【導(dǎo)讀】料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，書使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)。保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。5萬(wàn)噸電解銅的電解車間。廠址選擇的基本要求；銅電解的基本原理，工藝等相關(guān)內(nèi)容；1）簡(jiǎn)述銅的性質(zhì)、用途及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用。2）銅的資源及消費(fèi)情況。生產(chǎn)對(duì)周邊環(huán)境無(wú)大的影響。機(jī)械化、自動(dòng)化、勞動(dòng)條件等方面的情況。由3013年12月2日至2020年1月3日，共5周。設(shè)計(jì)說(shuō)明書30%，圖紙30%，答辯20%，平時(shí)考勤20%。

　　

【正文】 Q= 50% 12020 3600 400 = 熱支出 （ 1） 電解槽液面水蒸氣發(fā)熱損失 Q1 電解槽總液面積： F=400 = m2 每平方電解槽液面在無(wú)覆蓋時(shí)的小時(shí)水蒸發(fā)量查表得(). 34 64℃的水氣化熱為 KJ/Kg Q1= = KJ/h (2)電解槽液面輻射與對(duì)流熱損失 Q2 根據(jù)博立葉公式： Q=K（ t2t1)F 式中 : Q—— 電解槽液面的輻射與對(duì)流熱損失（ kJ/kg）； K—— 輻射與對(duì)流聯(lián)合給熱系數(shù)（ kJ/m2 h ℃ ）， K 取； F—— 傳熱表面（ m2 ）； t1 —— 電解液溫度（℃）； t2 —— 車間空氣溫度（℃） ； Q2= (6425) = KJ/h (3)電解槽外壁的輻射與對(duì)流熱損失 Q3 槽壁總面積 =400（ + 2+ 2） = Q=K（ t2t1)F 式中： t1 為槽壁溫度取 35℃； t2 為車間溫度取 25℃ K—— 對(duì)鋼筋混泥土槽壁 kJ/（ m2 h℃） k 取 Q3=（ 3525） = KJ/h （ 4） 循環(huán)管道內(nèi)溶液熱損失 Q4 電解液循環(huán)量 =25 60 400 =600m3/h Q=VrCp△ t 式中： Q—— 管道內(nèi)溶液熱損失（ kJ/h）； 35 V—— 電解液循環(huán)量（ L/h）； r—— 電解液密度（ kg/L）， r 取 1250 Cp—— 電解液比熱（ kJ/kg℃）， Cp 取 Δt —— 電 解液在管道內(nèi)溫度降（℃）， Δt 根據(jù)車間規(guī)模大小取 2～ 4℃，大車間取上限，小車間取下限。本次設(shè)計(jì)取 3℃。 Q4=600 1250 3=7717500 KJ/h 全車間不要補(bǔ)充熱量： Q1+Q2+Q3+Q4Q=+++7717500258945= KJ/h 表 47 電解精煉熱平衡 熱收入 KJ/h 熱支出 KJ/h 電流通過(guò)電解液產(chǎn)生的熱 電解液液面水蒸發(fā)熱損失 加熱器補(bǔ)充的熱量 電解槽液面輻射與對(duì)流熱損失 槽外壁的輻射與對(duì)流熱損失 循環(huán)管道內(nèi)溶液熱損失 7717500 合計(jì) 合計(jì) 36 銅電解精煉電解槽的計(jì)算 陰、陽(yáng)極的選擇 陰極： 1000 1000 （ mm) 陽(yáng)極： 980 960（厚度有年產(chǎn)量算出） 電解槽數(shù)量及尺寸計(jì)算 （ 1） 電解槽總數(shù) N=16 10ItnA（ 1P) A:晝夜產(chǎn)陰極銅量； N：電解槽總數(shù)； I：取定電流強(qiáng)度； t：晝夜實(shí)際通電時(shí)間； n1：電流效率； P：電解槽備用系數(shù)。 本設(shè)計(jì)選用以下技術(shù)條件： 電流密度 12020A，電流效率 96%，晝夜通電量為 ,備用系數(shù) 10%。 