電解銅車(chē)間設(shè)計(jì) 論文模板

1、目錄摘要1ABSTRACT2目錄3第一章 緒論61.1銅的性質(zhì)61.2銅的用途61.3銅的冶煉方法7銅的濕法冶煉7銅的火法冶煉81.4中國(guó)銅的生產(chǎn)和消費(fèi)狀況9銅的生產(chǎn)狀況9銅的消費(fèi)狀況9銅的市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)91.5本設(shè)計(jì)的內(nèi)容及意義10本設(shè)計(jì)的內(nèi)容10本設(shè)計(jì)的意義11第二章 廠址選擇12第三章 銅電解精練工藝流程的選擇133.1銅電解精煉流程簡(jiǎn)述133.2銅電解精煉的理論基礎(chǔ)15陽(yáng)極過(guò)程15陰極過(guò)程15陽(yáng)極上雜質(zhì)行為163.3電解液的凈化16第四章 銅電解精煉技術(shù)指標(biāo)的選擇174.1銅電解精煉條件17電解液組成17添加劑17電解液溫度18電解液循環(huán)18電流密度18同極中心距18陽(yáng)極壽命和陰極周期

2、184.2銅電解精煉經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)18電流效率18殘極率19銅電解回收率19槽電壓19直流電能消耗19硫酸單位消耗19蒸汽單位消耗19第五章 銅電解精煉冶金計(jì)算205.1溶解100kg陽(yáng)極銅平衡計(jì)算21陰極銅產(chǎn)量和成分計(jì)算215.1.2.陽(yáng)極泥率和成分計(jì)算22進(jìn)入電解液中銅及主要元素的量的計(jì)算22凈液量的計(jì)算225.2生產(chǎn)1t電銅的平衡235.3電解車(chē)間一晝夜物料的平衡計(jì)算24第六章 銅電解精煉主要設(shè)備計(jì)算與選擇266.1電極的選擇266.2電解槽的選擇276.3每個(gè)電解槽中電解液體積更新時(shí)間296.4電解槽熱平衡計(jì)算30熱收入30熱支出306.5整流器及導(dǎo)電銅材料的計(jì)算31直流電源31槽邊導(dǎo)電

3、排31槽間導(dǎo)電板32短路棒326.6電解液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備及管道計(jì)算32集液槽32電解液循環(huán)泵32高位槽336.6.4加熱器33電解液供液管346.7陰極片剝機(jī)346.8車(chē)間運(yùn)輸設(shè)備計(jì)算及選擇34起重機(jī)34叉車(chē)356.9其他設(shè)備及設(shè)施35各種輔助槽子35陽(yáng)極泥放出與收集35第七章 電解液凈化377.1概述377.2年處理凈液量計(jì)算377.3一段脫銅387.4硫酸銅結(jié)晶387.5二段脫銅397.6粗硫酸鎳生產(chǎn)計(jì)算39第八章 環(huán)保措施18.1環(huán)境保護(hù)18.2安全生產(chǎn)1第九章 車(chē)間定員2結(jié)語(yǔ)3參考文獻(xiàn)7第一章 緒論1.1銅的性質(zhì)金屬銅，元素符號(hào)Cu，原子量63.54，比重8.92g/cm3，熔點(diǎn)1083

4、。純銅呈淺玫瑰色或淡紅色。銅是人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)的古老金屬之一，早在三千多年前人類(lèi)就開(kāi)始使用銅。銅熱導(dǎo)率高，抗張強(qiáng)度大，易熔接，且抗蝕性強(qiáng)，可塑性、延展性好。純銅可拉成很細(xì)的銅絲，制成很薄的銅箔。銅在干燥的空氣中不起變化，但在含有二氧化碳的潮濕空氣中則能氧化形成堿式碳酸銅（銅綠）的有毒薄膜。加熱至150，銅在空氣中開(kāi)始氧化，高于350氧化生成Cu2O和CuO。因銅為正電性元素，故不能置換酸（鹽酸和硫酸）中的氫，而僅能溶于有氧化作用的酸如硝酸和有氧化劑存在時(shí)的硫酸中。銅能溶于氨水及與氧、硫、鹵素等化合。1.2銅的用途根據(jù)銅不同的物化性質(zhì)，用途不同。1、銅的導(dǎo)電性銅最重要的特性之一便是其具有極佳的導(dǎo)電性

5、，其電導(dǎo)率為58m/(mm2)。這一特性使得銅大量應(yīng)用于電子、電氣、電信和電子行業(yè)。銅的這種高導(dǎo)電性與其原子結(jié)構(gòu)有關(guān)；當(dāng)多個(gè)單獨(dú)存在的銅原子結(jié)合成銅塊時(shí)，其價(jià)電子將不再局限于銅原子之中，因而可以在全部的固態(tài)銅中自由移動(dòng)，其導(dǎo)電性?xún)H次于銀。2、銅的導(dǎo)熱性固體銅中含有自由電子所產(chǎn)生的另一重要效應(yīng)就是其擁有極高的導(dǎo)熱性，其熱導(dǎo)性為386W/(m·k)，導(dǎo)熱性?xún)H次于銀。加之銅比金、銀儲(chǔ)量更豐富，價(jià)格更便宜，因此被制成電線(xiàn)電纜、接插件端子、匯流排、引線(xiàn)框架等各種產(chǎn)品，廣泛用于電子電氣、電訊和電子行業(yè)。銅還有各種換熱設(shè)備如熱交換器、冷凝器、散熱器的關(guān)鍵材料，被廣泛應(yīng)用于電站輔機(jī)、空調(diào)、制冷、汽車(chē)

6、水箱、太陽(yáng)能集熱器柵板、海水淡化以及醫(yī)藥、化工、冶金等各種換熱場(chǎng)合。3、銅的耐蝕性銅具有良好的耐蝕性能，優(yōu)于普通鋼材，在堿性氣氛中優(yōu)于鋁。銅的電位序中是+0.34V，比氫高，是電位較正的金屬。銅在淡水中的腐蝕速度也很低（約0.05mm/a）。并且銅管用于運(yùn)送自來(lái)水時(shí)，管壁不沉積礦物質(zhì)，這點(diǎn)是鐵制水管所遠(yuǎn)不能及的。正因?yàn)檫@一特性，高級(jí)衛(wèi)浴給水裝置中大量使用銅制水管、龍頭及有關(guān)設(shè)備。銅極耐大氣腐蝕，其在表面可形成一層主要有堿式硫酸銅組成的保護(hù)薄膜，即銅綠，其化學(xué)成分為CuSO4·Cu(OH)2及CuSO4·3Cu(OH)2。因此銅材被用于建筑屋屋面板、雨水管、上下管道、管件；化

