【文章內容簡介】 送陽極 返火法精煉 精煉 泥處理 泥處理 精煉再生銅 粗硫酸鎳 結晶硫酸銅 粗硫酸返火法精煉 生產精制硫酸鎳 返回電解精煉 銅電解精煉一般工藝流程圖式中M′只指Fe、Ni、Pb、As、SB等比Cu更負電性的金屬。因其濃度很低，其電極電位將進一步降低，從而它們將優(yōu)先進入電解液。由于陽極主要成分是銅，所以陽極的主要反應將是銅溶解形成Cu2+的反應。至于H2O和SO42失去電子的氧化反應，由于其電極電位比銅正的多，故在陽極上是不可能進行的。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。此外，楊的析出還具有相當大的超電位。因此，在銅電解精煉過程中不可能發(fā)生水放電，只有當銅離子的濃度達到極高或電解槽內陽極嚴重鈍化。至于SO42離子的放電反應，因為其電位更正，故在銅電解精煉過程中式不能進行的。在陰極上可能發(fā)生下列反應：氫的標準電位較銅負，且在銅陽極上的超電壓使使氫的電極電位更負，所以在正常的電解精煉條件下，陰極不會析出氫，而只有銅的析出。同樣，標準電位比銅低而濃度又小的負電性金屬M′，不會在陰極析出。電解過程中還形成一價銅離子Cu+并建立下列平衡：表12 上式在不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)溫度（℃）101 6050 403021KCu103104105105105106綜上所述，銅電解精煉過程，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Cu2+的產生，并引起一系列的副反應，使電解過程復雜化。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[6]。在電解精煉過程中，陽極銅中的各種雜質的行為，按其電位序可分為四類：（1）比銅更負電性的元素。如：錫、鋅、鐵和鎳，大部分進入電解液，并在電解液中積累，需定期凈化除去；當陽極溶解時，以金屬形態(tài)存在的該類雜質均電化溶解，并以二價離子形態(tài)進入溶液，其中鉛、錫由于產生難溶的鹽類或氧化物，大部分轉入陽極泥，其余則在電解液中積累。共同特點是：消耗溶液中的硫酸，增加溶液的電阻。鋅、鐵和錫都是在火法精煉中容易除去的雜質，在陽極中含量很低。鋅在陽極溶解時，全部成為硫酸鋅進入電解液；鐵以Fe2O3形式存在于銅晶體間的縫隙中，陽極溶解時絕大部分以二價形式進入電解液；錫在陽極溶解時最終水解為溶解度不大的堿式鹽，沉入槽底成為陽極泥。鉛主要生成PbSO4進入陽極泥。鎳是火法精煉時難以除去的雜質。為了提高冶煉流程中鎳的綜合利用率，火法精煉時，力求將鎳最大限度地以金屬鎳的形式保存在陽極泥中，即調銅保鎳。實踐表明，鎳在陽極上的溶解與陽極含氧量有很大的關系。陽極含氧量低，鎳絕大部分進入溶液；陽極含氧量高，則鎳很大部分進入陽極泥。（2）比銅更正電性的元素。如：金、銀、鉑和鈀，一般以金屬狀態(tài)進入陽極泥；銀、金和鉑族元素比銅具有較大的正電性，但他們通常只以很小的濃度與銅形成固溶體，若濃度較高，則形成過飽和溶體。對陽極泥進行的物相分析結果發(fā)現(xiàn)，陽極泥中絕大部分的銀以硫酸銀形式存在，少量以氯化銀存在，以金屬銀形式存在的更少，而且氯化銀相與硫酸銀相混合；而金幾乎100%地進入陽極泥，陰極銅含有極微量的金，是陽極泥的機械粘附所引起的。（3）電位接近于銅的元素。如：砷、銻和鉍，電解時呈三價離子形式進入電解液，是電解過程中最有害的雜質。這類雜質應盡量在火法精煉時除去，其在電解液中的含量也應適當控制。