【正文】 yout.Key words: Electrolytic refining of copper。資源是有限，只有優(yōu)化生產(chǎn)方法，提高資源利用率，才是目前急需解決的問題。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）冶金與化學(xué)工程學(xué)院 冶金工程專業(yè) 級（2013屆） 班 學(xué)生 題 目：年產(chǎn)16萬噸電銅電解車間設(shè)計(jì)原始依據(jù)：本設(shè)計(jì)是在原貴溪冶煉廠三系統(tǒng)ISA電解精煉銅車間的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，利用實(shí)習(xí)期間所搜集到數(shù)據(jù)以及廠內(nèi)教員的指導(dǎo)，根據(jù)冶金物料平衡計(jì)算設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)16萬噸電解車間。在7大銅礦基地中，除江西銅基地的資源相對充足外，白銀銅基地資源已經(jīng)枯竭；云南銅基地的易門、牟定已列入關(guān)閉礦山，東川、大姚保有儲量嚴(yán)重不足；中條山銅基地已經(jīng)“三礦變一礦”，其中蓖子溝、胡家峪銅資源已經(jīng)枯竭，銅礦峪資源雖保有一定儲量，但品位太低；大冶銅基地的5座銅礦山中，有兩座資源已經(jīng)枯竭；銅錄山、豐山洞等礦山也已出現(xiàn)資源危機(jī)。%，電解過程所使用電流強(qiáng)度為25000A，電流密度為320A/m2，電解液溫度是60℃，電解液循環(huán)速度為30L/min，電解槽設(shè)計(jì)內(nèi)尺寸為449511101320/1503mm，電解槽數(shù)為740個(gè)，車間采用雙跨布置。其它儲量較多的國家還有秘魯、中國、波蘭、贊比亞、俄羅斯、墨西哥、印度尼西亞、加拿大、哈薩克斯坦、剛果（金）和菲律賓等。這主要是由于銅價(jià)的上漲，國內(nèi)幾乎所有主要的銅生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)量都有所增長。（5）冶金工藝參數(shù)的測定更為先進(jìn)，測定的數(shù)據(jù)更為可靠，如艾薩爐熔池，溫度直接連續(xù)測定的實(shí)現(xiàn)可使熔池溫度控制在177。在中國國內(nèi)銅產(chǎn)品需求增長和產(chǎn)量增加的帶動下，中國銅產(chǎn)品進(jìn)口快速增長。常規(guī)凈化方法有：（1）加銅中和或直接濃縮法生產(chǎn)硫酸銅；（2）電解沉積法；（3）中和、濃縮生產(chǎn)硫酸銅，電解法除As、 Sb，冷凍結(jié)晶生產(chǎn)硫酸鎳；（4）高酸結(jié)晶法生產(chǎn)硫酸銅，電解除As、Sb、Bi，電熱蒸發(fā)生產(chǎn)粗硫酸鎳。 冶煉廠一般是機(jī)械化自動化水平比較高的現(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。表21為貴溪?dú)夂蚍治霰?。全市地方工業(yè)迅速崛起。l1253342255527010089可見，平衡的Cu+濃度是很小的。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，一般認(rèn)為350A/m2的電流密度是周期反向電流電解的最佳電流密度。（2）容易形成“陽極鈍化”，在正常電壓下陽極不能溶解，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。ISA法電解由于電流密度高，極距小，從而可以減少電解槽數(shù)量和廠房面積。m2260226304315電流效率/%9594～969698槽電壓/mV260～320300～400350330殘極率/%18141812～16電耗/kw圖34為目前凈液主要流程。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，勞動條件差，一般適用于規(guī)模小的工廠；冷凍結(jié)晶法無廢氣排放，但投資較大，適于規(guī)模大的工廠選用。本設(shè)計(jì)中骨膠用量為50 t/a。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，對降低電能消耗有利。此外，中間進(jìn)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。但極距過小會引起陽極泥對陰極的污染，電銅表面粗糙，貴金屬的損失有所增加，管理不善還會降低電流效率。除上述因素外，由于采用高電流密度操作，陽極含雜質(zhì)較高等原因，也可能使電流效率降低。 表51為各廠銅電解精煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表51 銅電解精煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)名稱單位廠別123456電流效率%959795979695959496殘極率%14161818251318電解直接回收率%85——8286—電解回收率%—直流電能單耗度/t230260230320260270350380硫酸單耗kg/t4551051217蒸汽單耗t/t——槽電壓V電解精煉車間實(shí)際勞動生產(chǎn)率計(jì)算如此下：第六章 產(chǎn)物電解銅質(zhì)量符合CuCATH1的規(guī)定。