu2O)、膽礬(CuSO4·5H2O)等。
西漢時期,劉安所著的《淮南萬畢術》中有“曾青得鐵則化為銅”的記載,其含義是把鐵片放入硫酸銅溶液或其它銅鹽溶液中,可以置換出單質(zhì)銅,這種方法就是現(xiàn)代濕法冶金的先驅。濕法煉銅也稱膽銅法,其生產(chǎn)過程主要包括兩個步驟,一是浸銅,把鐵放在膽礬的溶液中,使膽礬中的銅離子被鐵置換成單質(zhì)銅沉積下來;二是將置換出的銅粉收集起來,再加以熔煉。濕法冶銅的本質(zhì)原理是利用金屬性比銅強的物質(zhì)置換比它弱的金屬(K、Ca、Na除外),例如在硫酸銅溶液中加入金屬鋅或鐵,可置換得到金屬銅,主要反應為:CuSO4+Zn=Cu+ZnSO4;CuSO4+Fe=Cu+FeSO4。
世界濕法冶銅第一人張潛,結合前人著作和個人經(jīng)驗撰寫了《浸銅要略》一書,書中記述利用含銅礦水(或稱膽水)冶銅的技術,此書所述膽銅法具有“用費少而收功博”的優(yōu)點。
在化學實驗室中,我們也可以模擬濕法冶銅。取20cm長的鐵絲用砂紙打磨光亮,再取4ml硫酸銅溶液于試管中,加入打磨光亮的鐵絲,靜置,可以觀察到鐵絲表面有紫紅色金屬析出,并且溶液逐漸由藍色變?yōu)闇\綠色。析出的紫紅色金屬就是銅,最后取出鐵絲,收集鐵絲表面析出的銅。
除此之外,我國古代還有一種冶煉銅的方法——“火法煉銅”。據(jù)考證,商代的火法煉銅,主要是用孔雀石和木炭?;鸱ㄒ便~是將含有銅元素的氧化物與還原劑在較高溫度下進行反應制取單質(zhì)銅的過程,此還原反應需要一定的溫度,所以要在加熱的狀態(tài)下才能產(chǎn)生銅單質(zhì),故稱為“火法冶銅”。
人類很早就發(fā)現(xiàn)孔雀石通過灼燒后,會產(chǎn)生一種紅色光亮的金屬,這種金屬就是銅。孔雀石的主要成分是堿式碳酸銅[Cu2(OH)2CO3],堿式碳酸銅受熱會分解生成氧化銅、水和二氧化碳,碳或一氧化碳具有還原性,可以還原氧化銅,產(chǎn)生的反應為:Cu2(OH)2CO3 2CuO+H2O+CO2 ↑;C+2CuO 2Cu+CO2 ↑;CO+CuO Cu+CO2 。
在化學實驗室里,我們可以利用如下圖所示的裝置來模擬火法冶煉。稱取10g新制氧化銅,研磨成粉末,倒入坩堝中充分烘干。再稱取1.5g新制木炭,同樣研磨成粉末,倒入坩堝中充分烘干。然后將氧化銅粉末和木炭粉末混合均勻,用藥匙或紙槽平鋪在試管底部,按下圖所示組裝儀器,將玻璃導管的一端伸入盛有澄清石灰水的試管中,用帶防風罩的酒精燈加熱。當澄清的石灰水變渾濁,試管中逐漸出現(xiàn)紫紅色或紅色固體后停止加熱。反應完成之后,先撤出伸入盛有澄清石灰水試管的玻璃導管,再撤出酒精燈。最后將試管中的粉末倒在一張干凈的白紙上,將粉末攤開后觀察,會發(fā)現(xiàn)紙上有紫紅色的固體,這就是銅