【導(dǎo)讀】本文主要設(shè)計(jì)了一座年產(chǎn)6萬噸銅的銅電解精煉電解槽及電解工藝。件，選定操作技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、主體設(shè)備設(shè)計(jì)及冶金計(jì)算等內(nèi)容。陽極板，尺寸為1000×960mm2，37個(gè)陰極板，尺寸為1020×1000mm2，電解槽尺寸為4000. ×1120×1320mm2等主體電解槽數(shù)據(jù)。效率及熱平衡等重要數(shù)據(jù)。最后以“銅電解液凈化方。法的研究進(jìn)展”專題展開論述。

　　

【正文】 有電流通過電解液所產(chǎn)生的熱量。 設(shè)定：電解槽尺寸 4000 1120 1320，壁厚 100mm； 電解槽總數(shù) 660 個(gè)； 電流強(qiáng)度 10000A； 槽電壓 電解液循環(huán)速度 20 槽）?min/(L 電解槽電解溫度 63Co 室溫 25Co 槽壁溫度 35Co 熱支出 （ 1）電解槽液面水蒸氣蒸發(fā)熱損失。對于無覆蓋電解槽，電解液面水分蒸發(fā)量可根據(jù)表 46和表 47數(shù)據(jù)來確定。 室溫 相對溫度 電解液溫度 /Co /Co /% 22 80 24 70 26 65 表 46電解槽水分蒸發(fā)量 本設(shè)計(jì)電解槽水分蒸發(fā)量為 ( hm2? )。 電解槽總表面積： 4 660=178。 60Co 水的氣化熱為 則電解槽液面水蒸發(fā)熱損失為： 1q = =14644090kJ/h (2)電解槽液面輻射與對流熱損失。電解槽液面的輻射與對流損失可用傅里葉公式計(jì)算； )tt(q 212 KF? (43) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22頁 式中 K輻射與對流聯(lián)合給熱系數(shù)， kJ/( Co2 hm ?? ) F傳熱表面積， m178。 1t 電解液溫度， Co 2t 車間空氣溫度， Co 聯(lián)合給熱系數(shù) K可按下式求出： 4/121214241)tt()100( ???? TTTTK ）（ (44) 式中 1T 和 2T 分別為 1t 和 2t 的絕對溫度，所以 4/144 25632563 1 0 0252 7 31 0 0632 7 3 ）（）（）（ ????K = kJ/( Co2 hm ?? ) )2563()( ??????q =4506695kJ/h (3)電解槽壁的輻射與對流損失。槽壁的輻射與對流熱損失的計(jì)算方法與槽液面的輻射與對流熱損失一樣。 這里輻射與對流聯(lián)合給熱系數(shù)為： 4/12121241 ）（）（）（ ttTTTTK ???? = kJ/( Co2 hm ?? ) 電 解 槽 壁 的 總 面 積 為 ：F=[(4+ 2)(+ 2)+2(4+ 2)(+)+2(+ 2)(+)] 660=14006m178。 電解槽壁的輻射與對流熱損失為： ）（ 213 ttq KF? = 14006 （ 3525） =4893696kJ/h (4)管道內(nèi)溶液熱損失。管道內(nèi)溶液熱損失可由下式計(jì)算： tq4 ?? PCQ? 式中 Q 電解液循環(huán)量， h/m3 ； ? 電解液密度， kg/ 3m pC 電解液比熱容， )/( CkgkJ o? t? 電解液在循環(huán)管內(nèi)的溫度降， Co Q 可由每個(gè)電解槽的循環(huán)量求得： ?Q 20 63 160 310? =192 3m /h ? 可由下式求出： }][][][][][{100 2 423 tAsFeNiSOHCu ??????? (45) 這里取 [Cu]=4,[ 42SOH ]=185,[Ni]=15,[Fe]=,[As]=,以上單位均為 g/L。 