【正文】 按主要元素分別計(jì)算凈液量如下： QCu= 19353%9850 % ＝? ???? m3/a QNi= 11399%7514 1000%80% ＝? ???? m3/a QAs= 8680%855 1000%72% 00 ＝? ???? m3/a QSb= 18325% 1000%38% ＝? ???? m3/a QBi= 3375% 1000%20% ＝? ???? m3/a 從計(jì)算結(jié)果看，需凈液液最大的是銅，其次是銻。缺點(diǎn)是電流效率低，電耗高于常規(guī)電解。特別是采用了機(jī)械化、自動(dòng)化水平高的陰陽極加工機(jī)組，并采用新技術(shù)適當(dāng)提高了陰陽極板的垂直度以后，陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著的改善。 SnSO4 + 1/2O2 + H2SO4 = Sn(SO4)2 + H2O Sn(SO4)2 + 2H2O = Sn(OH)2SO4 + H2SO4 Sn(OH)2SO4沉淀時(shí)可吸附 As、 Sb 的化合物，有利于電解，但過多會(huì)粘附在陰極上，降低陰極質(zhì)量。 一價(jià)銅離子的形成及其影響 Cu – e = Cu+ E0Cu/Cu+= ??? 22 CueCu VE CuCu / 2 ??VE MM / 2 ????????? 22 MeM2324 212 OSOeSO ????22 2122 OHeOH ??? ?VE OSO / 224 ??VE OOH / 22 ?CueCu ??? 22 VE CuCu / 2 ??222 HeH ??? VE HH 00 /2 ??MeM ???? ? 22 VE MM / 2 ????昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 25 Cu+ e = Cu2+ E0Cu+/Cu2+= 2Cu+ = Cu2++ Cu 盡管平衡時(shí) Cu+濃度不大，但它的存在會(huì)消耗金屬銅，降低電流效率。 電解精煉的理論基礎(chǔ) 陽極反應(yīng) 昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 24 陽極上進(jìn)行的是銅和一些雜質(zhì)的氧化反應(yīng)。 3 火法 — 銅電解精煉 昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 23 銅的電解精煉，是將火法精煉的銅澆鑄成陽極板，（現(xiàn)在普遍的工藝）用永久性不銹鋼陰極作為陰極片，相間的放入電解槽中，用硫酸銅和硫酸的水溶液作為電解液，在直流電的作用下，陽極上的銅會(huì)失去兩個(gè)電子生成 2 價(jià)銅離子，而貴金屬和某些金屬不溶，成為陽極泥沉淀于電解槽低。 昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 17 圖 22 我 國(guó)銅礦分布圖 昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 18 圖 23 為我國(guó)主要資源分布圖 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。 國(guó)內(nèi)主要廠家 昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 14 表 15 2021年我國(guó)精銅產(chǎn)量超過 5 萬噸的銅生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)量（ 單位：萬噸） 2 廠址選擇 昆明冶金高等專科學(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 15 廠址選擇不僅關(guān)系到工業(yè)布局的落實(shí)、投資的地區(qū)分配、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生態(tài)平衡等具有全局性、長(zhǎng)遠(yuǎn)性的重要問題，還將直接或間接地決定著項(xiàng)目投產(chǎn)后的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，直接或間接地決定著項(xiàng)目投產(chǎn)后的經(jīng)濟(jì)效益。浸出液中的銅可用鐵置換得海綿銅，或者用溶劑萃取 電積法制取電銅。 B、 用濃度較高的 H2SO4 溶液反萃銅，得 到含銅約 50g/L 的溶液。 除了銅精礦之外 ,廢銅做為精煉銅的主要原料之一，包括舊廢銅和新廢銅，舊廢銅來自舊 設(shè)備 和舊機(jī)器，廢棄的樓房和地下管道；新廢銅來自加工廠棄掉的銅屑 (銅材的產(chǎn)出比為 50％左右 ),一般廢銅供應(yīng)較穩(wěn)定，廢銅可以分為：裸雜銅 :品位在 90％以上；黃雜銅（電線） :含銅物料（舊馬達(dá)、電路板）；由廢銅和其他類似材料生產(chǎn)出的銅，也稱為再生銅。