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濕法冶金的起源——膽銅法

佚名 2025-03-21 10:12:03

濕法冶金的起源——膽銅法

作者:邢潤(rùn)川膽水煉銅,以我國(guó)為最早

,是濕法冶金的起源,在世界冶金史上占有光輝的一頁(yè)

在漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中,我們的祖先在冶煉銅和鐵

、應(yīng)用銅鐵器的實(shí)踐中,以及在探索各種物質(zhì)所進(jìn)行的變化的一些實(shí)驗(yàn)工作中
,逐漸對(duì)鐵和銅的鹽類相接觸而發(fā)生的化學(xué)作用有了一些認(rèn)識(shí)。

早在西漢成書的《淮南萬畢術(shù)》里

,就有“曾青得鐵則化為銅”的話
。曾青又有空青
、白青
、石膽
、膽礬等名稱
,其實(shí)都是天然的硫酸銅
。硫酸銅一般呈藍(lán)色結(jié)晶體
,因在空氣里部分風(fēng)化失掉水分成為白色
,所以曾青又叫白青
。東漢時(shí)的著作《神農(nóng)本草經(jīng)》也有“石膽……能化鐵為銅”的記載,這和上面的話是一致的
。晉葛洪《抱樸子內(nèi)篇·黃白》中也有“以曾青涂鐵,鐵赤色如銅”的記載
。南北朝時(shí)期陶弘景所作的實(shí)驗(yàn)
,又?jǐn)U充了以前的范圍
,不限于硫酸銅
,只要是可溶性的銅鹽
,就會(huì)和鐵起置換反應(yīng)
。他說:“雞屎礬……投苦酒中涂鐵
,皆作銅色
。”苦酒指醋酸
。雞屎礬也許是堿式硫酸銅或堿式碳酸銅
。它們和硫酸銅不一樣
,都是難溶于水的物質(zhì)
,所以要加醋酸使它溶解
。以上記載都清楚地表明
,鐵和銅鹽能起反應(yīng)
,把銅鹽中的銅置換出來。我們把金屬活性順序表和上面的記載略加比較
,就能看出我們的祖先對(duì)這一現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的深刻程度。幾種金屬活性順序依次是:鉀
、鈉、鈣
、鎂
、鋁
、鋅
、鐵
、錫
、鉛
、(氫)
、銅、汞
、銀、鉑
、金
。金屬的位置越排在前面
,它的金屬活性越強(qiáng)
。鐵在上面金屬活性順序表中排第七位
,而銅卻排在第十位(氫除外)
,說明鐵要比銅活動(dòng)得多
。因此
,鐵能和銅鹽起作用而置換出銅

我們的祖先并沒有僅僅停留在上述這一認(rèn)識(shí)上

。到了宋元時(shí)期
,或許還稍早些
,已經(jīng)發(fā)展成濕法煉銅的膽銅法而應(yīng)用于生產(chǎn)上
,成為大量生產(chǎn)銅的主要方法之一

所謂膽銅法

,就是把鐵放在膽礬(就是水合硫酸銅)溶液(俗稱膽水)里使膽礬中的銅離子被金屬鐵所置換而成為單質(zhì)銅沉積下來的一種產(chǎn)銅方法
。這種產(chǎn)銅方法有許多優(yōu)點(diǎn)
。它可以就地取材
,在膽水多的地方設(shè)置銅場(chǎng)
;設(shè)備比較簡(jiǎn)單
,技術(shù)操作容易
,成本低
,只要把鐵薄片和碎塊放入膽水槽中
,浸漬幾天
,就能得到金屬銅的粉末。膽銅法可以在常溫下提取銅
,不必像火法煉銅那樣需要高溫
,這樣既節(jié)省大量燃料
,又不必使用鼓風(fēng)
、熔煉等設(shè)備
。膽銅法還可以使含有銅的貧礦和富礦都能作原料用

