每经编辑｜陈芳怀    

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想象一下，一个没有电的世界？没有了现代通信的便捷？先進医疗技术的支撑？贯穿这一切的共同线索，是一个单一的、非凡的元素：铜。它那温暖、泛着红色的光泽，在数千年前就征服了人类，开启了以其發现和使用命名的時代。从你智能手機中错综复杂的电路，到你家中的管道系统，铜正悄无聲息地为我们的生活供能，并塑造着我们的生活。

但究竟是什么让这种看似简单的金属如此非凡呢？

铜，在科学界以其符号Cu和原子序数29为人所知，是过渡金属家族的一员。它是一种天然存在的元素，通常以矿物沉积的形式分布在全球各地。它原子中29个质子和29个电子的独特舞蹈，赋予了它一系列鲜为人知的特性，使其成为不可或缺的材料。

说到铜的特性，首先映入眼帘的是它那引人注目的红褐色，抛光后更是闪耀着迷人的金属光泽。仅凭这一点，在其实际优势被充分理解之前，它就已成为珍贵的装饰和艺术品材料。真正让铜在实际应用中大放异彩的，是它的延展性和展性。它具有极高的延展性，這意味着它可以被拉成极细的导线而不断裂。

想象一下，我们如今每一根电缆中那难以置信的细细的铜丝。它又十分展性，可以被锤打或压制成薄片或复杂的形状。这使得它能够被制造从精致的首饰到坚固的管道等各种物品，用途广泛。

但铜真正的“超能力”在于其卓越的导电性。在所有金属中，只有银的导电性比它更强。這意味着铜允许电流以最小的阻力通过，从而高效地将电能转化为功或热。这一特性是我们电力网、所有电子设备以及无数其他事物的基础。铜也是一种极佳的热导体，这使得它在需要快速传热的应用中至关重要，如炊具、汽车的散热器以及电子设备中的散热片。

在化学性质方面，铜不像铁那样容易生锈。当暴露在环境中时，它会缓慢氧化，形成一层独特的绿或蓝绿色层，称为铜绿。虽然这看起来像是腐蚀，但实际上它是一种保护性涂层，能防止进一步的侵蚀，这使得铜成为屋顶、户外雕塑和需要長久耐用的管道的理想材料。这种铜绿，例如在自由女神像上可以看到的那样，也为它增添了独特的审美韵味。

更有趣的是，铜还具有天然的抗菌特性。它能够杀死细菌、病毒和真菌，使其成为医院、厨房和公共场所高接触表面的宝贵材料，有助于减少感染的传播。

正是这些非凡的性质，讓铜在现代社会中无处不在，扮演着至关重要的角色：

电力生命的动脉：铜線和電缆是我们现代世界的动脉。从跨越大陆传输电力的巨大电缆，到计算机芯片上微小的电路痕迹，它的导电性是根本性的。它存在于每一个馬达、发电机、电灯开关和电子產品中。建造未来：在建筑领域，铜管因其耐用性、耐腐蚀性和易于安装的特点而备受推崇，确保洁净的水流进我们的家园。

铜制屋顶和外墙则提供了永恒的美感和长久抵御恶劣天气的能力，随着时间的推移發展出标志性的铜绿。驱动创新：在汽车工业中，铜对于保持发动機凉爽的散热器、确保安全的制动管线以及为复杂的汽车系统供电的无数电气元件至关重要。日常生活中的便利：想想你的厨房：铜底锅能均匀加热，带来完美的烹饪體验。

你手中的货币：许多硬币都由铜合金制成。珠宝、乐器和装饰藝術品都受益于铜的美丽和可加工性。守护健康：铜的抗菌特性日益被应用于医院的門把手、床栏和其他表面，以创造更健康的环境。

这件非凡的金属，对我们的过去、现在和未来都至关重要，它并非天生就能被使用。它从地壳深处出发，歷经复杂的开采和精炼过程。讓我们追随这一不可思议的转变。

铜的故事，与人类文明一样古老，但它从原始矿石转化为我们现在所熟知的这种不可或缺的材料的旅程，却是人类智慧的证明。這种金属很少以其纯净的天然形态出现；更多的時候，它隐藏在矿石中，等待通过復杂工艺被发掘。

铜的来源多种多样，最常见的是硫化物矿石，如黄铜矿（CuFeS?）和斑铜矿，以及氧化物和碳酸盐矿石，如赤铜矿和孔雀石。这些矿藏遍布全球，主要的产地包括智利、秘鲁、中国和美國，每个地区都根据矿石的类型和品位采用不同的提取方法。