7、工和醫(yī)藥容器、反應(yīng)釜、紙漿濾網(wǎng);艦船設(shè)備、螺旋槳、生活和消防管網(wǎng)；沖制種類(lèi)硬幣(耐腐蝕性)、裝飾、獎(jiǎng)牌、獎(jiǎng)杯、雕塑和工藝品(耐蝕性色澤典雅)等。1.3銅的冶煉方法從銅礦石中或精礦中提取銅的方法較多，總括起來(lái)分火法和濕法兩大類(lèi)。銅的濕法冶煉濕法冶煉法可處理氧化銅礦，硫化銅礦和含銅貧礦或廢礦。1、氧化銅礦濕法提銅一般適于低品位的氧化銅礦，生產(chǎn)出的陰極銅稱(chēng)為電積銅。濕法煉銅目前主要用于處理氧化銅礦。有氧化銅礦直接酸浸和氨浸（或還原焙燒后氨浸）等法；酸浸應(yīng)用較廣，氨浸限于處理含鈣鎂較高的結(jié)合性氧化礦。氧化銅礦一般不宜用選礦法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出，所得溶液含銅一般為15g/L，可用硫化沉淀、中和

8、水解、鐵屑置換以及溶劑萃取電積等方法提取銅。近年來(lái)，萃取電積法發(fā)展較快。其主要過(guò)程包括：（1）用對(duì)銅有選擇性的萃取劑（如LiX64 N，N510，N530等）的煤油溶液萃取銅，銅進(jìn)入有機(jī)相而與鐵、鋅等雜質(zhì)分離。（2）用濃度較高的H2SO4溶液反萃銅，得到含銅約50g/L的溶液。反萃后的有機(jī)溶劑，經(jīng)洗滌后，返回萃取過(guò)程使用。（3）電積硫酸銅溶液得電銅，電解后液返回用作反萃劑。生產(chǎn)流程見(jiàn)圖1-1。圖1-1 氧化銅礦酸浸萃取電積提銅流程2、硫化銅礦濕法提銅硫化礦多用硫酸化焙燒浸出或者直接用氨或氯鹽溶液浸出等方法。（1）硫酸化焙燒浸出法是將精礦中的銅轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄粤蛩徙~溶出；硫化銅精礦經(jīng)硫酸化焙燒后浸出

9、，得到的含銅浸出液，經(jīng)電積得電銅。此法適于處理含有鈷、鎳、鋅等金屬的硫化銅精礦，但銅的回收率低，回收貴金屬較困難，電能消耗大，電解后液的過(guò)剩酸量須中和處理，所以一般不采用。（2）氨液浸出法是將銅轉(zhuǎn)變?yōu)殂~氨絡(luò)合物溶出，浸出液在高壓釜內(nèi)用氫還原，制成銅粉，或者用溶劑萃取電積法制取電銅；（3）氯鹽浸出法是將銅轉(zhuǎn)變?yōu)殂~氯絡(luò)合物進(jìn)入溶液，然后進(jìn)行隔膜電解得電銅。3、貧礦石和廢礦濕法提銅 銅礦開(kāi)采后坑內(nèi)的殘留礦、露天礦剝離的廢礦石和銅礦表層的氧化礦，含銅一般較低，多采用堆浸、就地浸出和池浸等方法，浸出其中氧化形態(tài)的銅，而所含硫化銅則利用細(xì)菌的氧化作用，使之溶解。浸出液中的銅可用鐵置換得海綿銅，或者用溶劑萃

10、取-電積法制取電銅。銅的火法冶煉火法煉銅是將銅礦（或焙砂、燒結(jié)塊等）和溶劑一起在高溫下熔化，或直接煉成粗銅，或先煉成冰銅（銅、鐵、硫?yàn)橹鞯娜垠w）然后在煉成粗銅。該法除部分預(yù)備作業(yè)及電解精煉作業(yè)外，均在高溫下進(jìn)行。其一般流程如圖1-2：圖1-2 火法煉銅工藝流程火法流程最大的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性廣，對(duì)各種不同的銅礦均能處理，特別是對(duì)一般硫化礦和富氧化礦很適用。比較火法和濕法兩種銅的生產(chǎn)工藝，有如下特點(diǎn)：（1）濕法冶煉設(shè)備更簡(jiǎn)單，但雜質(zhì)含量較高，是火法冶煉的有益補(bǔ)充。（2）火法冶煉有局限性，受制于礦石的品位及類(lèi)型。（3）火法冶煉的成本要比濕法高。可見(jiàn)，濕法冶煉技術(shù)具有相當(dāng)大的優(yōu)越性，但其適用范圍卻有局限性

11、，并不是所有銅礦的冶煉都可采用該種工藝。不過(guò)通過(guò)技術(shù)改良，這幾年已經(jīng)有越來(lái)越多的國(guó)家，包括美國(guó)、智利、加拿大、澳大利亞、墨西哥及秘魯?shù)龋瑢⒃摴に噾?yīng)用于更多的銅礦冶煉上。濕法冶煉技術(shù)的提高及應(yīng)用的推廣，降低了銅的生產(chǎn)成本，提高了銅礦產(chǎn)能。1.4中國(guó)銅的生產(chǎn)和消費(fèi)狀況銅的生產(chǎn)狀況據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)提供的統(tǒng)計(jì)資料顯示，2000年底中國(guó)精煉銅產(chǎn)量為137.11萬(wàn)噸，2005年達(dá)260.04萬(wàn)噸，5年間增長(zhǎng)100余萬(wàn)噸以上，居世界第二位；陰極銅消費(fèi)量也呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2000年陰極銅消費(fèi)量為190萬(wàn)噸，2005年達(dá)到368萬(wàn)噸，居世界第一位。 中國(guó)銅產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造步伐明顯加快，裝備水平大幅提高。江西銅

12、業(yè)集團(tuán)公司、銅陵有色金屬集團(tuán)公司、云南銅業(yè)集團(tuán)公司等骨干銅冶煉企業(yè)，先后引進(jìn)了奧托昆普閃速熔煉、諾蘭達(dá)熔煉等一批先進(jìn)工藝和裝備，使得中國(guó)銅企業(yè)的冶煉綜合能耗呈現(xiàn)相當(dāng)幅度的下降。目前，中國(guó)銅企業(yè)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提高。2000年，中國(guó)銅冶煉企業(yè)(含礦山、冶煉聯(lián)合企業(yè)和獨(dú)立冶煉企業(yè))實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷(xiāo)售收入337億元人民幣。2005年，中國(guó)銅企業(yè)已實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入1098.6億元人民幣。在中國(guó)國(guó)內(nèi)銅產(chǎn)品需求增長(zhǎng)和產(chǎn)量增加的帶動(dòng)下，中國(guó)銅產(chǎn)品進(jìn)口快速增長(zhǎng)。其中銅原料部分增加顯著，特別是銅精礦和陰極銅的進(jìn)口量增幅很大，2000年2005年兩者凈進(jìn)口量平均分別增長(zhǎng)了17.49%和12.86%。在中國(guó)政府的大力支持下，中

13、國(guó)銅工業(yè)在國(guó)際化經(jīng)營(yíng)和境外投資取得初步進(jìn)展。截至2005年，中國(guó)國(guó)內(nèi)4家銅企業(yè)4個(gè)牌號(hào)的精煉銅產(chǎn)品已在倫敦金屬交易所(LME)注冊(cè)，成為國(guó)際認(rèn)可的品牌。中國(guó)在境外已獲得投資權(quán)益銅金屬基礎(chǔ)儲(chǔ)量約650萬(wàn)噸，形成了近8萬(wàn)噸/年的礦銅精礦(金屬量)產(chǎn)能。銅的消費(fèi)狀況我國(guó)既是銅資源較貧乏的國(guó)家又是世界上第二大銅消費(fèi)國(guó)。從2001年到2005年，全球銅消費(fèi)量增加了241.7萬(wàn)噸，而中國(guó)的消費(fèi)增量就達(dá)到152.5萬(wàn)噸，占全球增量的63%。中國(guó)銅消費(fèi)行業(yè)主要是帶動(dòng)了電力、電纜行業(yè)的發(fā)展。發(fā)電情況在1980年到1990年年平均增長(zhǎng)速度是7.5%，1990-2000年增長(zhǎng)是8.2%，2000年到2005年是12

