铜是人类最早使用的金属。早在史前时代,人们就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、式具和其他器皿,铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。铜是一种存在于地壳和海洋中的金属。铜在地壳中的含量约为0.01%,在个别铜矿床中,铜的含量可以达到3%~5%。自然界中的铜,多数以化合物即铜矿物存在。铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石,开采出来的铜矿石,经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。是唯一的能大量天然产出的金属,也存在于各种矿石(例如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、赤铜矿和孔雀石)中,能以单质金属状态及黄铜、青铜和其他合金的形态用于工业、工程技术和工艺上。

1基本信息

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铜矿石铜矿石

中文名:

英文:copper

化学式:Cu

分子量:63.55

CAS登录号:7440-50-8

熔    点:1357.77K(1083.4℃

沸    点:2868K(2567℃

水溶性:不溶于水

密    度:8960kg/m³(固态)

外    观:常温下为紫红色固体

应    用:导线 器皿 艺术品

莫氏硬度:3

原子半径:145pm

化合价:+4 +3 +2 +1,其中以+2最为常见

磁    性:抗磁性

原子序数:29

所属周期:4

所属族数:IB

元素类别:过渡金属

元素分区:ds

2铜在中国使用简史

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青铜器青铜器


中国使用铜的历史年代久远。大约在六、七千年以前中国人的祖先就发现并开始使用铜。1973年陕西临潼姜寨遗址曾出土一件半圆型残铜片,经鉴定为黄铜。1975年甘肃东乡林家马家窑文化遗址(约公元前3000左右)出土一件青铜刀,这是目前在中国发现的最早的青铜器,是中国进入青铜时代的证明。相对西亚、南亚及北非于距今约6500年前先后进入青铜时代而言,中国青铜时代的到来较晚。中国存在一个铜器与石器并用时代,年代距今约为5500~4500年。中国在此基础上发明青铜合金,与世界青铜器发展模式相同。

“国之大事,在祀及戎”。对于中国先秦中原各国而言,最大的事情莫过于祭祀和对外战争。作为代表当时最先进的金属治炼、铸造技术的青铜,也主要用在祭祀礼仪和战争上。夏、商、周三代所发现的青铜器,其功能(用)均为礼仪用具和武器以及围绕二者的附属用具,这一点与世界各国青铜器有区别,形成了具有中国传统特色的青铜器文化体系。
一般把中国青铜器文化的发展划分为三大阶段,即形成期、鼎盛时期和转变期。形成期是指龙山时代,距今4500~4000年;鼎盛期即中国青铜器时代,时代包括夏、商、西周、春秋及战国早期,延续时间约一千六百余年,也就是中国传统体系的青铜器文化时代;转变时期指战国末期-秦汉时期,青铜器已逐步被铁器取代,不仅数量上大减,而且也由原来礼乐兵器及使用在礼仪祭祀,战争活动等等重要场合变成日常用具,其相应的器别种类、构造特征、装饰艺术也发生了转折性的变化。

形成期

距今4500~4000年龙山时代,相当于尧舜禹传说时代。古文献上纪载当时人们已开始冶铸青铜器。黄河、长江中下游地区的龙山时代遗址里,经考古发掘,在几十处遗址里发现了青铜器制品。从现有的材料来看,形成期的铜器有以下特点:
1
、红铜与青铜器并存,并出现黄铜。甘肃省东乡林家遗址,出土一件范铸的青铜刀;河北省唐山大城山遗址发现两件带孔红铜牌饰;河南省登封王城岗龙山城内出土一件含锡7%的青铜容器残片;山西省襄汾陶寺墓地内出土一件完整铜铃,系红铜;山东胶县三里河遗址出土两件黄铜锥;山东省栖霞杨家圈出土黄铜残片。发现铜质制品数量最多的是甘肃、青海、宁夏一带的齐家文化,有好几处墓地出土刀、锥、钻、环和铜境,有些是青铜,有些是红铜。制作技术方面,有的是锻打的,有的是用范铸造的,比较先进。
2
、青铜器品种较少,多属于日常工具和生活类,如刀、锥、钻、环、铜镜、装饰品等。但是应当承认当时人们已能够制造容器。此外,在龙山文化中常见红色或黄色陶鬶,且流口,腹裆部常有模仿的金属柳钉,如果认为这时的铜鬶容器与夏商铜鬶,爵、斝容器功能一样的话,当时的青铜器已经在或开始转向礼器了。
3
、一般小遗址也出土铜制品,一般居民也拥青铜制品。此外,这个时期的青铜制品多朴实无饰,就是有纹饰的铜镜也仅为星条纹、三角纹等等的几何文饰,绝无三代青铜器纹饰的神秘感。

鼎盛期

青铜编钟青铜编钟

鼎盛期即中国青铜器时代,包括夏、商、西周、春秋及战国早期,延续时间约一千六百余年。这个时期的青铜器主要分为礼乐器、兵器及杂器。乐器也主要用在宗庙祭祀活动中。礼器是古代繁文缛节的礼仪中使用的,或陈于庙堂,或用于宴饮、盥洗,还有一些是专门做殉葬的明器。青铜礼器带有一定的神圣性,是不能在一般生活场合使用的。所有青铜器中,礼器数量最多,制作也最精美。礼乐器可以代表中国青铜器制作工艺的最高水平。礼器种类包括烹炊器、食器、酒器、水器和神像类。这一时期的青铜器装饰最为精美,文饰种类也较多。

