【正文】 年產(chǎn)電解銅16萬噸，設(shè)計(jì)年工作日為350天。表71為本設(shè)計(jì)的陽極成分。表71 陽極成分/%元素CuAsSbBiNiFePb含量元素SeTeAuAgSZn其它含量電解銅回收率：%； 電銅品位：%；殘極率：15%；電流效率：97%。表72為銅電解過程中個(gè)元素的分配率。表72 銅電解過程中個(gè)元素的分配率(%)元素進(jìn)入溶液進(jìn)入陽極泥進(jìn)入陰極Au—Ag—Cu98Se/Te—98Pb—97Ni8518微量As7035微量Sb4565微量S—964Fe751016Zn9343Al75205SiO2—100—Bi2080微量應(yīng)用表71和表72的數(shù)據(jù)計(jì)算陽極泥率和陽極泥成分，表73為其計(jì)算結(jié)果。（1）生產(chǎn)1噸陰極銅需要的陽極數(shù)量1%1%98%=（2）計(jì)算陽極銅實(shí)際需要量%（1－15%）=表73 陽極泥率和陽極泥成分計(jì)算元素進(jìn)入陽極泥的量占陽極溶解量的百分?jǐn)?shù)/%陽極泥成分/%Au=Ag=Cu=Se=11Te=Pb=Ni=As=Sb=S=Fe=Zn=—Bi=陽極泥率（3）計(jì)算陽極銅含銅量%=（4）計(jì)算殘極數(shù)量15%=（5）計(jì)算殘極含銅量%=28856t（6）計(jì)算陽極泥數(shù)量（1－15%）%=660t（7）計(jì)算陽極泥含銅量660%=（8）計(jì)算電解液中含銅量（1－15%）%%=3156t表74為銅電解精煉物料平衡表表74 銅電解精煉物料平衡表物料名稱物料量CuAsNit%t%t%t裝入陽極474合計(jì)474產(chǎn)出電解銅160000————?dú)垬O銅2885671陽極泥660電解液3156損失及誤差合計(jì)474物料名稱物料量AuAg—t%t%t裝入陽極合計(jì)產(chǎn)出電解銅160000殘極銅陽極泥660電解液——損失及誤差合計(jì)凈液量是根據(jù)陽極銅成分，各種雜質(zhì)進(jìn)入電解液的百分?jǐn)?shù)、有害雜質(zhì)在電解液中的允許含量以及所選擇的凈液流程進(jìn)行計(jì)算。送去凈化的電解液量，應(yīng)保證電解液用水稀釋至原有體積時(shí)，其組成不變。如果送去凈化的電解液所含的雜質(zhì)量，等于溶解的陽極所帶入的雜質(zhì)量，那么就達(dá)到了這個(gè)目的。假設(shè)下列原始數(shù)據(jù)：雜質(zhì)在溶液中的極限含量：鎳15g/L；砷5g/L；；銅50g/L。雜質(zhì)進(jìn)入溶液的百分?jǐn)?shù)：鎳85%；砷70%；銻45%；%。采用冷凍結(jié)晶法生產(chǎn)粗硫酸鎳，鎳的脫除效率為75%，砷、銻、鉍的脫除效率為85%。按主要元素分別計(jì)算凈液量如下：（1）按銅計(jì)算所需的凈液量 QCu=160000%%10005098%=64277m179。/a（2）按鎳計(jì)算所需的凈液量 QNi=160000%85%10001575%=30388m179。/a（3）按砷計(jì)算所需的凈液量QAs=160000%70%1000585%=6760m179。/a（4）按銻計(jì)算所需的凈液量QSb=160000%45%85%=38022m179。/a（5）按鉍計(jì)算所需的凈液量QBi=160000%45%85%=28969 m179。/a根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，需凈液量最大的元素是銅，其次是銻。銅的出去可以采用電積脫銅法去除，故凈液量按銻元素所需的量計(jì)算，取40000 m179。/a。按40000 m179。/a的凈液量可推算出電解液的實(shí)際成分（g/L）：Cu 50，Ni ，As ，Sb ，Bi ，H2SO4 200。莆田商品槽系統(tǒng)需要設(shè)置一定數(shù)量的電解沉積槽來脫除凈液需要的銅。電解液中每天增加的銅量：M=160000%%%350=9t/d凈液帶走的銅量：m39。=40000100050106350=電解沉積槽需要脫除的銅量：m=Mm39。==每個(gè)電解沉積槽的脫銅能力：m0=n1I103 (71)式中 m0——晝夜析出銅量，t/d； t——晝夜實(shí)際通電時(shí)間； n1——電流效率，%，一般為45%～89%，取85%； I——電流強(qiáng)度，25000A。