砷、銻、鉍的電位與銅比較接近，在正常的電解過程中，一般很難在陰極析出。陽極溶解時，這些元素成為離子進入溶液，大部分水解成為固態(tài)氧化物，一部分則在電解液中積累。為了避免陽極銅中的雜質砷、銻、鉍進入陰極，保證電解過程能產出合格的陰極銅特別是高純陰極銅，應采取如下措施：1)粗銅在火法精煉時，應盡可能地將這些雜質除去；2)控制電解液中適當?shù)乃岫群豌~離子濃度，防止雜質的水解和抑制雜質離子的放電。3)維持電解液有足夠高的溫度（60～650C）以及適當?shù)难h(huán)速度和循環(huán)方式。4)電流密度不能過高。目前采用的常規(guī)電解方法，電解密度以不能超過300A/m2為宜。 5)加強電解液的凈化，保證電解液中較低的砷、銻、鉍濃度。一般維持電解液中砷為1～5g/L，最高不超過13g/L；～，；～。 6)加強電解液的過濾。實踐證明，保證電解液中漂浮陽極泥含量低于20～30mg/L，有利于高純陰極銅的正常生產。 7)向電解液中添加配比適當?shù)奶砑觿?，保證陰極銅表面光滑、致密，減少漂浮陽極泥或電解液對陰極銅的污染。 （4）其他雜質陽極銅中的氧通常與硫、硒、碲、硅等元素形成化合物存在，這些化合物大部分是難溶于電解液的，在電解過程中它們主要進入陽極泥。前已述及，NiO的行為對電解過程有很大的影響。隨陽極銅中氧含量增加，鎳進入陽極泥的分配率隨之增大的同時，也常在陽極表面形成不易脫落的化合物薄膜，引起陽極電位升高，槽電壓增大，嚴重時甚至造成陽極鈍化。因此，粗銅火法精煉時，應該把陽極銅中的含氧量控制在低限內，以消除上述不利影響，保證電解生產地正常進行。陽極銅中的硫大多以CuS的形態(tài)存在。%以下，因此對電解過程的影響很小。陽極銅中的硫大多以Cu2Se顆粒夾雜于Cu2O之間。在電解過程中，硒化物、碲化物并不溶解，而在陽極上形成程度不同的松散外殼或從陽極表面脫落，沉入電解槽底，成為陽極泥。通常，硅在陽極銅中的含量是很小的，在銅電解精煉過程中，存在的硅量也并不多，但它也有可能影響陽極鈍化。電解過程中，一部分富銅的硅酸鹽包裹物溶解形成硅膠，但大部分仍被帶入陽極銅中。而陽極銅中的硅酸鹽不溶解，從陽極能夠脫落后進入陽極泥[7]。第二章 廠址選擇與論證廠址選擇要根據(jù)國民經濟建設計劃和工業(yè)布局的要求進行。廠址選擇適當與否，對企業(yè)的建設速度、建廠投資、生產發(fā)展、經濟效益、環(huán)境保護及工農關系等會帶來重大影響。廠址選擇的一般原則是：應符合工業(yè)布局及區(qū)域性總體規(guī)劃和城市建設規(guī)劃的要求；要盡可能利用城鎮(zhèn)設施，解約資源；要靠近原材料、水、電供應充足和產品銷售便利的地方，有較好的交通運輸條件；要注意節(jié)約用地，盡量不占或少占農田，留有發(fā)展余地；要有適當?shù)淖匀坏匦魏瓦m宜的工程地質、水災、地震等條件及較好的協(xié)作條件等。在進行廠址選擇時，應根據(jù)有色生產的特點，應充分論證以下幾個問題：（1）環(huán)境保護和節(jié)約用地問題有色冶金生產特點之一是無一例外地產出大量造成環(huán)境污染的“三廢”物質，除必須有完善的“三廢”治理工程設計外，在選擇廠址時，必須盡量考慮在主導風向和主要水流的下游位置，安排好“三廢”處理場地和廢渣堆放場地，要有良好的自然通風條件，并應考慮廠址附近居民點、城市發(fā)展規(guī)劃、農牧漁業(yè)及旅游勝地、自然資源保護區(qū)等問題。