【導(dǎo)讀】本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。題目：年產(chǎn)27萬噸電銅電解車間的設(shè)計(jì)。時間：2020年5月12. 冶金與化學(xué)工程學(xué)院冶金工程專業(yè)2020級115班學(xué)生李柏福。本設(shè)計(jì)是在原紫金銅業(yè)有限公司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。產(chǎn)量要求：年產(chǎn)量為26萬噸。表1陽極泥成分表。；應(yīng)包含如下內(nèi)容：設(shè)計(jì)概述；廠址的選擇與論證；工藝流。程的選擇與論證；技術(shù)條件的選擇與論證；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇與論證；冶金計(jì)。算；主要設(shè)備的選擇與計(jì)算；車間環(huán)保與三廢處理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的簡要分析等。第1周聽從老師畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的安排，并做好準(zhǔn)備。第2周去網(wǎng)上和圖書館收集與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的資料和論文。第3周初步形成設(shè)計(jì)任務(wù)書和開題報告等初稿。第5周提交開題報告，確定合理工藝流程，應(yīng)用相關(guān)知識進(jìn)行必要計(jì)算。第11周初步完成設(shè)計(jì)說明書。%的火法精煉陽極銅，要求電解精煉后使銅的含量達(dá)到%以上的一級

　　

【正文】 陽極成分等。當(dāng)電流密度高時，必須采用較大的循環(huán)速度，以 減少濃度變化。 電解液的循環(huán)方式：操作電流密度高時，必須采用較大的循環(huán)量以減少濃差極化。循環(huán)量一般為 30～ 50 L/(min槽 )。本設(shè)計(jì)槽循環(huán)量 為 35 L/(min槽 )。 43 下進(jìn)液、上出液的循環(huán)方式 4..6電流密度 陽極、陰極及裝槽質(zhì)量對電流密度的影響 220~260A/m2 的電流密度是銅電解通常采用的電流密度，如所用的陽極板雜質(zhì)含量較低，且管理得當(dāng)，采用 300~330A/m2 的較高電流密度也可產(chǎn)出合格陰極銅。 [] 銅電解生產(chǎn)中如果銅陽極 Ni、 As、 sb、 Bi 等雜質(zhì)含量高，陽極、陰極板不平直質(zhì)量差時，提高電流密度將影響電解銅質(zhì)量。陽極雜質(zhì)含量高，在陽極溶解時，雜質(zhì)溶解進(jìn)入溶液降低電解液中硫酸銅的溶解度，增加電解液的電阻、密度和粘度 ，不利于陽極泥的沉降及銅離子的遷移。陽極泥率偏高，電解液懸浮物含量偏高，增加了陰極長粒子的機(jī)會，要想使電解液中的有害雜質(zhì)保持在允許范圍內(nèi)，除了在火法精煉時應(yīng)盡可能地除去雜質(zhì)，同時電解液凈化能力也應(yīng)增大。如凈液能力跟不上，提高電流密度將影響電解銅的質(zhì)量。 銅電解生產(chǎn)廠采用的凈液流程一般根據(jù)陽 極銅含雜情況、各種原材料來源、副產(chǎn)品銷路 、綜合經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保等條件選定。貴溪冶煉廠凈液采用的是誘導(dǎo)法連續(xù)脫銅脫砷工藝 (陽極中含砷、銻、鉍較高而鎳低時采用此法較好 )，電解液 電解液 上清液 底泥 在凈液生產(chǎn)中，改進(jìn)并提高連續(xù)脫銅脫雜能力，增設(shè)選擇性化學(xué)脫雜補(bǔ)充流程以平衡銅酸，從而擴(kuò)大了凈液量以適應(yīng)高雜質(zhì)生產(chǎn)的條件。 另外高電流密度時還可能出現(xiàn) 陽極鈍化，陰極銅沉積表面疏松 、長瘤等不 良現(xiàn)象 。 陰、陽極板的加工質(zhì)量、裝槽質(zhì)量及槽面管理等也對能否提高電流密度，節(jié)能降耗有著很大影響。