産能最薛定谔的(of)金屬——銅，你了(Got it)解多少？
發布時(hour)間：2024-11-04
國(country)際實業INTERNATIONAL INDUSTRY
去年10月15日，據外媒消息：國(country)際銅研究組織（ICSG）預測，2024年銅市場将從2023年的(of)供需平衡轉變爲(for)重大(big)供應過剩，産量預計将超過使用(use)量467,000噸，蒙特利爾銀行資本市場也預計2024精煉銅将出(out)現大(big)量過剩。正當大(big)家感歎銅過剩的(of)時(hour)候，消息反轉了(Got it)。去年12月第一(one)量子礦業有限公司在(exist)巴拿馬的(of)運營被終止，英美資源集團也要(want)削減其在(exist)海外的(of)銅産能。各大(big)預測機構紛紛改口，蒙特利爾銀行資本市場認爲(for)會出(out)現2024銅産量将少量短缺、傑富瑞預計明年将出(out)現嚴重短缺……銅不(No)愧是(yes)産能最薛定谔的(of)金屬，今天就結合銅的(of)特性帶大(big)家了(Got it)解一(one)下銅的(of)開采與利用(use)曆史。
銅的(of)使用(use)和(and)發展一(one)直貫穿人(people)類文明始終。1991年發現的(of)史前人(people)類奧茲冰人(people)（Ötzi）的(of)随身物品是(yes)一(one)把鋒利的(of)銅斧。2024年我(I)們(them)愛不(No)釋手的(of)手機中也有銅做成的(of)電路闆。古老的(of)銅，在(exist)曆經三次工業革命之後，依然是(yes)離我(I)們(them)人(people)類最近的(of)工具。
（奧茲冰人(people)與銅斧 圖源：搜狐）
自然銅的(of)定義與特性
自然銅，化學符号Cu（源自拉語"Cuprum"），是(yes)一(one)種具有顯著特性的(of)金屬元素，位于(At)元素周期表中的(of)第29位，分子量63.546。在(exist)自然界中，盡管純淨的(of)自然銅較爲(for)罕見，在(exist)地(land)殼中的(of)平均含量僅約爲(for)0.01%，但在(exist)特定的(of)銅礦床中，其含量可顯著提升至3%至5%。
通常，銅以(by)銅礦石的(of)形式存在(exist)，表現爲(for)多樣的(of)化合物狀态。自然銅以(by)其鮮明的(of)紅棕色著稱，并以(by)其卓越的(of)導電性和(and)導熱性而受到(arrive)重視，是(yes)已知的(of)最好的(of)幾種導體之一(one)。其結構爲(for)面心立方晶體，在(exist)純淨狀态下展現出(out)較高的(of)塑性。然而，由于(At)硬度較低（約在(exist)2.5到(arrive)3之間），自然銅表面容易被常見硬物劃傷。在(exist)物理特性方面，自然銅的(of)熔點達到(arrive)1357.77K（1083.4℃），而沸點爲(for)2835K（2562℃），表明它在(exist)極高溫度下仍能保持穩定的(of)物理狀态。此外，自然銅具有良好的(of)耐腐蝕性，使其在(exist)多種環境下均不(No)易生(born)鏽或腐蝕。
（自然銅礦石——百度百科）
自然銅的(of)形成與分布
在(exist)中國(country)，大(big)多數銅礦床是(yes)通過熱液解決作(do)用(use)形成的(of)。這(this)些熱液礦床通常與岩漿活動相關，尤其是(yes)花崗岩侵入體相關的(of)熱液活動(倪培 et al.)，這(this)類礦床在(exist)中國(country)東部的(of)許多地(land)區尤爲(for)常見。斑岩銅礦是(yes)另一(one)種重要(want)的(of)礦床類型，也與岩漿活動有關，特别是(yes)與大(big)型的(of)火山-侵入岩複合體相關。雖然斑岩銅礦是(yes)全球範圍内最主要(want)的(of)銅礦資源之一(one)，但在(exist)中國(country)，這(this)種類型的(of)礦床相對較少，主要(want)分布在(exist)西藏、雲南等地(land)區。
倪培等. "熱液礦床的(of)成礦流體與成礦機制——以(by)中國(country)若幹典型礦床爲(for)例.
