銅電解精煉設(shè)計說明書

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目：年產(chǎn)5萬噸電解銅的銅精煉車間工藝設(shè)計院（系）：材料與冶金工程系專業(yè)：冶金工程專業(yè)學(xué)生姓名：小 新學(xué)號：指導(dǎo)教師（簽名）：主管院長（主任）（簽名）：時間：2011年 02 月 18 日一、畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容（含主要技術(shù)參數(shù)）畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容包括：根據(jù)設(shè)計題目進行畢業(yè)實習(xí)，收集有關(guān)資料，熟悉銅電解精煉過程的工作原理及生產(chǎn)過程，為銅電解精煉工藝的設(shè)計打下基礎(chǔ)；銅電解精煉車間總體設(shè)計方案的制定；銅電解精煉操作技術(shù)條件的選擇；完成物料平衡、熱平衡計算； 生產(chǎn)工藝的設(shè)計；車間工藝的布置；主要設(shè)備包括電解槽、陽極、陰極的設(shè)計，輔助設(shè)備的選型；主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的確定。使

2、學(xué)生能夠理論聯(lián)系實際，掌握流態(tài)化焙燒工藝設(shè)計的基本過程，為今后從事相關(guān)的技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。二、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目應(yīng)完成的工作（含圖紙數(shù)量）1 完成畢業(yè)實習(xí)報告，并收集有關(guān)資料，進行技術(shù)準(zhǔn)備；2 完成設(shè)計說明書1份；3 繪出車間平面圖、剖面圖、電解槽安裝圖各一張；4 完成與設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的專題1篇，不少于5000字；5 翻譯與本專業(yè)相關(guān)的外文技術(shù)資料1篇，中文不少于4000字。三、畢業(yè)設(shè)計（論文）進程的安排序號設(shè)計（論文）各階段任務(wù)日期備注1資料收集與整理，畢業(yè)實習(xí)，完成實習(xí)報告2專題及英文翻譯3設(shè)計相關(guān)物料平衡及熱平衡計算4主體設(shè)備及生產(chǎn)工藝設(shè)計5繪圖，撰寫設(shè)計說明書6準(zhǔn)備答辯四、主要參考資料

3、及文獻閱讀任務(wù)（含外文閱讀翻譯任務(wù)）1 邱竹賢編，冶金學(xué)（有色金屬冶金），冶金工業(yè)出版社，20012 重有色金屬冶煉設(shè)計手冊（銅鎳卷），冶金工業(yè)出版社，19963有色金屬冶煉設(shè)備，有色金屬冶煉設(shè)備編委會，冶金工業(yè)出版社，19944有色冶金爐設(shè)計手冊，有色冶金爐設(shè)計手冊編委會，冶金工業(yè)出版社，20005有色冶金原理，傅崇說主編，冶金工業(yè)出版社，19986有色冶金過程污染治理，陳拂順主編，冶金工業(yè)出版社，19987 李進，王碧俠編，Metallurgical Engineering English，西安建筑科技大學(xué)，20048朱祖澤，賀家齊編，現(xiàn)代銅冶金學(xué)，科學(xué)出版社，20039 閱讀并翻譯與設(shè)計

4、內(nèi)容相關(guān)的英文資料一份。10 根據(jù)設(shè)計進度隨時查閱相關(guān)的文獻資料。六、審核批準(zhǔn)意見教研室主任簽（章）年產(chǎn)5萬噸銅的銅電解精煉工藝設(shè)計 專 業(yè)：冶金工程姓 名：胡 波指導(dǎo)教師：馬紅周本文主要設(shè)計了一座年產(chǎn)5萬噸銅的銅電解精煉車間及電解工藝。通過畢業(yè)實習(xí)并搜集相關(guān)資料，熟悉了電解精煉工藝及車間布置。根據(jù)已知條件，選定操作技術(shù)條件。在物料平衡和熱平衡計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)給定的條件選擇合適的工藝流程和主輔設(shè)備。對年產(chǎn)5萬噸銅的銅電解精煉槽進行了槽型設(shè)計及車間布局設(shè)計，并且進行了銅電解精煉車間的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的核算。繪制出銅電解精煉電解槽安裝圖、車間平面圖及車間立剖圖各一張。最后以“銅電解液凈化方法的研究進

5、展”專題展開論述。關(guān)鍵詞：銅電解精煉，工藝設(shè)計，車間布置，物料平衡，熱平衡Technological process design for electrolytic refining of copper with the production of 50,000 tons copper a yearSpecialty: Metallurgy EngineeringName: Instructor: SynopsisThe paper aims at designing the technological process and one copper electrolytic refining

6、plant, which could produce 50,000 tons of copper each year. Before the design, the electrolytic refining technology of copper and the arrangement of the electrolytic refining plant were known through practice and theory. The material balance and heat balance were carried out according to the give co

7、ndition, then the proper technological process, the main and auxiliary device were chosen. After that, the style of copper electrolytic refining cell was designed, the electrolytic plant was arranged, and the technical and economictarget of the copper refining plant wascalculated. The result of this

8、 design was shown in three drawing, which are reefing cell installation plan, the ichnography and cutaway view of the plant respectively. At last, the paper gave specific discussion about the copperelectrolyte purification system”.Key words： Electrolytic refiningof copper, technological process desi

9、gn, plant arrangement, material balance, heat balance目錄年產(chǎn)5萬噸銅的銅電解精煉工藝設(shè)計1SPECIALTY: METALLURGY ENGINEERING2目錄3緒論51 概述61.1 電解精煉的基本原理及電極反應(yīng)61.2 銅電解工藝流程8本次設(shè)計中的一些參數(shù)92 廠址選擇103 原料銅陽極114 技術(shù)操作條件134.1 商品電解槽134.1.1 電解液組成134.1.2 添加劑144.1.3 電解液溫度154.1.4 電解液的循環(huán)154.1.5 電流密度164.1.6 同極中心距164.1.7 陽極壽命、陰極壽命174.1.8 沈冶和貴