青铜器的装饰
青铜器最常见花纹之一,是饕餮纹,也叫兽面纹。这种纹饰最早出现在距今五千年前长江下游地区的良渚文化玉器上,山东龙山文化继承了这种纹饰。饕餮纹,本身就有浓厚的神秘色彩。《吕氏春秋·先识》篇内云“周鼎著饕餮,有首无身,食人未咽,害及其身”,故此,一般把这种兽面纹称之为饕餮纹。饕餮纹在二里头夏文化中青铜器上已有了。商周两代的饕餮纹类型很多,有的像龙、像虎、像牛、像羊、像鹿;还有像鸟、像凤、像人的。西周时代,青铜器纹饰的神秘色彩逐渐减退。龙和凤,仍然是许多青铜器花纹的母题。可以说许多图案化的花纹,实际是从龙蛇、凤鸟两大类纹饰衍变而来的。蝉纹,是商代、西周常见的花纹,到了春秋,还有变形的蝉纹。春秋时代,螭龙纹盛行,逐渐占据了统治地位,把其他花纹差不多都挤掉了。中国青铜器还有一特点,就是迄今为止没有发现过任何肖像。不少的青铜器用人的面形作为装饰品,如人面方鼎、人面钺等,但这些人面都不是什么特定人物的面容。更多的器物是人的整体形象,如人形的灯或器座;或者以人的整体作为器物的一部分,如钟架有佩剑人形举手托住横梁,铜盘下有几个人形器足之类,这些人形大部分是男女待从的装束,而且也不是特定婢奴的肖像。四川广汉三星堆出土的立体像、人头像,大小均超过正常人,均长耳突目,高鼻阔口,富于神秘色彩,应是神话人物。商周青铜器中数以万计的铜器留有铭文,这些文字,一般叫金文。对于历史学者而言起着证史、补史的作用。

中国青铜器的铭文,文字以铸成者为多。凹入的字样,称为阴文,少数文字凸起,称阳文。商代和西周,可以说铭文都是铸成的,只有极个别用锋利的工具刻字的例子。西周晚期,开始出现完全是刻成的铭文。战国中期,大多数铭文已经是刻制的,连河北省平山中山王汉墓的三件极为典重的礼器,都是契刻而成,其刀法异常圆熟,有很高的艺术价值。 中国古代青铜器的另一个突出特征是制作工艺的精巧绝伦,显示出古代匠师们巧夺天工的创造才能。用陶质的复合范浇铸制作青铜器的和范法,在中国古代得到充分的发展。陶范的选料塑模翻范,花纹刻制均极为考究,浑铸、分铸、铸接、叠铸技术非常成熟。随后发展出来毋需分铸的失蜡法工艺技术,无疑是青铜铸造工艺的一大进步。古人认为青铜器极其牢固,铭文可以传流不朽,因此要长期流传的事项必须铸在青铜物之上。因此,铭文已成为今天研究古代历史的重要材料。

在青铜器上加以镶嵌以增加美观,这种技术很早就出现了。镶嵌的材料,第一种是绿松石,这种绿色的宝石,至今仍应用在首饰上。第二种是玉,有玉援戈,玉叶的矛,玉刃的斧钺等。第三种陨铁,如铁刃铜钺,铁援铜刃,经鉴定,铁刃均为硕铁。第四种是嵌红铜,用红铜来组成兽形花纹。春秋战国时也有用金、银来镶嵌装饰的青铜器。

青铜器的冶炼
东周时代,冶铸技术发展较高,出现了制造青铜器的技术总结性文献《考工记》。书中对制作钟鼎、斧斤、弋戟等各种器物所用青铜中铜锡的比例作了详细的规定。由于战争频繁,兵器铸造得到了迅速发展。特别是吴、越的宝剑,异常锋利,名闻天下,出现了一些著名的铸剑的匠师,如干将,欧治子等人。有的宝剑虽已在地下埋藏两千多年,但仍然可以切开成叠的纸张。越王勾践剑等一些剑,其表面经过一定的化学处理,形成防锈的菱形、鳞片形或火焰形的花纹,异常华丽。