全球自然銅的(of)主要(want)産區包括南美洲秘魯和(and)智利境内的(of)安第斯山脈西麓、美國(country)西部的(of)洛杉矶和(and)大(big)坪谷地(land)區、非洲的(of)剛果和(and)贊比亞等地(land)區。特别是(yes)作(do)爲(for)世界主要(want)銅生(born)産國(country)的(of)智利和(and)秘魯，其國(country)内的(of)礦業罷工事件甚至會導緻全球銅價短期内波動。2017年2月，智利的(of)Escondida銅礦開始罷工，罷工潮随後蔓延到(arrive)了(Got it)其他(he)重要(want)的(of)銅礦，包括印尼的(of)Grasberg銅礦和(and)秘魯的(of)Cerro Verde銅礦。在(exist)2021年8月，智利國(country)家銅業公司(Codelco)旗下安迪納(Andina)銅礦的(of)勞工整合工業聯盟(SIIL)和(and)統一(one)工人(people)工會(SUT)也宣布罷工。這(this)兩次罷工都使得全球7%~10%的(of)銅産量面臨風險。
（智利-秘魯-剛果金礦産分布 圖源：中郵證券）
自然銅與人(people)類文明
早期文明時(hour)期
約在(exist)9000年前的(of)新石器時(hour)代晚期，人(people)類開始認識到(arrive)自然銅的(of)存在(exist)，并加以(by)利用(use)。這(this)一(one)時(hour)期，自然銅被加工成各種工具，如刀劍、匕首、鐮刀等，成爲(for)了(Got it)當時(hour)人(people)類工具制作(do)的(of)理想材料。在(exist)美索不(No)達米亞、埃及、印度河流域等早期文明中，自然銅的(of)使用(use)推動了(Got it)農業和(and)手工業的(of)發展。特别是(yes)在(exist)美索不(No)達米亞地(land)區，自然銅的(of)利用(use)不(No)僅改善了(Got it)農業生(born)産工具，還促進了(Got it)城市的(of)興起和(and)文明的(of)發展。
（鄧家灣遺址：冶銅業的(of)出(out)現（公元前3900─3500年）
圖源：搜狐）
（美索不(No)達米亞：蘇美爾早王朝（公元前2500年）銅合金牛車
圖源：搜狐）
銅石并用(use)時(hour)期
随着時(hour)間的(of)推移，人(people)們(them)開始意識到(arrive)單一(one)的(of)自然銅材料的(of)局限性，尤其是(yes)其較低的(of)硬度和(and)耐磨性。爲(for)了(Got it)改善這(this)一(one)情況，人(people)們(them)開始嘗試混合自然銅與其他(he)元素，尤其是(yes)錫。這(this)一(one)時(hour)期被稱爲(for)銅錫并用(use)時(hour)期，标志着青銅時(hour)代的(of)開始。青銅是(yes)銅與錫的(of)合金，錫與銅形成了(Got it)固溶體，使得合金的(of)晶格結構發生(born)了(Got it)變化，從而改變了(Got it)其物理和(and)機械性質。經現代科學測定，紅銅的(of)硬度爲(for)布林氏硬度的(of)35度，加錫5%，其硬度就提高爲(for)68度，加錫10%，其硬度會進一(one)步提高爲(for)88度，如果經過錘煉，其硬度可繼續提高。同時(hour)，錫的(of)添加可以(by)使得合金表面形成一(one)層緻密的(of)氧化物膜，這(this)種膜可以(by)防止進一(one)步的(of)氧化，從而提高了(Got it)青銅的(of)抗腐蝕性。此外，青銅合金的(of)特性還受到(arrive)了(Got it)熱處理和(and)工藝技術的(of)影響。人(people)們(them)發現通過合适的(of)熱處理可以(by)進一(one)步改善青銅的(of)性能，比如通過退火或淬火可以(by)調整合金的(of)晶粒大(big)小和(and)結構，從而影響其力學性能和(and)耐久性。這(this)一(one)時(hour)期的(of)銅石并用(use)技術逐漸發展，人(people)們(them)掌握了(Got it)混合不(No)同比例銅和(and)錫的(of)方法，并且開始生(born)産更加精細的(of)青銅器物。在(exist)中東、中國(country)、地(land)中海地(land)區等地(land)，青銅器物的(of)生(born)産達到(arrive)了(Got it)頂峰，成爲(for)了(Got it)當時(hour)文明發展的(of)象征。例如，在(exist)古埃及，青銅器物的(of)制作(do)技術達到(arrive)了(Got it)相當高的(of)水平，人(people)們(them)制造了(Got it)精美的(of)青銅工藝品，如雕像、飾品、器皿等，這(this)些作(do)品不(No)僅在(exist)美學上(superior)十分出(out)色，還反映了(Got it)古埃及文明的(of)宗教和(and)社會價值觀。在(exist)中國(country)，青銅器物的(of)制作(do)技術也達到(arrive)了(Got it)巅峰，青銅器的(of)鑄造技術、表面處理技術等方面都取得了(Got it)很大(big)進展，爲(for)當時(hour)的(of)社會和(and)文化生(born)活增添了(Got it)光彩。在(exist)地(land)中海地(land)區，青銅器物成爲(for)了(Got it)古希臘和(and)古羅馬文明的(of)重要(want)組成部分，展現了(Got it)當時(hour)社會的(of)繁榮和(and)發展。總的(of)來(Come)說，早期文明時(hour)期的(of)自然銅利用(use)不(No)僅促進了(Got it)工具制造和(and)手工業的(of)發展，還對文明的(of)進步産生(born)了(Got it)深遠的(of)影響。
