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• 铜矿的开发历史
• 工业制铜的方法
• 纯铜是如何提炼进去的？铜矿是如何开采的？

铜矿的开发历史

自人类从石器时代进入青铜器时代以后，青铜被宽泛地用于铸造钟鼎礼乐之器，如中国的稀世之宝--商代早期的司母戊鼎就是用青铜制成的。

铜矿石被称为“人类文明的使者”。

铜在地壳中的含量只要十万分之七，可是在四千多年前的祖先就经常使用了，这是由于铜矿床所在的地表往往存在一些纯度达99%以上的紫白色自然铜（又叫红铜）。

它质软，富裕延展性，稍加敲打即可加工成工具和生存用品。

商代铜器--龙虎石尊铜矿上部的氧化带中，还经常出现一种绿得惹人喜欢的孔雀石。

孔雀石因其色调像孔雀的羽毛而得名。

它多呈块状、钟乳状、皮壳状及同心条带状。

用孔雀石制成的 绿色颜料称为石绿，又叫石录。

孔雀石别号叫“铜绿”，它还是找矿的标记。

1957年，地质队员到来湖北省大冶铜绿山普查找矿，经过勘探，发现铜绿山是一个大型铜、铁、金、银 、钴综合矿床。

南美洲的智利，号称“铜矿之国”。

那里有个大铜矿，也是本国人依据孔雀石发现的，那是18世纪末叶的一个趣闻。

过后，智利还在西班牙殖民者的统治下。

一次性，有个西班牙的中尉军官，因负债累累而逃往阿根廷去躲债。

他取道智利首都圣地亚哥以南50英里的卡佳波尔山谷，登上1600米高的安第斯山时，有意中发现山石上有许多葱绿色的铜绿。

他的文明素养使他意识到这是找铜的“矿苗”，于是带着矿石标本去报矿。

后经勘查证明，这是一个大型富铜矿。

这座铜矿特命名为“特尼恩特”（西班牙文意为“中尉”）。

它是目前环球上最大的公开开采铜矿，年产铜锭30万吨。

工业制铜的方法

冶炼技术现代的铜矿开采术先秦期间青铜冶铸的高度兴旺，也从一个正面反映了铜矿开采技术的先进。

湖北省大冶铜绿山的古铜矿陈迹，向人们展现了从商周至汉代铜矿开采状况和采矿技术的开展环节。

这是迄今发现的中国最早的古矿陈迹，谢环球矿业史上也是无法多得的宝贵遗存。

清代所修《大冶县志》记载，铜绿山“山顶高平，巨石相持，每骤雨过期，有铜绿如雪花小豆装点土石之上，故名。

”这里，铜矿富集，矿体规模大，而且矿石含铜层次高，成为中国现代一个关键的采铜核心。

至今，地上沉积着40万吨以上的现代炼渣，公开古矿井散布密集，还有多种方式的炼铜竖炉，记载着现代矿冶消费的巨大规模和出色技术。

商代陈迹驳回的是群井开采方法。

井筒打在矿体内，下掘井筒就是开采矿石，掘进终了即开采终了。

继续开采又另打新井。

群井开采便捷易行，井深普通为20～30米，开挖在软岩或围岩蚀变带内，用打水井的工具即可掘进。

优化矿石和废石，驳回大轮导向往复拉动。

西周的陈迹仍用群井开采。

井为方形，井深与商代相反。

井中有支护陈迹，支护方式为距离支护，距离40～60厘米。

井框木为带榫的套接方式，榫口一概凿成方形。

井框外，四壁先背一层竹席，竹席内间格敷有直径4～5厘米的木枝条。

这期间已发生有巷道、平巷，但处于初始阶段。

春秋战国期间已驳回竖井、斜井、平巷的联结开掘，初步构成了公开开采系统。

其中，斜井的掘进施工和支护技术都有较大的难度，它的发生，是坑采技术的一大提高。

斜井的倾度因地而异，由25度至70度不等。

斜井的作用不只可以沿矿体歪斜加长，节俭人力和费用，而且还有探矿的作用。

平巷和竖井也较西周期间有显著的提高，最大井深达64米，加长至潜水面下8～10米。

春秋期间关键的开挖工具为铜制，战国期间则关键运行铁制工具。

同时，这期间已比拟成功地处置了无关掘进、通风、排水、照明、运输、支护等一系列疑问。

这些技术，在过后环球上都是无可比拟的。

铜绿山陈迹如今已被作为关键的文明史迹，遭到国度的包全。

青铜冶铸术从环球范畴看，现代美索不达米亚人大概于9000年前开局应用自然铜，6000年前有了铜的冶炼，5500年前有了炼青铜；古埃及大概于7000年前开局炼铜，5000年前有了青铜。