始極片厚薄均勻加工平直，垂度好；陽極板重量均勻，表面物 理質(zhì)量好；裝槽極板排距均勻，減小極間距將為提高電流密度，保證電銅質(zhì)量增加電銅產(chǎn)量打下良好的基礎(chǔ)。否則由于極板不夠垂直，表面粗糙，在翹面、翹角處將阻礙陽極泥沉降，促使表面粒子生長，造成短路，降低電銅質(zhì)量和電流效率。 圖 43 不同電極面積的電解槽電流密度與電能消耗的關(guān)系 I40 m2以下； II40~60 m2。 III60 m2以上 電流密度對槽電壓、電極面積的影響 電流密度是銅電解精煉中最重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，也是影響金屬沉積物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的一個主要因素。提高電流密度是增產(chǎn)挖潛的好辦法。但但隨著ⅠII III440400360320280240200120 140 160 180 200 220240 260電流密度 ， A / m2電能消耗， kw.h/t電銅 電流密度的增大，槽電壓上升，電流效率下降，電能消耗也相應(yīng)增大。槽電壓上升，電流效率下降，電能消耗也相應(yīng)增大。此外，損失于陰極銅中的貴金屬也有相應(yīng)增加。因此，一般以采用 220～ 240 A/m2 為宜。近年來，一些工廠為 了挖掘生產(chǎn)潛力，在普通電解槽中采用 300～ 350 A/m2 電流密度進(jìn)行生產(chǎn)，在加強(qiáng)管理的情況下，也能產(chǎn)出合格的陰極銅。 年份 1965 1966 1971 1972 1973 電流密度 /Am2 247 257 305 312 331 電流效率 /% 電能消耗 /度 t1 188 199 256 259 表 44 電流密度、電流效率和電能消耗的實(shí)測數(shù)據(jù) 同極中心距 極間距離通常以同名電極之間的距離來表示，即同極中心距。同極中心距對電解過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及電解銅的質(zhì)量，都有很大的影響。 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。 直懸掛都提出了更加嚴(yán)格的要求?？紤]上述因素，一般同極中心距以采用80～ 110mm 為宜。 本設(shè)計(jì)采用同極中心距為 100 mm。 陽極壽命和陰極周期 陽極壽命一般由電流密度、陽極重量和殘極率來確定，一般在 18～ 21 天內(nèi)選擇。當(dāng)電流密度采用 300A/m2時，陽極壽命應(yīng)縮短為 12～ 14 天。陰極周期與電銅質(zhì)量、電流密度和勞動組織等因素有關(guān)，陰極周期一般為陽極壽命的1/3。 項(xiàng)目 1 2 3 極距 /mm 100 90 100 90 100 90 槽電壓 320 280 383 329 300 280 /mv 表 45 槽電壓與極距的關(guān)系 本設(shè)計(jì)中陰極周期 18 天 。陽極周期 9 天 。 第五章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇與論證 直流電耗 每噸電解銅的直流電能消耗，實(shí)踐中使用的計(jì)算方法如下： w = (51) 式中 w——直流電能消耗，； q——消耗直流電量，； m——電銅產(chǎn)量， t 消耗的直流電量包括普通電解槽、種板電解槽、脫銅電解槽、再用電解槽及線路損失等全部直流電消耗量。一般的電能單位消耗為 230～ 300KWh/（ tCu） 。 本設(shè)計(jì)采用電能單位消耗 260 KWh/（ tCu）。 槽電壓 [] 槽電壓由下列各項(xiàng)電位降組成：電解液的電位降、各接觸點(diǎn)和克服陽極泥電阻的電位降、濃差極化所引起的電極電位降等項(xiàng)相加所得之和。工廠普通電解槽的槽電壓一般為 ～ 。 為了降低槽電壓，應(yīng)當(dāng)采取如下措施： 1）電解液成分，硫酸含量宜保持在 160～ 210g/L，含銅濃度維持在 40～50g/L，并盡可能地降低其他雜質(zhì)的含量和膠的加入量。電解液的溫度應(yīng)維持在60～ 68℃。 2）改善陽極質(zhì)量，力求將粗銅中的雜質(zhì)在火法精煉中脫除，以降低陽極電位，防止陽極泥殼的生成，同時還可以減少雜質(zhì)對電解液的污染。 