10、冶技術(shù)操作條件事例174.2 種板電解槽175 產(chǎn)物18電解銅185.2 陽極泥196 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)196.1 銅電解回收率196.2 勞動生產(chǎn)率206.3 直流電能單位消耗206.4 蒸汽單位消耗量206.5 硫酸單位消耗206.6 水單位消耗量206.7 電流效率206.8 殘極率216.9 槽電壓217 主要設(shè)備的選擇與計算217.1 電解槽217.1.1 電解槽材質(zhì)217.1.2 電解槽的構(gòu)造227.1.3 電解槽襯里材質(zhì)227.1.4 電解槽進出液方式237.1.5 銅電解槽的安裝237.1.6 電解槽的計算237.2 起重機297.3 車間及跨的選擇317.4 循環(huán)液貯槽317.5

11、 電解液加熱器327.6 電解液循環(huán)泵337.7 陽極泥過濾設(shè)備337.8 槽邊導(dǎo)電排、槽間導(dǎo)電板、陰極導(dǎo)電板347.9 出裝槽短路器367.10 極板作業(yè)機組368 銅電解精煉的冶金計算378.1 銅電解精煉的物料平衡計算378.2 銅電解精煉熱平衡計算408.2.1 計算電解槽液面水蒸發(fā)熱損失408.2.2 電解槽液面的輻射與對流的熱損失418.2.3 電解槽壁的輻射與對流熱損失418.2.4 管道內(nèi)溶液熱損失428.2.5 電流通過電解液所產(chǎn)生的熱量428.2.6 全車間需要補充熱量：428.3 電解液凈化及硫酸鹽生產(chǎn)冶金計算438.3.1 凈液量計算43結(jié)語45參考文獻46專題47緒論

12、銅的火法精煉一般能產(chǎn)出銅99.0%99.8%的粗銅產(chǎn)品，但仍然不能滿足電氣工業(yè)對銅的性質(zhì)的要求，其他工業(yè)也需要使用精銅。因此，現(xiàn)代幾乎所有的粗銅都經(jīng)過電解精煉，以除去火法精煉難于除去的雜質(zhì)，銅的電解精煉，是將火法精煉的銅澆鑄成陽極板，用純銅薄作為陰極片，相間地裝入電解槽中，用硫酸銅和硫酸的水溶液作電解液，在直流電的作用下，陽極上的銅和電位較負的賤金屬溶解進入溶液，而貴金屬和某些金屬（如硒，碲）不溶，成為陽極泥沉于電解槽底。溶液中的銅在陰極上優(yōu)先析出，而其他電位較負的賤金屬不能在陰極上析出。留于電解液定期凈化時除去，這樣，陰極上析出的金屬銅純度很高，稱為陰極銅或電解銅，簡稱電銅。含有貴金屬和硒，

13、碲等稀有金屬的陽極泥，作為銅電解的一種副產(chǎn)品另行處理，以便從中回收金，銀，硒，碲等元素。在電解液中逐漸積累的賤金屬雜質(zhì)，當(dāng)其達到 一定的濃度后，會防礙電解過程的正常進行。例如，增加電解液的電阻和密度，使陽極泥沉降速度減慢，甚至在陰極上與銅一起共同放電，影響陰極銅的質(zhì)量，因此必須定期定量地抽出凈化，并相應(yīng)地向電解液中補充新水和硫酸。抽出的電解液在凈化過程中，常將其中的銅，鎳等有價元素以硫酸鹽的形態(tài)產(chǎn)出，硫酸則返回電解系統(tǒng)重復(fù)使用。在銅電解車間，通常設(shè)有幾百個甚至上千個電解槽，每一個直流電源串聯(lián)其中的若干個電解槽成為一個系統(tǒng)。所有的電解槽中的電解液必須不斷循環(huán)，使電解槽內(nèi)的電解液成分均勻。在電解液

14、循環(huán)系統(tǒng)中，通常設(shè)有加熱裝置，以將電解液加熱一定的溫度。1 概述1.1 電解精煉的基本原理及電極反應(yīng)傳統(tǒng)的銅電解精煉是采用純凈的電解銅薄片作陰極，陽極銅板含有少量雜質(zhì)（一般為0.3%1.5%），電解液主要為含有游離硫酸的硫酸銅溶液。由于電離的緣故，電解液中的各組分按下列反應(yīng)生成離子： CuSO4=Cu2+ H2SO4=2H+ H2O=H+OH-在未通電時，上述反應(yīng)處于動態(tài)平衡。但是直流電通過電極和溶液的情況下，各種離子作定向運動，在陽極上可能發(fā)生下列反應(yīng)：Cu-2e=Cu2+H2O-2e=1/2O2+2H+-2e=SO2+1/2O2H2O和的標(biāo)準(zhǔn)電位很大，在正常的情況下，它們不可能在銅陽極上發(fā)

15、生放電作用。此外，氧的析出還具有相當(dāng)大的超電壓（25時，若電流密度為200A/m2,則氧在銅上析出的超電壓為0.605V）。因此，在銅電解精煉過程中不可能發(fā)生反應(yīng)式（1.5），只有當(dāng)銅離子的濃度達到極高或電解槽內(nèi)陽極嚴(yán)重鈍化，使槽電壓升高到1.7V以上時才可能有氧在陽極上放出。至于離的放電反應(yīng)，因為其電位更正，故在銅電解精煉過程中是不能進行的。在陰極上可能發(fā)生下列反應(yīng)： Cu2+2e=Cu 2H+2e=H2=0V銅的析出電位較氫為正，加之氫在銅上析出的超電壓值又很大（當(dāng)25及電流密度為100 A/m2時，電壓為0.584V），故只有當(dāng)陰極附近的電解液中銅離子濃度極低，并由于電流密度過高而發(fā)生嚴(yán)