t=63Co 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23頁 則 }{ 3 ????????????? =1220kg/ 3m }][][][]u[{ 423 tFeNiSOHCC P ?????? ? =(kg Co? ) t? 可根據(jù)車間的大小取 24Co ，結(jié)合實(shí)際本設(shè)計(jì)取 3Co 管道內(nèi)溶液 熱損失為： tq4 ?? PCQ? =129 1220 3=2452943kJ/h 所以全車間熱支出為 4321 qqqq ??? =14644090+4506695+4893696+2452943 =26497424kJ/h 熱收入 熱收入為電流通過電解液時(shí)所產(chǎn)生的熱，可用下式計(jì)算 35 10t2 3 ???? NEI (46) 式中 5q 電流所生的熱量， kJ/h。 E電流通過電解液的電壓， V； I電流強(qiáng)度 ,A。 t時(shí)間， 3600s； N電解槽數(shù)。 這里電流強(qiáng)度取 10000A，根據(jù)槽電壓組成計(jì)算 E取 ，電解槽數(shù) N=660。 35 1066036001 0 0 0 ??????? =3458291 kJ/h 全車間需補(bǔ) 充的熱量 全車間需補(bǔ)充的熱量 =熱支出 熱收入 =264974243458291 =23039133 kJ/h 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果熱平衡。 熱收入 kJ/h % 電流通過電解液產(chǎn)生 3458291 加熱器補(bǔ)充 23039133 合計(jì) 26497424 100 熱支出 kJ/h % 電解槽液面水蒸發(fā)熱損失 14644090 電解槽液面 輻射與對流熱損失 4506695 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24頁 電解槽外壁輻射與對流熱損失 4893696 循環(huán)管道內(nèi)溶液熱損失 2452943 合計(jì) 26497424 100 表 47 銅電解精煉熱平衡 5．專題 銅冶煉工藝研究進(jìn)展 概述 隨著世界經(jīng)濟(jì)的全球化，銅冶煉廠面臨著更嚴(yán)峻的競爭和挑戰(zhàn)，其焦點(diǎn)仍然是產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。各銅冶煉廠面對國際和國內(nèi)市場的競爭，都在努力尋求適合自己實(shí)情的技術(shù)改造方案，希望通過改擴(kuò)建，大幅度提高技術(shù)和裝備水平，環(huán)保達(dá)標(biāo)，能耗和成本大幅度降低。同時(shí)，各地的冶 金機(jī)構(gòu)和有關(guān)企業(yè)都在進(jìn)行著深入的研究。 閃速爐熔煉 的特點(diǎn) 閃速熔煉自 1949年芬蘭奧托昆普問世以來．經(jīng)過不斷改進(jìn)、完善和發(fā)展，逐步取代了反射爐和鼓風(fēng)爐的地位。今天它已成為當(dāng)今銅冶金所采用最具有競爭力的熔煉技術(shù)．被普遍認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的清潔煉銅工藝。 生產(chǎn)能力大 閃速熔煉是一種懸浮熔煉，氣一液一固三相在反應(yīng)塔內(nèi) 1～ 2 S就完成一系列反應(yīng)過程， 富氧的應(yīng)用更加快了反應(yīng)的速度， 所以閃速爐特點(diǎn)是生產(chǎn)能力大。目前，全世界有閃速爐 36臺(tái)，平均每臺(tái)年生產(chǎn)能力約 17 10 t。美國的 BHP公司單臺(tái)閃速爐能力 已達(dá)30 10 t／ a， 日本佐賀關(guān)冶煉廠單臺(tái)閃速爐能力 1999年突破了 45 10 t。閃速爐問世至今，生產(chǎn)規(guī)?；臼敲?10年以 5 10 t的速度在增長， 而且這種增長還在持續(xù)。預(yù)計(jì)未來 5年，單臺(tái)閃速爐最大生產(chǎn)能力將達(dá)到 50 10 t。