按主要元素分別計(jì)算凈液量如下：（1）按銅計(jì)算所需的凈液量（2）按鎳計(jì)算所需的凈液量（3）按砷計(jì)算所需的凈液量（4）按銻計(jì)算所需的凈液量（5）按鉍計(jì)算所需的凈液量根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，需凈液量最大的元素是銅，其次是銻。粗硫酸鎳含Ni %，回收酸含Ni 6g/L。槽體底部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。大耳陽極的尺寸的范圍是：長800～1000mm，寬600～900mm，后35～45mm，中150～400kg。每列148槽。本設(shè)計(jì)中相鄰兩電解槽相隔20mm，電極下端至槽底最高點(diǎn)的距離為250mm。表81 為電解槽材質(zhì)優(yōu)缺點(diǎn)比較表槽體材料襯里材料優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)鋼筋混凝土鉛板耐酸、耐溫性能好；施工簡單價(jià)格昂貴；鉛的機(jī)械性能和絕緣性能不好鋼筋混凝土軟聚氯乙烯塑料絕緣和絕熱性能好；價(jià)格較廉耐熱性能較差；機(jī)械性能隨溫度上升二降低；易老化鋼筋混凝土玻璃鋼耐腐蝕；絕熱、絕緣性能好；價(jià)格比襯鉛低廉樹脂材質(zhì)要求嚴(yán)；施工技術(shù)要求高輝綠巖耐酸混凝土搗制無耐酸、耐熱性能好；價(jià)格較亷；機(jī)械強(qiáng)度高不易施工；容易滲漏花崗巖無耐酸性能好價(jià)格較貴；運(yùn)輸不便國內(nèi)大部分銅電解工廠的電解槽襯鉛。（），洗水含酸約50g/L，含銅約40g/L，則洗水量為10741= m179。如果送去凈化的電解液所含的雜質(zhì)量，等于溶解的陽極所帶入的雜質(zhì)量，那么就達(dá)到了這個(gè)目的。一般的電能單耗為220～240度。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。本設(shè)計(jì)電流密度為320A/m2。在高電流密度電解場合，由于存在嚴(yán)重濃差極化傾向，必須更強(qiáng)烈而均勻地?cái)嚢桦娊庖?。但氯離子過多時(shí)，陰極上會產(chǎn)生針狀結(jié)晶。10mm 鼓泡高度≤10mm 頂針凹陷、凸起≤10mm（2）陽極板單重：360kg(重量可以按電解需要進(jìn)行調(diào)整)陽極下槽后可用熱酸將其表面粉末狀氧化銅洗凈，尤其是放置時(shí)間過長、表面發(fā)黑的陽極板，在裝槽時(shí)需用熱酸沖洗。黑銅可返回到火法精煉中處理。所以必須定時(shí)定量地抽取電解液進(jìn)行凈化處理，并用等量的新液替換，調(diào)整電解液組成；同時(shí)也回收有價(jià)金屬雜質(zhì)。其約有1/3的工廠用于電解精煉，2/3的工廠用于電解沉積。（4）機(jī)械化程度高，操作人員少。特別是采用了機(jī)械化、自動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。其缺點(diǎn)是隨著電流密度的提高，電能消耗增加（據(jù)統(tǒng)計(jì)，約增加30%），電流效率降低，整流設(shè)備成本高。 陰極反應(yīng)：Cu2+＋2e＝Cu =+ (35) 2H++2e=H2 =0V (36)Me2＋＋2e＝Me E0Me/Me2＋＞0. 34V (37)在這些反應(yīng)中，具有標(biāo)準(zhǔn)電位比銅正、濃度高的金屬離子才可能在陰極上被還原，但它們在陽極不溶解，因此只有銅離子還原是陰極的主要反應(yīng)。土地肥沃，農(nóng)業(yè)資源豐富。境內(nèi)地形復(fù)雜，地域性氣候差異較大。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投資3～4萬元，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)供電半徑之內(nèi)是至關(guān)重要的。KIDD工藝是對ISA法的繼承與發(fā)展，與ISA相比KIDD的最大不同點(diǎn)在于陰極底部不涂蠟，消除了涂蠟的不良影響，減少運(yùn)行成本，不會使表面粘附陽極泥和長粒子，不會在陰極上形成薄膜。江西銅業(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，使得中國銅冶煉行業(yè)綜合能耗呈現(xiàn)下降。現(xiàn)在，奧托昆普閃速熔煉和各種熔池熔煉工藝，已經(jīng)成為主流煉銅工藝。%，%。銅及其合金的消費(fèi)量僅次于鋼鐵和鋁。方法和手段：使用Auto CAD制圖軟件繪圖。截至2006年底，我國銅礦查明資源儲量7048萬噸，其中，基礎(chǔ)儲量3070萬噸，%。主要（技術(shù)）要求：1．寫實(shí)習(xí)報(bào)告一份。當(dāng)前國際市場上包括倫敦金屬交易所，對電銅質(zhì)量要求愈來愈高。 