中國(guó)銅消費(fèi)的增長(zhǎng)點(diǎn)比較特別，其很大程度上取決于國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。盡管銅管 在年內(nèi)維持了高生產(chǎn)態(tài)勢(shì)，但 2021 年 9 月美國(guó)商務(wù)部對(duì)無縫精煉銅管的反傾銷終裁還是會(huì)影響到后期國(guó)內(nèi)銅管的產(chǎn)量。 2021 年 15 月全國(guó)銅冶煉行業(yè)累積利潤(rùn)額高達(dá) 411 億元人民幣，較 09 年 15 月的 115 億元同比增加了 259%。 國(guó)際銅市場(chǎng)消費(fèi)狀況 全球精煉銅的需求在近 3 年里已逐漸走出金融危機(jī)的晦影， 呈現(xiàn)出先低后高的態(tài)勢(shì)，而后期全球精銅消費(fèi)有望延續(xù)擴(kuò)張。 昆明冶金高等專科學(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 5 銅的市場(chǎng)情況 國(guó)際銅市場(chǎng)生產(chǎn)狀況 全球精煉銅產(chǎn)量在 2021 年維持了擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，但產(chǎn) 能利用率卻有所回落。但在空氣中銅可以緩慢溶解于稀酸中生成銅鹽；銅容易被硝酸或熱濃硫酸等氧化性酸氧化而溶解。 （ 3）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。 銅的物理性質(zhì) 銅具有許多可貴的物理化學(xué)特性，例如其熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率都很昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 3 高，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，抗張強(qiáng)度大，易熔接，具有抗蝕性、可塑性、延展性。近年來出現(xiàn)如白銀法、諾蘭達(dá)法等熔池熔煉以及日本的三菱法等，火法冶煉逐漸向連續(xù)化、自動(dòng)化發(fā)展。 我國(guó)第一個(gè)近代銅冶煉廠是 20世紀(jì) 30年代沈陽的奉天金制煉所（沈陽冶煉廠前身），使用的工藝流程是“燒結(jié)鍋燒結(jié) —— 敞開鼓風(fēng)爐熔 煉 —— 真空爐吹煉 —— 電解精煉”，生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)陋，勞動(dòng)條件惡劣。早在史前時(shí)代，人們就開始采掘露天銅礦，并用獲取的銅制造武器、式具和其他 器皿 ，銅的使用對(duì)早期 人類文明 的進(jìn)步影響深遠(yuǎn)。銅是一種存在于地殼和海洋中的金屬。自中華人民共和國(guó)成立后，我國(guó)銅工業(yè)才逐漸發(fā)展起來，不僅對(duì)昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 2 老式冶煉廠進(jìn)行改造，還新建了許多大型冶煉廠（如云南昆明冶煉廠建成了大型電爐煉銅）。 銅的性質(zhì)及用途 銅是一種 化學(xué)元素 ，它的 化學(xué)符號(hào) 是 Cu,它的 原子序數(shù) 是 29，是一種 過渡金屬 。純銅可拉成很細(xì)的銅絲，制成很薄的銅箔。銅管用于運(yùn)送自來水時(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。 銅的用途 表 11 銅的用途 銅的用途 電氣、電子 用途 用于各種電纜和導(dǎo)線，電機(jī)和變壓器的繞阻，開關(guān)以及印刷線路板等。 2021 年全球精銅產(chǎn)量整體增幅為 %，其中非洲產(chǎn)能增長(zhǎng)迅速，同比增長(zhǎng) %，這主要源于剛果及贊比亞高速的冶煉擴(kuò)張計(jì)劃。 08 年發(fā)生的次貸危機(jī)對(duì)全球精銅消費(fèi)起到較為嚴(yán)重的打壓，其中歐洲及北美受昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 6 災(zāi)嚴(yán)重區(qū)回撤跡象明顯。盡管該數(shù)據(jù)仍未達(dá)到金融危機(jī)爆發(fā)前，如 08 年 540 億元的利潤(rùn)高點(diǎn)，但利潤(rùn)的穩(wěn)步提高仍帶動(dòng)了企業(yè)生產(chǎn)的積極性。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦公報(bào)，中國(guó)一共 8 家企業(yè)所征稅率由 %至 %不等，其中金龍精密銅管集團(tuán)股份有限公司稅率為 %，而浙江海量及海量銅貿(mào)易公司則為 %，另有 5 家中國(guó)企業(yè)被征收 %的反傾銷稅。 