（2）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1km，就需增加外部高壓輸電線投資3～4萬元，如自行建設火電站，每千瓦的投資達1000元以上，這不僅大大增加投資，而且影響建設進度，所以冶金企業(yè)應盡可能選擇在供電網經濟供電半徑之內。（3）原材料供應及交通運輸條件有色金屬冶煉是連續(xù)性的，物料吞吐量一般較大，大型冶煉廠每晝夜要處理千噸物料，產出數(shù)百噸至上千噸產品，若不及時“吞吐”，勢必影響生產，因此在選擇廠址時，必須充分考慮交通運輸問題。為了減少運輸費用，在保證良好的運輸條件下，應使廠址盡可能接近原材料基地和銷售市場。我國銅、鉛、鋅、錫的生產，50%以上的產量靠近原料基地，有的還組成了采、選、冶聯(lián)合企業(yè)。（4）工業(yè)布局建設一座有色冶金廠，對全國的工業(yè)布局、一個區(qū)或一個城市的合理發(fā)展、各個工業(yè)區(qū)之間的經濟協(xié)調以及農業(yè)發(fā)展等起著重要的作用，應根據(jù)工業(yè)布局“大分散、小集中、多搞小城鎮(zhèn)”的方針，按“工農結合，城鄉(xiāng)結合，有利生產，方便生活”的原則，進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)劃及城市建設規(guī)劃的要求。（5）廠址的工程地質及水文地質條件冶煉廠的土建投資是相當大的，廠址地震等級的不同會對建筑結構以及基礎工程的投資帶來很大影響，所以廠址不能選在發(fā)震斷層地區(qū)和基本烈度為9級以上的地震區(qū)。此外，～，；不能選在厚度較大的III級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)，廠址底下不宜有用礦物藏或以開采的礦坑和溶洞等。冶煉廠一般是機械化自動話水平比較高的現(xiàn)代化企業(yè)，為保證企業(yè)生產順利進行，必須有充足的設備及備件供應，要有強有力的機械加工和維修能力。若廠址附近具備這些條件，便可發(fā)揮專業(yè)協(xié)作的優(yōu)越性，減少輔助設施投資和降低生產成本。工廠在建設過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，施工力量和施工場地是否具備等，都對建設進度起著一定的作用。在廠址選擇時，應充分考慮廠址附近是否具備這些條件，那種片面強調“小而全”不重視專業(yè)化協(xié)作的做法是不恰當?shù)?。擬設計一銅電解精煉車間，年產量26萬t/a，冶煉廠也江西銅業(yè)集團貴溪冶煉廠，廠址為江西省貴溪市。江銅集團貴溪冶煉廠是國內規(guī)模最大技術最先進的閃速煉銅工廠，經過20年的消化吸收、跟蹤發(fā)展和創(chuàng)新突破，不僅成為了國內最大煉銅廠，而且生產規(guī)模已經進入世界前10強，生產成本達到了世界最低。江銅貴溪冶煉廠是國家六五期間22個成套引進項目之一，它的成功引進一舉縮小了與世界先進煉銅國家20年的技術差距。截至到2005年12月31日，20年來，貴溪冶煉廠安全生產7924天，，。貴溪市位于江西省東北部，信江中游。區(qū)位優(yōu)越，交通便利，其境內浙贛、皖贛、鷹廈三條鐵路橫穿東西，縱貫南北，15個火車站連珠成串。公路四通八達，3206國道縱橫境內，上海至瑞麗高速公路穿境而過，高速掛線一期工程已建成通車，，到杭州4小時。廠址接近原材料基地和銷售市場，符合工業(yè)布局總體規(guī)劃及城市建設規(guī)劃的要求，并考慮廠址附近居民點、城市發(fā)展規(guī)劃、農牧漁業(yè)及旅游勝地、自然資源保護區(qū)等問題。