（古埃及鎏金銅質雕像：冥王奧西裏斯
圖源：PHOENIX ANCIENT ART）
（古埃及青銅銀質雕像：植物神奈夫頓
圖源：PHOENIX ANCIENT ART）
（獸面紋銅鬲
圖源：安徽博物院）
銅的(of)開采技術與發展
19世紀随着電力的(of)發明和(and)廣泛應用(use)，銅因其優良的(of)導電性而變得極其重要(want)。這(this)一(one)時(hour)期，全球銅的(of)需求量急劇上(superior)升，促進了(Got it)銅礦業的(of)發展。特别是(yes)二戰後，全球經濟的(of)快速增長和(and)城市化進程使得對銅的(of)需求持續增加。與此同時(hour)，技術的(of)進步，如露天采礦技術和(and)濕法煉銅（SX-EW）工藝的(of)發展，極大(big)地(land)提高了(Got it)銅的(of)生(born)産效率。自1900年起，當時(hour)世界銅礦産量不(No)足50萬噸銅，世界銅礦産量每年平均增長3.15%，至2022年達到(arrive)2200萬噸。SW-EW産量，在(exist)1960年代前幾乎不(No)存在(exist)，到(arrive)2022年卻達到(arrive)了(Got it)430萬噸。
世界銅礦産量, 1900-2022
露天采礦的(of)具體“發明者”難以(by)追溯，因爲(for)這(this)種采礦方法的(of)發展是(yes)多個(indivual)世紀技術進步的(of)結果。在(exist)古代，人(people)們(them)就已經開始利用(use)露天采礦的(of)基本形式來(Come)開采金屬和(and)石材，主要(want)依賴于(At)人(people)力和(and)簡單工具，如鎬和(and)鏟，所以(by)效率不(No)高。但随着工業革命的(of)到(arrive)來(Come)，蒸汽動力和(and)後來(Come)的(of)内燃機技術被引入到(arrive)采礦業，這(this)使得礦石的(of)開采和(and)土石的(of)移動變得更加高效。露天采礦作(do)爲(for)一(one)種系統化的(of)開采技術，其在(exist)19世紀和(and)20世紀初期随着大(big)型機械化設備的(of)引入而得到(arrive)顯著發展。
20世紀初大(big)型挖掘機械、卡車和(and)炸藥的(of)引入，極大(big)地(land)提高了(Got it)露天采礦的(of)規模和(and)效率。機械化設備允許更深、更大(big)規模的(of)礦坑開采，同時(hour)減少了(Got it)勞動力需求和(and)成本。露天采礦開始采用(use)更精細的(of)規劃和(and)設計方法。地(land)質勘探技術的(of)進步（如航空攝影、地(land)球物理和(and)地(land)球化學勘探方法）提高了(Got it)礦床定位的(of)準确性。進入21世紀後，自動化挖掘機、無人(people)駕駛卡車和(and)監控系統開始在(exist)一(one)些大(big)型露天礦中得到(arrive)應用(use)。這(this)些技術不(No)僅提高了(Got it)安全性和(and)效率，還進一(one)步降低了(Got it)成本。但是(yes)随着環境保護意識的(of)增強和(and)對可持續采礦實踐的(of)需求增加，露天采礦技術會導緻當地(land)水資源的(of)破壞、土地(land)難以(by)複墾以(by)及生(born)态恢複緩慢等一(one)系列的(of)弊端，這(this)也讓這(this)項技術受到(arrive)了(Got it)很多反對的(of)聲音。
露天采礦行業- Pixabay
另一(one)項對銅的(of)精煉貢獻極大(big)的(of)工藝是(yes)濕法煉銅（Solvent Extraction-Electrowinning, SX-EW）工藝。濕法煉銅設備更簡單，在(exist)礦山附近就近生(born)産，生(born)産成本低，不(No)生(born)産硫酸，無SO2污染。其過程是(yes)先使用(use)有機溶劑從溶液中萃取銅離子，然後通過電積工藝将銅離子還原爲(for)純銅金屬。随着濕法煉銅（SX-EW）技術的(of)出(out)現，從浸出(out)礦石中提煉出(out)的(of)精銅數量逐年增加，2020年這(this)一(one)比例增加到(arrive)16％，但是(yes)SX-EW最大(big)的(of)缺點就是(yes)幾乎爲(for)零的(of)副産品收入。SX-EW礦山隻生(born)産一(one)種主要(want)的(of)可銷售商品-陰極銅。而火法煉銅則有硫酸以(by)及金銀等利潤豐厚的(of)副産品收入。
結語
在(exist)改變人(people)類命運的(of)石頭中，自然銅的(of)存在(exist)滲透于(At)文明的(of)每一(one)個(indivual)角落。從奧茲冰人(people)的(of)手中銅斧——那古樸的(of)“鑿雲霞于(At)萬石”，到(arrive)現代城市的(of)銅纜——如“織細雲于(At)碧空”，這(this)靜默的(of)守望者，以(by)其獨特的(of)光澤承傳了(Got it)曆史的(of)重壓，也悄然鋪就了(Got it)未來(Come)的(of)徑路。
—— 參考文獻 ——
倪培, et al. "熱液礦床的(of)成礦流體與成礦機制——以(by)中國(country)若幹典型礦床爲(for)例." 礦物岩石地(land)球化學通報 37.3 (2018): 26. Print.
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