相比之下，中国关于铜的加工和应用要晚得多，大概在四五千年前方有自然铜的应用和青铜的冶炼。

然而中国不像其余古文明地域那样，曾经教训过较常年间的炼制红铜阶段，而是在红铜加工发生不久就开局冶青铜，并应用青铜熔点低、易于浇铸的特点，使青铜冶铸技术迅速开展起来，一跃而跨出环球先启动列，并居上游位置，发明了举世注目标青铜文明。

迄今出土或传世的少量先秦青铜器，向人们展现着中国青铜文明的盛况。

其中，河南殷墟出土的重达875公斤的司母戊鼎；湖北随县曾侯乙墓出土的大型编钟，总重量达10吨以上，以及精巧绝伦的铜尊盘；在公开埋藏2500多年，体现依然花纹明晰、光荣照人的越王勾践剑和吴王夫差剑；等等，都可谓环球之最。

这些青铜器物，反映了过后青铜铸造技术的高度开展水平，包含浑铸、分铸、失蜡法、焊接、镶嵌、外表处置等工艺的高明水平。

高明的青铜铸造加工的技术工艺，是以高明的青铜冶炼技术为基础的。

没有优质的青铜资料，就无法能发生低劣的青铜器物。

过后的人们曾经熟练地把握了青铜的冶炼技术，而且已把握了鉴定青铜质地能否精纯的方法。

这就是在《考工记》一书中记载的火焰颜色判定法。

《考工记》中说，在冶炼青铜时，铜料与锡料中会先冒出黑浊的气体，“黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，而后可铸也”。

近代迷信证明，金属加热时由于蒸发、分解、化合等作用，会发生不同的颜色。

冶炼青铜时，原料中所附着的碳氢化合物会熄灭，发生黑浊的气体；随着炉温的升高，原料中所含的氧化物、硫化物等杂质会发生黄白、青白的气体；到只冒青气时，说明杂质已基本去除，青铜曾经炼成，可以浇铸了。