14、%，也就是說(shuō)中國(guó)電力發(fā)展在近五年發(fā)展速度逐漸加快。裝機(jī)容量從2005年9月份發(fā)電裝容量突破5萬(wàn)億千瓦。推動(dòng)電力發(fā)展主要是電線(xiàn)、中國(guó)電線(xiàn)、電纜在全球占的份額是20%。電信、電纜行業(yè)的用銅量是銅的絕對(duì)量，2004年大概是310萬(wàn)噸，即國(guó)內(nèi)電線(xiàn)、電纜行業(yè)占了將近國(guó)內(nèi)銅消費(fèi)總量的60%。銅的市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)1、2010銅市場(chǎng)分析過(guò)去的十年，中國(guó)已成為世界上最大的銅生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，中國(guó)銅產(chǎn)量呈現(xiàn)一個(gè)快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭，2010年許多制造商，繼續(xù)通過(guò)生產(chǎn)線(xiàn)改進(jìn)或新項(xiàng)目投資，擴(kuò)增銅產(chǎn)量的能力。同時(shí)，國(guó)內(nèi)需求的迅速增長(zhǎng)和銅價(jià)格的不斷上揚(yáng)是中國(guó)銅產(chǎn)量不斷增加主要因素。由于金融危機(jī)的影響，2007-2010年銅的期貨價(jià)

15、格經(jīng)歷了較大的波動(dòng)，由2008年的歷史高位急速的下降，下降幅度超過(guò)50%，但是隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，銅的價(jià)格在2008年低的開(kāi)始重新反彈，并在2010年創(chuàng)下新的歷史高位。據(jù)中國(guó)有色工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)主要銅產(chǎn)品產(chǎn)量躍上新的臺(tái)階，其中銅精礦產(chǎn)量為115.6萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)20.2%，創(chuàng)歷史新高；精煉銅產(chǎn)量繼續(xù)保持增長(zhǎng)，達(dá)到457.3萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)11.3%；銅材產(chǎn)量達(dá)1009.3萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)13.6%。由于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)銅價(jià)震蕩上行，進(jìn)口銅精礦加工費(fèi)劇烈波動(dòng)，刺激了國(guó)內(nèi)銅礦山的生產(chǎn)積極性，這是促使我國(guó)銅精礦產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)的主要原因。另外，內(nèi)蒙古，云南等地區(qū)新建礦山陸續(xù)達(dá)產(chǎn)等因素，也是2010年

16、國(guó)內(nèi)銅精礦產(chǎn)量出現(xiàn)較大大幅度增長(zhǎng)的主要原因。2010年國(guó)內(nèi)精煉銅生產(chǎn)在需求繼續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng)的帶動(dòng)下，產(chǎn)能擴(kuò)張勢(shì)頭不減，當(dāng)年新增銅冶煉和精煉產(chǎn)能分別為23萬(wàn)噸/年和59萬(wàn)噸/年，年底產(chǎn)能分別達(dá)到347萬(wàn)噸/年和588萬(wàn)噸/年，支撐了我國(guó)精煉銅產(chǎn)量的持續(xù)增加。2010年國(guó)內(nèi)電力行業(yè)投資出現(xiàn)下降，但2009年大幅增加的投資在2010年仍產(chǎn)生效果，持續(xù)對(duì)銅需求增長(zhǎng)提供支撐?？照{(diào)制冷行業(yè)2010年也超預(yù)期增長(zhǎng)，內(nèi)需和出口都有不俗的表現(xiàn)，尤其是出口強(qiáng)勁，帶動(dòng)了銅產(chǎn)品的間接出口。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2010年我國(guó)主要用銅產(chǎn)品如汽車(chē)，交流電動(dòng)機(jī)，冰箱冷柜，空調(diào)，電力電纜等產(chǎn)品產(chǎn)量均有較大增幅。這表明國(guó)內(nèi)銅需求態(tài)勢(shì)

17、良好。2、2011年銅市場(chǎng)預(yù)測(cè)2011年中國(guó)的貨幣政策將從“適度寬松”轉(zhuǎn)向“穩(wěn)健”，會(huì)對(duì)全球銅價(jià)上行形成壓力。但是全球經(jīng)濟(jì)繼續(xù)向好的趨勢(shì)有望在2011年繼續(xù)維持，使國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)銅的供需基本良好。預(yù)計(jì)2011年全球的銅消費(fèi)增長(zhǎng)速度繼續(xù)大于供應(yīng)，精煉銅市場(chǎng)將會(huì)出現(xiàn)約30余萬(wàn)噸的供應(yīng)短缺，對(duì)銅價(jià)走勢(shì)形成強(qiáng)勁支撐。此外，國(guó)際市場(chǎng)銅ETF交易的推出，也會(huì)引發(fā)銅價(jià)的上漲。在銅市場(chǎng)供應(yīng)緊張以及中國(guó)大量進(jìn)口的背景下，預(yù)計(jì)2011年國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)銅價(jià)運(yùn)行水平將高于2010年，趨勢(shì)將呈現(xiàn)前高后低，國(guó)內(nèi)價(jià)格則有補(bǔ)漲希望。目前市場(chǎng)銅價(jià)已高于生產(chǎn)成本，其走勢(shì)更多的受到貨幣政策等因素影響，ETF交易基金的推出，使得銅商品的金融

18、屬性更為突出。一系列新推出的上市交易基金投資者提供了新的投資期貨工具，進(jìn)一步引發(fā)了投資者的熱情，繼續(xù)對(duì)銅價(jià)形成支持。價(jià)格的上漲將帶動(dòng)銅生產(chǎn)的發(fā)展。但銅礦開(kāi)發(fā)方面受缺乏大型項(xiàng)目投產(chǎn)，礦石開(kāi)采品位下降以及罷工等因素影響，將限制產(chǎn)量的增長(zhǎng)，必然導(dǎo)致全球銅精礦供應(yīng)出現(xiàn)緊張。2011年開(kāi)始中國(guó)新建銅冶煉項(xiàng)目進(jìn)入投產(chǎn)高峰期，但受原料供應(yīng)限制，產(chǎn)能利用率將出現(xiàn)下降。隨著全球經(jīng)濟(jì)的逐步回暖，精煉銅消費(fèi)有望繼續(xù)保持增長(zhǎng)趨勢(shì)，但高銅價(jià)對(duì)消費(fèi)也將形成一定的抑制作用。2011年中國(guó)銅消費(fèi)增長(zhǎng)面臨一些不利因素。一是電力行業(yè)投資萎縮預(yù)計(jì)將對(duì)2011年的銅消費(fèi)帶來(lái)不利影響；二是人民幣持續(xù)升值會(huì)對(duì)機(jī)電產(chǎn)品出口形成壓力，影響國(guó)