转变时期

转变时期一般指战国末年至秦汉末年这一时期。经过几百年的兼并战争及以富国、强兵为目的的政治、经济、文化改革,以郡县制取代分封制,具有中央集权性质的封建社会最终建立,传统的礼仪制度已彻底瓦解,铁制品已广泛使用。社会各领域均发生了翻天覆地的变化。
青铜器在社会生活中的地位逐渐下降,器物大多日用化,但是具体到某些青铜器,精美的作品还是不少的。如在陕西临潼秦始皇陵掘获的两乘铜车马。第一乘驾四马,车上有棚,御者为坐状。这两乘车马均为青铜器铸件构成,大小与实际合乎比例,极其精巧。车马上还有不少金银饰件,通体施以彩绘。第二乘马,长3.17、高1.06米,可以说是迄今发掘到的形制巨大、结构又最复杂的青铜器。到了东汉末年,陶瓷器得到较大发展,在社会生活中的作用日益重要,从而把日用青铜器皿进一步从生活中排挤出去。至于兵器,工具等方面,这时铁器早已占了主导地位。隋唐时期的铜器主要是各类精美的铜镜,一般均有各种铭文。自此以后,青铜器除了铜镜外,可以说不再有什么发展了。

3理化性质

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物理性质

铜呈紫红色光泽的金属,密度8.92克/立方厘米。熔点1083.4±0.2℃,沸点2567℃。有很好的延展性。导热和导电性能较好。

铜有29个同位素。Cu(63)和Cu(65)很稳定, Cu在自然存在的铜中约占69%;它们的自旋量子数都为3/2。

磁性:抗磁性

晶体类型:面心立方结构

电阻率:1.75×10-8

声音在其中的传播速率(室温)3810(m/S)

固态密度 8960 kg/m³

液态密度 8091 kg/m³

比热: 370 J/(kg·K)

热导率:400 W/m.K

原子半径:186 pm

化合价通常为+2,也有+1(3价铜仅在少数不稳定的化合物中出现)

氧化态主要:+Ⅱ其他:+Ⅰ

在地壳中的含量(ppm):50

在太阳中的含量(ppm):0.7

电离能:7.726电子伏特

颜色:紫红色

焰色为:绿色

化学性质

结构结构

原子结构

电子层:K-L-M-N

电子层分布:2-8-18-1

电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1

铜是不太活泼的重金属,在常温下不与干燥空气中的氧化合,加热时能产生黑色的氧化铜:

如果继续在很高温度下燃烧,就生成红色的Cu2O:

在潮湿的空气中放久后,铜表面会慢慢生成一层铜绿(碱式碳酸铜),铜绿可防止金属进一步腐蚀,其组成是可变的。

铜在常温下就能与卤素直接化合。

Cu + Cl2 =CuCl2(也可在点燃条件下进行)

与硫的反应

加热时,铜与硫直接化合生成Cu2S:

2Cu + S =Cu2S

与氯化铁溶液反应

在电子工业中,常用FeCl3溶液来刻蚀铜,以制造印刷线路。

Cu + 2FeCl3 =2FeCl2 + CuCl2

与空气和稀酸反应

在电位序(金属活动性顺序)中,铜族元素都在氢以后,所以不能置换稀酸中的氢。但当有空气存在时,铜先生成氧化铜,然后再与酸作用然后缓慢溶于这些稀酸中:2Cu + 4HCl + O2= 2CuCl2 + 2H2O

2Cu + 2H2SO4 + O2= 2CuSO4 + 2H2O

与浓盐酸反应

2Cu + 8HCl(浓)== 2H3[CuCl4] + H2↑

与氧化性酸反应

铜易为HNO3、热浓硫酸等氧化性酸氧化而溶解:

Cu + 4HNO3(浓) =Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O

3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O

Cu + 2H2SO4(浓) =CuSO4 + SO2↑+ 2H2O

催化剂

能充当一些有机物的催化剂

2CH3CH2OH+O2 —(Cu或者Ag,加热)—→2CH3CHO+2H2O[2]

4铜的加工冶炼

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从铜矿中开采出来的铜矿石,经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂,铜精矿需要经过冶炼提成,才能成为精铜及铜制品。

A.铜矿石的加工 

工业上使用的铜有电解铜(含铜99.9%~99.95%)和精铜(含铜99.0%~99.7%)两种。前者用于电器工业上,用于制造特种合金、金属丝及电线。后者用于制造其他合金、铜管、铜板、轴等。

a.铜矿石的分类及属性: 炼铜的原料是铜矿石。铜矿石可分为三类: (1)硫化矿,如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜矿(Cu2S)等。 2)氧化矿,如赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[Cu2(OH)2CO3]、蓝铜矿[2CuCO3·Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO3·2H2O)等。(3)自然铜。铜矿石中铜的含量在1%左右(0.5%~3%)的便有开采价值,因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂质除去,而得到含铜量较高(8%~35%)的精矿砂。

