【正文】 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。加強電解槽的槽上管理工作，是提高電流密度的關鍵所在。先進的現(xiàn)代工廠安裝有槽電壓的掃描監(jiān)控系統(tǒng)，利用計算機對極間短路、槽電壓的異常變化甚至陽極壽命都進行監(jiān)控和探測。目前，對短路和燒板（由于電極接觸不良，無電流通過，引起化學溶解）檢查，國內(nèi)一般都使用手拖式的短路探測器來進行探查。國外很多廠家都相繼使用高斯計、紅外線掃描儀、熱跟蹤槍、手提式熱電極探測器和短路探測器等多種儀器來檢查短路現(xiàn)象。還有的工廠使用電流分布計來測量單根陰極的電流強度，通過檢測和調(diào)整，可以保證每塊陰極電流分布均勻，是每塊陰極銅質(zhì)量均勻、穩(wěn)定。此外，還設置計算機對整個生產(chǎn)系統(tǒng)進行監(jiān)控，對電解液溫度、流量和液位等主要工藝參數(shù)和重要設備實現(xiàn)自動控制。(2)漏電設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成了電路，從而產(chǎn)出漏電。為了防止或減少漏電，應該加強電解槽間、溶液循環(huán)系統(tǒng)和對地的絕緣。電解槽之間應留有足夠的間隙（一般20～50mm），加強電解槽與梁、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。此外，生產(chǎn)人員必須經(jīng)常檢查設備的絕緣和漏電情況，杜絕電解液的跑、冒、滴、漏，維持車間內(nèi)的清潔和干燥，盡量減少設備的對地漏電。(3)化學溶解陰極銅在硫酸中的化學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復溶。%～%。電解過程中的副反應，有氫離子在陰極還原析出H三價鐵離子的還原等。然而在銅電解生產(chǎn)條件下，電解液中含銅高、含鐵低，進行上述副反應的可能性都很小，因而對電流效率的影響是很小的。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。設計一般選擇電流效率為96%～97%。本設計采用電流效率95%殘極率是指產(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，甚至還會使殘疾碎片跌落槽底，損壞槽襯。因此，殘極率以選擇14～16%為宜。本設計采用殘極率為15%銅電解回收率反應銅電解過程中銅的回收程度，其計算方法如下：銅電解回收率（%）=電銅含銅量（t）裝入原料含銅量t回收品含銅量（t）回收品是指殘極、銅屑、碎銅，制取硫酸銅溶液及陽極泥等含銅物料（若陽極泥含銅本企業(yè)不能回收，則按損失處理）。%左右。%槽電壓是影響電解銅電能消耗的重要因素，它比電流效率的影響尤為顯著。電流效率往往只下降百分之幾，然而只要操作或技術條件的控制稍微不當，槽電壓就可能會上升百分之幾十甚至成倍上升。槽電壓由下列各項電位降組成：電解液的電位降、各接觸點和克服陽極泥電阻的電位降、濃度極化所引起的電極電位降等項相加所得之和?！榱私档筒垭妷?，應當采取如下措施：1）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。2）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。 3）陰、陽極、導電棒、導電板之間的接觸點應經(jīng)過清洗擦拭，以保持接觸良好。4）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。電解液的溫度應維持在60～680C。5）盡可能地維持較短的極間距離[12]。每噸電解銅的直流電能消耗，實踐中使用的計算方法如下：直流電能消耗度t=消耗直流電量（度）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220～240度/噸。本設計采用電能單位消耗230度/噸。硫酸單位消耗量一般為4～8kg/t。 kg/t。近年來，國內(nèi)大多數(shù)銅精煉廠已采用石墨熱交換器代替鉛蛇形管加熱，熱利用率有所提高。如采用鉛蛇形管加熱的工廠，～2t/t，而某廠改用石墨熱交換器后，蒸汽單位消耗量已降至1t/t左右。本設計采用的是ISA法鈦板熱交換器。第六章 冶金計算本次設計為年產(chǎn)260000t電解銅，表61為陽極成分。表61 銅陽極成分元素CuAuAgAsSbNiBiPb含量（%）元素SeTeFeZnS其他含量（%）表62為銅電解過程中各元素的分配。應用表61和表62的數(shù)據(jù)計算陽極泥率和陽極泥成分，表63為其計算結果。表62 銅電解過程中各元素的分配率（%）元素進入電解液進入陽極泥進入電銅Cu 98As35Sb1480 6Ni80Bi18802Pb—955Se和Te—982Au—Ag—973Fe75520S—955Zn982本次設計的原始數(shù)據(jù)：電解銅回收率：%電解銅品味： %殘極率：15%陽極泥率：%（對電銅）1）生產(chǎn)一噸陰極銅需要的陽極數(shù)量：1%1%98%= （t）2）陽極實際需要量：=314402（t/a）3）實際溶解陽極量：%=（t/a）4）陽極銅含銅量： 314402%=（t/a）5）殘極量：31440215%=（t/a）6）殘極含銅量：%=（t/a）7）陽極泥數(shù)量：260000%=1560（t/a）8）陽極泥含銅量：1500%=9）電解液中銅量：%%=（t/a）表63 陽極泥率和陽極泥成分計算元素進入陽極泥的量（%）陽極泥成分（%）Cu=Au=Ag =As=Sb=Ni=Bi=Pb=Te=Fe=Zn=S=se=其他592共計1560100表64 電解液中各元素的含量物 料名 稱物料量CuAsNiAuAgt/a%%%%%裝入 陽極314402合 計產(chǎn) 出電解銅260000殘極銅陽極泥1560電解液損失及計算誤差合計電解過程中電解液的熱損失有：電解槽液面水蒸氣的熱損失；電解槽液面的輻射和對流的熱損失；電解槽壁輻射和對流熱損失；管道內(nèi)溶液的熱損失。