19、內(nèi)銅消費(fèi)。整體分析，2011年中國(guó)銅消費(fèi)還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，但增幅將有所回落。2011年中國(guó)精煉銅供應(yīng)缺口將較上年有所擴(kuò)大，預(yù)計(jì)為244萬(wàn)噸左右，需要靠進(jìn)口彌補(bǔ)。雖然國(guó)內(nèi)銅供應(yīng)已經(jīng)連續(xù)幾年出現(xiàn)過(guò)剩，但在市場(chǎng)對(duì)銅價(jià)后市看好的情況下，過(guò)剩量并未完全反映到現(xiàn)貨市場(chǎng)上來(lái)。特別是銅的金融屬性日益顯現(xiàn)，對(duì)投資者具有較強(qiáng)吸引力。這樣預(yù)計(jì)2011年我國(guó)精煉銅進(jìn)口量仍將保持較高水平，所以有必要新建銅電解車(chē)間。1.5本設(shè)計(jì)的內(nèi)容及意義本設(shè)計(jì)的內(nèi)容本設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括廠址的選擇，電解工藝的確定，銅電解精煉冶金計(jì)算，主輔設(shè)備的選擇，主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖的繪制等。1、廠址的選擇廠址選擇要根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)計(jì)劃，工業(yè)布局及區(qū)域性總體規(guī)劃和

20、城市建設(shè)規(guī)劃的要求進(jìn)行。2、銅電解精煉工藝流程的確定通過(guò)比較，選擇先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、合理的銅電解精煉的工藝流程。3、冶金計(jì)算銅電解精煉冶金計(jì)算包括：電解過(guò)程金屬平衡和物料平衡，電解槽熱平衡計(jì)算等。4、重要設(shè)備及輔助設(shè)備尺寸計(jì)算及選擇根據(jù)工藝流程各個(gè)主要過(guò)程，合理地選擇主要冶煉設(shè)備和確定個(gè)數(shù)、容量、對(duì)其主要尺寸加以計(jì)算。輔助設(shè)備應(yīng)進(jìn)行選擇和計(jì)算，確定其規(guī)格和數(shù)量。運(yùn)輸設(shè)備的選擇和計(jì)算時(shí)，應(yīng)說(shuō)明冶煉工藝流程各主要工序的聯(lián)系，物料運(yùn)輸方式，運(yùn)輸及提升設(shè)備型號(hào)選擇依據(jù)及采用的運(yùn)輸方法并進(jìn)行計(jì)算。銅電解精煉主要設(shè)備和輔助設(shè)備計(jì)算包括：電解槽的計(jì)算。整流器及導(dǎo)電材料的計(jì)算和選擇，電解液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備及管道計(jì)算，車(chē)

21、間運(yùn)輸設(shè)備計(jì)算與選擇等。5、主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖的繪制銅電解精煉車(chē)間設(shè)計(jì)的圖紙主要為電解槽構(gòu)造圖。本設(shè)計(jì)的意義銅在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的用途十分廣泛，一直是電氣、輕工、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、電子、郵電、軍工、家電等行業(yè)不可缺少的重要原材料。根據(jù)對(duì)銅的市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)可知，國(guó)內(nèi)陰極銅的供應(yīng)還比較緊張，銅價(jià)還在震蕩中走高。因此，新建銅電解車(chē)間對(duì)緩解國(guó)內(nèi)銅消費(fèi)缺口，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展有積極的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)利益。此外，通過(guò)對(duì)銅電解精煉車(chē)間的設(shè)計(jì)，可以提高應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力，為我們今后進(jìn)入生產(chǎn)單位積累一定的經(jīng)驗(yàn)。第二章 廠址選擇廠址選擇要根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)計(jì)劃和工業(yè)布局的要求進(jìn)行。廠址選擇適當(dāng)與否，對(duì)企業(yè)的建設(shè)速度

22、、建廠投資、生產(chǎn)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境保護(hù)及工農(nóng)關(guān)系等會(huì)帶來(lái)重大影響。廠址選擇的一般原則是：應(yīng)符合工業(yè)布局及區(qū)域性總體規(guī)劃和城市建設(shè)規(guī)劃的要求；要盡可能利用城鎮(zhèn)設(shè)施，節(jié)約資源；要靠近原材料、水、電供應(yīng)充足和產(chǎn)品銷(xiāo)售便利的地方，有較好的交通運(yùn)輸條件；要注意節(jié)約用地，盡量不占或少占農(nóng)田，留有發(fā)展余地；要有適當(dāng)?shù)淖匀坏匦魏瓦m宜的工程地質(zhì)、水文、地震等級(jí)條件及較好的協(xié)作條件等。在進(jìn)行廠址選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)有色生產(chǎn)的特點(diǎn)，應(yīng)充分論證以下幾個(gè)問(wèn)題：1、工業(yè)布局問(wèn)題 建設(shè)一座有色冶金廠，對(duì)全國(guó)的工業(yè)布局、一個(gè)區(qū)或一個(gè)城市的合理發(fā)展、各個(gè)工業(yè)區(qū)之間的經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)以及農(nóng)業(yè)發(fā)展等起著重要的作用，應(yīng)根據(jù)工業(yè)布局“大分散，小集

23、中、多搞小城鎮(zhèn)”的方針，按“工農(nóng)結(jié)合，城鄉(xiāng)結(jié)合，有利生產(chǎn)，方便生活”的原則，進(jìn)行廠址選擇和居住區(qū)規(guī)劃，使之符合工業(yè)布局總體規(guī)劃及城市建設(shè)規(guī)劃的要求。2、原材料供應(yīng)及交通運(yùn)輸條件 有色金屬冶煉是連續(xù)性的，物料吞吐量一般很大。因此在進(jìn)行廠址選擇時(shí)必須充分考慮交通運(yùn)輸問(wèn)題。為了減少運(yùn)輸費(fèi)用，在保證良好的運(yùn)輸條件下，進(jìn)行廠址盡可能接近原材料基地和銷(xiāo)售市場(chǎng)。3、供水、供電條件 有色冶煉廠一般是大量用水和耗電多的企業(yè)。因此希望廠址附近有充分的水源和電源。以供電為例，廠址距離電源每增加一公里，就需增加外部高壓輸電線(xiàn)投資34萬(wàn)元， 這不僅大大增加投資，而且影響建設(shè)進(jìn)展，所以冶金企業(yè)盡可能的選擇在供電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)供電

24、半徑之內(nèi)是至關(guān)重要的。4、環(huán)境保護(hù)和節(jié)約用地問(wèn)題 有色冶金生產(chǎn)特點(diǎn)之一是無(wú)一例外地產(chǎn)出大量造成環(huán)境污染的“三廢”物質(zhì)，除必須有完善的“三廢”治理工程設(shè)計(jì)外，在選擇廠址時(shí)，必須盡量考慮在主導(dǎo)風(fēng)向和主要水流的下游位置，安排好“三廢”處理場(chǎng)地和廢渣堆放場(chǎng)地，要有良好的自然通風(fēng)條件，并應(yīng)考慮廠址附近居民點(diǎn)、城市發(fā)展規(guī)劃、農(nóng)木漁業(yè)及旅游勝地、自然資源保護(hù)區(qū)等問(wèn)題。5、廠址的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件 冶煉廠的土建投資是相當(dāng)大的，廠址地震等級(jí)的不同會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)工程的投資帶來(lái)很大影響，所以廠址不能選在發(fā)震斷層地區(qū)和基本裂度為9級(jí)以上的地震區(qū)。此外，所選廠址的地耐力應(yīng)不低于147.1196.1kPa，地下