b.铜矿石的冶炼过程: 从铜矿石冶炼铜的过程比较复杂。以黄铜矿为例,首先把精矿砂、熔剂(石灰石、砂等)和燃料(焦炭、木炭或无烟煤)混合,投入“密闭”鼓风炉中,在1000℃左右进行熔炼。于是矿石中一部分硫成为SO2(用于制硫酸),大部分的砷、锑等杂质成为AS2O3、Sb2O3等挥发性物质而被除去:2CuFeS2+O2=Cu2S+2FeS+SO2↑。一部分铁的硫化物转变为氧化物:2FeS+3O2=2FeO+2SO2↑。Cu2S跟剩余的FeS等便熔融在一起而形成“冰铜”(主要由Cu2S和FeS互相溶解形成的,它的含铜率在20%~50%之间,含硫率在23%~27%之间),FeO跟SiO2形成熔渣:FeO+SiO2=FeSiO3。熔渣浮在熔融冰铜的上面,容易分离,借以除去一部分杂质。然后把冰铜移入转炉中,加入熔剂(石英砂)后鼓入空气进行吹炼(1100~1300℃)。由于铁比铜对氧有较大的亲和力,而铜比铁对硫有较大的亲和力,因此冰铜中的FeS先转变为FeO,跟熔剂结合成渣,而后Cu2S才转变为Cu2O,Cu2O跟Cu2S反应生成粗铜(含铜量约为98.5%)。2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2↑,2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2↑,再把粗铜移入反射炉,加入熔剂(石英砂),通入空气,使粗铜中的杂质氧化,跟熔剂形成炉渣而除去。在杂质除到一定程度后,再喷入重油,由重油燃烧产生的一氧化碳等还原性气体使氧化亚铜在高温下还原为铜。得到的精铜约含铜99.7%。

B.铜的冶炼工艺

冶炼冶炼
铜冶金技术的发展经历了漫长的过程,但至今铜的冶炼仍以火法治炼为主,其产量约占世界铜总产量的85%,现代湿法冶炼的技术正在逐步推广,湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。 火法冶炼与湿法冶炼(SX-EX)。 a.火法炼铜:通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜,也即电解铜,一般适于高品位的硫化铜矿。火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石,通过选矿提高到20-30%,作为铜精矿,在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼,产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜,再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂,或铸成阳极板进行电解,获得品位高达99.9%的电解铜。该流程简短、适应性强,铜的回收率可达95%,但因矿石中的硫在造锍和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出,不易回收,易造成污染。近年来出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。

除了铜精矿之外,废铜做为精炼铜的主要原料之一,包括旧废铜和新废铜,旧废铜来自旧设备和旧机器,废弃的楼房和地下管道;新废铜来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50%左右),一般废铜供应较稳定,废铜可以分为:裸杂铜:品位在90%以上;黄杂铜(电线):含铜物料(旧马达、电路板);由废铜和其他类似材料生产出的铜,也称为再生铜。

一船适于低品位的氧化铜,生产出的精铜称为电积铜。现代湿法冶炼有硫酸化焙烧-浸出-电积,浸出-萃取-电积,细菌浸出等法,适于低品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。湿法冶炼技术正在逐步推广,预计本世纪末可达总产量的20%,湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。湿法冶炼过程为:

c.火法和湿法两种工艺的特点 比较火法和湿法两种铜的生产工艺,有如下特点:

(1)后者的冶炼设备更简单,但杂质含量较高,是前者的有益补充。

(2)后者有局限性,受制于矿石的品位及类型。

(3)前者的成本要比后者高。

可见,湿法冶炼技术具有相当大的优越性,但其适用范围却有局限性,并不是所有铜矿的冶炼都可采用该种工艺。不过通过技术改良,这几年已经有越来越多的国家,包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等,将该工艺应用于更多的铜矿冶炼上。湿法冶炼技术的提高及应用的推广,降低了铜的生产成本,提高了铜矿产能,短期内增加了社会资源供给,造成社会总供给的相对过剩,对价格有拉动作用

5用途

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铜
铜是与人类关系非常密切的有色金属,被广泛地

应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域,在中国有色金属材料的消费中仅次于铝。铜是一种红色金属,同时也是一种绿色金属。说它是绿色金属,主要是因为它熔点较低,容易再熔化、再冶炼,因而回收利用相当地便宜。古代主要用于器皿、艺术品及武器铸造,比较有名的器皿及艺术品如司母戊鼎、四羊方尊。

电器和电子市场

电器和电子市场约占总数的28%。1997年,这两个市场成为铜消耗的第二大终端用户,拥有25%的股份。在许多电器产品中,(例如:电线、母线、变压器绕组、重型马达、电话线和电话电缆)铜的使用寿命都相当地长,只有经过20到50年以后,里面的铜才可以进行回收利用。其他含铜的电器和电子产品(比如:小型电器和消费电子产品)使用寿命则比较短,一般是5-10年。商业性电子产品和大型电器产品通常要回收的,因为它们除含有铜以外,还有其他珍贵的金属。尽管如此,小型的电子消费产品的回收率还是相当低的,因为它们里面几乎没有多少铜元素。

随着电子领域科学技术的快速发展,一些陈旧的含铜产品越来越过时了。比如,在二十世纪80年代,电话转换站和中央营业所是铜和铜合金碎屑的主要来源,但是数字转换的出现使得这些笨重的、金属密集的东西变得越来越过时了。

交通设备

交通设备是铜的第三大市场,约占总数的13%,与二十世纪60年代基本相同。尽管交通的重要性没有改变,但是铜的使用形式却发生了很大的变化。许多年来,自动散热器是这方面最重要的终端用户;然而,铜在自动电器和电子产品中的使用飞速增长,而在热交换器市场中的使用则有所下降。小轿车的平均使用寿命是10-15年,几乎所有的铜(包括散热器和配线)都是在它的整体拆卸和回收前来进行回收的。[6]

