金屬銅

金屬銅

電氣工業的“主角”——銅

人類最早是用石器製造工具，在歷史上稱為“石器時代”。接著，人們發明了煉銅並用銅製造工具，在歷史上稱為“銅器時代”或“紅銅時代”。緊接著，人們又發明了煉製銅與錫的合金——青銅，大量用青銅製造工具，在歷史上稱為“青銅時代”。銅，是人類在古代便發現了的重要的化學元素。

據章鴻釗著《中國銅器鐵器時代沿革考》考證，我國在炎黃之世，即公元前二十七世紀(距今近五千年)已開始使用銅器。我國早在黃帝的時候，便會鑄青銅鼎了。夏禹時，用青銅鑄造了九個很大的鼎。到了殷代，冶鑄青銅的技術已很發達了。著名的青銅祭器——“司母戊大鼎”，是我國考古工作者1939年在河南安陽武官村發掘出來的殷代互鼎(圖27)，高達133厘米，橫為110厘米，寬78厘米，重875公斤，內壁的一方有銘文“司母戊”三字。這樣巨大的鼎，是世界少見的古代青銅器，也是我國三千多年前高度的煉銅技術水平的一個有力見證。

青銅的熔點此純銅低，冶鑄所需溫度不太高，而且鑄造性能比純銅好，硬度大，所以它在古代比純銅得到更普遍的應用。不過，由於銅礦、錫礦終究比較少，不能滿足生產的大量需要。正如南朝江淹《銅劍贊序》中所說：“古者以銅為兵。春秋迄於戰國，戰國迄於秦時，攻爭紛亂，兵革互興，銅既不給，故以鐵足之。鑄銅既難，求鐵甚易，故銅兵轉少，鐵兵轉多。二漢之世，既見甚微。”隨著生產的發展，銅與青銅逐漸被鐵所代替，從而進入“鐵器時代”。

純凈的銅是紫紅色的金屬，俗稱“紫銅”、“紅銅”或“赤銅”。純銅富有延展性。象一滴水那麼大小的純銅，可拉成長達兩公里的細絲，或壓延成比床還大的幾乎透明的箔。純銅最可貴的性質是導電性能非常好，在所有的金屬中僅次於銀。但銅比銀便宜得多，因此成了電氣工業的“主角”。純銅的用途比純鐵廣泛得多，每年有50％的銅被電解提純為純銅，用於電氣工業。這裡所說的純銅，確實要非常鈍，含銅達99.95％以上才行。極少量的雜質，特別是磷、砷、鋁等，會大大降低銅的導電率。銅中含氧(煉銅時容易混入少量氧)對導電率影響很大，用於電氣工業的銅一般都必須是無氧銅。另外，鉛、銻、鉍等雜質會使銅的結晶不能結合在一起，造成熱脆，也會影響純銅的加工。這種純度很高的純銅，一般用電解法精製：把不純銅(即粗銅)作陽極，純銅作陰極，以硫酸銅溶液為電解液。當電流通過後，陽極上不純的銅逐漸熔解，純銅便逐漸沉澱在陰極上。這樣精製而得的銅；純度可達99.99％。

銅有許多種合金，最常見的是黃銅、青銅與白銅。

黃銅是銅與鋅的合金，因色黃而得名。不過，這“黃色”只是“一般來說”罷了。嚴格地講，隨著含鋅量的不同，黃銅的顏色也不同。如含鋅量為18—20％時，呈紅黃色；含鋅20—30％，呈棕黃色；含鋅30—42％，呈淡黃色；含鋅42%，呈紅色；含鋅50％，呈金黃色，含鋅60％，呈銀白色。現在工業上所用的黃銅，一般含鋅量在45％以下，所以常見的黃銅大都是黃色。黃銅中加入鋅，可以提高機械強度和耐腐蝕性。我國很早就會製造黃銅，早在兩千多年前的漢朝，便有不準使用“偽黃金”的法律，其實這“偽黃金”便是指黃銅，因為它外表很象黃金、至今，一些“金”字、“金”箔，便常是用黃銅做的。黃銅敲起來音響很好，因此鑼、鈸、鈴、號都是用黃銅做的，甚至連風琴、口琴的簧片也用黃銅做。黃銅耐腐蝕性好，特別是錫黃銅(俗稱“海口用黃銅”)，用來製造船舶零件。此外，在國防工業上，黃銅大量用於製造子彈殼與炮彈殼。