16、重的濃差極化時在陰極上才可能析出氫氣。綜上很述，銅電解精煉過程中，在兩極上的主要反應(yīng)是粗銅在陽極上的溶解和銅離子在陰極上的析出。但是實際電解時，陽極銅除了以二價銅離子的形式溶解外，還會以一價銅離子的形態(tài)溶解，即：Cu-2e=Cu2+生成的一價銅離子在有金屬銅存在的情況下，和二價銅離子產(chǎn)生下列平衡： 2Cu+=Cu2+Cu該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：在一定溫度下有一定的平衡常數(shù)，且隨著溫度的升高而向生成Cu2+的方向進行，在含Cu2+64g/L和H2SO450g/L的溶液中，平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為：溫度1016050403021KCu×103×104×105×10

17、5×105×106但是，在一般的電解條件下，一價離子Cu+和平衡濃度還是很小的，例如在含H2SO450g/L和Cu2+32g/L的溶液中，50時Cu2+的含量約為/L。 在生產(chǎn)過程中，Cu+和Cu2+之間的平衡常常不斷地受到破壞，其主要原因有兩個； 1）Cu+被氧化成Cu2+這一反應(yīng)的速度隨溫度的升高及與空氣接觸程度的增加而加快，結(jié)果消耗了溶液中的硫酸，并使溶液中的Cu2+濃度增加。2）Cu+分解而析出銅粉析出的銅粉進入陽極泥，使陽極泥中的貴金屬含量降低，并造成銅的損失。上述兩個原因都使得Cu+的濃度往往稍低于藕色平衡濃度，這又促使反應(yīng)（1.9）和（1.10）向著生成Cu+

18、的方向進行，使陽極的電流效率提高，陰極的電流效率降低，并導(dǎo)致溶液中的Cu2+的濃度不斷增加。Cu+分解和氧化的結(jié)果，使電解液中游離硫酸含量減少和CuSO4的濃度增加。陽極中的銅和Cu2O以用陰極銅的化學(xué)溶解（稱為反溶）也會使電解液中的含銅量增加，即此外，溶液中的游離硫酸濃度的降低，還可以導(dǎo)致CuSO4的水解，即進一步破壞了Cu2+與Cu+之間的平衡，并增多陽極泥中的銅量。假若電解過程使用的電流密度太小時，Cu2+在陰極上的放電可能變得不完全，而按下式進行一還原生成Cu+ ：Cu2+e=Cu+同時，銅在陽極上隨即按式Cu+-e=Cu2+ 而氧化，從而導(dǎo)致電流效率的下降。綜上所述，銅電解精煉過程，

19、主要是在直流電的作用下，銅在陽極上失去電子后以Cu2+ 的形態(tài)溶解，而Cu2+在陰極上得到電子以金屬銅的形態(tài)析出的過程。除此之外，還不可避免地有Cu+的產(chǎn)生，并引起一系列的副反應(yīng)，使電解過程復(fù)雜化。根據(jù)以上情況，可以認為銅電解精煉時較有利的工作條件是：電解液中含有足夠高的游離硫酸和二價銅離子，電解液的溫度不宜過高，采用足夠高的電流密度，盡量減少電解液與空氣的接觸。1.2 銅電解工藝流程銅的電解精煉是以火法精煉產(chǎn)出的精銅為陽極，以電解產(chǎn)出的薄銅片為（始極片）作陰極，以硫酸銅和硫酸的水溶液作電解液。在直流電的作用下，陽極銅電化學(xué)溶解，純銅在陰極上沉積，雜質(zhì)則進入陽極泥和電解液中，從而實現(xiàn)了銅與雜質(zhì)

20、的分離，銅精煉工藝流程如下圖 銅電解精煉一般流程圖表一 電解槽的計算已知條件項目已知條件年產(chǎn)電解銅（一級銅）50kt年工作日360t電解槽作業(yè)率96%電流效率98%電流強度12000A始極片尺寸1050×1000mm表二 陽極成分元素CuAsSbNiBiPbSeTeAuAgFeSZn含量%表三 銅電解過程元素分配表元素進入電解液（%）進入陽極泥（%）進入電銅（%）Cu98As6535微量Sb4060微量Ni8020微量Bi5050微量Pb964Se982TeAuAg973Fe75817S964Zn9343Al75205SiO2100表四 銅電解技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)項目指標(biāo)電解銅回收率（%）電

21、解銅品位（%）殘極率（%）15陽極泥率（對電銅）（%）電解車間溫度（）25電解槽外壁溫度（）352 廠址選擇廠址的選擇對企業(yè)長遠的經(jīng)濟發(fā)展有著十分重要的意義。選擇廠址的原則為：1）距離原料場地較近；2）交通運輸方便；3）氣象、地理條件優(yōu)越；4）技術(shù)協(xié)作便利；5）能源、水源豐富；6）有利于職工文化、生活福利；7）建設(shè)挖運土方量小，盡量不占用農(nóng)田等。3 原料銅陽極銅陽極的物理規(guī)格和化學(xué)成分影響電解過程的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和陰極銅的質(zhì)量，所以生產(chǎn)中應(yīng)盡量獲得質(zhì)量良好的陽極銅板同樣極板的物理形狀要求平整無飛邊、無毛刺、無夾渣等。為了在銅電解中獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，通常采用含銅在99%以上的火法精煉銅作為陽

22、極材料。下面介紹沈冶、貴冶銅陽極板尺寸及銅陽極化學(xué)成分（見表31，2，3）。表31沈、貴冶銅陽極尺寸工廠名稱陽極長×寬×高，mm重量，/塊沈冶720×620×（3842）145148貴冶1000×960×45370380表32 沈、貴冶銅陽極尺寸精度項目單位沈冶貴冶陽極板公稱尺寸，L×W×mm720×620×（3842）1000×960×45長度公差mm<5±10厚度公差毛刺，鼓泡<5±5耳部下支持面至極板上緣距離mm65±5支耳總長

23、mm950±51300±10板面撓曲mm<±5<5耳面撓曲mm<±6其他板表面黑皮面積<1/4，耳部不得有冷隔層和折損表33銅陽極化學(xué)成分的一般要求元素CuAsSbBiNiO2SnFePb含量99銅電解精煉的陽極板是一種含有多種元素的合金，除表中所列元素外，在陽極銅中大都還含有Cd、Hg、In、Tl、Mn和鉑族元素，其含量為0.0011ppm。在陽極銅中的雜質(zhì)有兩種形式，即金屬銅基體中的固溶體和晶粒間不連續(xù)夾雜。在電解過程中，所有這些雜質(zhì)都出現(xiàn)強烈的化學(xué)和物理變化，這對陽極鈍化、陰極質(zhì)量、電解液凈化以及從陽極中回收有價元素均有很大