則m0=2500085%103=需設(shè)置脫銅槽個(gè)數(shù)：N=mm0==考慮到槽體維修更換，設(shè)置8個(gè)電解沉積槽。采用真空蒸發(fā)，水冷結(jié)晶生產(chǎn)硫酸銅。中和終液含銅120g/L，結(jié)晶液體收縮率70%，電解液含銅量50g/L，硫酸銅平均結(jié)晶率50%，%，銅的回收率為98%，黑銅板、粉平均含銅70%，一次母液含銅25g/L，%。結(jié)晶洗水體積先按22400 m179。/a計(jì)算，成分根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取Cu40 g/L，H2SO450 g/L，則進(jìn)中和過程的混合溶液成分：Cu=4000050＋224004040000＋22400=H2SO4=40000200＋224005040000＋22400=加入銅料量（按純銅計(jì)）Q=1206240070%10362400103=加入銅料耗酸：=3621t中和終液體積：6240070%=43680m179。/a中和終液溶液含酸：62400103362143680=126g/L硫酸銅結(jié)晶量=1204368050%%1000=10741t/d根據(jù)實(shí)踐，～1m179。（），洗水含酸約50g/L，含銅約40g/L，則洗水量為10741= m179。/a。洗水帶走銅量：40103=硫酸銅產(chǎn)品產(chǎn)量：1204368050%10398%%=結(jié)晶母液體積=4000070%=28000m179。/a母液含銅=4000050247。70%98%50%28000=50g/L母液含酸=2004000028000=286g/L二段電銅產(chǎn)量M=502598%%1000=黑銅板、粉量：2800010398%70%=黑銅板、粉雜質(zhì)質(zhì)量：As=4000010385%=%Sb=4000010385%=%Bi=4000010385%%脫銅電解過程增加的酸：()98247。=脫銅最后過濾含酸：+286=在硫酸銅生產(chǎn)過程中鎳的回收率為98%。粗硫酸鎳含Ni %，回收酸含Ni 6g/L。電解液中含Ni總量=40000=456t/a進(jìn)入粗硫酸鎳生產(chǎn)過程中的Ni的量為：45698%＝脫銅后液Ni濃度=10628000103=16g/L 忽略蒸發(fā)過程的酸損失不計(jì)，回收酸的體積應(yīng)為：V=280001000=179。/a粗硫酸鎳產(chǎn)量為6%=1643t/a凈液過程主要物料平衡見表75表75 凈液過程主要物料平衡表序號(hào)物料名稱物料量CuNiAs%t/a%t/a%t/a進(jìn)入不潔電解液40000m3/a50g/l2000456 g/l加入銅料%小計(jì)456產(chǎn)出二級(jí)電銅 t/a%686硫酸銅 t/a%粗硫酸鎳1643 t/a%386黑銅板、粉 t/a70%%回收酸 /a36g/l損失誤差小計(jì)464序號(hào)物料名稱物料量SbBi%t/a%t/a進(jìn)入不潔電解液40000m3/a g/l g/l加入銅料 t/a小計(jì)產(chǎn)出二級(jí)電銅 t/a硫酸銅 t/a粗硫酸鎳1643 t/a黑銅板、粉 t/a%%回收酸 g/l4 g/l損失誤差小計(jì)第八章 主要設(shè)備的選擇和計(jì)算（1）電解槽槽體材質(zhì)銅電解精煉槽的構(gòu)造，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，耐溫、抗腐蝕和絕緣性能良好。電解槽的結(jié)構(gòu)一般以鋼筋混泥土為槽體，內(nèi)襯以各種不同防腐蝕材料，有少數(shù)工廠正在試用無防腐蝕襯里的輝綠巖耐酸混凝土搗制和花崗巖質(zhì)電解槽。電解槽有成列就地?fù)v制，單槽整體預(yù)制，近代又發(fā)展到預(yù)制板拼裝式槽體。整列就地?fù)v制施工快、造價(jià)低，單檢修更換不便，絕緣處理難，易漏電。而單槽整體預(yù)制，搬運(yùn)、安裝、檢修、更換方便，絕緣好，漏電少。我國一些工廠采用輝綠巖耐酸混凝土單個(gè)搗制槽和花崗巖單個(gè)整體槽，這些槽耐酸，絕緣較好。