根據(jù)公式得： N=50000 106/（ 360 12020 ）（ 110%） =389 個(gè) 為了排列級(jí)合理性，取 400 個(gè)電解槽 （ 2） 電解槽尺寸 本設(shè)計(jì)電流密度取 250A/m，電解槽同極中心距取 100mm，采用的 37 陰極尺寸為： 1000 1000mm 陰極面積： 2 1000 1000 106=2m2 陰極片數(shù)： n0=I/Dnfe=12020/250 2=24 片 陽(yáng)極片數(shù)： 241=23 片 電解槽的長(zhǎng)、寬、深 壁端和電極表面間距離取 200mm，陰極兩側(cè)距槽邊取 55mm，電解液面至槽面距離取 50mm，陰極底邊距槽底底距取 （計(jì)算 得） ,出液槽長(zhǎng) 500mm,寬 500mm. 電解槽的長(zhǎng) =23 100+2 200=2700mm 電解槽的寬 =1000+55 2=1110mm 電解槽的深 =1000+220+50=1275mm (3)陽(yáng)極厚度 假設(shè)：陽(yáng)極周期為 21 天，陽(yáng)極殘疾率為 10%，陽(yáng)極大耳系數(shù)為，電流強(qiáng)度為 12020A，電流效率為 96%。 每塊陽(yáng)極的重量 m= 2 5%10123 10219 6 %2 3 . 51 2 0 0 01 8 3 ??? ????? ?）（ Kg 陽(yáng)極厚度 d=m/ Fn：陽(yáng)極 溶解部分的單位面積， cm2 ：陽(yáng)極銅比重 g/cm2 d= 103/ 98 96== Y 陽(yáng)極尺寸為： 980 960 38 表 48 電解槽主要尺寸級(jí)指標(biāo) 項(xiàng)目 電解槽 項(xiàng)目 電解槽 內(nèi)尺寸 2700 1110 1275 陰極塊數(shù) 24 外尺寸 2900 1310 1375 同極中心距 100 陽(yáng)極尺寸 980 960 電流密度 250 陰極尺寸 1000 1000 槽個(gè)數(shù) 400 陽(yáng) 極塊數(shù) 23 39 5 主要設(shè)備的選擇 電解槽 通常電解槽由長(zhǎng)方形槽體和附設(shè)的工業(yè)管，排液斗、出液斗的液面調(diào)節(jié)堰板等組成。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(kāi)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。此外在鋼筋混凝土槽體底部還開(kāi)設(shè)檢漏孔，以觀察內(nèi)襯是否破壞，鋼筋混凝土電解槽壁厚一般為 80～ 120mm。 本設(shè)計(jì)選用：電解槽由長(zhǎng)方形槽體和附設(shè)的工業(yè)管，排液斗、出液斗的液面調(diào)節(jié)堰板等組成，槽 體底部常做成由一端向另一端傾斜，且傾斜度 3%，最低處開(kāi)設(shè)排泥孔，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。此外在鋼筋混凝土槽體底部還開(kāi)設(shè)檢漏孔，以觀察內(nèi)襯是否破壞，鋼筋混凝土電解槽壁厚一般為100mm。 電解槽分類 電解槽由槽體、陽(yáng)極和陰極組成，多數(shù)用隔膜將陽(yáng)極室和陰極室隔開(kāi)。按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融鹽電解槽和非水溶液電解槽三類。當(dāng)直流電通過(guò)電解槽時(shí) ,在陽(yáng)極與溶液界面處發(fā)生氧化反應(yīng) ,在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應(yīng)，以制取所需產(chǎn)品。 40 表 51 電解槽的分類 方式 分類方式 名稱 特點(diǎn) 按電解液的不同分類 水溶液電解槽 水溶液電解槽電解質(zhì)是水溶液。 熔融鹽電解槽 多用于制取低熔點(diǎn)金屬，其特點(diǎn)是在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，并應(yīng)盡量防止水分進(jìn)入，避免氫離子在陰極上還原。 非水溶液電解槽 非水溶液電解槽在制取有機(jī)產(chǎn)品或電解有機(jī)物時(shí) ,常伴隨有各種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng) ,使其應(yīng)用受到限制，工業(yè)化的不多。 