24、影響。一般說來，從相圖中可知陽極中存在各種雜質(zhì)的形式，但有些元素則于相圖不一致。在氧作為雜質(zhì)看待時，陽極銅的含氧量低，鎳以連續(xù)的固溶體出現(xiàn)，而砷、銻和銀在銅基體中呈固溶體。鉍、鉛、硒和硫沿銅粒子外圍分別呈金屬鉍、鉛或呈Cu2Se和CuS2形式沉淀。有些氧化物如NiO、Bi2O3、Sb2O3和PbO或Cu3As也在結(jié)構(gòu)中部分地沉淀。隨著氧含量增高，這些氧化物顆粒就變大，圓形的Cu2S顆粒很粗。當(dāng)賤金屬于銅一起溶于電解液時，貴金屬或化合物則在電解液中沉淀。于銅一起呈固溶體存在的許多雜質(zhì)表現(xiàn)出惰性性質(zhì)，電解時在陽極表面形成陽極泥。由于電解液存在著微量的溶解氧（一般為1.82.0ppm），而使各種雜質(zhì)

25、在電解液中溶解后其離子具有幾種化合價，結(jié)果使陽極泥形成它們本身的電位及在電解液中的溶解度。由雜質(zhì)元素行為決定的在各電解產(chǎn)物（電解液、陰極銅、陽極泥）間的分布關(guān)系，還與它們在陽極中的含量、氧的含量和電解技術(shù)等條件有關(guān)。通常將陽極銅中的雜質(zhì)分為以下四類：1）比銅顯著負電性的元素，如鋅、鐵、錫、鉛、鈷、鎳。2）比銅顯著正電性的元素，如銀、金、鉑族元素。3）電位接近銅但較銅負電性的元素，如砷、銻、鉍。4）其他雜質(zhì)，如氧、硫、硒、碲、硅。銅電解精煉過程中，陽極雜質(zhì)的行為影響到陽極泥的形成、陽極鈍化和精煉操作?！扳g化”就是失去活性或活動能力的意思，電解過程中的金屬鈍化，是指作為電極的金屬在電流的作用下某種

26、程度地失去轉(zhuǎn)入溶液的能力。發(fā)生鈍化的電極，它們所具有的電極電位，就不是該金屬所固有的電位，而接近于另一種電性更正的金屬的電位。就化學(xué)反應(yīng)來說，處于鈍化狀態(tài)的金屬，就失去了被氧化，特別是被溶解的能力。隨著陽極含氧量的增加、電流密度的升高以及電解液中溶解氧和雜質(zhì)離子濃度的增加，陽極鈍化的可能性也明顯地增大。與陽極鈍化有關(guān)的因素如圖31所示。這些因素包括陽極泥數(shù)量、陽極泥吸附以及濃差極化。影響陽極泥數(shù)量的內(nèi)部因素有陽極結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)的含量和存在形式；外部因素包括電解液中溶解氧、電流密度和電解液中共存雜質(zhì)離子。陽極泥吸附受陽極泥的結(jié)構(gòu)和形態(tài)的影響。陽極鈍化陽極泥數(shù)量陽極泥吸附（陽極泥形成機理）濃差極化陽極

27、泥結(jié)構(gòu)陽極泥形態(tài)內(nèi)部因素（陽極結(jié)構(gòu)）內(nèi)部因素（陽極結(jié)構(gòu)）雜質(zhì)元素雜質(zhì)含量元素存在形式溶解的氧離子濃度電流密度圖31 陽極鈍化的因素4 技術(shù)操作條件4.1 商品電解槽 電解液組成銅電解精煉所用的電解液為含硫酸銅的硫酸水溶液。這種溶液導(dǎo)電性好，發(fā)揮性小，且比較穩(wěn)定，使電解過程可以在較高的溫度和酸度下進行。另外，硫酸銅的分解電壓較低，砷、銻、鉛等在硫酸溶液中能生成難溶化合物，因而雜質(zhì)對陰極質(zhì)量的影響相對較小，而且貴金屬在硫酸溶液中也能得到叫完全的分離。這些都使得以硫酸溶液作為銅電解液，比采用其他溶液如鹽酸溶液、硝酸溶液、氨鹽溶液等具有較大的優(yōu)越性。一般含銅4050/L，含游離硫酸180210g/L。

28、由于電解液的電阻值隨著酸度的增加而降低（其關(guān)系如下表41所示），隨著含銅量的增加而升高。表41酸度對百分電阻的影響（65）硫酸的濃度（g/L）100150175200250電解液百分電阻140100這是因為H+濃度越高，電解液的離子濃度相應(yīng)越大，當(dāng)量電導(dǎo)隨之增加。但過高的含酸濃度在其它條件不變時，會使電解液粘度增加，使電解液的傳質(zhì)發(fā)生困難。另外含酸量越高，硫酸銅在電解液中的溶解度降低，溫度稍有降低，就會導(dǎo)致電解槽內(nèi)硫酸銅析出。電解液中銅離子濃度和酸度的相互影響關(guān)系由表42所示。表42 25時硫酸銅的溶解度與硫酸含量的關(guān)系H2SO4含量/（g/L）406090100150180Cu含量電耗是隨電

29、解液中酸含量的增加而降低，所以為了降低電耗，一般采用高酸低銅的電解液組分較為有利。電解液中的雜質(zhì)對電解的進行十分有害。特別是Ni、As、Sb、Bi、Fe等。這些雜質(zhì)的存在不僅使溶液的電導(dǎo)降低，粘度增大，使硫酸銅在電解液中的溶解度降低，從而使單位電耗增加，銅離子在溶液中的遷移速度下降，給傳質(zhì)帶來困難。更為重要的是，一些雜質(zhì)還有可能從陰極上析出，使陰極質(zhì)量不能保證，所以對電解液的雜質(zhì)有所要求。銅電解液中有害雜質(zhì)含量如下表。表43銅電解液有害雜質(zhì)允許含量（g/L）元素NiAiSbBiFe含量<15<7<34 添加劑為了獲得致密、平整、光滑的優(yōu)質(zhì)陰極銅，除了嚴(yán)格控制各工序電解技術(shù)條件