25、水位最高也要低于基礎(chǔ)地面0.5m，廠址最低洼處要高于歷年最高洪水位0.5m以上；不能選在厚度較大的III級(jí)自重濕陷性黃土地區(qū)和有泥石流或滑坡等危害的山區(qū)，廠址底下不宜又有用礦物礦藏或以開(kāi)采的礦坑和溶洞等。6、廠址的協(xié)作條件 冶煉廠一般是機(jī)械化自動(dòng)化水平比較高的現(xiàn)代化企業(yè)，為保證企業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行，必須有充足的設(shè)備及備品備件供應(yīng)，要有強(qiáng)有力的機(jī)械加工和維修能力。若廠址附近具備這些條件，便可發(fā)揮專(zhuān)業(yè)協(xié)作的優(yōu)越性，減少輔助設(shè)施投資和降低生產(chǎn)成本。工廠在建設(shè)過(guò)程中的施工條件諸如磚瓦、砂石、石灰、水泥、木材等能否就地取材，施工力量和施工場(chǎng)地是否具備等，都對(duì)建設(shè)進(jìn)度起著一定的作用。在廠址選擇時(shí)，應(yīng)充分考慮廠

26、址附近是否具備這些條件，那種片面強(qiáng)調(diào)“小而全”不重視專(zhuān)業(yè)化協(xié)作的做法是不恰當(dāng)?shù)?，甚至是錯(cuò)誤的。第三章 銅電解精練工藝流程的選擇3.1銅電解精煉流程簡(jiǎn)述火法精煉產(chǎn)出的陰極銅品位一般為99.299.7%，其中還含有0.30.8%的雜質(zhì)。為了提高銅的性能，使其達(dá)到各種應(yīng)用的要求，同時(shí)回收其中的有價(jià)金屬，特別是貴金屬、鉑族金屬和稀散金屬，必須對(duì)其進(jìn)行電解精煉。粗銅電解精煉是以銅陽(yáng)極板為陽(yáng)極，純銅始極片或不銹鋼板為陰極，以硫酸銅和硫酸溶液為電解液，將極板按一定的極距相間排列于電解槽內(nèi)，通入直流電，陽(yáng)極不斷溶解，便在陰極上析出電解銅。電解過(guò)程中，陽(yáng)極銅中的貴金屬和硒、碲等有價(jià)元素進(jìn)入陽(yáng)極泥，沉積于電解槽底

27、，定期排出，送陽(yáng)極泥車(chē)間提取貴金屬。鎳、砷、銻、鉍等雜質(zhì)大部分進(jìn)入電解液，需從循環(huán)液中抽取一部分進(jìn)行凈化處理。工藝流程包括電解精煉和電解液凈化兩部分。電解精煉工藝有常規(guī)電解、周期反向電流電解和永久陰極電解三種方法可供選用。1、常規(guī)電解以純銅始極片為陰極，電源為恒向直流電，電流密度為220280A/m2。該法在世界各國(guó)均已有多年生產(chǎn)歷史，工藝成熟可靠，電耗低。特別是采用了機(jī)械化、自動(dòng)化水平高的陰陽(yáng)極加工機(jī)組，并采用新技術(shù)適當(dāng)提高了陰陽(yáng)極板的垂直度以后，陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著的改善。常規(guī)電解精煉工藝流程見(jiàn)圖3-1。圖3-1 常規(guī)銅電解精煉工藝流程圖但是傳統(tǒng)法的始極片制作工藝復(fù)雜，不僅需要獨(dú)立的生產(chǎn)

28、系統(tǒng)，而且制作過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大。除此之外，這種工藝流程自身還存在兩個(gè)難以克服的缺點(diǎn)：（l）電解精煉過(guò)程中存在“極限電流密度”，電解精煉時(shí)的實(shí)際電流密度必須低于極限電流密度，否則就會(huì)使陰極銅沉積表面粗糙，甚至形成“枝晶”，造成電解槽短路，使電解過(guò)程能耗大大增加，并且影響正常生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量。（2）容易形成“陽(yáng)極鈍化”，在正常電壓下陽(yáng)極不能溶解，必須提高電壓使鈍化膜在更高的電壓下被破壞并溶解，不僅影響正常生產(chǎn)，還會(huì)造成電能浪費(fèi)和陰極銅的化學(xué)成分不穩(wěn)定，進(jìn)而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和物理性能。2、周期反向電流電解周期性短時(shí)間改變直流電流方向的電解方法。電解陰極及陽(yáng)極和常規(guī)電解相同，周期性短暫反向，是為了克

29、服陽(yáng)極鈍化，電流密度達(dá)300350A/m2。，可強(qiáng)化生產(chǎn)，節(jié)省投資，縮短電解銅在產(chǎn)周期。缺點(diǎn)是電流效率低，電耗高于常規(guī)電解。適于老廠擴(kuò)大生產(chǎn)能力和電價(jià)低廉地區(qū)采用。3、永久陰極電解又名艾薩（ISA）電解法。和常規(guī)電解不同，陰極是永久性的不銹鋼板，在不銹鋼陰極板上析出的電解銅定期取出剝離作為成品。1979年澳大利亞精煉銅公司（Coppei refinet iesplyLtdCRL）首先將此法用于銅電解精煉工業(yè)生產(chǎn)，以后美國(guó)、加拿大和聯(lián)邦德國(guó)等精煉廠也應(yīng)用了這一方法。它的優(yōu)點(diǎn)是可省掉銅始板片生產(chǎn)系統(tǒng)，不銹鋼陰極平直，短路發(fā)生率低，陰極質(zhì)量高。本設(shè)計(jì)采用ISA法電解工藝。3.2銅電解精煉的理論基礎(chǔ)3

30、.2.1陽(yáng)極過(guò)程銅電解精煉，在陽(yáng)極上進(jìn)行氧化反應(yīng)：式中M只指Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更負(fù)電性的金屬。因其濃度很低，其電極電位將進(jìn)一步降低，從而它們將優(yōu)先進(jìn)入電解液。由于陽(yáng)極主要成分是銅，所以陽(yáng)極的主要反應(yīng)將是銅溶解形成Cu2+的反應(yīng)。至于H2O和SO42-失去電子的氧化反應(yīng)，由于其電極電位比銅正的多，故在陽(yáng)極上是不可能進(jìn)行的。另外，如Ag、Au、Pt等電位更正貴金屬、鉑族金屬和稀有金屬，更是不能溶解，而落到電解槽底部，成為陽(yáng)極泥。陰極過(guò)程在陰極上進(jìn)行的還原反應(yīng)：氫的標(biāo)準(zhǔn)電位較銅負(fù)，且在銅陽(yáng)極上的超電壓使使氫的電極電位更負(fù)，所以在正常的電解精煉條件下，陰極不會(huì)析出氫，而只有銅的析出。