電解過程中的熱收入有：電流通過電解所產(chǎn)生的熱量。根據(jù)前面銅電解精煉槽計算的數(shù)據(jù)進行熱平衡計算：以下為原始數(shù)據(jù)：電解槽內(nèi)尺寸：700011101330（mm）電解槽外尺寸：720013501450（mm）電解槽數(shù)：1000個電流強度：30000A槽電壓：電解液溫度：600C電解車間室溫：240C電解槽外壁的溫度：350C電解循環(huán)速度：20L/(min槽) 普通電解槽總液（含電極）表面積：F=1000=7770m2(m2﹒h)。Q1=7770=（KJ/h）表65 不同溫度時電解槽的水分蒸發(fā)量（kg/m2h）室溫/℃相對濕度/%電解液溫度（）5055576065228024702665根據(jù)傅立葉公式： Q 2=KF(t1t2) (61)式中：Q 2——電解槽液面的輻射與對流熱損失（KJ/kg）；K——輻射與對流聯(lián)合給熱系數(shù)（KJ/m2h0C）， KJ/m2h0C；F——傳熱表面（m2）；t1——電解液溫度（0C）；t2——車間空氣溫度（0C）；Q 2=7770（6024）=11006982（kJ/h）（1）普通電解槽槽壁總面積：F=1000（+2+2）=34515（m2）（2）根據(jù)傅立葉公式： Q 3=KF(t1t2) (62)式中：t1——為槽壁溫度，取350Ct2——為車間溫度，取240CK——對鋼筋混凝土槽壁kJ/（m2h0C），Q 3=34515（3524）=（kJ/h）(1）電解液的循環(huán)量：25601000103=1200m3/h(2）管道內(nèi)溶液的熱損失：可用下列公式計算： Q 4=QrCp△t (63)式中：Q 4 ——管道內(nèi)溶液熱損失（kJ/h）；Q——電解液循環(huán)量（L/h）；r——電解液密度（kg/L），；Cp——電解液比熱（kJ/㎏0C），；△t——電解液在管道內(nèi)溫度降（0C），△t根據(jù)車間規(guī)模大小取2～40C，大車間取上限，小車間取下限。本次設計取30C。Q 4=120012503=15435000(kJ/h)可用以下公式計算：Q=1 (64)式中：Q——電流通過電解液產(chǎn)生的熱量（kJ/h）；I——電流強度（A）；E——消耗于克服電解液阻力的槽電壓（V）；約為槽電壓的50%；t——時間（s），t取3600；N——電解槽數(shù)。Q=3000036001000103=16184124（kJ/h）Q 1+ Q 2+ Q 3+ Q 4Q=+11006982++1543500016184124=(kJ/h)表66 銅電解精煉槽熱平衡表熱收入kJ/h%電流通過電解液產(chǎn)生的熱量16184124加熱器補充的熱量合計100電解槽液面水蒸發(fā)的熱損失電解槽液面輻射與對流的熱損失11006982電解槽壁輻射與對流的熱損失管道內(nèi)溶液的熱損失15435000合計100凈液量是根據(jù)陽極銅成分，各種雜質(zhì)進入電解液的百分數(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行計算。送去凈化的電解液量，應保證電解液用水稀釋至原有體積時，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，那么就達到了這個目的。有以下原始數(shù)據(jù)：規(guī)模為年產(chǎn)電解銅260000噸，%，%，%,%,%。，在凈化過程中砷、銻、鉍的脫除率均為85%，鎳的脫除率為75%。表57 各種元素在電解液中的允許含量元素CuNiAsSbBi含量50207凈液量的計算公式如下： (65)式中：m—溶解100㎏陽極該元素進入溶液的數(shù)量，㎏；c—元素允許的極限濃度，g/l；k—元素在整個凈化過程中的脫除率，%。在本設計中取按主要元素分別計算凈液量如下： 從計算結果看，需凈量最大的元素是銅，其次是鎳。銅的脫除采用在電解工序電解槽中增加不溶陽極的方法脫除，故凈液量以鎳元素所需的量計算取33000m3/a。按33000m3/a的凈液量推算出電解液的實際成分為（%）：Cu 50；Ni ；As 3；Sb ；Bi ；H2SO4 180。假設以下數(shù)據(jù)及條件進行計算：中和終液含Cu 120g/L中和過程溶液體縮率：70%加入銅料的品味 %硫酸銅平均結晶率 60%硫酸銅含銅 %一次結晶液體縮率 81%硫酸銅結晶洗水返回中和系統(tǒng)，銅回收率：98%；計算銅料加入量結晶洗水體積先取1388m3/a計算，成分根據(jù)經(jīng)驗取Cu40g/L，H2SO450g/L,則進中和過程的混合溶液成分：Cu=3300050+13884033000+1388=(g/L)HSO=33000180+13884033000+1388=(g/L)加入銅料量（按純銅）Q