工业机器和设备

工业机器和设备是另外一个主要的应用市场,在当中铜往往有比较长的使用寿命。硬币和军火是这方面主要的终端用户。子弹很少回收,一些硬币可以熔化,而还有许多则由收藏者或储蓄者保存,不可以进行回收。[6]  在机械和运输车辆制造中,用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。

在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。

在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等,每生产300万发子弹,需用铜13~14吨。

在建筑工业中,用做各种管道、管道配件、装饰器件等。

医学

医学中,铜的杀菌作用很早就被认知。自20世纪50年代以来,人们还发现铜有非常好的医学用途。20世纪70年代,中国医学发明家刘同庆 研究发现,铜元素具有极强的抗癌功能,并成功研制出相应的抗癌药物“克癌症7851”,在临床上获得成功。后来,墨西哥科学家也发现铜有抗癌功能。新世纪,英国研究人员又发现,铜元素有很强的杀菌作用。相信不久的将来,铜元素将为提高人类健康水平做出巨大贡献。

有机化学

有机化学中,有机铜锂化合物是一类重要的金属有机化合物。

合金

而铜可用于制造多种合金,铜的重要合金有以下几种:

黄铜

黄铜是铜与锌的合金,因色黄而得名。黄铜的机械性能和耐磨性能都很好,可用于制造精密仪器、船舶的零件、枪炮的弹壳等。黄铜敲起来声音好听,因此锣、钹、铃、号等乐器都是用黄铜制做的。

航海黄铜

铜与锌、锡的合金,抗海水侵蚀,可用来制作船的零件、平衡器。

青铜

铜狮铜狮

铜与锡的合金叫青铜,因色青而得名。在古代为常用合金(如中国的青铜时代)。青铜一般具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、铸造性和优良的机械性能。用于制造精密轴承、高压轴承、船舶上抗海水腐蚀的机械零件以及各种板材、管材、棒材等。青铜还有一个反常的特性——“热缩冷胀”,用来铸造塑像,冷却后膨胀,可以使眉目更清楚。

磷青铜

铜与锡、磷的合金,坚硬,可制弹簧。

白铜

白铜是铜与镍的合金,其色泽和银一样,银光闪闪,不易生銹。常用于制造硬币、电器、仪表和装饰品。

十八开金(18K金或称玫瑰金)

6/24的铜与18/24的金的合金。红黄色,硬度大,可用来制作首饰、装饰品。

世界分布

世界铜矿资源比较丰富。铜不难从它的矿石中提取,但可开采的矿藏相对稀少。有些,如在瑞典法伦的铜矿,从13世纪开始,曾是巨大财富的来源。一种提取这种金属的方法是烘烤硫化矿石,然后用水分离出其形成的硫酸铜。之后流淌过铁屑表面铜就会沉淀,形成的薄层很容易分离。世界上已探明的铜约为3.5~5.7亿吨,其中斑岩铜矿约占全部总量的76%。从地区分布看,全球铜蕴藏量最丰富的地区共有五个:

非洲 :刚果卢伊卢(科卢韦齐)、希图鲁、赞比亚卢安夏和巴利巴、穆富利拉、恩昌加 TLP 、恩卡纳(罗卡纳)。

铜矿铜矿

亚洲:中国 白银(金川)/甘肃、山东/阳谷祥光铜业大冶、贵溪、葫芦岛、金昌、上海、天津、云南、印度 伯尔拉铜(代海伊)、杜蒂戈林、伊朗萨尔 切什梅、日本 别子/爱媛(东予冶炼厂)。小坂(秋田) 直岛(香川)、小名滨(福岛) 、佐贺关(大分)、玉野(冈山)、哈萨克斯坦巴尔卡什米斯、杰兹卡兹甘冶炼厂、韩国 温山冶炼厂Ⅰ、温山冶炼厂Ⅱ、菲律宾伊莎贝尔/莱特(菲律宾熔炼与精炼协会)、乌兹别克斯坦阿尔马雷克冶炼厂。

欧洲:奥地利布里克斯莱格比利时贝尔瑟;霍博肯、 UM 皮尔多普芬兰哈尔亚瓦尔塔德国汉堡、黑特施泰、吕嫩Lunen 170 、意大利 波代 马格拉、波兰格沃古夫Ⅰ、格沃古夫Ⅱ 、莱格尼察冶炼厂、罗马尼亚兹拉特纳冶炼厂、俄罗斯基洛夫格拉德(卡拉塔)、克拉斯诺乌拉尔斯克冶炼厂、 纳杰日金斯基、诺里尔斯克冶炼厂、中乌拉尔斯克冶炼厂、西班牙韦尔瓦、瑞典伦岛、英国 沃尔索尔、南斯拉夫博尔。

铜与人体健康

铜的离子(铜质)对生物而言,不论是动物或植物,是必需的元素。人体缺乏铜会引起贫血,毛发异常,骨和动脉异常,以至脑障碍。但如过剩,会引起肝硬化、腹泻、呕吐、运动障碍和知觉神经障碍。一般来说,牛肉、葵花籽、可可、黑椒、羊肝等等都有丰富的铜质。

