【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 mm 年最小降雨量 1800 mm 年平均降雨量 2258 mm 年最大日降雨量 733 mm 蒸發(fā)量： 年平均蒸發(fā)量 濕度： 年平均相對(duì)濕度 78% 年平均最大相對(duì)濕度 77% 冰雪： 每年無(wú)霜期平均 天 風(fēng)： 常年主導(dǎo)風(fēng)向 東北風(fēng)向 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 1 頁(yè) 年最大風(fēng)速 年平均 日照 ： 小時(shí) 交通條件 清遠(yuǎn)市石角鎮(zhèn)擁有發(fā)達(dá)的交通通訊網(wǎng)絡(luò)，清三公路、原清廣公路以及水深開闊的北江河貫穿全鎮(zhèn)東西南北，鎮(zhèn)內(nèi)道路縱橫交錯(cuò)，四通八達(dá)，水陸交通相當(dāng)便利。京廣鐵路途經(jīng)區(qū)內(nèi)銀盞、源潭兩站，營(yíng)運(yùn)線長(zhǎng) 30 公里；北有 107 國(guó)道縱貫全區(qū)，至廣州花都新國(guó)際機(jī)場(chǎng)僅有 28 公里，東有清佛公路，西有清三公路，自然村之間全部鋪上水泥路面，暢通無(wú)阻；北江河?xùn)|西流向可長(zhǎng)年通航 100 噸輪船，有專用深水碼頭和直通港澳地區(qū)、黃埔港的定期航班。 發(fā)達(dá)的水陸空通道，使清城區(qū)交通形成水、陸、空立體交通網(wǎng)絡(luò)，與廣州、佛山及珠三角地區(qū)形成 ―一小時(shí)生活圈 ‖。 水利及電力資源 清城區(qū)境內(nèi)河流屬珠江流域北江水系。區(qū)境內(nèi)的北江一級(jí)支流有大燕河、筆架河、樂排河、文洞河，二級(jí)支流有迎咀河、銀盞河、高橋水。 石角鎮(zhèn) 東南部有依山傍水， 石角鎮(zhèn)水電站為全鎮(zhèn)人民生活和工業(yè)用水提供充足的水資源。 全鎮(zhèn)建有設(shè)施完善、功能齊全的郵電所三所，裝機(jī)容量達(dá) 40000 門，供電供水設(shè)施也相當(dāng)完善，建有 110 千伏的變電站 1 個(gè)，全鎮(zhèn)農(nóng)網(wǎng)改造已于 99 年全面完成，鎮(zhèn)自來(lái)水廠日供水 量達(dá) 10000 噸，較好地滿足城鎮(zhèn)居民及工業(yè)用水。 人力資源 全鎮(zhèn)總面積 平方公里，耕地總面積 6 萬(wàn)畝，常住人口約 67000 人。僑胞眾多，勞動(dòng)力資源豐富。清城區(qū)有海外華僑和港澳同胞 10 多萬(wàn)人，是省重點(diǎn)僑鄉(xiāng)之一?，F(xiàn)有勞動(dòng)力 20 多萬(wàn)人，在發(fā)展勞動(dòng)密集型出口加工等行業(yè)具有勞 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 1 頁(yè) 動(dòng)力成本優(yōu)勢(shì)。再有企業(yè)與高校之間有良好的合作，企業(yè)每年都要從昆明、湖南等地區(qū)引入各類人才，同時(shí)企業(yè)也提供機(jī)會(huì)讓員工繼續(xù)深造，為企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供保障。 概括以上條件可知，清遠(yuǎn)石角鎮(zhèn) 的地理環(huán)境、氣候條件、交通運(yùn)輸方面、水電供應(yīng)條件以及人力物力和資源條件都為銅冶煉廠、銅電解車間的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供有利的保障。 設(shè)計(jì)規(guī)模及產(chǎn)品方案 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，本次設(shè)計(jì)的規(guī)模是：年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸高純陰極銅的電解車間。為了完成年產(chǎn)量生產(chǎn)任務(wù)，每年所需要的陽(yáng)極板銅量為 t /a。