按電極的連接方式分類 單極式電解槽 同極性的電極與直流電源并聯(lián)連接，電極兩面的極性相同，即同時(shí)為陽(yáng)極或同時(shí)為陰極。 復(fù)極式電解槽 兩端的電極分別與直流電源的正負(fù)極相連，成為陽(yáng)極 或陰極。電流通過(guò)串聯(lián)的電極流過(guò)電解槽時(shí)，中間各電極的一面為陽(yáng)極，另一面為陰極 ,因此具有雙極性。 41 電解槽進(jìn)出液方式 電解槽進(jìn)出液直接影響槽內(nèi)銅離子、添加劑及溫度在電解液里的均勻性和金、銀的損失。 小陽(yáng)極板電解時(shí)，由于電解槽尺度比較小，一般采用上進(jìn)液、下出液的循環(huán)方式。 隨著電解槽的大型化、電極間距的縮小及電流密度的提高，通常的電解槽供排液方式難以適應(yīng)生產(chǎn)要求，有的工廠即在電解槽底中央沿槽長(zhǎng)度方向設(shè)一個(gè)給液管，或在槽底量?jī)蓚?cè)設(shè)兩個(gè)平行的給液管，通過(guò)沿管均布的小孔給液。排液漏斗安放在槽兩端 壁上預(yù)留的出液口上并與槽內(nèi)襯連成整體。出液漏斗內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)電解槽液面高度隔板式三角堰板。三角堰板同時(shí)也可觀測(cè)電解液流量。 另一種大型槽供液法為上供液、下排液。即在電解槽一長(zhǎng)邊的兩拐角處各設(shè)以供液口，各供一半電解液，在另一長(zhǎng)邊中央下部設(shè)一排液口，供液口來(lái)的電解液流呈對(duì)襟襖線噴射，由排液口將電解液引向電解槽一端排出。此法能防止陽(yáng)極泥上浮。 根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，電解槽進(jìn)出液方式選用：下供液、上排液。 陰、陽(yáng)極加工設(shè)備 陽(yáng)極加工處理，有機(jī)械和人工兩種情況，國(guó)內(nèi)外一些先進(jìn)的工廠陽(yáng)極加工處理主要靠整形 幾組來(lái)完成。陽(yáng)極整形機(jī)組完成的作業(yè)包括平板、銑耳、排板上架幾個(gè)部分。陽(yáng)極板的機(jī)械化加工工藝流程如下： 火法產(chǎn)出合格陽(yáng)極 — 平板 — 銑耳 — 排板 — 上槽 42 所用到的設(shè)備有陽(yáng)極加工設(shè)備，始極片加工設(shè)備，陰極剝片機(jī) 。 電解液循環(huán)用到的設(shè)備有儲(chǔ)液槽、高位槽、電解液加熱器、電解液循環(huán)泵。 電解液加熱器 電解液加熱多數(shù)廠采用鈦列管換熱器或鈦板換熱器，部分廠仍用浮頭列管式不透性石墨熱交換器。鈦板換熱器阻力大，應(yīng)設(shè)于電解液循環(huán)泵與高位槽之間，石墨管受震動(dòng)易損壞，不宜直接與電解液循環(huán)泵相連，而應(yīng) 位于高位槽之后，是電解液利用位差流入石墨熱交換器內(nèi)。換熱器的傳熱面積通過(guò)熱平衡計(jì)算確定。 電解液循環(huán)泵 本設(shè)計(jì)選用 120 ㎡的石墨加熱器 10 臺(tái)，其中 2 臺(tái)作為備用。種板系統(tǒng)選用 60 ㎡的石墨加熱器 2 臺(tái)，無(wú)備用。 泵的型式多數(shù)工廠使用懸臂臥式耐腐蝕離心泵，近年來(lái) ，新建及改建的銅電解廠已推廣使用立式耐腐蝕液下泵。其優(yōu)點(diǎn)是可以避免因泵漏液腐蝕基礎(chǔ)及地面；并可防止泵密封不嚴(yán)使空氣進(jìn)入電解液。 電解液循環(huán)泵一般采用不銹鋼泵，也有用鉛泵。 43 運(yùn)輸設(shè)備 運(yùn)輸中用到的設(shè)備有叉車，行車。 叉 車是工業(yè)搬運(yùn) 車輛 ，是指對(duì)成件 托盤 貨物進(jìn)行裝卸、堆垛和 短距離運(yùn)輸 作業(yè)的各種輪式搬運(yùn)車輛。 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化 組織 ISO/TC110 稱為工業(yè)車輛 。