但輝綠巖易滲漏，花崗巖槽價(jià)格貴，運(yùn)輸不便，切易產(chǎn)生暗縫滲漏，僅適合小型切能就地取材的工廠采用。多數(shù)工廠采用的是單槽整體預(yù)制。預(yù)制板拼裝式電解槽搬運(yùn)、安裝，更換方便，造價(jià)低，節(jié)省車間面積，為國外一些新建工廠采用。（2）電解槽襯里材質(zhì)鋼筋混凝土電解槽內(nèi)襯選擇原則：造價(jià)低廉、耐高溫、耐腐蝕和電絕緣性能良好的材料，一般為鉛或含銻3～6%的鉛銻合金板、軟板聚氯乙烯和玻璃鋼、鉛襯厚一般為3～5mm；聚氯乙烯襯里通常為二層，每層厚4～5mm；內(nèi)層塑料襯里一般不正槽鋪設(shè)；玻璃鋼襯里一般為6～10層，厚約3～5mm。表81為電解槽材質(zhì)優(yōu)缺點(diǎn)比較表。表81 為電解槽材質(zhì)優(yōu)缺點(diǎn)比較表槽體材料襯里材料優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)鋼筋混凝土鉛板耐酸、耐溫性能好；施工簡(jiǎn)單價(jià)格昂貴；鉛的機(jī)械性能和絕緣性能不好鋼筋混凝土軟聚氯乙烯塑料絕緣和絕熱性能好；價(jià)格較廉耐熱性能較差；機(jī)械性能隨溫度上升二降低；易老化鋼筋混凝土玻璃鋼耐腐蝕；絕熱、絕緣性能好；價(jià)格比襯鉛低廉樹脂材質(zhì)要求嚴(yán)；施工技術(shù)要求高輝綠巖耐酸混凝土搗制無耐酸、耐熱性能好；價(jià)格較亷；機(jī)械強(qiáng)度高不易施工；容易滲漏花崗巖無耐酸性能好價(jià)格較貴；運(yùn)輸不便國內(nèi)大部分銅電解工廠的電解槽襯鉛。但在新建工廠及老廠的改造中逐漸推廣使用聚氯乙烯襯里和玻璃鋼襯里。本設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土為槽體，玻璃鋼做襯里的電解槽，玻璃鋼厚5mm，槽壁和襯的厚度為100mm。通常電解槽由長方形槽體和附設(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)電解槽為長方形的槽子，其中依次更迭的吊掛著陽極和陰極。電解槽內(nèi)附設(shè)有供液管、排液管(斗)、出液斗的液面調(diào)節(jié)器等。槽體底部由一端向另一端傾斜，傾斜度大約3%，最低處開設(shè)排泥孔，較高處有清槽用的放液孔。放液排泥孔配嵌有橡膠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設(shè)檢漏孔，以觀察內(nèi)襯是否破壞。圖81為鋼筋混凝土構(gòu)筑的典型電解槽結(jié)構(gòu)。圖81 銅電解槽 銅電解槽安裝在鋼筋混凝土橫梁上。為防止電解液滴在橫梁上造成腐蝕，在橫梁上首先鋪設(shè)厚3～4mm，比橫梁每邊寬出200～300mm的軟聚氯乙烯保護(hù)板，然后在槽底四角墊以瓷磚及橡膠板用以絕緣。通常由多個(gè)電解槽排成一列，兩個(gè)相鄰電解槽要留20～30mm的空隙。槽側(cè)壁頂面覆以塑料（或硬橡膠板、瓷板和瀝青油毛氈等）墊層，裝設(shè)槽間導(dǎo)電板、絕緣分隔板，以支承陽極掛耳和陰極導(dǎo)電棒；陰陽極按規(guī)定極距均勻相間，懸垂排列陰極邊緣與槽側(cè)壁應(yīng)保持50～80mm空隙，以便電解液均勻流動(dòng)和防止極板碰壁；電極下緣至槽底應(yīng)有200～400mm空間作為陽極泥的沉積用。本設(shè)計(jì)中相鄰兩電解槽相隔20mm，電極下端至槽底最高點(diǎn)的距離為250mm。陽極尺寸的選擇與生產(chǎn)規(guī)模、操作的機(jī)械化程度及其他一些技術(shù)條件有關(guān)。一般大型廠機(jī)械程度高的，可以采用重量較大的陽極，其重量范圍一般有300kg以上。陽極壽命根據(jù)電流密度、陽極重量和殘極率來確定，一般為18～21天。大耳陽極的尺寸的范圍是：長800～1000mm，寬600～900mm，后35～45mm，中150～400kg。為了避免陰極邊緣生成樹枝狀結(jié)晶，通常陰極板尺寸比陽極板寬3555mm，長2545mm。陰極周期與電銅質(zhì)量、電流密度和勞動(dòng)組織等因素有關(guān)，約為陽極周期的1/2。本設(shè)計(jì)的工藝流程為ISA電解精煉銅，故陰極采用不銹鋼陰極。表82為各廠陽極板、始極片規(guī)格實(shí)例。本設(shè)計(jì)陽極尺寸為：1000960m