3）陰、陽極、導(dǎo) 電棒、導(dǎo)電板之間的接觸點(diǎn)應(yīng)經(jīng)過清洗擦拭，以保持接觸良好。 m q 4）不必要求過低的殘極率，一般在 18%～ 22%范圍內(nèi)。過低的殘極率會引起陽極在工作地末期，槽電壓急劇升高。 5）盡可能地維持較短的極間距離 。 . 本設(shè)計(jì)采用普通電解槽的槽電壓為 。 電流效率 電流效率是指銅電解精煉過程中，陰極實(shí)際析出量與理論析出量的百分比。由于陽極溶解時，小部分的銅以一價銅離子的形態(tài)進(jìn)入溶液，故按二價銅來計(jì)算的電流效率一般都比陰極電流效率高 %～ %，因而使電解液中的含銅量不斷增長。影響電流效率的主要因素有 ： (1)漏電 設(shè)備的漏電包括電解槽和循環(huán)系統(tǒng)的漏電。電解槽漏電時通過彼此臨近的電解槽間或通過電解槽的絕緣體到地面漏電。循環(huán)系統(tǒng)的漏電主要通過電解液循環(huán)流動至集液槽與地面構(gòu)成了電路，從而產(chǎn)出漏電。為了防止或減少漏電，應(yīng)該加強(qiáng)電解槽間、溶液循環(huán)系統(tǒng)和對地的絕緣。電解槽之間應(yīng)留有足夠的間隙（一般 20～ 50mm），加強(qiáng)電解槽與梁、柱、地間的絕緣性能，在槽體與梁間用絕緣瓷磚、橡皮或塑料隔開，采用 PVC 或其他塑料來作為溶液的輸送管道，以玻璃銅或塑料作為槽子的襯里，以及在循環(huán)系統(tǒng)中安裝斷流裝置措施等。 (2)短路 陰 、陽極間短路的主要原因是由于陽極物理規(guī)格不好，有凹凸不平或飛邊毛刺，始極片有彎曲、卷角現(xiàn)象，陰極析出粗糙、長粒子凸瘤等原因所致。加強(qiáng)電解槽的槽上管理工作，是提高電流密度的關(guān)鍵所在。 (3)化學(xué)溶解 陰極銅在硫酸中的化學(xué)溶解速度決定于溶液溫度、硫酸濃度、銅離子濃度、三價鐵離子濃度、溶液氧含量以及陰極在電解液中沉浸的時間長短。為此，為減少陰極的復(fù)溶，電解液不宜維持過高的溫度，并盡可能與空氣隔絕，以減少溶液中的含氧量。此外，在提高電流密度的條件下，單位時間內(nèi)電解銅析出量增加，使陰極在電解液中的沉浸時間相對減少， 有利于減少陰極的化學(xué)復(fù)溶。通常銅的化學(xué)溶解能使電流效率降低 %～ %。 除上述因素外，由于采用高電流密度操作，陽極含雜質(zhì)較高等因素，也可能使電流效率降低。設(shè)計(jì)一般選擇電流效率為 96%～ 97%。 本設(shè)計(jì)銅電解回收率為 97% 殘極率 殘極率是指生產(chǎn)出殘極量占消耗陽極量的百分比。殘極率低可以減少重熔的費(fèi)用和金屬損失，提高直接回收率；但是，殘極率過低又會造成槽電壓升高，電能消耗增加，電能效率降低，甚至還會使殘極碎片跌落槽底，損壞槽襯。因此，殘極率以選擇 14～ 16%為宜。 本設(shè)計(jì) 中 殘極率 取 15%。 硫酸單位消耗 硫酸單位消耗量一般為 4～ 10 kg/t Cu。 本設(shè)計(jì)采用的硫酸單位消耗為 7 kg/t Cu。 蒸汽單位消耗與電解槽及各類儲槽的表面覆蓋和槽壁保衛(wèi)措施有關(guān)。在無措施的情況下一般為 ～ ，當(dāng)電解槽采用覆蓋槽壁及管道的保溫措施時，一般為 ～ 本設(shè)計(jì)采用的是 ISA 法鈦板熱交換器，蒸汽單耗為 t/tCu。 參數(shù)名稱 單位 數(shù)值 備注 陽極板尺寸 陰極板尺寸 陽極周期 陰極周期 Cu2+濃度 H2SO4濃度 電流密度 mm mm d d g/L g/L A/m2. 1000 970 45 1020 1000 18 9 43 190 290 電解液的溫度 循環(huán)方式 循環(huán)速度 同極中心距 膠濃度 硫脲濃度 HCl濃度 干酪素濃度 直流電單耗 槽電壓 殘極率 硫酸單耗 蒸汽單耗 。 C L/min mm Kg/d Kg/d Kg/d Kg/d Kwh/tCu mV % Kg/tCu t/tCu 60 槽底進(jìn)液槽上兩端出液 35 100 317 195..6 30 260 15 7 46 各經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)匯總 第八章 車間環(huán)保與安全生產(chǎn) 有色冶金企業(yè)是污染最嚴(yán)重的六大企業(yè)之一。