30、外，還應(yīng)添加適量膠狀物質(zhì)和表面活性物質(zhì)，以改善陰極表面質(zhì)量。但是添加劑用量并非多多益善，添加劑用量原則用量是在保證陰極質(zhì)量的前提越少越好。因為添加劑會污染電解液使電解液的性質(zhì)變壞。一般采用添加劑及其作用如下：（1）明膠明膠是電解作業(yè)的主要添加劑之一，作用是使析出的陰極沉積物細致光潔，改善陰極表面的物理狀態(tài)。明膠的加入量與電流密度和陽極成分有關(guān)。適量的加入明膠，能提高電流密度，防止固體顆粒機械附著于陰極表面，提高電銅質(zhì)量創(chuàng)造條件，當(dāng)加明膠過量時，會使電解液粘度增加，槽電壓升高。明膠溶解于水加入電解液后，吸附在陰極晶粒表面上。當(dāng)陰極上部晶粒長大時，由于其表面吸附有一層不導(dǎo)電的膠膜，使得該突出的表面

31、導(dǎo)電性比其它地方差，阻止了該突出晶粒的生長，引起更多晶粒形成，最終使陰極表面平滑且堅硬但由于膠稍微引起陰極化，使槽電壓增加30.05V，引起電耗增加，通常叫的添加量為每噸30100g。在種板槽內(nèi)，為了得到更加光滑及有韌性，適合切割及沖孔的始極片，添加劑用量甚至高達商品槽的7倍。（2）硫脲硫脲往往與明膠配合使用。它是一種表面活性物質(zhì)。與明膠混合后，可使陰極銅的含氣量大大降低，電流效率提高34%，結(jié)晶后致密程度和結(jié)晶的平均直徑改善一倍左右。根據(jù)沈冶和貴冶的經(jīng)驗，硫脲加入量為5070g/t銅。（3）干酪素干酪素是一種復(fù)雜的蛋白質(zhì)，它易溶于酸和水溶液中。他也與明膠組成混合添加劑。干酪素在陰極表面的尖端

32、突起點和長粒子的活性區(qū)，由于局部電流密度顯著偏高，電力線集中，不僅可吸附膠質(zhì)離子，使膠膜變得更致密。還可干酪素在酸性電解液中顯堿性離解的陰離子，使膠膜變得更致密。干酪素起的是抑制粒子生長，改變離子形狀的作用，而硫脲則細化了電銅表面的條紋，干酪素一般按每噸銅2070g加入。該類添加劑稱為補充添加劑。補充添加劑起緩沖作用，它不會使結(jié)晶顆粒變細，從而改善膠的作用，減少膠的極化性能，輕微降低曹電壓，避免膠加入過量引起的陰極過硬及長芽現(xiàn)象。（4）鹽酸鹽酸用來維持電解液中氯離子的含量。電解液中氯離子可使溶入電解液中的銀生成氯化銀沉淀，有利于降低銀的損失，還可抑制砷、銻、鉍離子的活性，防止陰極產(chǎn)生樹枝狀結(jié)晶

33、；同時還可消除陰極因含鉛過高引起的鈍化。加入量一般按每噸銅250g加入。添加劑的加入方法：一般是降明膠、硫脲、干酪素充分溶解于水后混合加入電解液回流管進入循環(huán)槽，鹽酸則單獨加入回流管或循環(huán)槽。明膠、硫脲、干酪素的加入會增加電解液的粘度和電阻；鹽酸加入過多，陰極上會產(chǎn)生針狀結(jié)晶。必須根據(jù)陽極銅成分、電流密度、電解液雜質(zhì)含量等條件選用合適的和適量的添加劑。添加劑用量見表4 4。表4種類明膠硫脲干酪素鹽酸，ml/t電銅用量2550205015403005004 電解液溫度電解液溫度是影響電解過程技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和產(chǎn)品質(zhì)量的因素。實驗證明，提高電解液的溫度可使電解液粘度大幅度下降，電解液中懸浮的微粒得以沉

34、降，保證不和陰極銅機械吸附。同時電解液的溫度越高Cu2+的遷移速度大大增加；有利于Cu2+的傳質(zhì)，使陽極鈍化和陰極區(qū)Cu2+濃度的貧化明顯消除，從而使銅在陰極上均勻析出。表45溫度對電解液百分電阻的影響（硫酸200g/L）溫度（）455055606570百分電阻但溫度過高，蒸汽的耗量卻異常地增加。累計總能偏高，從而使經(jīng)濟效益降低。更重要的是，車間酸的蒸發(fā)量增加，使操作環(huán)境惡化。同時銅的化學(xué)溶解速度顯著增加Cu2+濃度增大，影響Cu2+和Cu+的平衡，相應(yīng)銅粒子的數(shù)量增加。其次，對設(shè)備、廠房的腐蝕加重，對塑料設(shè)備的老化影響更大。我國一般將電解液溫度控制在5860，本設(shè)計中將電解液溫度定在60 電

35、解液的循環(huán)隨著電解的進行，電解槽中電解液成分、添加劑、溫度等將會發(fā)生變化。為了穩(wěn)定電解條件，必須將一部分電解液從電解槽放出，同時補充等量的新電解液，實現(xiàn)電解液的循環(huán)。本設(shè)計是大型電解槽、電極間距小以及電流密度較高，為了維持電解槽能各處電解液溫度和成分的均勻，采用電解液與陰極板板面平行的循環(huán)方式，即采用槽底中央進液、槽上一端出液的新“下進上出”循環(huán)方式，它是在電解槽底中央沿著槽的長度方向設(shè)一個進液管（PVC硬管）或在底兩側(cè)設(shè)兩個平行的進液管，通過沿管均布的小孔（小孔距與同名極距相同，為100mm）給液。排液在槽的一側(cè)，如圖41。由于給液小孔對著陰極出液，不僅有利于陰極附近離子的擴散，降低濃差極化