電力行業(yè)、建筑行業(yè)及交通運(yùn)輸業(yè)合計(jì)對(duì)中國(guó)銅消費(fèi)的貢獻(xiàn)率超過 70%，而家用電器、電子消費(fèi)品亦占國(guó)內(nèi)銅消費(fèi)的一席之地。 昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 10 圖 11 火法煉銅工藝流程 濕法煉銅 濕法冶煉法可處理氧化銅礦，硫化銅礦和含銅貧礦或廢礦。反萃后的有機(jī)溶劑，經(jīng)洗滌后，返回萃取過程使用。 火法和濕法的特點(diǎn) 比較火法和濕法兩種銅的生產(chǎn)工藝，有如下特點(diǎn)： （ 1）后者的冶煉設(shè)備更簡(jiǎn)單，但雜質(zhì)含量較高，是前者的有益補(bǔ)充；由于雜質(zhì)含量較高，工藝要求較高，設(shè)備技術(shù)含量較高。 廠址選擇原則 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。因此在進(jìn)行廠址選擇時(shí)必須充分考慮交通運(yùn)輸問題。溶液中的 2 價(jià)銅離子會(huì)在陰極上優(yōu)先析出，而其他電位較負(fù)的賤金屬不能在陰極上析出，留在電解液中，待電解液定期凈化時(shí)除去。 式中 M`為 Fe、 Ni、 Pb、 As、 Sb 等比 Cu 更負(fù)電性的元素。 陽極中雜質(zhì)行為 （ 1)、正電性金屬和以化合物形態(tài)存在的元素。 （ 3)、負(fù)電性金屬。常規(guī) 電解精煉工藝流程見下圖。適于老廠擴(kuò)大生產(chǎn)能力和電價(jià)低廉地區(qū)采用。銅的脫出采用在電解工序電解槽中增加不溶陽極的方法脫除，故凈液量以銻元素所需的量計(jì)算，取 19000 m3/a 按 19000m3/a 的凈液量推算出電解液的實(shí)際成分為（ %）： Cu 50,Ni 4,As , Sb , Bi ,H2SO4 180. 硫酸鹽生產(chǎn)物料平衡計(jì)算 （ 1）硫酸銅的物料平衡計(jì)算 假設(shè)中和終夜含 Cu120g/L； 中和過程溶液體縮率 70%； 加入銅料的品位 %； 昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 34 硫酸銅平均結(jié)晶率 60%； 硫酸銅含銅 %； 一次結(jié)晶液體縮率 81%； 硫酸銅結(jié)晶洗水返回中和系統(tǒng)中； 銅回收率 98% A 計(jì)算銅料加入量 結(jié)晶洗水體積先取 5880m3/a 計(jì)算，成分根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 Cu40g/L，H2SO450g/L,則進(jìn)入中和過程的混 合溶液成分為： Cu= 0190 00 40588 050190 00 ＝? ??? g/L H2SO4= 50588018019000 ＝? ??? g/L 加入銅料量（按噸銅計(jì)） Q=120?124880?70%???= t 加入銅量耗酸： ?5/= t 中和終液體積： 2488?70%=17416 m3/a 中和終液溶液含酸： 13317416 ＝??? g/L B 計(jì)算硫酸銅產(chǎn)品產(chǎn)量 硫酸銅結(jié)晶量： 51 3910 %6017 41 612 0 ＝? ?? t 結(jié)晶水及成分 根據(jù)實(shí)踐，硫酸銅結(jié)晶的洗水量為每噸 ，洗水含酸約50g/L，含 Cu 約為 40g/L，則洗水量為： 5139?=4111 m3/a 洗水帶走銅量： 4111?40?= t 硫酸銅產(chǎn)品產(chǎn)量： % %%6017416120 ＝????? t 昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 35 C 一次母液體積及銅、酸濃度 一次母液體積： 17416? 81%= m3/a 母液含銅量： %98%4017416120 ＝??? g/L 母液含酸： 50588013317416 ＝??? g/L （ 2） 脫銅電解物料平衡計(jì)算 假設(shè)：一次脫銅終夜含銅 30g/L 二次脫銅終夜含銅 三次電銅含銅 % 黑銅板、粉平均含銅 70% 銅回收率 98% 二級(jí)銅產(chǎn)量： % %)( ＝???? t/a 黑銅板、粉量： %70 %)( ＝???? t/a 黑銅板、粉含雜質(zhì)質(zhì)量： As= % % ＝??? Sb= % % ＝??? Bi= % % ＝??? 脫銅電解過程增酸： () 98/ g/L 脫銅終夜含酸： += g/L （ 3） 粗硫酸鎳生產(chǎn)計(jì)算 假設(shè)：在硫酸銅生產(chǎn)過程中鎳的回收率為 98% 粗硫酸鎳含鎳 % 回收酸含鎳 6g/L，銅 ， H2SO41100g/L。 昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金材料學(xué)院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設(shè)計(jì)書 30 4 計(jì)算 銅電解精煉物