更有火力發(fā)電站以供應26萬噸/年電解銅生產的需要。全市水運通暢，千里信江直通鄱陽湖。它位于擁有豐富的銅礦石資源的德興、鉛山、東鄉(xiāng)三者的中心地帶，距離三者的路程的總和最短。同時，貴溪還擁有華東地區(qū)重要的火電廠之一的貴溪火電廠。通過對貴溪的介紹與了解，因而可以得出，江銅集團將冶煉廠選址在貴溪市是合理且科學的，其具備以下優(yōu)勢：(1) 交通優(yōu)勢，貴溪擁有便利的交通，這樣就有利于基建時的設備運輸和建成投產后的原材輸送與產品的銷售。有利于產品生產與市場的銷售的對接。(2) 地利優(yōu)勢，貴溪處于中國最的露天銅礦——德興銅礦等三大銅礦的中心地帶，又有便利的交通與之相接，非常便于銅精礦的運輸且節(jié)約運輸成本。(3) 水資源優(yōu)勢，貴溪境內河流縱橫，境內擁有江西第三大河流——信江橫貫東西，為貴溪冶煉廠的生產提供了非常豐富的水資源支持。（4）豐富的電力優(yōu)勢，我們知道銅冶煉是一個非常耗電的領域，特別是銅的電解工序。因此，擁有豐富的電力資源是必不可少的，而處于貴溪市的貴溪火電廠就為其提供了豐富的電力資源來保障貴溪冶煉廠的正常生產。 綜合整體來看，貴溪冶煉廠選址貴溪是一個科學的選址，它節(jié)約了投資成本，整合優(yōu)化了資源的配置，為我國的銅行業(yè)的健康發(fā)展做出了重大的貢獻。但是，它也存在一些問題，例如環(huán)保方面，由于其處于信江的中游的沿江地帶，如果一旦發(fā)生事故，造成重金屬泄露勢必會造成非常嚴重的重金屬污染。第三章 銅電解精練工藝流程的確定火法精煉產出的精銅品位一般為99．2～99．7％，其中還含有0．3～0．8％雜質。為了提高銅的性能，使其達到各種應用的要求，同時回收其中的有價金屬，特別是貴金屬、鉑族金屬和稀散金屬，必須進行電解精煉。以火法精煉產出的陽極板為原料，經電解精煉，生產電解銅，并富集貴金屬和其它有價元素的銅冶煉廠車間設計。設計主要內容包括：工藝流程、設備選擇和主要技術經濟指標。中國在銅電解精煉設計中采用了大型電解槽、全套機械化極板作業(yè)線、大型可控硅整流器、多功能專用起重機和鈦板換熱器等新型設備，以及電解液平行流動循環(huán)、誘導法脫砷等新技術。工藝流程包括電解精煉和電解液凈化兩部分。以銅陽極板為陽極，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，通入直流電，陽極不斷溶解，便在陰極上析出電解銅。電解過程中，陽極銅中的貴金屬和硒、碲等有價元素進入陽極泥，沉積于電解槽底，定期排出，送陽極泥車間提取貴金屬。鎳、砷、銻、鉍等雜質大部分進入電解液，需從循環(huán)液中抽取一部分進行凈化處理。電解精煉有常規(guī)電解、周期反向電流電解和永久陰極電解可供選用。(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220～280A／m2。其特點是技術成熟，產品質量穩(wěn)定，電耗低。(2)周期反向電流電解。周期性短時間改變直流電流方向的電解方法。電解陰極及陽極和常規(guī)電解相同，周期性短暫反向，是為了克服陽極鈍化，電流密度達300～350A／m2。，可強化生產，節(jié)省投資，縮短電解銅在產周期。缺點是電流效率低，電耗高于常規(guī)電解。適于老廠擴大生產能力和電價低廉地區(qū)采用。銅電解精煉于1869年在英國首先用于工業(yè)生產，隨后在世界上得到廣泛應用。20世紀70年代出現(xiàn)周期反向電流電解和不銹鋼永久陰極電解等新的電解法。隨著生產技術不斷完善，電解極板作業(yè)等機械