36、，而且減少了對陽極泥的沖擊和攪拌。此外，中間進液，一端出液，有利于電解液濃度、溫度以及添加劑的均勻分布，有利于陰極質(zhì)量。此方法能仿止陽極泥上浮，但不能使槽內(nèi)溫度及溶液成分更均勻。電解液循環(huán)速度過大不僅增加動力消耗而且影響電解液中的懸浮雜質(zhì)和陽極泥粒子不易下沉，甚至沖起陽極泥，使金銀等附著于陰極，影響電銅的質(zhì)量，增加了貴金屬的損失。循環(huán)速度的選擇主要取決于循環(huán)方式、電流密度、電解槽溶積、陽極成分等。當(dāng)操作電流密度高時，必須采用較大的循環(huán)速度，以減少電解液電解液上清液底泥濃差極化。本設(shè)計電解液循環(huán)速度為40L/min槽。圖41 電解液循環(huán)方式 電流密度電流密度是銅電解生產(chǎn)中最重要的經(jīng)濟指標(biāo)之一，也

37、是影響金屬沉積物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的一個主要因素。提高電流密度，可以提高產(chǎn)量，可以提高勞動生產(chǎn)率，可在較少設(shè)備，較少的基建投資下，保證電銅產(chǎn)量的完成。本設(shè)計銅電解精煉的電流密度為250A/m3。由沈冶、貴冶等廠的情況可知，在我國之一電流密度是可行的。 同極中心距縮短用極中心距，有利于充分挖掘電解槽生產(chǎn)能力，降低槽電壓，若能保持陰極具有光滑、平整的表面，盡管在采用短極距的條件下，仍能保證電銅質(zhì)量。沈冶、貴冶的同極中心距分別為80和105，同極中心距也與極板尺寸有關(guān)，本設(shè)計選用100的同心距。 陽極壽命、陰極壽命陽極壽命根據(jù)電流密度、陽極重量及生產(chǎn)組織來確定，一般為1824天，本設(shè)計選陽極壽命為18天，陰

38、極周期視電流密度和陽極壽命而定一般為陽極壽命的1/2或1/3，陰極周期越長，積壓在生產(chǎn)過程中的銅越多。本設(shè)計陰極壽命為6天。 沈冶和貴冶技術(shù)操作條件事例表47是國內(nèi)一些企業(yè)的操作技術(shù)條件。表47 沈冶和貴冶商品電解槽技術(shù)操作條件（1）名稱公司電流密度（A/）電解液溫度）同極中心距（）電解液循環(huán)速度（L/min）沈冶2402456068801530貴冶240>6010530表47 沈冶和貴冶商品電解槽技術(shù)操作條件（2）名稱公司循環(huán)方式陽極壽命（d）陰極周期（d）明膠（ g/L）硫脲（ g/L）干酪素（ g/L）沈冶上進下出15465010050703070貴冶槽中央底部進液上部出液1812

39、10030402030表47沈冶和貴冶商品電解槽技術(shù)操作條件（3）（ g/L）電解液成分公司CuH2SO4NiAsSbFeBiCl-沈冶404817521015貴冶42188294.2 種板電解槽為使獲得致密、平整的陰極銅，始極片必須結(jié)構(gòu)致密、表面光滑。所以種板電解槽技術(shù)條件控制比商品電解槽更嚴(yán)，為此大中型電解廠種板槽的電解液循環(huán)系統(tǒng)計添加劑加入裝置和直流供電裝置宜單獨設(shè)置。通常認為種板槽應(yīng)控制較低的電流密度，如240A/m3 左右，只宜偏低，不宜偏高。但大型電解銅廠為了生產(chǎn)0.71.0始極片，可以適當(dāng)升高。種板槽使用的陽極，應(yīng)當(dāng)力求雜質(zhì)含量較低，表面光潔平整，重量均勻，以減少雜質(zhì)對電解液的污

40、染和防止極間短路現(xiàn)象。陽極在種板槽內(nèi)，只使用到正常周期的1/2或2/3即行更換，以保證陽極工作面積不至于顯著縮小，引起電流密度的升高和異極距的增加，以致電壓升高。種板槽內(nèi)換出的陽極尚有一定的厚度，須裝入商品槽中再用，直至達到固定周期為止。5 產(chǎn)物表51粗銅和表52產(chǎn)物的電解銅等級、雜質(zhì)含量規(guī)定（國標(biāo)）表51粗銅化學(xué)成分（國標(biāo)）產(chǎn)品名稱銅不少于%雜質(zhì)不于執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)砷銻鉍鉛雜質(zhì)總量粗銅一級YB740-82二級991三級四級五級964表52電解銅化學(xué)成分（國標(biāo)）產(chǎn)品名稱代號銅+銀不少%雜質(zhì)不大于砷銻鉍鐵鉛錫電解銅一號二號鎳鋅硫磷總和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)電電解銅一號YB740-82二號5.2 陽極泥陽極泥的產(chǎn)出率和

41、成分變化與陽極銅的成分和電解技術(shù)條件有關(guān)。銅陽極泥的產(chǎn)出率一般為電解銅量的0.40.8%，本設(shè)計的銅陽極泥的產(chǎn)出率為0.65%（對電銅）。下表是沈冶、貴冶及本設(shè)計的陽極泥的化學(xué)成分（見表53，4）。表53沈冶、貴冶及本設(shè)計的陽極泥率（%）項目沈冶貴冶C廠D廠本設(shè)計陽極泥率表54沈冶、貴冶陽極泥化學(xué)成分（%）陽極泥化學(xué)成分A廠B廠C廠D廠Cu2530NiAs2Sb12BiPb35AuAg79Se361Te6 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)6.1 銅電解回收率銅電解回收率=（電銅含銅量+回收品含銅量）/裝入原料含銅量×100%回收品指殘極、銅屑、碎銅、送凈液硫酸銅溶液和陽極泥等含銅物料（若陽極泥含銅本企業(yè)