冶炼的炼金術：从矿石到金属

在冶炼之前，低品位的矿石需要经过选矿，最常用的方法是浮选。将细磨的矿石与水和特定化学品混合，通入空气，铜矿物会附着在气泡上浮至表面形成泡沫，然后被收集起来，从而大大提高铜的含量。

对于硫化物矿石，火法冶炼是主导方式，它依赖于高温来分离和提纯铜：

焙烧（Roasting）：将选出的精矿在有控制的空气条件下加热。这一步主要是为了去除一部分硫，将硫化物转化为氧化物，为后续的熔炼做准备，并减少后续冶炼中二氧化硫的排放。熔炼（Smelting）：焙烧后的精矿在高温（通常超过1200°C）的熔炼炉中進一步加热。

在此过程中，会加入助熔剂（如石英），这些助剂会与矿石中的杂质（如铁）反应，形成熔渣，从而将铜化合物与废物分离。熔炼产生的是含有较高铜含量的熔融物质，称為“冰铜”（coppermatte），主要成分是硫化铜和硫化亚铁。吹炼（Converting）：将熔融的冰铜转移到吹炼炉中。

通过向熔体中吹入热空气，可以氧化去除其中的铁（形成炉渣）以及大部分硫（以二氧化硫气体的形式逸出）。这一过程产生的是“粗铜”（blistercopper），纯度大约在98-99%之间，但仍含有不少杂质。

对于品位较低或不适合火法冶炼的矿石，会采用湿法冶炼。这包括使用化学溶液（如硫酸）将铜从矿石中浸出，然后通过溶剂萃取和电积（electrowinning）等步骤来回收纯铜。

追求极致纯净：电解精炼

粗铜虽然相对纯净，但对于大多数高科技应用，尤其是在电子领域，其杂质含量仍然过高，即使微小的杂质也可能影响导电性。这时，电解精炼就成為了关键一步，這是电化学工程的杰作：

粗铜被铸造成大尺寸的极板，作為阳极。这些阳极浸入電解槽中，电解槽内盛有硫酸铜和硫酸的电解液。薄的纯铜片，称为“启动片”，作為阴极。当電流通过电解液时，阳极上的铜溶解到溶液中，然后又沉积在阴极上，形成一层高纯度的铜（纯度可达99.99%甚至更高）。

杂质要么作为“阳极泥”沉到底部（這部分可能含有金、银等贵金属，具有很高的回收价值），要么溶解在溶液中。正是通过这一过程，我们获得了制造导线和电子元件所需的超纯铜。

塑形金属：加工工藝

精炼后的铜准备好被塑造成各种形态：

加工铜（WroughtCopper）：指通过机械加工成型的铜。轧制（Rolling）：熔融铜铸成大块锭后，通过强大的轧辊将其压制成不同厚度的板材、片材和箔材。拉拔（Drawing）：将铜通过模具拉伸，以制造出导线、管道和棒材。由于铜的延展性极佳，这一工艺尤為有效。

挤压（Extrusion）：将加热的铜通过模具强制挤出，形成复杂的异形截面，如管道和型材。铸造铜及合金：铜常与其他金属合金化，以增强其性能。黄铜（Brass）：铜与锌的合金。它比纯铜更坚固、耐腐蚀性更好，且易于加工，呈现黄色。常用于装饰品、乐器和配件。

青铜（Bronze）：主要为铜与锡的合金（也可加入其他元素）。它非常坚硬耐用，在工具、武器和雕塑领域有着悠久的历史。这些合金通常通过熔化构成金属，然后将熔融混合物浇铸到模具中制成。

生命之环：铜的回收

铜是可无限回收的，并且在回收过程中不会损失其固有性能。这是其巨大的环境优势。从废旧金属中回收铜比开采和精炼新矿石消耗的能源要少得多，从而减少了温室气体排放，并节约了自然资源。据估计，今天使用的铜有很大一部分是回收铜。

从地壳到最先进的技术奇迹，铜的旅程是一段由人类创新驱动的转变之旅。它独特的导电性、耐久性、可加工性和美观性的结合，巩固了其作為文明基本元素的地位。展望未来，面对可再生能源、先进电子产品和可持续基础设施的需求，铜的作用只會越来越大，确保這“红色黄金”能在未来几代人中继续闪耀。

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图片来源：每经记者 陈银焕 摄

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