31、同樣，標(biāo)準(zhǔn)電位比銅低而濃度又小的負(fù)電性金屬M(fèi)，不會(huì)在陰極析出。電解過(guò)程中還形成一價(jià)銅離子Cu+并建立下列平衡：上式在不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列在表3-1中。表3-1 的平衡數(shù)據(jù)溫度Ek(v)Cu/(0.5molCuSO4)g/l g/l×25551000.3160.3550.3531.0371.0041.0033.78934227011.2257.30.012可見(jiàn)，平衡的Cu+濃度是很小的。但是它的存在，與硫酸作用進(jìn)行Cu2SO4+1/2O2+H2SO4=2CuSO4+H2O反應(yīng)，結(jié)果使電解液中的H2SO4不斷減少，而Cu2+又不斷增加，并按Cu2SO4= CuSO4+Cu反應(yīng)生成銅粉進(jìn)

32、入陽(yáng)極泥，使其中的貴金屬含量下降。在電極與電解液界面上還進(jìn)行銅的化學(xué)溶解反應(yīng)：陽(yáng)極上雜質(zhì)行為根據(jù)陽(yáng)極上雜質(zhì)在電解時(shí)的行為，可將它們分為三類(lèi)：1、正電性金屬和以化合物存在的元素金銀和鉑族金屬為正電性金屬，它們不進(jìn)行電化學(xué)溶解而落入槽底。陰極銅中含有這些金屬是由于陽(yáng)極泥機(jī)械夾帶來(lái)的結(jié)果。Ag2SO4可溶于電解液中，但當(dāng)加入少量氯離子（以HCl形式存在）時(shí)，則形成AgCl進(jìn)入陽(yáng)極泥。氧、硫、硒、碲、為穩(wěn)定化合物存在的元素。它們以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、Ag2Se、Ag2Te等存在陽(yáng)極板內(nèi)，電解時(shí)亦進(jìn)入陽(yáng)極泥中。2、負(fù)電性的鎳、鐵、鋅火法精煉很容易將鐵和鋅脫除，一般陽(yáng)極銅中的鐵和鋅

33、的含量?jī)H0.0010.003%，陽(yáng)極中的鐵以Fe2+形式進(jìn)入電解液，在電解過(guò)程中部分被氧化成Fe3+進(jìn)而降低陽(yáng)極電流效率。當(dāng)Fe3+移向陰極時(shí)，又被還原成Fe3+，降低陰極電流效率。鐵在陰陽(yáng)極間發(fā)生氧化還原反應(yīng)使電流效率下降。同時(shí)，鋅和鐵在陽(yáng)極的溶解會(huì)增加硫酸消耗，在電解液中積累導(dǎo)致電解液電阻增大，還會(huì)增大電解液的粘度。鉛在陽(yáng)極溶解時(shí)形成不容性的PbSO4沉淀。陽(yáng)極中的錫首先以Sn2+形式進(jìn)入電解液，之后逐漸被氧化成四價(jià)錫，再水解生成溶解度較小的堿式鹽沉入槽底成為陽(yáng)極泥。， 陽(yáng)極含氧量對(duì)鎳的溶解有很大影響:陽(yáng)極含氧低，則鎳絕大部分溶解進(jìn)入電解液;陽(yáng)極含氧高，則由于生成難溶化合物，鎳很大一部分進(jìn)

34、入陽(yáng)極泥。3、電位與銅相近的砷、銻、鉍電解時(shí)，它們可能在陰極上析出。它們還生成極細(xì)的絮狀SbAsO4和BiAsO4砷酸鹽，漂浮在電解液中，機(jī)械地粘附在陰極上，其粘附量相當(dāng)于砷銻放電析出的兩倍，而且銻進(jìn)入陰極的數(shù)量比砷大，因此銻的危害更為突出。3.3電解液的凈化隨著電解過(guò)程的進(jìn)行，電解液內(nèi)的銅和負(fù)電性元素逐漸增加，硫酸逐漸減少，添加劑逐漸積累。為此，每天抽出一定量的電解液進(jìn)行凈化處理，同時(shí)補(bǔ)充等量新液，以保持電解液原有的組成范圍。凈化的目的在于回收其中的銅、鈷、鎳，除去有害的砷和銻，以及能使硫酸返回使用。凈化主要含括如下幾個(gè)工序：1、中和結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅它是用銅粉中和電解液中的硫酸以產(chǎn)出硫酸銅：中

35、和設(shè)備為間斷的中和槽或連續(xù)的鼓泡塔。將中和液蒸發(fā)濃縮為高溫（8090）飽和硫酸銅溶液，冷卻即析出膽礬結(jié)晶。結(jié)晶設(shè)備有帶式水冷連續(xù)結(jié)晶機(jī)和水冷機(jī)械攪拌間歇結(jié)晶機(jī)。2、脫銅和砷銻鉍硫酸銅結(jié)晶后的母液用不溶陽(yáng)極電積產(chǎn)出黑銅粉。同時(shí)也再生了硫酸。至電解后期，Cu2+低至8g/L下時(shí)，砷、銻、鉍與銅一起放電得含砷黑銅，并有大量氫放出。黑銅可返回到火法精煉中處理。3、生產(chǎn)粗硫酸鎳脫銅和脫砷銻鉍的母液含有4050g/LNi和約300g/LH2SO4，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮使NiSO4達(dá)飽和，然后冷卻結(jié)晶分離。結(jié)晶后液含710g/LNi和約400g/LH2SO4，若雜質(zhì)含量低時(shí)，可將其加熱和過(guò)濾，然后返回電解車(chē)間使用；

36、若含砷銻等雜質(zhì)高，則須再蒸發(fā)濃縮，使其以無(wú)水硫酸鹽析出，分離后溶液返回電解車(chē)間使用。脫銅后的溶液生產(chǎn)粗硫酸鎳結(jié)晶，可選用蒸發(fā)濃縮法或冷凍結(jié)晶法，蒸發(fā)濃縮法鎳的脫除率高，但硫酸損失大，勞動(dòng)條件差，一般適用于規(guī)模小的工廠；冷凍結(jié)晶法無(wú)廢氣排放，但投資較大，適于規(guī)模大的工廠選用。第四章 銅電解精煉技術(shù)指標(biāo)的選擇4.1銅電解精煉條件電解液組成電解液為硫酸銅的硫酸溶液，其組成的選擇與陽(yáng)極成分，電流密度和電解的技術(shù)條件等因素有關(guān)，一般含銅40-55g/L，硫酸150-220g/L。添加劑為了獲得致密、平整的陰極銅，在電解過(guò)程中了除嚴(yán)格控制各工序的技術(shù)條件外，還應(yīng)加入適量的膠狀物質(zhì)和表面活性物質(zhì)以改善陰極表