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

,宋代鑄幣感到銅原料不足
,而濕法煉銅的膽銅法具有上面的許多優(yōu)點(diǎn)
,所以宋代對(duì)膽銅法很重視
,應(yīng)用這種方法生產(chǎn)銅的地方很多
,據(jù)宋代文獻(xiàn)記載
,就有十多處
。其中以韶州嶺水(今廣東曲江)
、信州鉛山(今江西鉛山)、饒州德興(今江西德興)三場(chǎng)最著名
,規(guī)模也最大
。北宋膽銅產(chǎn)量每年達(dá)一百多萬斤,占當(dāng)時(shí)銅總產(chǎn)量的百分之十五到二十五。南宋銅產(chǎn)量雖大減
,膽銅比重卻比以前都高
,宋高宗紹興年間(公元1131年到1162年)膽銅占總產(chǎn)量的百分之八十五以上

膽銅的生產(chǎn)過程包括兩個(gè)方面:一是浸銅

,二是收取沉積的銅
。各場(chǎng)所用方法
,有同有異,但總括起來大概有三種:一種是在膽水產(chǎn)地就近隨地形高低
,挖掘溝槽
,用茅席鋪底,把生鐵擊碎
,排砌在溝槽里,把膽水引入溝槽浸泡
,分節(jié)用木板閘斷,看上去呈階梯狀
。利用銅和鐵顏色不一,浸泡后待顏色改變
,說明膽水里的銅離子已被鐵置換
。然后把浸泡過的水放走
,把茅席取出
,沉積在茅席上的銅就可以收集起來
。再引入新的膽水
,周而復(fù)始地進(jìn)行生產(chǎn)
。另一種是在膽水產(chǎn)地設(shè)膽水槽
,把鐵鍛打成薄鐵片
,排置槽中
,用膽水浸沒鐵片
,浸漬幾天
,薄鐵片表面便有一層“赤煤”(銅的粉末)覆蓋
。把薄鐵片從膽水槽中取出
,刮取鐵片上的“赤煤”
。因“赤煤”幾乎全是單質(zhì)的銅
,把它放入煉爐里略加煉制
,就得純銅
。這種方法和上法大同小異,只是比前法費(fèi)事得多
。不過把鐵鍛打成薄片浸銅
,是有道理的
。因?yàn)橥瑯又亓康蔫F
,用薄鐵片浸銅可增加鐵的表面面積
,加大鐵和膽水的接觸面積
,使鐵和膽水中的銅離子接觸機(jī)會(huì)增多
,這樣既能縮短煉銅時(shí)間
,又可提高銅的產(chǎn)量
。第三種是煎熬法
,把膽水引入用鐵所做的容器里煎熬。這里盛膽水的工具既是容器
,又是化學(xué)作用的參加者。煎熬一定時(shí)間
,就在鐵容器上得到銅。煎熬法的長(zhǎng)處在于加熱和煎熬過程中膽水由稀變濃
,都可加速鐵和膽水中銅的置換反應(yīng),但是這種方法畢竟要用燃料
,還需要專人操作
,成本高
,工多而利少
。所以宋代膽銅生產(chǎn)多數(shù)膽場(chǎng)基本上用前兩種方法
。在膽銅生產(chǎn)中
,浸銅時(shí)間隨膽水濃度等不同而有長(zhǎng)有短
。元末明初的危素(1303—1372)在《浸銅要略序》(見《危太樸文集》)中對(duì)饒州興利場(chǎng)的浸銅時(shí)間作了說明:“……其泉三十有二,五日一舉洗者一
,七日一舉洗者十有四,十日一舉洗者十有七
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!苯~一次所需時(shí)間不同也是符合實(shí)際情況的,因?yàn)橐靡欢〝?shù)量的銅
,膽水越濃
,含銅離子越多
,浸銅時(shí)間可短些
;膽水稀,含銅離子少
,浸銅時(shí)間就要長(zhǎng)一些?div id="jfovm50" class="index-wrap">!督~要略》一書是北宋哲宗(公元1086年到1100年在位)時(shí)張潛所撰。危序所反映的當(dāng)是書中所記述的宋代的情況
。綜上所述,從浸銅
、取銅方法優(yōu)劣的比較
,到浸銅時(shí)間的掌握
,說明濕法煉銅的膽銅法在宋代已經(jīng)發(fā)展成一套比較完善的工藝

在歐洲

,濕法煉銅出現(xiàn)比較晚
。十五世紀(jì)五十年代
,人們把鐵片浸入硫酸銅溶液
,偶爾看見銅出現(xiàn)在鐵表面,還感到十分驚訝
,更談不上應(yīng)用這個(gè)原理來煉銅了。

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