plant layout目 錄第一章 概述 1 1 1 1 2 3第二章 廠址選擇 6 6 7第三章 電解精煉及凈化流程的選擇與論證 10 10 11第四章 銅電解精煉技術(shù)條件的選擇與論證 20 20 20 20 21 21 22 22 22第五章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇與論證 23 23 23 23 23 24 24 24 24 24第六章 產(chǎn)物 25 25 25第七章 冶金計(jì)算 26 26 26 28 29 30第八章 主要設(shè)備的選擇和計(jì)算 33 33，以年產(chǎn)銅量為設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 35 37 39 41 43 45 47 附屬設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì) 50 52 58第九章 車間環(huán)保和安全生產(chǎn) 60 60 62 63 65 65第十章 設(shè)備明細(xì)表 66第十一章 車間平面配置與安排 68 68 69第十二章 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析與評價(jià) 71 71 71 74主要參考文獻(xiàn) 76外文資料 77外文中文翻譯 82致 謝 86小論文 87第一章 概述銅是人類最早發(fā)現(xiàn)的古老金屬之一，早在三千多年前人類就開始使用銅。在7大銅礦基地中，除江西銅基地的資源相對充足外，白銀銅基地資源已經(jīng)枯竭；云南銅基地的易門、牟定已列入關(guān)閉礦山，東川、大姚保有儲量嚴(yán)重不足；中條山銅基地已經(jīng)“三礦變一礦”，其中蓖子溝、胡家峪銅資源已經(jīng)枯竭，銅礦峪資源雖保有一定儲量，但品位太低；大冶銅基地的5座銅礦山中，有兩座資源已經(jīng)枯竭；銅錄山、豐山洞等礦山也已出現(xiàn)資源危機(jī)。10萬噸以上的企業(yè)數(shù)量也從6家增至7家。貴溪冶煉廠和金隆公司的閃速熔煉爐在經(jīng)過改造，技術(shù)水平有了很大的提高。%～%，%～%的雜質(zhì)，使其滿足不了工業(yè)對銅的性質(zhì)的要求。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、地震等級條件及較好的協(xié)作條件等。貴溪位于江西省東北部、信江中游，“東連江浙、南控甌閩”。鐵路：浙贛、皖贛、鷹廈、杭昌長高速鐵路客運(yùn)專線四條鐵路縱橫境內(nèi)，縱貫?zāi)媳保?5個(gè)火車站連珠成串。城市基礎(chǔ)設(shè)施完善，道路循環(huán)互通；城市空氣清新，主要指標(biāo)達(dá)標(biāo)；完成了老城區(qū)主要街道改造和城南區(qū)開發(fā)，已初步形成“顯山、露水、綠色”的生態(tài)城市。1963年，周期反向電流電解技術(shù)首次應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。由于電流密度高，槽電壓一般高于常規(guī)電解法。（5）陰極懸垂度受始極片生產(chǎn)、加工、裝槽質(zhì)量影響較大，環(huán)節(jié)多、與人員關(guān)系非常密切，懸垂度較差，且陰極周期長。不銹鋼表面有一層永久性的很薄的氧化層，可以很好地解決沉積銅的粘附性和剝離性之間的矛盾。（4）在高雜質(zhì)情況下，夾邊條上會粘附具有導(dǎo)電性能的結(jié)垢，造成陰極銅邊緣長粒子，對陰極銅的整體質(zhì)量影響較大。結(jié)晶：使硫酸銅從蒸發(fā)后液中析出，得到固液混合形態(tài)的結(jié)晶后液，為下道工序－過濾創(chuàng)造條件。當(dāng)陽極和電解液純度較低時(shí)，硫酸含量還應(yīng)適當(dāng)降低。（3）干酪素。在電解進(jìn)行過程中電解液按一定速度不停地經(jīng)電解槽流過的方法和形式。槽)。當(dāng)電流密度采用300A/m2時(shí)，陽極壽命應(yīng)縮短為12～14天。因此，殘極率以選擇14～16%為宜。表62 陽極泥率級化學(xué)成分實(shí)例廠別陽極泥率（%）化學(xué)成分（%）CuAuAgSe1202110153523151219264—518201020466283014第七章 冶金計(jì)算年產(chǎn)電解銅16萬噸，設(shè)計(jì)年工作日為350天。莆田商品槽系統(tǒng)需要設(shè)置一定數(shù)量的電解沉積槽來脫除凈液需要的銅。而單槽整體預(yù)制，搬運(yùn)、安裝、檢修、更換方便，絕緣好，漏電少。放液排泥孔配嵌有橡膠圈的硬鉛制作的塞子，防止漏液。本設(shè)計(jì)陽極尺寸為：1000960mm；厚度為45mm；周期為18天。本設(shè)計(jì)陰極尺寸為：10201000mm；，周期為9天。圖81為鋼筋混凝土構(gòu)筑的典型電解槽結(jié)構(gòu)。但輝綠巖易滲漏，花崗巖槽價(jià)格貴，運(yùn)輸不便，切易產(chǎn)生暗縫滲漏，僅適合小型切能就地取材的工廠采用。則需設(shè)置脫銅槽個(gè)數(shù)：考慮到槽體維修更換，設(shè)置8個(gè)電解沉積槽。表71 陽極成分/%元素CuAsSbBi