這種能力優(yōu)勢是任何其它冶煉爐無法比擬的。隨著不斷改進(jìn)和發(fā)展，閃速爐生產(chǎn)潛力到底有多大尚且無法估量?，F(xiàn)在，世界上已提出未來百萬噸閃速煉銅廠的設(shè)計(jì)構(gòu)想 [2]。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25頁 環(huán)境保護(hù)好 閃速熔煉是一個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的過程， SO2濃度高，煙氣成分平穩(wěn)，有利于制酸和 S的回收。目前，閃速熔煉工 藝 S的回收率基本達(dá)到 95％以上，優(yōu)于其它冶煉工藝，但尚有 5％的潛力，不少閃速煉銅廠目前正在積極采取有效措施，進(jìn)一步提高 S的回收率，以適應(yīng)未來更加嚴(yán)格的環(huán)保要求。閃速熔煉提高 S的回收率關(guān)鍵不在于閃速爐本身，而在后續(xù)流程轉(zhuǎn)爐和硫酸系統(tǒng)，其主要進(jìn)展：一是 PS轉(zhuǎn)爐吹煉一連續(xù)轉(zhuǎn)爐一閃速吹煉法；二是硫酸工序采用了動(dòng)力波洗滌新技術(shù)；三是環(huán)集集煙系統(tǒng)完善和尾氣處理技術(shù)。 自熱熔煉 閑速熔煉最大的優(yōu)點(diǎn)之一是充分利用了銅精礦的巨大表面能，即最大限度地利用了精礦的自身反應(yīng)熱。隨著閃速熔煉向高投料量、高球銅品位、高富氧 濃度、高熱負(fù)荷的“四高”方向發(fā)展，閃速爐自熱熔煉已逐漸成為現(xiàn)實(shí)，這將大大減少能源消耗， 目前世界上已有幾家閃速煉銅廠實(shí)現(xiàn)了自熱熔煉。此外， 由于閃速爐富氧可以在 21％ ～95％ 濃度范圍內(nèi)靈活方便的使用，不僅可以大大降低能源消耗和提高生產(chǎn)能力，而且減少了煙氣量。這樣，可以減少煙氣處理設(shè)備 (廢熱鍋爐、電收塵、制酸等 )的投資。有關(guān)資料表明 l3 J，對一個(gè)年產(chǎn) 10 10 t銅的新廠來說，富氧含量每增加 l0％ ，則可節(jié)省投資 200萬美元。 生產(chǎn)穩(wěn)爐齡長 自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)穩(wěn)定是閃速熔煉特點(diǎn)之一。目前世界上 所有閃速爐基本都實(shí)現(xiàn)了工藝過程計(jì)算機(jī)在線控制， 從而保證了閃速爐生產(chǎn)高質(zhì)量穩(wěn)定運(yùn)行 所以， 閃速爐作業(yè)率明顯高于其它工藝。此外，閃速爐的爐齡較長，一般立體冷卻的閃速爐爐齡至少都在 l0年以上，即閃速爐在此期間內(nèi)不需進(jìn)行停爐冷修。同閃速熔煉相比，熔池熔煉 (艾薩爐、諾蘭達(dá)爐、瓦紐可夫爐等 )主要不足之一就是耐火磚損耗嚴(yán)重，爐壽命短，一般每年至少都需停爐大修一次；閃速爐爐齡目前正在朝 15～ 20年方向前進(jìn)。 閃速吹煉 火法煉銅一般分為三個(gè)過程：首先將銅精礦熔煉成冰銅，然后將冰銅吹煉成粗銅， 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26頁 最后將粗銅精煉成陽極 銅。 90年代前，煉銅技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展主要是在第一步，即熔煉過程；吹煉工藝并無實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，基本上一直在采用 PS轉(zhuǎn)爐吹煉。轉(zhuǎn)爐吹煉工藝煙氣量波動(dòng)大，不利于制酸和 S的回收，而且在熱冰銅包運(yùn)輸過程中 so2煙氣外逸，造成環(huán)境污染。 9O年代后，吹煉工藝實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。 