这是冶金史上关于火焰颜色甄别法的最早记载。

顺便应该指出的是，“入迷入化”是咱们罕用的一句成语，用来比喻功夫到达熟练完美的水平。

其起源，如今通用的普通辞典中都说是来自道家炼丹成功时火焰发青，有的还加注“迷信”二字。

这种说法恐有误。

它的最早发生应是上引的《考工记》记载。

湿法炼铜湿法炼铜，也叫胆铜法，这是中国历史上在炼铜技术上的一项严重发明。

当天，铁元素比铜元素生动，它能在铜盐溶液中，经过置换反响，置换出铜来，这已是最基本的化学常识。

而这种置换反响，却是由中国首先发现，并加以实践应用的。

铁铜置换反响的发现，是炼丹家在化学方面的一大奉献。

他们在炼丹通常中，观察到这一置换现象，并始终加以记载和总结。

现知这一置换现象的最早文字记载，是2000多年前在西汉时成书的《淮南万毕术》一书中所记载的，“曾青得铁则化为铜”。

曾青，又叫空青、石胆、胆矾，为自然的硫酸铜。

硫酸铜普通是蓝色结晶体，因在空气中会局部风化失去水分，而呈白色，故又有白青之称。

曾青是炼丹家在炼丹优惠中的罕用药物，被以为“久服身轻不老”。

它亦被引入医学，作为治疗疮疖等疾患的用药，故中药本草著述中也有记载。

汉代成书的《神农本草经》中，即记有石胆“能化铁为铜”。

不单是硫酸铜会与铁起置换反响，其余可溶性铜盐也会与铁起置换反响。

对此，现代的炼丹家和药物学家也有所发现。

南北朝时驰名的炼丹家和药物学家陶宏景就说：“鸡屎矾……投苦酒中，涂铁皆作铜色”。

苦酒即醋酸，鸡屎矾或者是碱性硫酸铜或碱性碳酸铜，因难溶于水，要加醋酸方能溶解。

所谓胆铜法，就是把铁放在胆矾溶液（胆水）中，使铁离子置换出胆水中的铜离子，从而析出单质铜的冶铜方法。

胆铜法，是一种先进的炼铜方法，为中国所独创。

与火法炼铜相比拟，它有着多方面的优越性。

它可以因地制宜，在胆水多的中央设置铜场，设施便捷，技术操作容易，老本低；只需把蒲铁片或碎铁块投入胆水槽中浸渍，就可失掉铜，而且铜质精纯。

它的冶炼环节是在常温下启动的，可以节俭少量燃料，罢黜鼓风、熔炼等设施，也减轻了炼铜工人的休息强度，并缩小了环境污染。

而且，胆铜法不论是贫矿还是贫矿，都可经常使用。

胆铜法何时由炼丹家的炼丹试验转成工业消费，如今尚不清楚。

有人推测在唐末或五代曾经开局湿法炼铜，而在北宋时曾经实践运行并失掉推行，却是确定无疑的。

在11世纪末叶，北宋哲宗时的张潜已著有湿法炼铜专著《浸胆要略》，虽然此书曾经佚亡，但却反映了过后已有一整套湿法炼铜的工艺，并已有人启动了总结。

据《宋会要辑稿》记载，北宋时用湿法炼铜的地域有11处，散布在广东、湖南、江西、福建、浙江等地。

其中，信州铅山（今江西省铅山县）的冶铜工场有浸铜沟漕77处，绍圣三年（1096年）产铜38万斤；而广东韶关岑水的工场，在政和六年（1116年）产铜达100万斤之多。

据统计，在1107～1110年间，北宋政府每年收铜660万斤，其中胆铜有100多万斤，占15％～20％。

到南宋时，政府收取的铜中，胆铜所占的比例到达 85％之多。

湿法炼铜的方法，在明、清两代仍继续驳回，至今仍有些地域用此方法炼铜。

生铁冶铸和柔化术与炼铜一样，中国冶铁技术的发明亦晚于其余一些古文明兴旺的国度和地域。

埃及大概在公元前1000年左右开局进入铁器时代，美索不达米亚地域大概在公元前1200年左右开局进入铁器时代，爱琴海地域大概在公元前1000年左右开局进入铁器时代，印度大概在公元前800年左右开局进入铁器时代，而中国则是在公元前600～500年左右开局炼铁的。

然而，中国不似其余国度和地域，教训了一个漫长的块炼法冶铁期间，而是很快发明了生铁冶铸技术和生铁柔化技术，因此青出于蓝，很快跃居环球冶铁事业的前列，并常年居于环球上游的位置。