青銅是銅與錫的合金，因色青而得名。我國古代使用青銅製鏡。據文獻記載，唐太宗曾說過：“人以銅為鏡，可以正衣冠；以古為鏡，可以見興替；以人為鏡，可以知得失。”這“以銅為鏡”便是指青銅鏡。青銅很耐磨，青銅軸承是工業上著名的“耐磨軸承”，紡紗機里便有許多青銅軸承。青銅還 有個反常的特性——“熱縮冷脹”，因此用來鑄造塑象，受冷膨脹，可以眉目清楚、輪廓正確。

至於白銅，則是銅與鎳的合金，因色白而得名。它銀光閃閃，不易鏽蝕，常用於製造精密儀器。

銅受潮，易生成綠色的“銅綠”——鹼式碳酸銅，是有毒的，因此銅鍋內壁常鍍錫，以防生銅綠。

對於成年人來說，每天約需吸收5毫克的銅。如果進入人體的銅量不足，將會引起血紅素減少與患貧血症。在人體中，銅主要聚集在肝臟以及其他組織的細胞中。瘤細胞中含銅量極少。孕婦的血液中，含鋼量比一般人高一倍。植物同樣需要少量的銅。銅化合物(如硫酸銅)，是微量元素肥料——銅肥。銅肥施在沼澤地區，能顯著提高作物產量。

據測定，在l公斤乾燥的穀物中，約含有5—14毫克銅；1公斤豆類，含銅18—20毫克；瓜類為30毫克，麵包為3—5毫克。在食物中，含銅量最多的是牛奶，以及章魚、牡蠣等。

在大自然中，常見的銅礦是孔雀石。此外，黃銅礦和輝銅礦也是很重要的銅礦。在世界上，產銅較多的國家是尚比亞與智利。天然的純銅，在大自然中不多。到目前為止，發現最重的一塊純銅為420噸。銅在地殼中含量為十萬分之三。

近年來，雖然銅在某些方面，逐漸被鋁代替，但銅仍不失為一種重要的金屬。據統計，現在工業上生產100萬噸鋼鐵，大約需要生產1噸銅來配合。七十年代以來，世界銅的年產量每年都有增長。據不完全統計，1971年世界精銅年產量達571．13萬噸。

重要的銅的化合物是硫酸銅與氧化銅；硫酸銅俗稱“藍礬”。不過，純凈的無水硫酸銅，並不是藍色的，而是白色的粉末。含結晶水硫酸銅，才是天藍色的晶體。在化學上，常用無水硫酸銅來鑒別有機溶液中是否含水。例如，判斷酒精是否是無水酒精，只需放進一點無水硫酸銅。如果硫酸銅變藍了，就說明這酒精中含水。在農業上，硫酸銅是著名的無機農藥。常將硫酸銅與石灰混合配製成波爾多液使用。硫酸銅主要用來殺菌，而不是殺蟲。

氧化銅是黑色的粉末。近年來，我國普遍推廣使用氧化銅無機粘結劑。這種無機粘結劑是把磷酸與氫氧化鋁混合，加熱製成甘油股的粘稠液體，然後倒到氧化銅粉末中，不斷攪拌，調成黑色的“漿糊”。把這種黑“漿糊”塗在需粘結的金屬表面，然後壓緊，過兩、三天後，兩塊金屬就緊緊地粘在一起了。氧化銅無機粘結劑能把金屬與金屬、陶瓷與陶瓷、金屬與陶瓷牢牢地粘合。過去，刀具上的刀刃——硬質合金，是用焊接的方法焊上去，焊接時溫度很高，往往會降低刀具的硬度，縮短使用壽命。改用氧化銅無機粘結劑粘合，不用加熱，粘合很牢，使用壽命可延長一倍左右。用它粘結紅寶石擠壓器、彈簧夾片、玻璃儀器等效果也很好。氧化銅無機粘結劑成本低廉，只及銅焊成本的十分之一。這種粘結技術，是一項多快好省的新技術。我國各地化工廠已成批生產氧化銅粘結劑，使銅這個古老的元素又有了新用途。