常用于倉(cāng)儲(chǔ)大型物件的運(yùn)輸，通常使用燃油機(jī)或者 電池驅(qū)動(dòng) 。 行車、 吊車 、天車都是人們對(duì) 起重機(jī) 的一個(gè)籠統(tǒng)的叫法，行車和現(xiàn)在我們所稱的起重機(jī)基本 一樣。 基本有兩類：一類為集中驅(qū)動(dòng)，即用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)長(zhǎng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)兩邊的主動(dòng)車輪；另一類為分別驅(qū)動(dòng)、即兩邊的主動(dòng)車輪各用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。中、小型橋式起重機(jī)較多采用制動(dòng)器、減速器和電動(dòng)機(jī)組合成一體的“三合一”驅(qū)動(dòng)方式，大起重量的普通橋式起重機(jī)為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動(dòng)裝置常采用萬(wàn)向聯(lián)軸器。 供電設(shè)備有整流器，輸入電路（槽邊導(dǎo)電排、槽間導(dǎo)電板、陰極導(dǎo)電棒、出裝槽短路器）。 有色金屬電解要用直 流電 , 須用整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟? 水溶液電解槽為槽間串聯(lián)，施加于系列槽的電壓，應(yīng)等于系列槽中的反電動(dòng)勢(shì)，即電解質(zhì)內(nèi)的電壓降，直流接電母線及接點(diǎn)的電壓降之和。 常用有色金屬的電壓與電流值如下表。整流器有固定型號(hào)供選用。 44 主、輔設(shè)備一覽表 表 52 設(shè)備一覽表 序號(hào) 設(shè)備名稱 數(shù)量 備注 1 電解槽 150 個(gè) 下進(jìn)上出式 2 陽(yáng)極加工設(shè)備 2 套 3 始極片加工設(shè)備 1 套 始極片又稱為陰極 4 陰極剝片機(jī) 1 臺(tái) 大型（ 500 塊 /h) 5 貯液槽 1 個(gè) 貯槽的容積約為電解槽內(nèi)電解液 總量的 20% 左右。 6 高位槽 容積按 510 min 時(shí)間內(nèi)的溶液循環(huán)量計(jì)算 7 列管式加熱器 5 臺(tái) 1 臺(tái)備用 8 電解液循環(huán)泵 2 臺(tái) 懸臂臥式耐腐蝕離心泵 9 供電設(shè)備 1 套 能交換式連接 10 叉車 4 輛 11 行車 2 臺(tái) 12 陽(yáng)極泥過(guò)濾設(shè)備 2 臺(tái) 三足離心機(jī) 規(guī)格 SS800 45 6 酸霧治理 酸霧在濕法冶金過(guò)程中普遍存在 ,工程中霧泛指小液滴的懸浮體 ,由液體蒸氣凝結(jié)、液體霧化和化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程形成。酸霧則是由空氣中的酸性化合物在有霧、重金屬飄塵或氮氧化物存在時(shí)發(fā)生一 系列化學(xué)反應(yīng)而生成的酸霧或鹽類氣溶膠。銅電解生產(chǎn)工藝由電解工序和凈化工序兩大工序組成。電解工序產(chǎn)生的含酸廢氣主要來(lái)自三個(gè)區(qū)域 :①電解系統(tǒng)東區(qū)生產(chǎn)循環(huán)槽、上清液貯槽、陽(yáng)極泥貯槽、生產(chǎn)高位槽、種板循環(huán)槽和種板高位槽 。②電解系統(tǒng)西區(qū)生產(chǎn)槽、上清液貯槽、陽(yáng)極泥貯槽、生產(chǎn)高位槽和濃密機(jī) 。③電解工段電銅洗滌機(jī)組及殘極洗滌機(jī)組。 酸霧的形成機(jī)理主要有兩種：一種是酸液表面蒸發(fā)，酸分子進(jìn)入空氣，與空氣中的水分凝并而形成霧滴；另一種是酸溶液內(nèi)有化學(xué)反應(yīng)，形成氣泡上浮到液面后爆破，將液滴帶出。另外，伴隨酸霧排 放過(guò)程不可避免地會(huì)有呈分子態(tài)的酸性氣態(tài)污染物如 SO2和 NOX等的排放，所以其排放過(guò)程和排放物成分比較復(fù)雜。 常見(jiàn)的可以形成酸霧的氣體有以下幾種：