37、面。一般采用的添加劑有：動(dòng)物膠、硫脲、干酪素和鹽酸等；其作用分別如下：1、動(dòng)物膠。動(dòng)物膠是銅電解精煉過(guò)程中的主要添加劑，它能細(xì)化結(jié)晶，改善陰極表面的物理狀態(tài)，一般加入量為25-50克/噸銅，加入量過(guò)多時(shí)，電解液的電阻增大，陰極銅分層、質(zhì)脆。2、硫脲。硫脲是一種表面活性物質(zhì)，單獨(dú)使用時(shí)作用不明顯，通常與動(dòng)物膠混合使用，能促使陰極銅表面細(xì)化、光滑、質(zhì)地致密。硫脲一般加入量為20-50克/噸銅。3、干酪素。干酪素與動(dòng)物膠混合使用，能抑制陰極表面粒子的生長(zhǎng)和改變粒子的形狀等作用。一般用量為15-40克/噸銅。4、鹽酸。加入鹽酸用來(lái)維護(hù)電解液中氯離子的含量。電解液中的氯離子可以使溶入電解液中的鉛、銀離子

38、生產(chǎn)沉淀，同時(shí)還可以防止陽(yáng)極鈍化、防止陰極產(chǎn)生樹(shù)枝狀結(jié)晶。但氯離子過(guò)多時(shí)，陰極上會(huì)產(chǎn)生針狀結(jié)晶。鹽酸的一般用量為300-500毫升/噸銅。電解液溫度提高電解液溫度能增加銅離子、硫酸根離子的擴(kuò)散速度。減少極化。電解液的導(dǎo)電率隨溫度升高而增大，溶液溫度升高，槽電壓下降，對(duì)降低電能消耗有利。但溶液溫度過(guò)高，會(huì)使蒸汽消耗量增大，車(chē)間酸霧增多。操作環(huán)境惡化。所以電解液溫度一般控制在58-62為宜，當(dāng)采用300 A/m2以上的電流密度操作時(shí)電解液溫度還可以適當(dāng)提高至63-65。電解液循環(huán)電解液循環(huán)可以促使電解液的組成和溫度均勻一致，降低濃差極化，改善陰極銅質(zhì)量。電解液的循環(huán)方式有兩種：下進(jìn)液、上出液和上進(jìn)

39、液、下出液。上述兩種循環(huán)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。下進(jìn)液、上出液的循環(huán)方式有利于溶液充分混合。但與陽(yáng)極泥沉淀方向相反，造成陽(yáng)極泥沉淀困難。上進(jìn)液、下除液的循環(huán)方式對(duì)陽(yáng)極泥沉淀有利，但電解液上下層濃差較大。目前國(guó)內(nèi)工廠采用上進(jìn)液、下出液的循環(huán)方式較多。循環(huán)量主要決定于操作電流密度，當(dāng)操作電流密度高時(shí)，必須采用較大的循環(huán)量以減少濃差極化。循環(huán)量一般為18-25L/。電流密度提高電流密度是增產(chǎn)挖潛的好辦法。但隨著電流密度的增大，槽電壓上升，電流效率下降，電能消耗也相應(yīng)增大。此外，損失于陰極銅上的貴金屬也有相應(yīng)增加。因此，一般宜采用 220-270 A/m2。近年來(lái)，一些工廠為了挖掘生產(chǎn)潛力，在普通電解槽中采用

40、300-350 A/m2電流密度進(jìn)行生產(chǎn)，在加強(qiáng)管理的情況下，也能產(chǎn)出合格的陰極銅。同極中心距縮短同極中心距能降低槽電壓，減少電能消耗，還能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。但極距過(guò)小會(huì)引起陽(yáng)極泥對(duì)陰極的污染，電銅表面粗糙，貴金屬的損失有所增加，管理不善還會(huì)降低電流效率。考慮上述因素。一般同極中心局以采用80-110mm為宜。陽(yáng)極壽命和陰極周期陽(yáng)極壽命一般由電流密度、陽(yáng)極重量和殘極率來(lái)確定，一般在18-21天內(nèi)選擇。當(dāng)電流密度采用300 A/m2時(shí)，陽(yáng)極壽命應(yīng)縮短為12-14天。陰極周期與電銅質(zhì)量、電流密度和勞動(dòng)組織等因素有關(guān)，陰極周期一般為陽(yáng)極壽命的1/3。4.2銅電解精煉經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)電流效率電流效率是指銅電

41、解精煉過(guò)程中，陰極實(shí)際析出量與理論析出量的百分比。銅電解精煉的電流效率一般為96%左右。影響電流效率的主要因素有：1、短路。由于電極放置不正或陰極上產(chǎn)生樹(shù)枝狀結(jié)晶而引起短路。2、漏電。由于電解槽與電解槽之間、電解槽與地之間、溶液循環(huán)系統(tǒng)等絕緣不良而引起的漏電。3、化學(xué)溶解。陰極銅在硫酸中的化學(xué)溶解速度決定于溶液溫度、硫酸濃度、銅離子濃度、三價(jià)鐵離子濃度以及溶液氧含量。由于上述因素的影響，通常銅的化學(xué)溶解能使電流效率降低0.25-0.75%。殘極率殘極率是指生產(chǎn)出殘極量占消耗陽(yáng)極量的百分比。殘極率低可以減少重熔的費(fèi)用和金屬損失，提高直接回收率；但是，殘極率過(guò)低又會(huì)造成槽電壓升高，電能消耗增加，電

42、能效率降低，甚至還會(huì)使殘極碎片跌落槽底，損壞槽襯。因此，殘極率以選擇14-16%為宜。銅電解回收率銅電解回收率反映銅電解過(guò)程中銅的回收程度，其計(jì)算方法如下：銅電解回收率（%）=電銅含量（噸）（裝入原料含銅量（噸）-回收品含銅量（噸）回收品是指殘極、銅屑、碎銅、制取硫酸銅溶液及陽(yáng)極泥等含銅物料（若陽(yáng)極泥含銅本企業(yè)不能回收，則按損失處理）。銅電解回收率一般為99.8%左右。槽電壓槽電壓由下列各項(xiàng)電位降組成：電解液的電位降、各接觸點(diǎn)和克服陽(yáng)極泥電阻的電位降、濃差極化所引起的電極電位降等項(xiàng)相加所得之和。工廠普通電解槽的槽電壓一般為伏，種板電解槽則稍高一般為伏。直流電能消耗每噸電解銅的直流電能消耗，實(shí)踐

43、中使用的計(jì)算方法如下：直流電能消耗(度噸)=消耗直流電量（度）電銅產(chǎn)量消耗的直流電量包括普通電解槽、種板電解槽、脫銅電解槽、再用殘極槽及線(xiàn)路損失等全部直流電消耗量。硫酸單位消耗硫酸單位消耗量一般為4-6公斤/噸銅。蒸汽單位消耗近年來(lái)，國(guó)內(nèi)大多數(shù)銅精煉廠已采用石墨熱交換器代替鉛蛇行形管加熱器，熱利用率有所提高。如采用鉛蛇形管加熱的工廠，蒸汽單位消耗量為1.5-2噸/噸，而某廠改用石墨熱交換器以后，蒸汽單位消耗量已降至1噸/噸左右。第五章 銅電解精煉冶金計(jì)算計(jì)算條件：50000噸電解銅/a通過(guò)火法精煉本設(shè)計(jì)陽(yáng)極成分如表5-1所示：表5-1 陽(yáng)極銅成分（w/%）元素CuNiAsSbAgBiFeSe+