铜是人体必需的微量矿物质,在摄入后15分钟即可进入血液中,同时存在于红血球内外,可帮助铁质传递蛋白,在血红素形成过程中扮演催化的重要角色。而且在食物烹饪过程中,铜元素不易被破坏掉。

铜广泛分布于生物组织中,大部分以有机复合物存在,很多是金属蛋白,以酶的形式起着功能作用。每个含铜蛋白的酶都有它清楚的生理生化作用,生物系统中许多涉及氧的电子传递和氧化还原反应都是由含铜酶催化的,这些酶对生命过程都是至关重要的。

人体的需求量

成年人每天需要铜0.05~2毫克,孕、产妇和青、少年(少年食品)的需要量还要多些。足月生下的婴儿体内含铜量约为16毫克,按单位体重比成年人要高得多,其中约70%集中在肝中,由此可见,胎儿的肝是含铜量极高的器官。从妊娠开始,胎儿体内的含铜量就急剧增加,约从妊娠的第200天到出生,铜含量约增加4倍。因此,妊娠后期是胎儿吸收铜最多的时期,早产儿易患缺铜症就是这个原因。孕妇体内铜的浓度在妊娠过程中逐渐上升,这可能与胎儿长大体内雌激素水平增加有关。正常情况下,孕妇不需要额外补充铜剂,铜过量可产生致畸作用。

中国营养学会没有制定每日膳食中铜的需要量,但制定了每日铜的“安全和适宜的摄入量”,半岁前婴儿每天需0.5~0.7毫克,半岁至1岁每天0.7~1.0毫克,1岁以上每天1.0~1.5毫克,4岁以上每天1.5~2.0毫克,7岁以上每天2.0~2.5毫克,11岁以上至青年、成年,均为每天2.0~3.0毫克。这个摄入量与美国科学研究委员会制定的“估计每日饮食中安全充足的铜摄取量”相当。

铜与人体健康关系密切。人体每天都要摄入各种微量元素,铜是人体不能缺少的金属元素之一。成年人体内,1千克体重中,铜含量大约为1.4 mg~2.1 mg;血液中铜的含量约为1.0 mg~1.5 mg。这一数量虽小,但它对于维持身体健康和器官的正常运行却不可缺少。这是因为铜元素在机体运行中具有特殊的作用。铜是机体内蛋白质和酶的重要组成部分,许多重要的酶需要微量铜的参与和活化。例如,铜可以催化血红蛋白的合成。研究表明,缺铜会导致血浆胆固醇升高,增加动脉粥样硬化的危险,因而是引发冠状动脉心脏病的重要因素。科学家还发现,营养性贫血、白癫风、骨质疏松症、胃癌及食道癌等疾病的产生也都与人体缺铜有关。严重缺铜和长期边缘性缺铜,还会引发小儿发育不良和一些地方病。[9]

铜的吸收与排泄

吸收

吸收率30~40%。胃、十二指肠和小肠上部是铜的主要吸收部位,其肠吸收是主动吸收过程。膜内外铜离子的转运体为ATP酶,依靠天冬氨酸残基磷酸化供能,能将主动吸收的铜与门静脉侧枝循环中的白蛋白结合,运至肝脏进一步参与代谢。

排泄

铜主要通过胆汁排泄,胆汁中含有低分子和高分子量的铜结合化合物,前者多存在肝胆汁中,后者则多在胆囊胆汁中。铜可以通过溶酶体的胞吐作用或ATP酶的铜转移作用而进入胆汁内,胆汁中的铜也可以是肝细胞溶酶体对存在于胆汁中铜结合蛋白分解的结果。血浆中铜大多与铜蓝蛋白结合或存在于肾细胞内,很少滤过肾小球,正常情况下尿液中含铜量甚微。当铜的排泄、存储和铜蓝蛋白合成失衡时会出现铜尿。

在人体的作用

铜是人体健康不可缺少的微量营养素,对于血液、中枢神经和免疫系统,头发、皮肤和骨骼组织以及脑子和肝、心等内脏的发育和功能有重要影响。铜主要从日常饮食中摄入。世界卫生组织建议,为了维持健康,成人每公斤体重每天应摄入0.03毫克铜。孕妇和婴幼儿应加倍。缺铜会引起各种疾病,可以服用含铜补剂和药丸来加以补充。

铜在人体内含量约100~150mg,血清铜正常值100~120μg/dl,是人体中含量位居第二的必需微量元素。含铜的酶有酪氨酸酶、单胺氧化酶、超氧化酶、超氧化物歧化酶、血铜蓝蛋白等。铜对血红蛋白的形成起活化作用,促进铁的吸收和利用,在传递电子、弹性蛋白的合成、结缔组织的代谢、嘌呤代谢、磷脂及神经组织形成方面有重要意义。

铜缺乏可引起如下疾病:

1.贫血

一般最常见的临床表现为头晕、乏力、易倦、耳鸣、眼花。皮肤黏膜及指甲等颜色苍白,体力活动后感觉气促、心悸。严重贫血时,即使在休息时也出现气短和心悸,在心尖和心底部可听到柔和的收缩期杂音。

2.骨骼改变

临床表现为骨质疏松,易发生骨折。

3.铜与冠心病

4.铜与白癜风病

5.女性不孕症

缺铜会使神经系统的抑制过程失调,使神经系统处于兴奋状态而导致失眠,久而久之可发生神经衰弱。

人体缺铜可适量增加摄入含铜较高的食物,如口蘑、海米、红茶、花茶、砖茶、榛子、葵花子、芝麻酱、西瓜子、绿茶、核桃、黑胡椒、可可、肝、豆制品等。

铜离子可以消毒杀菌、卫生防疫。例如:可以杀灭易于在水中滋生的大肠杆菌和痢疾等病菌,清除水中传播血吸虫病的蛞蝓和螺等软体动物,以及传播疟疾的蚊子幼虫等疾病携带体。它还可以应用在游泳池内,防止绿藻污染和通过地板传染足癣等等。

铜与新陈代谢

铜是人体内一种必需的微量元素,在人体的新陈代谢过程中起着重要的作用。

1 大脑的“益友” 铜与锌、铁等一样都是大脑神经递质的重要成分。如果摄取不足可致神经系统失调,大脑功能会发生障碍。铜缺乏将使脑细胞中的色素氧化酶减少,活力下降,从而使记忆衰退、思维紊乱、反应迟钝,甚至步态不稳、运动失常等。要有一副健康灵活的大脑,是离不开铜元素这个益友的。

2 心脏的“卫士” 当人们将心脏病的原因单纯归咎于脂肪、高胆固醇饮食时,美国科学家提醒人们:绝对不可忽视铜元素的缺乏。铜元素在人体内参与多种金属酶的合成,其中的氧化酶是构成心脏血管的基质胶原和弹性蛋白形成过程中必不可少的物质,而胶原又是将心血管的肌细胞牢固地连接起来的纤维成分,弹性蛋白则具有促使心脏和血管壁保持弹性之功能。因此,铜元素一旦缺乏,此类酶的合成减少,心血管就无法维持正常的形态和功能,从而给冠心病入侵以可乘之机。

3 造血的“助手” 众所周知,铁是人体造血的重要原料,但铁元素要成为红血球中的一部分,必须依靠铜元素的帮忙。奥妙在于血红蛋白中的铁是三价铁离子,而来源于食物中的乃是二价铁离子,二价铁离子要转化成三价铁离子,有赖于含铜的活性物质——血浆铜蓝蛋白的氧化作用。如果体内缺铜,血浆铜蓝蛋白的浓度势必降低,从而导致铁难以转化而诱发贫血症。

4 助孕的“新星” 育龄女性要怀孕也离不开铜。据产科医生研究,妇女缺铜就难以受孕,即使受孕也会因缺铜而削弱羊膜的厚度和韧性,导致羊膜早破,引起流产或胎儿感染。故女性要想出一个健康聪明的小宝贝,也须借助铜元素的一臂之力。

5 抗衰老的“能手” 人体的衰老是因为体内的自由基的代谢废物起着相当大的作用,又是多种老年疾病的祸根。其中的羟自由基,毒性最强,不但会通过脂质过氧化反应损害细胞膜,而且会破坏细胞核的遗传物质,导致细胞死亡。此外,还可使许多重要酶的活性降低甚至消失。研究表明,含铜的金属硫蛋白、超氧化物歧化酶等具有较强的清扫此种代谢废物的功能,保护人体细胞不受其害,可见铜元素在抗衰老中有举足轻重的地位。

即可收到良好的效果。实验证明,人体摄入足够的铜,可在侵入人体的流感病毒表面聚集较多的铜离子,从而为维生素攻击流感病毒提供有效的“靶子”。维生素C与病毒表面的铜离子发生作用,构成一种可以分离的含有活性氧离子的不稳定化合物,促使含有蛋白质的病毒表面发生破裂,进而置病毒于死地。为此,专家将维生素C与铜元素称为一对防治流感的最佳“搭档”。

6 防治白发的“灵丹” 人的头发为何早白?体内缺铜是一个重要原因。缺铜可使人体内的酪氨酸酶的形成困难,导致酪氨酸转变成多巴的过程受阻。多巴为多巴胺的前体,而多巴胺又是黑色素的中间产物,最终妨碍黑色素的合成,遂引起头发变白。欲求黑发不衰,补足铜元素是有效的一招。

如何补铜呢?增加富含铜元素的食物,如动物肝脏、虾、豆类、鲜肉、果仁等。

膳食结构膳食结构

铜是人体不可缺少的微量元素。成人体内一般含铜7ffe 100mg,平均每千克体重含铜 1.guZ. ling。铜存在于人们的所有器官和组织中,通常与蛋白质或其它有机物结合,而不以自由铜离子的形式存在。肝脏是储存铜的仓库,含铜量最高。脑和心脏也含有较多的铜。健康人血液中的铜含量1.l~1.sing/L,它随着年龄、运动和健康而发生变化。