在有色生產(chǎn)中定向的、不斷地向環(huán)境排放大量的廢氣、廢水和固體廢棄物、還有噪聲、振動、惡臭、放射性和熱污染等 [10]。因此，加強(qiáng)對環(huán)境污染的控制和治理是我們設(shè)計(jì)時必須考慮的問題。 設(shè)計(jì)所依據(jù)的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 工業(yè)“三廢”排放試行標(biāo)準(zhǔn)：重有色金屬工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)；大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)；工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[10]。 認(rèn)真落實(shí)各項(xiàng)環(huán)保工作方針，堅(jiān)持以防為主，綜合治理的原則，積極采用先進(jìn)實(shí)用的新工藝，新設(shè)備，努力提高資源的利用率，力爭最大限度的把污染消除在生產(chǎn)過程中，盡可能減少對環(huán)境的污染?？倛D布置力求工藝流程合理的同時，盡量考慮有利于煙氣和粉塵的擴(kuò)散，相互工序污染影響最小。同時，使 防止污染的措施與主題工程同時設(shè)計(jì)，同時施工，同時投產(chǎn)，力求得建設(shè)項(xiàng)目投產(chǎn)后，獲得最佳 的經(jīng)濟(jì)效益。 在銅電解精煉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)有害物，按其形態(tài)主要有粉塵和氣體。電解過程有酸的揮發(fā)，產(chǎn)生有害氣體。 廢水、廢氣、廢渣是冶金工廠的三大污染物，并稱為“三廢”。下面主要分析一下本設(shè)計(jì)流程中的“三廢”問題。 廢氣 本設(shè)計(jì)為銅的電解精煉生產(chǎn)，整個生產(chǎn)過程中除了少量的殘余酸霧之外，不產(chǎn)生任何有害氣體。 廢水 在銅電解車間，由于需要用水冷卻和沖洗，而這些水常常帶有一定量的電解液，其 Ph 值在 1～ 2 之間。廢水的凈化可采用石灰石中和沉淀法處理廢水，處理流程如圖 81所示： 圖 81 廢水凈化流程 廢渣 本設(shè)計(jì)中不會產(chǎn)生多余的廢渣。 環(huán)境綠化 植樹造林不僅可以綠化環(huán)境，而且可以凈化空氣，植物能吸收空氣中的有害氣體，組織粉塵飛揚(yáng)擴(kuò)散，降低噪聲聲級，調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)小氣候等。為了防止污染，改善和美化環(huán)境，在總設(shè)計(jì)中，利用車間周圍的空間地帶植樹種草，廠區(qū)的綠化系數(shù)不低于 20%。 環(huán)境監(jiān)測、管理及投資 設(shè)安環(huán)科，其中有環(huán)境管理和安全管理人員組成。監(jiān)測站應(yīng)按規(guī)定開展日常檢查工作，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施，確保企業(yè)環(huán)境不受污染或?qū)⑽廴究刂圃谧畹拖薅取? 環(huán)境工程和設(shè)施的投資包括通風(fēng)和水處理等，已列入工程概算中，投資額為 10 萬元。 本次設(shè)計(jì)在各個環(huán)節(jié)均采取了必要的安全措施，在生產(chǎn)中，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和安全規(guī)程組織生產(chǎn)，以確保安全生產(chǎn)，設(shè)計(jì)所采取的安全措施如下： 為保障工作人員的身體健康，可采取的防護(hù)措施有以下幾點(diǎn)： 增加設(shè)備防護(hù)措施 總平面布置對各建筑物之間的防火、防爆，安全防護(hù)距離均按《建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 車間生產(chǎn)設(shè)備按生產(chǎn)流程順流布置，并留有足夠的操作空間，高速轉(zhuǎn)動設(shè)