4.4　铜

4.4　铜

铜是以硫化物的形式广泛存在的，但这一时期也使用了大量的氧化物和碳酸盐矿石来提炼铜，尤其是在德国。传统的提炼方法几乎没有多大改变，直到19世纪工业规模的生产才有了很大增长。

在英国，当时主要的提炼中心是尼思和斯旺西，而布里斯托尔和兰开夏郡的部分地区在18世纪才变得重要。矿石主要是从康沃尔和爱尔兰获得的，但有些则来自安格尔西。1830—1850年，矿石主要来自南美洲、加拿大、康沃尔、爱尔兰和威尔士。低品位的硫化物矿石也被化学制造商们进口，为的是得到其中的硫，然后再将这些矿石剩余的部分卖给炼铜厂。通常炼铜使用返焰炉，虽然在欧洲的其他地区优先选用鼓风炉。铜的提炼方法，特别是从硫化物矿石中提炼铜的方法，还是有些复杂的，它们是从16世纪花了18个月之久才告形成的一些方法中推导出来的。有些制造者认为需要14个步骤，但在19世纪这项工作被大大简化，这里将要描述的是只有6个主要工序的威尔士法。

（1）首先对约为3吨的矿石进行焙烧，在12—24小时后将其耙入炉床边的一些孔内，并用水冷却（图74）。

（2）将棕黑色的原料与来自（4）的“金属熔渣”一起在熔矿炉中熔融，这样可以生成从熔渣中分离出来的含有约35%铜的“粗金属”。当炉床满了以后，让粗金属流入一只充满水的槽内使之形成颗粒（图75）。

（3）把颗粒状粗金属煅烧24小时，并不断搅动，其温度将逐渐升至最高点。

（4）把煅烧过的粗金属与来自（5）和（6）的熔渣或富含氧化铜的矿石一起熔化，这样会产生含有约75%铜的金属和“金属熔渣”。

（5）让金属从熔矿炉中流出并制成金属锭（图76），再将这些金属锭传送到一只熔炼炉内，并以在火桥上自由通风的方式加热，其产物为含有95%铜的“粗铜”和“焙烧炉炉渣”。在这一过程中，由于反应中有气体释出而使熔料像是在沸腾。在去除熔渣之后，把铜引入砂模之中。

（6）将产物进一步精炼，生成适合市场销售的铜和“精炼炉渣”。这一过程是在一只具有倾斜炉底的熔炼炉中进行的。一次可以熔炼6—8吨粗铜，让其在进入熔炉的空气中氧化15小时左右，然后将熔渣撇掉。下一步则是把木炭或无烟煤抛到铜的表面，并通过原木插入熔渣中使之还原。在还原时，把一根长的桦木或橡木杆的粗端推入熔料，并借助一根支撑物将其往下压，大量气体和蒸汽就会出现，带动金属溅出液面并与木炭或无烟煤发生还原反应。这时把处于“硬沥青”状态下的铜舀出，并迅速注入模具（图77），或倒入热水之中以产生“豆粒铜”，也可使之粒化以产生“羽毛状粒铜”，如要轧制成薄板则将其与铅混合。

这里还要说明一下两种进一步简化提炼工艺的大胆方法。1846年，内皮尔（James Napier）获得了一项在斯旺西附近得到应用的工艺方法专利，该方法沿用了康沃尔试金法（Cornish method of assay）中的四个步骤。它包括在熔矿炉中加入盐饼（工序2），然后将混合物在水中分解，以分离诸如锡和锑之类的杂质。但是由于这种分离不够完全，这种方法之后便被废弃。1859年，维维安（Henry Hussey Vivian，1821—1894）采用在工序ⅳ直接煅烧的方法来获得含70%铜的金属，结果就形成了大量富含铜的炉渣，而这就是为什么用该方法生成的这一部分炉渣的含铜量通常最高达到35%的原因。维维安在鼓风炉里分开熔炼熔渣，从而遵循了欧洲大陆通行的方法。

所有这些方法均用于富含铜的硫化物矿石。瑞典矿石——例如在当地的主要工业中心奥特维达贝里熔炼的那些矿石，相对来说含铜量较低。如同在法国和德国那样，炼铜使用的也是鼓风炉，到1861年，鼓风开始均由废气预热。矿石首先在窑内堆成堆焙烧，然后将其熔融，并在与富含氧化铁的熔渣混合以后，产生含20%—30%的铜以及硅酸铁的熔渣，其下半部分含有较多的铜，有再次利用的价值。熔炼炉每2—3天出铜一次，接着把粗金属或金属渣焙烧，而后熔融，生成的是“黑铜”（95%），再将黑铜在鼓风炉中精炼就能产生99.5%的铜。

除了用于生产各种各样的容器和器皿之外，很大数量的铜销售给了黄铜制造商，尽管制成的薄铜板中有很大比例是用于包覆船底。薄铜板首先于1761年在战舰上得到使用，到1780年左右，所有的战舰都已如此包覆。虽然后来在商船上薄铜板被芒茨合金［一种由伯明翰的芒茨（G.F.Muntz）于1832年取得专利的约含有3份铜、2份锌的黄铜］所取代，但在此后的很长时间内，英国皇家海军的战舰仍然使用的是薄铜板。这两种薄板往往会很快被腐蚀，必须频繁予以更换。

铜与银一起也在18世纪被用于“设菲尔德板”的生产，这是在1742年左右由设菲尔德的一名刀剪匠博尔索弗（Thamas Bolsover）引进的。博尔索弗发现，把一块厚铜板熔融或焊接于一张薄银板制成的坯料上，碾平或轧平后该金属仍呈均匀分布。他把这种工艺方法用于纽扣制造，因此能以远低于通常的价格供应市场。大约在1758年，汉考克（Joseph Hancock）使用这种新材料来制造家用物品，诸如咖啡壶和烛台，这一方法不久以后即在别处推广。伯明翰的博尔顿（Matthew Boulton）约在1762年进入这一领域，1770年以后，伯明翰就有好几家复合板厂商。设菲尔德板的问题之一是外露边缘没有适当的保护手段，而博尔顿是最早使用焊上的纯银细丝来解决这个问题的人之一。