42、不能回收，則按損失處理）。銅電解回收率一般為99.699.8%。（由于本設(shè)計有些數(shù)據(jù)未知，所以銅電解回收率無法計算），本設(shè)計取99.7%。6.2 勞動生產(chǎn)率電解精煉車間實際勞動生產(chǎn)率計算如此下：電解精煉車間實際勞動生產(chǎn)率=年電銅產(chǎn)量/車間勞動定員數(shù)單位：t/人數(shù)6.3 直流電能單位消耗每噸電解銅的直流電能消耗按下式計算直流電能消耗包括商品電解槽、種板電解槽、脫銅電解槽及線路損失等全部直流電能消耗量，一般直流電能消耗為230280KWh/t電銅6.4 蒸汽單位消耗量蒸汽單位消耗與電解槽及各類貯槽的表面覆蓋和槽壁保溫措施有關(guān)。在無措施的情況下一般為1.01.5t/t電銅，當(dāng)電解槽面采用覆蓋槽壁及管

43、道采取保溫措施并各貯槽帶蓋的情況下，消耗一般為0.20.6 t/t電銅。6.5 硫酸單位消耗硫酸單位消耗量一般為410/t電銅。6.6 水單位消耗量水單位消耗量一般為356.7 電流效率電流效率是指銅精煉過程中，實際析出的金屬量與理論析出量的百分比。理論析出量即平均電流強度×實際開動槽數(shù)和開動時數(shù)×電化當(dāng)量（1.186）×106本指標(biāo)包括商品槽和脫銅電解槽的全部電流效率。一般為9697%影響電流效率的主要因素有：（1）短路 陰極和陽極板不平整或懸掛不垂直，以及在陰極板邊沿生成樹枝狀銅結(jié)晶都會導(dǎo)致極間短路。（2）漏電 電解槽與電解槽之間、電解槽與地面之間、各貯槽與地

44、面之間以及電解液循環(huán)系統(tǒng)的絕緣不良等引起的漏電。（3）化學(xué)溶解 電解液中存在的氧和三價鐵離子能使陰極銅反溶，電解液的溫度、游離硫酸濃度極銅離子濃度均能影響陰極銅反溶，通常由此使電流效率降低0.250.75%除上述因素外過高的電流密度、陽極含雜質(zhì)較高等也可降低電流效率。6.8 殘極率殘極率是指產(chǎn)出殘極量占陽極量的百分比。殘極率的可減少重溶費和金屬損失，提高直收率。但殘極率過低會造成槽電壓升高，電耗增加，甚至殘疾碎落損壞槽襯，一般殘極率取1518%，本設(shè)計殘極率取15%。6.9 槽電壓槽電壓是影響電耗的重要因素，槽電壓由電解液電位降、金屬導(dǎo)體（包括電板、陽極、陰極、銅棒等）電位降、接觸點電位降、克

45、服陽極泥電阻的電位降、濃差極化引起的電極電位降等組成。槽電壓隨電流密度的提高而上升。商品槽電壓一般為0.20.3V；種板槽槽電壓一般為0.380.4V。本設(shè)計商品槽槽電壓為0.3V；種板槽槽電壓為0.38V。表51國內(nèi)及本設(shè)計銅電解槽技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。表51國內(nèi)及本設(shè)計銅電解槽技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)項目單位A廠B廠C廠本設(shè)計電解總回收率%電解直收率%直流電單耗kW·h/t電銅260280260236蒸汽單耗t/t電銅1硫酸單耗/t電銅3電流效率%979798殘極率%171715槽電壓V7 主要設(shè)備的選擇與計算7.1 電解槽 電解槽材質(zhì)電解槽材質(zhì)主要有：（1）現(xiàn)在普遍采用鋼筋混凝土槽體。鋼筋混凝土電

46、解槽有成列就地搗制，整列就地搗制施工快、造價低。但檢修更換不變，絕緣處理難、易漏電；（2）單槽整體預(yù)制，單槽整體預(yù)制，搬運、安裝、檢修、更換方便、絕緣好、漏電少，為多數(shù)工廠所用；（3）近代又發(fā)展到預(yù)制板拼裝式槽體。預(yù)制板拼裝式電解槽搬運、安裝、更換方便，造價低，節(jié)省車間，為國外一些新建工廠采用。（4）輝緣巖耐酸混凝土單個搗制槽和花崗巖單個槽，這些槽耐酸、絕緣較好。但輝緣巖槽易滲漏?；◢弾r槽價格高，運輸不便，且易產(chǎn)生暗逢滲漏。通過對以上幾種材質(zhì)的比較，本設(shè)計電解槽材質(zhì)選用鋼筋混凝土槽體，單槽針體預(yù)制。 電解槽的構(gòu)造通常電解槽由長方形槽體和附設(shè)的工業(yè)管，排液斗、出液斗的液面調(diào)節(jié)堰板等組成。槽體底部

47、常做成由一端向另一端或兩端向中央傾斜，傾斜度3%，最低處開設(shè)排泥孔，較高處有清槽用放液孔，放液排泥孔配有耐酸陶瓷或嵌有橡皮圈的硬鉛制作的塞子，防止漏液。此外在鋼筋混凝土槽體底部還開設(shè)檢漏孔，以觀察內(nèi)襯是否破壞，鋼筋混凝土電解槽壁厚一般為80120mm。本設(shè)計選用：電解槽由長方形槽體和附設(shè)的工業(yè)管，排液斗、出液斗的液面調(diào)節(jié)堰板等組成，槽體底部常做成由一端向另一端傾斜，且傾斜度3%，最低處開設(shè)排泥孔，較高處有清槽用放液孔，放液排泥孔配有耐酸陶瓷或嵌有橡皮圈的硬鉛制作的塞子，防止漏液。此外在鋼筋混凝土槽體底部還開設(shè)檢漏孔，以觀察內(nèi)襯是否破壞，鋼筋混凝土電解槽壁厚一般為100mm。 電解槽襯里材質(zhì)鋼筋