44、TeSO2AuPb含量99.50.050.2060.030.050.0150.0020.010.0020.080.0050.05 電銅品位99.99%；殘極率12%；銅電解過(guò)程元素分配如表5-2所示：表5-2 銅電解過(guò)程元素分配(w/%)元素進(jìn)入電解液進(jìn)入陽(yáng)極泥進(jìn)入電解銅Cu1.450.0598.5Ni8514.850.15As6534.50.5Sb12826Ag982Bi14842Fe80416Se+Te991S964O298.51.5Au991Pb9645.1溶解100kg陽(yáng)極銅平衡計(jì)算陰極銅產(chǎn)量和成分計(jì)算Cu 99.5×98.5%=98.0075kgNi 0.05×0

45、.15%=0.000075 kgAs 0.206×0.5%=0.00103 kgSb 0.03×6%=0.0018 kgAg 0.05×2%=0.001 kgBi 0.015×2%=0.0003 kgFe 0.002×16%=0.00032 kgSe+Te 0.01×1%=0.0001 kgS 0.002×4%=0.00008 kgO 0.08×1.5%= 0.0012 kgAu 0.005×1%=0.00005 kgPb 0.05×4%=0.002kg合計(jì) 98.015455kg由上可計(jì)算出電

46、銅品位為98.0075/98.015455=99.99%通過(guò)上述計(jì)算可知陰極銅滿(mǎn)足GB46682一號(hào)銅的規(guī)定如表53所示：表5-3 一號(hào)銅化學(xué)成分（GB46682）銅品號(hào)Cu+ Ag雜質(zhì)含量/%（不大于）不小于AsSbBiFePbSnNiSP總和一號(hào)銅99.950.0020.0020.0010.0040.0030.0020.0020.0040.0010.05.陽(yáng)極泥率和成分計(jì)算Cu 99.5×0.05%=0.04975 kgNi 0.05×14.85%=0.007425 kgAs 0.206×34.5%=0.7107kgSb 0.0382%=0.0246 kgAg

47、 0.05×98%=0.049 kgBi 0.015×84%=0.0126kgFe 0.002×4%=0.00008 kgSe+Te 0.01×99%=0.0099 kgS 0.002×96%=0.00192 kgO 0.08×98.5%= 0.0788 kgAu 0.005×99%=0.00495 kgPb 0.05×96%=0.048kg合計(jì) 0.358095kg所以陽(yáng)極率為0.36%（對(duì)溶解陽(yáng)極銅）進(jìn)入電解液中銅及主要元素的量的計(jì)算Cu 99.5×1.45%=1.44275 kgNi 0.05

48、15;85%=0.0425 kgAs 0.206×65%=0.1339kgSb 0.03×12%=0.0036 kgBi 0.015×14%=0.0021kgFe 0.002×80%=0.0016 kg凈液量的計(jì)算電解過(guò)程中各種雜質(zhì)進(jìn)入電解液的百分比及本設(shè)計(jì)所取有害雜質(zhì)在電解液中的允許含量分別如表5-2和5-4所示。在凈化過(guò)程中銅、鎳、砷、銻、鉍和鐵的脫出率分別為98%、75%、85%、85%、85%、和80%。表5-4 各種元素在電解液中的允許含量元素CuNiAsBi含量<50<20<7<0.6<0.5凈液量的計(jì)算公式如下

49、： （5-1）式中：m溶解100陽(yáng)極該元素進(jìn)入溶液的數(shù)量，； c元素允許的極限濃度，； k元素在整個(gè)凈化過(guò)程中的脫除率，%。在本設(shè)計(jì)中取按主要元素分別計(jì)算凈液量如下： 從計(jì)算結(jié)果看，需凈液量最大的元素是銅，其次是砷。因此100kg陽(yáng)極相應(yīng)的凈液量為29.44L。所以，需凈化電解液的實(shí)際成分為（g/L）Bi：0.071；As：4.55，Sb：0.122；Cu：49；Ni：1.44；H2SO4：180。電解液凈化采用一段電解脫銅硫酸銅結(jié)晶二段電解脫砷銻工藝流程。一段脫銅后液銅離子濃度控制為42g/L。當(dāng)溶解100kg陽(yáng)極時(shí)，進(jìn)入電解液中銅的量為1.44275kg,其中只有29.44×42

50、/4000=1.23648kg銅送去凈化車(chē)間，因此多余的銅由脫銅槽脫除，脫除量為1.44275-1.23648=0.20627kg。根據(jù)以上計(jì)算可以編制出溶解100kg陽(yáng)極電解過(guò)程銅的平衡如表5-5所示。表5-5 溶解100kg陽(yáng)極電解過(guò)程銅的平衡收入支出項(xiàng)目重量kg含銅%銅kg項(xiàng)目重量kg含銅%銅kg陽(yáng)極銅10099.599.5陰極銅98.01545599.9998.0075陽(yáng)極泥0.3580950.04975凈液量1.23648脫銅0.20627損失及計(jì)算誤差+0合計(jì)99.5合計(jì)99.55.2生產(chǎn)1t電銅的平衡生產(chǎn)1t電銅需要溶解1×100/98.015455=1.0202t陽(yáng)極

51、。取殘極率為12%，則共需陽(yáng)極1.0202/（1-12%）=1.159t殘極量1.159×12%=0.139 t陽(yáng)極泥量1.0202×0.358095×1000/100=3.65kg陽(yáng)極泥量含銅1.0202×0.04975×1000/100=0.51kg凈液量含銅1.0202×1.23648×1000/100=12.615 kg脫銅槽脫銅1.0202×0.20627×1000/100=2.104kg由以上計(jì)算，可繪制生產(chǎn)1t電銅的平衡表如5-6所示表5-6 生產(chǎn)1t電銅的平衡收入支出項(xiàng)目重量kg含銅%銅k

52、g項(xiàng)目重量kg含銅%銅kg陽(yáng)極銅115999.51153.2陰極銅100099.99999.9陽(yáng)極泥3.650.51凈液量12.615脫銅2.104殘極139138.3846損失及計(jì)算誤差+0.1964合計(jì)1153.2合計(jì)1153.25.3電解車(chē)間一晝夜物料的平衡計(jì)算本設(shè)計(jì)年產(chǎn)電銅為50000t，年工作日取為350天。因此日產(chǎn)電銅為50000/350=142.86t。日溶解陽(yáng)極銅量：142.86×1.0202=145.75t日處理陽(yáng)極銅量：142.86×1.159/1=165.6殘極量：165.6×12%=19.87t陽(yáng)極泥量含銅145.75×0.04975×1000/100=72.51kg凈液量含銅145.75×1.23648×1000/100=1802.17kg脫銅槽脫銅145.75×0.20627×1000/100=300.64kg晝夜銅物料平衡如表5-7所示：表5-7 一晝夜銅物料的平衡收入支出項(xiàng)目重量kg含銅%銅kg項(xiàng)目重量kg含銅%銅kg陽(yáng)極銅165.699.5164.77陰極銅142.8699.99142.85陽(yáng)極泥0.4890.07251凈液量1.802脫銅0.