历史上中国的钢铁除输往临近国度外，还曾远销古罗马和西南亚。

在历史上，炼铁方法关键有两种，一是块炼法，一是生铁冶炼。

块炼法是在比拟低的温度下启动的，它用烧红的木炭使铁矿石间接由固态恢复成铁。

用块炼法炼得的铁质地蓬松，故有海绵铁之称。

海绵铁含夹杂物较多，要把它制成铁器，必定经过重复加热锻打。

生铁是在1100～1200℃的炉温下，由恢复出的固态铁排汇碳而炼成。

由于其熔点低，冶炼时呈熔融形态，可间接用范浇铸成器，从而罢黜了块炼铁加工费工费时的毛病，提高了消费效率，降落了老本，使铁器的大规模、高效率消费成为或者。

中国在公元前6世纪即已发明了生铁冶铸技术，这项技术谢环球上游约2000年。

罗马人虽在公元前后也偶然炼出过生铁，但却被当作废品而放弃，直至14世纪时，欧洲人才意识到生铁的意义，开局消费生铁。

生铁的最大特点是其可铸性，故又称铸铁。

但生铁含碳量高，普通都在2％以上，往往又含有硫、磷等杂质，因此性脆，韧度低，间接铸造进去的农具、工具和兵器，经常使用时容易断裂。

为了补偿这一毛病，咱们的祖先在战国期间又发明了铸铁柔化术。

中国早期的铸铁柔化术可分为两类：一类是在氧化气氛下对生铁启动脱碳热处置，使成白心韧性铸铁；一类是在中性或弱氧化气氛下，对生铁启动石墨化热处置，使成黑心韧性铸铁。

在西方，白心韧性铸铁的消费技术是1722年由法国人发明的，黑心韧性铸铁是1831年在美国问世的。

到汉代时，铸铁柔化术又有新的打破，构成了铸铁脱碳钢的消费工艺，可以由生铁经热处置间接消费低、中、高碳的各种钢材。

铸铁柔化术的发明，在冶金史上是一项具有划时代意义的成就。

它大大放慢了铁器取代铜器的历史进程，有力地促成了社会消费劲的开展，使中国社会迈人一个新的开展期间。

值得一提的是，大概在明代时，发生了从生铁到熟铁的延续消费工艺。

据《天工开物》记载，这项技术是把炼铁炉与炒铁炉串联在一同，让由炼铁炉炼出的生铁液流入炒铁炉，用柳木棍急搅，使生铁液中的碳份氧化，而成熟铁。

这种延续消费的工艺，已初具组合化消费的系统思维，既提高了消费效率，又缩小了能耗，是冶铁技术的又一严重打破。

灌钢技术灌钢技术是中国历史上在炼钢技术方面的一项严重发明。

其工艺环节大抵为，将生铁与熟铁合炼，因生铁熔点低，熔化后的生铁水就会向熟铁中浸透，使熟铁参与碳份而成钢。

因生铁水像灌进熟铁一样，故称灌钢。

这种炼钢方法无需加热锻打，碳份散布平均，且可去除局部杂质，失掉的即是优质钢材，可用以制造刀锋的锋刃。

在1740年西方坩锅炼钢法发明之前，是环球上最先进的炼钢方法。

灌钢法大概开创于5世纪后半叶的南北朝期间。

陶弘景说：“钢铁是杂炼生柔作刀镰者。

”“生”指生铁，柔指柔铁，即熟铁。

北齐的冶金专家綦母怀文也说：“造宿铁刀，其法烧生铁精以重柔挺，数宿则成钢。

”他用灌钢造出的宿铁刀，是过后的名刀，十分尖利，可“斩甲过三十札”。

也有人以为，东汉末年王粲《刀铭》中的“灌辟以数”，西晋张协《七命》中的“乃炼乃炼，万辟千灌”，其中之“灌”即指灌钢。

如是，则灌钢的开创年代可提早到3世纪时。

在灌钢技术运行的初期阶段，需经屡次灌炼，方能成钢。

宋以后灌钢技术始终失掉改良。

据史籍记载，其加工工艺大抵可分为3种，其开展趋向是缩小灌炼次数，以致一次性炼成。

第一种加工工艺，是北宋沈括在《梦溪笔谈》卷三所记载的，“人世锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘之，乃以生铁陷其间，泥封炼之，锻令相入，谓之团钢，亦谓之灌钢。

”其中，把柔铁屈盘起来，是为了参与生熟铁的接触面，提高灌钢的效率，并使碳份散布愈加平均；封泥则可以促成造渣，去除杂质，并起包全作用。

《梦溪笔谈》中还说“二三炼则生铁自熟，仍是柔铁”，反映了加工时灌炼次数的缩小。

第二种加工工艺，记载于宋应星的《天工开物》卷十四之中。

它把柔铁屈盘改为薄熟铁片，进一步参与了生熟铁的接触面，减速了“生熟相和，炼成则钢”的进程，泥封亦改为草泥混封，反映了明代灌钢技术的改良。

第三种加工工艺，是自清代至近代风靡于江苏、安徽、湖北、湖南、四川、福建等地的“抹钢”或“苏钢”。

其特点是，先将料铁加热，再把生铁板的一端伸入炉中，待生铁熔化时，用钳夹住生铁板的一端，并始终移动，同时始终转动料铁，让生铁水平均地滴在料铁上，再经锻打，去除杂质。

这种方法无利于去除夹杂，提高金属的收得率。

垒铸技术中国冶金史上的一个突出特点，是铸造技术占有很关键的位置，以致于铸造既作为成形工艺而存在，又成为冶炼工序中的一个组成局部，到达了“冶”与“铸”密无法分的境地。