铜是机体内蛋白质和酶的重要组分,如铜蓝蛋白、细胞色素、C氧化酶等。许多关键的酶,需要钢的参与和活化,对机体的代谢过程产生作用,促进人体的许多功能。这就是为什么这么微量的铜,会对生命产生至关重要作用的主要原因。例如:它有助于提供机体生物化学过程所需的能量;帮助形成血液中的血红素,影响皮肤色素的形成;促进在骨胶原及弹性蛋白中形成交联,保持和恢复结缔组织;参与葡萄糖和胆固醇的代谢过程;影响头发、皮肤、骨骼、大脑的发育,以及心脏、肝脏、中枢神经和免疫系统的功能等。

此外,某些含铜的药剂有消炎和治疗关节炎的作用,并已在一些国家得到应用。长期以来人们得出这样的经验,配戴铜具有治疗关节炎的作用。这可能是由于汗水溶解的微量钢经皮肤而被人体吸收的结果。铜在放射科和治疗痉挛、癫痛和痛风上的应用也正在研究中

缺铜有碍人体健康,长时间边缘性缺铜的影响是潜移默化的。它会引起婴幼儿发育不良。此外,在我国以及印度、坦桑尼亚、南非等地发现了膝盖弯曲的“膝外翻症”,这是缺铜的一种典型症状。分析表明畸形骨骼中的铜含量显著低于正常值。

值得注意的是,最近的研究发现,缺铜是增加冠心病发病率的一个因素!冠心病是由于血液中过高的冠状动脉管壁上沉积,造成堵塞(动脉粥样硬化),从而引起心脏供血不足的一种常见的心脏病。脂肪的代谢过程对铜很敏感。对大鼠的试验表明,缺铜会显著升高血浆胆固醇,改变胆固醇与脂蛋白的结合形式,增加动脉粥样硬化的危险。还发现缺铜会引起大鼠的心脏生理发生异常,它与人类冠心病的某些病症相似,这就更证实了缺铜与冠心病之间的联系。

铜对人体的潜在毒性很轻,只有当摄入量大大超过了正常值时,方会引起胃肠紊乱等不良反应。研究结果表明,当成年男子和女子每天摄入量分别超过 12mg和 10mg时,会对人体生物化学过程产生轻微的影响。

鉴于铜的潜在毒性较低,相反地它却是人体健康不可缺少的元素,世界卫生组织的专家组已作出结论,缺铜的危害远比铜的毒性大得多。除了某些罕见的遗传外,人们主要防止的是缺铜。要充分保证膳食中有足够的铜,以满足身体的需要。对欧美发达国家膳食结构中含铜量的调查结果,已为防止缺铜敲起了警钟。实际上,许多人已在服用含铜片剂来补充营养。

对铜的摄人注意事项

①孕妇、婴儿和儿童

他(她)们需要摄入较多的铜。保持体内钢的平衡是决定胎儿和婴儿成长快慢的一个主要因素,应特别关注。

②膳食不正常的人群

贫困地区营养不良的居民,生活难以自理(主要是老年人和残疾人)或有偏食习惯的人群,他(她)们的膳食结构往往不合理容易由于缺铜而影响健康。

③某些病人

慢性肝炎的患者,定期接受血液透析以及长期依赖输液代替或补充进食的病人,应对他们的铜摄入量进行监测。此外,某些患有代谢异常的病人也应该注意缺铜的潜在影响。

④严重铜代谢异常的遗传病人

铜的食物来源

在人的血液中,铜是铁的“助手”。铜的吸收部位主要是胃和小肠上部。铜在肠中被吸收后进人血液中,80%的结合成血浆铜蓝蛋白。铜在血红蛋白形成中的作用,一般认为是促进对肠道铁(铁食品)的吸收和从肝及网状内皮系统的贮藏中使它释放出来,故铜对于血红蛋白的形成起着重要作用。

从食品商品化的角度来看,少量的铜对产品质量的影响主要是在食油(油食品)及含不饱和脂肪的食品中,铜离子实际上起着催化剂的作用,造成食品酸败、变色和其他一些反应。这些影响尽管使产品在外观上不受人欢迎,但通常并不会引起中毒和降低食品的营养价值。

食物中铜的丰富来源有口蘑、海米、红茶、花茶、砖茶、榛子、葵花子、芝麻酱、西瓜子、绿茶、核桃、黑胡椒、可可、肝等。

良好来源有蟹肉、蚕豆、蘑菇(鲜)、青豆、小茴香、黑芝麻、大豆制品、松子、龙虾、绿豆、花生米、黄豆、土豆粉、紫菜、莲子、芸豆、香菇(香菇食品)、毛豆、面筋、果丹皮、茴香、豌豆、黄酱、金铁菜、燕麦片、栗子、坚果、黄豆粉和小麦胚芽。


参考资料

[添加]
[1].查字典:铜
[2].中国百科网:铜的生产和消费

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标签: 金属元素 科学

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  • 更新时间:2015-12-14
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