本設(shè)計(jì)采用外尺寸 長(zhǎng) 寬 深： 586013301520mm 的電解槽 364 個(gè)，材質(zhì)為鋼筋混泥土內(nèi)襯玻璃鋼，同時(shí)采用相應(yīng)的一套生產(chǎn)設(shè)備及管理機(jī)構(gòu)。 本世紀(jì)的主要產(chǎn)品是高純陰極銅。此外，還產(chǎn)出陽(yáng)極泥、硫酸銅、硫酸鎳、砷銻渣。而其中的陽(yáng)極泥送往稀貴車間可回收金、銀、硒、碲等貴金屬。 綜合綜合技術(shù)指標(biāo) 表 16 技術(shù)指標(biāo) 名稱 單位 數(shù)量 名稱 單位 數(shù)量 電 解 液 組 成 Cu g/L 50 添加劑用量 硫脲 g/ t 銅 50 H2SO4 g/L 175 鹽酸 g/ t 銅 600 Ni g/L 15 明膠 g/ t 銅 65 As g/L 4 陽(yáng)極周期 天 21 Sb g/L 陰極周期 天 7 Bi g/L 直流電耗 Fe g/L 3 電解直收率 % 電流密度 A/m2 260 蒸汽消耗 t/ t 銅 電解液溫度 ℃ 61 硫酸消耗 kg/ t 銅 5 同極中心距 mm 95 電流效率 % 98 每槽循環(huán)速度 L/ 1 30 殘極率 % 17 循環(huán)方式 下進(jìn)上出 槽電壓 V 電解方式 傳統(tǒng)電解法 電解回收率 % 存在的問(wèn)題和建議 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 1 頁(yè) 第二章 銅電解車間生產(chǎn)工藝流程圖簡(jiǎn)述 工藝流程圖簡(jiǎn)述 電解精煉過(guò)程通常包括 :陽(yáng)極加工、始極片制作、電解、凈液及陽(yáng)極泥加工等工序。當(dāng)然若是采用改進(jìn)的永久性陰極工藝就免去了始極片的制作。 在實(shí)際生產(chǎn)中，首先要生產(chǎn)始極片，即在種板槽中用火法精煉或熔煉產(chǎn)出的陽(yáng)極銅作為陽(yáng)極，用鈦母板作為陰極，用硫酸、硫酸銅水溶液作電解液，通過(guò)一定電流密度的直流電，使陽(yáng)極的銅電化學(xué)溶解，并在母板上析出純銅薄片（始極片）。將始極片從母板上剝離后經(jīng)過(guò)整平、壓紋、 鉚耳 、 穿銅棒 、包邊等工序加工后可作為生產(chǎn)槽所用的陰極。然后在生產(chǎn)槽中用同樣的陽(yáng)極板和始極片進(jìn)行電解，電解好的陰極通過(guò)剝離機(jī)組把銅片剝離下來(lái)，從而產(chǎn)出最終產(chǎn)品 ——陰極銅。再有電解液需要定期定量經(jīng)過(guò)凈液系統(tǒng)，以保證電解液中銅離子濃度穩(wěn)定，并脫除過(guò)高的鎳離子和砷、銻、 鉍等雜質(zhì)。 隨著冶煉技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)設(shè)備的不斷改進(jìn)，除了傳統(tǒng)方法之外，出現(xiàn)了兩種新的電解生產(chǎn)技術(shù)：周期反向電流法（ PCR）電解，永久性不銹鋼陰極（ ISA）電解。下面將對(duì)這三種電解生產(chǎn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)要的對(duì)比。 傳統(tǒng)電解法 該法在世界各國(guó)均已有多年生產(chǎn)歷史，工藝成熟可靠，操作簡(jiǎn)單、投資少、見效快、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。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)系統(tǒng)，而且制作過(guò)程中 勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，再有電解槽數(shù)量多、廠房占地面積大、工藝流程自身存在一些缺陷。然而經(jīng)過(guò)多年生 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 1 頁(yè) 產(chǎn)實(shí)踐對(duì)傳統(tǒng)法中存在的缺陷進(jìn)行改造，比如 調(diào)整種板槽陽(yáng)極更換周期和順序 、陰陽(yáng)極板加工機(jī)組的優(yōu)化與改進(jìn)、 板陽(yáng)極優(yōu)化、整種板槽陽(yáng)極更換周期和順序、更換貯液槽 ； 改造種板導(dǎo)電棒兩端結(jié)構(gòu)使鈦母板與導(dǎo)電棒接觸部位電流分配均勻；使 傳統(tǒng)法的生產(chǎn)效率有較大的提高，環(huán)境污染程度大大減低。 