因此，在现代文献中往往是冶铸并称，而且对中国文明发生了深入的影响。

如罕用词汇“榜样”、“范畴”、“熏陶”、“熔铸”、“就范”等，都是由冶铸技术演生而来的。

这种冶与铸密无法分的冶金传统，是现代环球上其余国度和地域所无法比拟的。

中国铸造技术可以说是随同青铜冶炼而发生与开展，其后又随着生铁冶炼而继续开展着。

历史上，在铸造技术方面有很多关键的发明，并取得过很多关键的成就。

例如，被以为是中国现代文明意味的商周到战国的青铜器，在某种意义上可以说是铸造技术所培育的。

从重875公斤的司母戊方鼎、精巧的曾侯乙尊盘和大型的随县编钟群，以致少量的礼器、日用器、车马器、兵器、消费工具等，可以看到过后中国曾经十分熟练地把握了综合应用浑铸、分铸、失蜡法、锡焊、铜焊的铸造技术，在冶铸工艺技术上已处于环球上游的位置。

而叠铸技术则是在铸造方面的又一严重发明。

所谓叠铸，是把许多个范块或成对范片叠装在一同，由一个共用的浇口和浇道启动浇注，一次性可以失掉几十件，以致上百件铸件。

它可以批量消费，消费效率高，老本比拟低，又能够节俭外型、浇注的用地，是一种比拟先进的铸造方法。

这种方法在西方是随着大机器消费才发生和开展起来的，至今仍被宽泛驳回。

而在中国，这种方法在2000多年前的战国期间曾经开局运行。

如今发现的最早叠铸件，是战国时齐国的刀币。

它是用铜质范盒翻制出具有对称性和调换性的范片，每两片分解一层，再多层叠合浇注而成。

在汉代，叠铸技术失掉了很大的开展。

本世纪70年代，在陕西咸阳、西安，河南南阳、温县，山东临淄等地，都曾屡次出土有汉代的叠铸泥范。

其中，以温县烘范窑中出土的叠铸范数量最大，保留最为完整，计出土有16类、36种规格的叠铸范500多套。

每套铸范由5至14层叠成，起码的一次性可浇铸5件，最多的达84件。

这些铸范的设计和制造都很精细。

据剖析，用这些铸范浇出的铸件，外表光亮度可达五级（计分14级），金属收得率可达90％，工艺水平已相领先进。

而且，从中还可以看到过后已具有了制范、烘范、叠装、浇铸、成器等一整套成熟的消费工艺。

纯铜是如何提炼进去的？铜矿是如何开采的？

1. 铜矿开采首先经过爆破作业炸碎矿石层，随后应用大型开掘机将碎矿石装入矿车，每次可装载50至80吨。

此时，矿石中的铜含量还不到0.5%。

2. 提炼环节依据矿石中氧化铁或硫化物的含量启动。

关于含氧化铁的矿石，碎矿石会被堆放在露天，喷洒稀释的硫酸溶液，经过几个月，溶液浸透矿石后，流出的绿色液体即为含铜溶液，这些溶液搜集到水池中，并经过水泵保送四处置工程。

在此环节中，铜溶液与无机媒介结合，工人会参与酸性溶液以提高铜的溶度，便于后续提取。

3. 铜溶液随后被保送至延续槽，内装多个阴极薄板。

通电后，阴极板吸引铜离子，从而成功铜的提取。

而硫化物矿石的提炼则更为复杂，需先用球磨机将矿石磨碎，再经过化学物质裹住铜分子，构成泥浆状溶液。

溶液流入浮旋槽，气泡吸附铜矿浮至外表，进而过滤失掉含铜量25%-30%的矿浆。

4. 金矿被火车运输至精炼厂，并经过传送带送至铺叠厂。

工人参与硅沙，应用其作为溶剂和纯化剂。

在高温火炉中，硅砂熔化构成熔渣，排汇不须要的矿物，而铜则下沉，纯度优化至60%。

溶液随后进入第二个溶物，纯度进一步提高至98%。

5. 提纯后的铜溶液流入旋转模具，冷却并固化成矩形板状。

经过液压缸将铜板从模具中弹出，荡涤去外表的杂质。

铜板再次加热消融后，流入绝缘金属通道，并倒入直立模具中，构成六米长的铜块。

这些铜块被切割成客户所需长度，并贴上标签，最终高纯度的铜板就可以运送给制造商了。