1995年閃速吹煉閘世并成功應(yīng)用于美國肯尼柯特冶煉廠，將閃速煉銅整體工藝 (閃速熔煉 +閃速吹煉 )S的回收率由 95％提高到 99． 9％以上。 一步煉銅 1999年澳大利亞奧林匹克壩閃速煉銅廠正式投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了閃速爐高品位 (Cu45％ ～50％ )硫化銅精礦 的一步煉銅，省去了吹煉工藝，這是銅冶煉史上新的里程碑。隨著一步煉銅和閃速吹煉工藝的出現(xiàn)，未來世界銅工業(yè)從礦山到冶煉將發(fā)生較大變化。首先，礦山可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)最優(yōu)化，即利用浮選電位控制法同時(shí)生產(chǎn)高品位和低品位兩種精礦，高品位精礦進(jìn)人市場，低品位精礦可以就近冶煉成冰銅出售。其次，冶煉廠方面可以非常經(jīng)濟(jì)靈活地組織生產(chǎn)。即閃速煉銅廠可以用低品位精礦生產(chǎn)球銅或出售或繼續(xù)冶煉成粗銅；也可以用高品位精礦或來自廠內(nèi)外冰銅和精礦混合起來直接生產(chǎn)粗銅。 Comop 工藝 Comop工藝?yán)昧诵郎u熔煉和頂吹技術(shù)兩種技術(shù)．旋渦 熔煉是一種強(qiáng)化熔煉，旋渦室內(nèi)溫度高．熱強(qiáng)度大．物料停留時(shí)同短，可以處理各種復(fù)雜原料。頂吹技術(shù)用于處理古銅爐渣，反應(yīng)氣氛易于控制．傳質(zhì)和傳熱速度快 美國 ElBas0情煉廠自 1993年開始應(yīng)用該技術(shù)．生產(chǎn)實(shí)踐證明 Contop工藝己經(jīng)成熟。 工藝特點(diǎn) Comop(CONtinuous Top— feed Oxygen Process)即爐料高速連續(xù)地熔煉和吹煉。Contop煉銅法是由德國 KHD Humtbolt Wedag公司在 80年代末開始研究開發(fā)的煉銅新工藝。 Contop 爐主要包括旋渦熔煉室和頂吹反 應(yīng)室兩部份，第一臺(tái)旋渦爐安裝在智利國家銅公司楚基卡馬塔． 1990年美國 E1 Paso冶煉廠通過多方面對比認(rèn)為． Contop工藝是一種低費(fèi)用的快速熔煉方式，煙氣量少，能處理含鉍和鋅高的銅精礦 因此計(jì)劃建一座Contop爐，以砍掉焙燒爐和反射爐。使其精礦處理量從 280 000 t／ 8增加到 361 000 da．陽 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27頁 極產(chǎn)量從 100 ooo t／ a增加到 134 000 t／ a。該項(xiàng)目 1993年 3月投產(chǎn)。在投產(chǎn)初期， El Paso冶煉廠和 A~Dco’ s技術(shù)服務(wù)中心對旋渦爐進(jìn)行了許多改進(jìn)，使其在技術(shù)上更趨合理。目前世界上 采用 Contop 工藝煉銅的工廠雖為數(shù)不多。但該工藝適合反射爐的改造，能充分利用了旋渦熔煉溫度高、熱強(qiáng)度大、爐料停留時(shí)間短和頂吹反應(yīng)易于控制的特點(diǎn)，必將成為在技術(shù)上更具競爭性的煉銅工藝 [12]。 優(yōu)點(diǎn) 與閃速熔煉相比， Contop熔煉強(qiáng)度大。易于控制，可以處理復(fù)雜銅精礦并維持穩(wěn)定的銅鐃品位，機(jī)械夾帶煙塵很低，棄渣含銅較低。 Contop技術(shù)在煉銅工業(yè)中的競爭能力正在不斷增長。 用碳酸鈉作助熔劑的粗銅精煉新方法 礦產(chǎn)粗銅傳統(tǒng)火法精煉作業(yè)，是使用碳?xì)浠衔镒鲞€原劑。除去粗銅中的氧和硫。國外的 銅冶煉技術(shù)研究單位。現(xiàn)在在研究取代使用碳?xì)浠衔镒鲞€原劑的新精煉方法 工業(yè)應(yīng)用潛力 報(bào)道說．用碳酸鈉作反應(yīng)劑來精煉粗銅的新方法，可以處理氧含量超