表 2—1 云銅電解廠傳統(tǒng)法的作業(yè)技術(shù)參數(shù) 電流密度 240A/m2 陰極周期 12 天 陽(yáng)極尺寸 長(zhǎng) X 寬 X 高：840x900x45mm 電解液濕度 Cu:35—50g/L, H2SO4： 150—190g/L 極間距 85mm 電解液成分 60～ 65% 電解液溫度 58～ 680C 陽(yáng)極殘極率 20%～ 24% 陽(yáng)極重量 265kg/塊 電流效率 98% 陽(yáng)極周期 24 天 作業(yè)率 97%～ 98% 周期反向電流 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，是為了克服陽(yáng)極鈍化，電流密度達(dá) 300～ 350A/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)是電流效率低于傳統(tǒng)電解法，電耗高于傳統(tǒng)電解法 ,采用周期反向電流電解的電能消耗要比傳統(tǒng)電解法高出 30%左右，因此不建議采用周期反向電流法。 ISA 法 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 refi iesplyLtd． CRL）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。艾薩電解法是世界上最先進(jìn)的銅電解技術(shù)，其成熟的永久性不銹鋼陰極適用于電解精煉和電解沉積作業(yè)。艾薩電解的技術(shù)關(guān)鍵是永久性可重復(fù)使用的陰極板，這是與使用銅始極片的傳統(tǒng)種板工藝 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 1 頁(yè) 最主要的區(qū)別。 ISA 電解法有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 陰極板堅(jiān)硬耐用、使用壽命長(zhǎng)，循環(huán)周期短，陰極銅的質(zhì)量高，殘極率低；電銅化學(xué)質(zhì)量高；電解電流密度高，蒸汽消耗低；金屬積壓量少、流動(dòng)資金周轉(zhuǎn)快；生產(chǎn)機(jī)械化程度高，陰陽(yáng)極機(jī)組可高效運(yùn)作，生產(chǎn)效率高，人力成本低；生產(chǎn)車間清潔； 同時(shí) ISA 電解法也存在許多缺點(diǎn) ： 永久性不銹鋼陰極比使用傳統(tǒng)陰極銅造價(jià)高 ； 剝離機(jī)組及陽(yáng)極機(jī)組占地面積大，并且成本價(jià)較高； ISA 法總的基建投資將高于常規(guī)電解的投資； ISA 法機(jī)械化程度高，并且連續(xù)作業(yè)，若是生產(chǎn)機(jī)組中某環(huán)節(jié)出現(xiàn)故整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程將受到影響。對(duì)于大型企業(yè)來(lái)說(shuō)投資大，成本收回也快， ISA 法無(wú)疑將比傳統(tǒng)法更有經(jīng)濟(jì)效益，更有容易實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；但對(duì)于小規(guī)模生產(chǎn)電解車間來(lái)說(shuō)， ISA 法投資成本過(guò)高，企業(yè)成本收回不容易，不利于盈利。 表 2—2 傳統(tǒng)法與 ISA 法兩種工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較（ 10 萬(wàn)噸 /年） 項(xiàng)目 傳統(tǒng)法 ISA 法 指標(biāo) 單價(jià) 費(fèi)用 指標(biāo) 單價(jià) 費(fèi)用 設(shè)備投資 15740 萬(wàn)元 22200 萬(wàn)元 建筑投資 21000 m2 3800 元 / m2 7980 萬(wàn)元 19580 m2 7440 萬(wàn)元 定員 180 人 3 萬(wàn)元 60 人 3萬(wàn)元 蒸汽單耗 電流密度 250A/ m2 280 A/ m2 殘極率 % 12～ 16% 綜合指 350 度 /tCu 400 度 / tCu 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 1 頁(yè) 項(xiàng)目 傳統(tǒng)法 ISA 法 指標(biāo) 單價(jià) 費(fèi)用 指標(biāo) 單價(jià) 費(fèi)用 標(biāo) 表 2—3 傳統(tǒng)法與 ISA 法兩種工藝設(shè)計(jì)的工廠參數(shù)和指標(biāo)（ 20 萬(wàn)噸 /年） 項(xiàng)目 單位 指標(biāo) 傳統(tǒng)法 ISA 法 生產(chǎn)能力 萬(wàn)噸 /年 20 20 電解車間占地面積 m2 電解槽內(nèi)尺寸 （長(zhǎng) X 寬 X 深） mm 5970x1170x1400 5840x1170x1400 電解槽數(shù)量 個(gè) 868 720 陽(yáng)極尺寸 mm 1000x960 1000x960 陰極尺寸 mm 1020x980 1010x1029 同極中心距 mm 105 100 每槽陽(yáng)極數(shù) 塊 54 55 每槽陰極數(shù) 塊 53 54 電流密度 A/ m2 240 280 陽(yáng)極周期 d 24 21 陰極周期 d 12 7 殘極率 % 18 15 槽電壓 V ～ ～ 電流效率 % 96 96 交流電耗 KWh/ tCu 370 430 蒸汽單耗 t/ tCu 工程投資 萬(wàn)元 億 億 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 1 頁(yè) 綜合比較三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及我國(guó)具體的工藝水平可知，三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是周期反向電流法生產(chǎn)電能消耗較高，不夠經(jīng)濟(jì)。傳統(tǒng)工藝流程的使用時(shí)間久，對(duì)工藝的了解程度高，技術(shù)水平，維護(hù)水平都較為高，便于建廠之后的維護(hù)。 ISA 法的陰極質(zhì)量高，生產(chǎn)量大，但是投入大。從上面兩表中比較可以看出如果企業(yè)電解生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)大于 10 萬(wàn)噸，則選擇 ISA 法有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，綜合指標(biāo)高。但對(duì)于本設(shè)計(jì)年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸陰極銅的電解車間而言采用 ISA 法，投資成本大，不利于成本的回收及盈利。因此綜合考慮本設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)電解法更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和更有利于做到節(jié)能減耗，充分利用二次資源來(lái)回收有價(jià)金屬資源。 工藝流程圖 電解銅的基本原理 電解精煉過(guò)程示意圖 圖 電解精練過(guò)程示意圖 銅電解精煉原理 銅電解精練 ,是利用銅和 雜質(zhì)的電位序不同 ,在直流電的作用下，陽(yáng)極上的銅既能電化學(xué)溶解，又能在陰極上電化析出，雜質(zhì)有的進(jìn)入電解液，有的進(jìn)入陽(yáng)極泥。這樣使銅和雜質(zhì)進(jìn)一步分離。 電解過(guò)程的電極反應(yīng)： 陰極精銅陽(yáng)極粗銅 CuOHSOHCu |,C u S O| 2424 電解液中各組分部分或全部溶解。未通電時(shí)，這些離子處于無(wú)序熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；通 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 1 頁(yè) 電后，他們做定向運(yùn)動(dòng)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)