48、混凝土電解槽內(nèi)襯選擇原則：造價低廉、耐高溫、耐腐蝕和電絕緣性能良好的材料，一般為鉛或含銻36%的鉛銻合金板、軟板聚氯乙烯和玻璃鋼、鉛襯厚一般為35mm；聚氯乙烯襯里通常為二層，每層厚45mm；內(nèi)層塑料襯里一般不正槽鋪設(shè)；玻璃鋼襯里一般為610層，厚約35mm。見表71。國內(nèi)大部分銅電解工廠的電解槽襯鉛。但在新建工廠及老廠的改造中逐漸推廣使用聚氯乙烯襯里和玻璃鋼襯里。通過對鉛板、軟聚氯乙烯板和玻璃鋼電解槽襯里的比較，再結(jié)合鋼筋混凝土電解槽內(nèi)襯選擇的原則，本設(shè)計選用玻璃鋼內(nèi)襯，10層，厚5mm。表71電解槽襯里材質(zhì)比較襯里材質(zhì)優(yōu)點缺點鉛板施工簡單，耐酸，耐溫性能好價格昂貴，機械能電絕緣性能差、漏電

49、軟聚氯乙烯板施工簡單，價格低廉，有優(yōu)良的絕熱和電絕緣性能耐熱性能較差，機械性能隨溫度上升而降低，易老化玻璃鋼絕熱，絕緣性能好，耐腐蝕，價格比襯鉛低廉樹脂材質(zhì)要求嚴(yán)，施工技術(shù)要求高 電解槽進出液方式電解槽進出液直接影響槽內(nèi)銅離子、添加劑及溫度在電解液里的均勻性和金、銀的損失。小陽極板電解時，由于電解槽尺度比較小，一般采用上進液、下出液的循環(huán)方式。隨著電解槽的大型化、電極間距的縮小及電流密度的提高，通常的電解槽供排液方式難以適應(yīng)生產(chǎn)要求，有的工廠即在電解槽底中央沿槽長度方向設(shè)一個給液管，或在槽底量兩側(cè)設(shè)兩個平行的給液管，通過沿管均布的小孔給液。排液漏斗安放在槽兩端壁上預(yù)留的出液口上并與槽內(nèi)襯連成整

50、體。出液漏斗內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)電解槽液面高度隔板式三角堰板。三角堰板同時也可觀測電解液流量。另一種大型槽供液法為上供液、下排液。即在電解槽一長邊的兩拐角處各設(shè)以供液口，各供一半電解液，在另一長邊中央下部設(shè)一排液口，供液口來的電解液流呈對襟襖線噴射，由排液口將電解液引向電解槽一端排出。此法能防止陽極泥上浮。根據(jù)本設(shè)計實際情況，電解槽進出液方式選用：上供液、下排液。 銅電解槽的安裝銅電解槽安裝在鋼筋混凝土橫梁上。為防止電解液滴在橫梁上造成腐蝕漏電，在橫梁上首先鋪設(shè)厚34mm，比橫梁每邊寬出200300mm的軟聚氯乙烯保護板，然后在槽底四角墊以瓷磚及橡膠板用以絕緣。通常由多個電解槽排成一列，兩個相鄰電解槽要

51、留2030mm的空隙。槽側(cè)壁頂面覆以塑料（或硬橡膠板、瓷板和瀝青油毛氈等）墊層，裝設(shè)槽間導(dǎo)電板、絕緣分隔板，以支承陽極掛耳和陰極導(dǎo)電棒；陰陽極按規(guī)定極距均勻相間，懸垂排列陰極邊緣與槽側(cè)壁應(yīng)保持5080mm空隙，以便電解液均勻流動和防止極板碰壁；電極下緣至槽底應(yīng)有200400mm空間作為陽極泥的沉積用。本設(shè)計采用兩個相鄰電解槽20mm，電極下緣至槽底400mm。 電解槽的計算表72電解槽的計算已知條件項目已知條件年產(chǎn)電解銅（一級銅）50000t年工作日：360d商品電解槽電流密度250A/m2電解槽作業(yè)率96%電流效率9%同極中心矩100mm電流強度12000A電解車間溫度25電解槽外壁35始極

52、片尺寸1050×1000mmA、 陰極板本設(shè)計中，在商品槽中始極片為電解槽的陰極，其尺寸為：1050×1000mm。為避免陰極邊緣生成樹枝狀結(jié)晶，陰極板尺寸比陽極板寬3555，長2545。B、陽極板陽極尺寸的選擇與生產(chǎn)規(guī)模，操作機械化程度及其它一些條件有關(guān)。結(jié)合本設(shè)計的實際情況，即本設(shè)計的精煉廠為中型工廠，機械化程度也不算太高，同時為避免陰極邊緣生成樹枝狀結(jié)晶，陽極板的尺寸為1010×960mm。圖61陽極板C、種板種板的材質(zhì)目前有紫銅板、不銹鋼板和鈦板三種，以紫銅板為最多，各種材質(zhì)的優(yōu)缺點比較如下：表63種板材質(zhì)材質(zhì)厚度優(yōu)點缺點紫銅板34（）價格便宜；銅掛耳與母板接觸良好；絕緣材料粘附強度大。對隔離劑要求較嚴(yán)，質(zhì)地較軟，易變形引起槽內(nèi)短路，笨重。不銹鋼板23（）重量輕，始極片易剝離；質(zhì)硬，與絕緣材料粘結(jié)不如鋼材，彈性大，難以平直。鈦板2.53.5（）不需隔離劑，剝片容易，重量輕，始極片成品率高達95%以上，使用壽命長銅耳與鈦板因膨脹系數(shù)不同，鉚接處易松動，積留硫酸銅結(jié)晶，需定期細砂打毛，處理氧化膜；變形后不易矯正；包邊問題難解決，造價高通過以上比較，本設(shè)計選用紫銅板材質(zhì)的種板。種板的尺寸一般比始極片寬2030，長4570，則種板尺寸為：1100