【導讀】本設計的任務是設計一個年產萬t的ISA法銅電解精煉車間。通過綜合考慮交通、氣象、地理、供水、供電、原料供應等多方面的因素，確定了建廠地址。通過查閱文獻了解ISA法電解銅的諸多優(yōu)點，并根據(jù)已經確。定的條件，進行了電解過程的物料平衡、熱量平衡和電解液凈化的有關計算。進行了主要設備的計算和選型。然后，由前面得出的結論繪出了車間的設備連接。圖及車間平面布置圖。在對車間生產的污染源作出分析后，給出了三廢處理、勞。動衛(wèi)生與安全的具體解決方案。師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。

　　

【正文】 MIM 股份公司決定將這項技術命名為“ ISA法”。 ISA 法不銹鋼陰極詳細圖解見圖 22。 中南大學本科生畢業(yè)設計 第二章 文獻綜述 14 圖 22 ISA 不銹鋼陰極的結構 [11] ISA 法的陰極由母板、導電棒以及絕緣邊三部分組成。母板由 316L 不銹鋼制造，極板厚度 3~，以 居多，極板底邊為 V 形，表面光潔度為 2B（ ~ m）。導電棒由兩種： ① 導電棒界面為中空長方形，兩端封閉，材質為 304L 不銹鋼，與槽間導電板接觸的底邊被加工成圓弧 形，焊接在陰極母板上，并鍍上銅，鍍層厚度為 ~，以 為最佳，鍍層覆蓋全部焊縫，并延伸至陰極板面，使導電棒由良好的導電性和延伸性； ② 導電棒為 304L 不銹鋼擠壓成工字形，并將工字形底邊改成圓弧形，底邊圓弧半徑 80mm（另有一種為50mm），鍍銅層后 。上述兩種導電棒的陰極板在電解槽中會自然垂直，而與槽間導電排呈線性接觸，底邊和導電棒中心線誤差不超過 5mm，緊靠導電棒在陰極板面開有兩個方形窗口，供陰極起吊時吊鉤用。 [11] 中南大學本科生畢業(yè)設計 第二章 文獻綜述 15 隨后在 1986年加拿大鷹橋公 司的 Kidd Creek冶煉廠也開發(fā)了另一種不銹鋼陰極，稱為 Kidd 法 [11]。 Kidd 法不銹鋼陰極的詳細結構如圖 23所示。 圖 23 Kidd 法不銹鋼陰極 [11] 該陰極板也由母板、導電棒和絕緣邊撒把部分組成。母板材料為 316L 不銹鋼板，厚度為 ，表面光潔度為 2B，導電棒為純銅棒，與不銹鋼陰極之間用雙面連續(xù)焊接，導電性比 ISA 法更好。 Kidd 法不銹鋼陰極的底邊開有 90176。 的V 形槽，入槽前底邊不蘸蠟。所以 Kidd 法工藝剝離下的兩塊銅底邊呈 W形相連，目的是捆扎時可以壓緊。 兩種工藝開發(fā)背景都 是為了尋求平直的、垂直度好的陰極，從而消除因為始極片彎曲不平給產品質量帶來的影響。雖然對始極片進行壓紋處理也能在一定程度上提高陰極平直度和垂直度，但效果都不太理想。最終用不銹鋼陰極，成功代替了傳統(tǒng)工藝使用的銅始極片。雖然兩種永久陰極電解技術有所不同，但由于共同的有點使得它們在世界上的銅電解精煉廠和浸出 萃取 電積工廠中得到了迅速的推廣。 199520xx 年 ISA 電解技術進展 ISA 法銅電解新工藝自其投入工業(yè)化大生產開始，工藝本身的不斷完善進步和圍繞用戶的需求、降低生產成本的腳步從未停止過。 中南大學本科生畢業(yè)設計 第二章 文獻綜述 16 1） ISA20xx 的開發(fā)應用 ISA 工藝為達到一塊陰極上的兩塊銅分離的目的，開始用的是底邊涂蠟技術；但涂蠟技術較難掌握，蠟很容易黏附到陰極銅邊緣、進入電解液循環(huán)系統(tǒng)從而使得廠房很臟，因此在 1999 年，澳大利亞的 Townsville 的 CRL 工廠通過改進陰極底邊開 V形槽和在剝片機組增設兩塊相連的銅從底部拉開的功能，使得陰極銅仍是單塊。這一方法被命名為 ISA20xx[11,16,24]。 ISA20xx最先于 20xx年 1月由美國 Phelps Dodge公司位于 Morenci的 Stargo銅電積工廠成功應用， 20xx 年 12 月 日本的日立工廠（ Hitachi RefineryNippon Miningamp。Metals .） 第一個將 ISA20xx 用于銅電解精煉；江銅貴溪冶煉廠比日立工廠晚投產一個半月，應用的也是 ISA20xx 工藝。印度 Stertlite 工業(yè)有限公司現(xiàn)有 18萬 t 的生產能力， 20xx 年采用了 ISA 法涂蠟工藝。 ISA20xx 的技術核心是：陰極板底邊采用 V 形槽結構，使得在陰極板底部的沉積銅形成電積弱區(qū)，便于陰極板兩側的銅分開 [11]。 2） 不銹鋼陰極的改進 (1)超達公司 AB 型陰極板 日本東予冶煉廠第二電解車間 和我國貴溪冶煉廠及日金礦日立工廠引進的是無蠟 ISA 工藝，于 20xx 年 5月 18 日開始 30 槽的通電試生產， 20xx 年 5 月 26日產出第一批陰極銅。它采用了切除不銹鋼陰極的下端兩拐角的方式（通稱 AB方式）的超達公司 AB 型陰極板， AB 型陰極是世界上首次引進使用的新技術，具有如下特點： ① 由于下端兩直角部被切除，正反兩面的電銅從端部拉裂，易于分離，陰極板在底角上有一小倒角作為其實的剝離點，將因為整流器的停電形成的陰極銅分層對影響剝離性能的影響降到最低。 ② 由 于輸送機直接與陰極板的下邊接觸，無須底邊端蓋。 ③ 取消壓邊條的底部插銷，不會產生底部插頭結瘤后插銷失效。 ④ 由于不沖擊絕緣邊，故絕緣變得損傷也小。 (2)超達公司 BRTM型板 將導電棒鍍銅層延伸到陰極板起吊窗口底部，陰極板電阻減少了 40%~50%（相當于整個節(jié)約了 2%~3%的電能），是目前市場電阻最低的陰極板。 (3)奧托昆普板 絕緣邊采用了機械注塑方式，希望延長使用壽命；導電棒不需鍍銅，用不銹鋼包住銅棒，導電棒與板面一體。 3）陰極絕緣邊的改進 陰極板絕緣邊在使用初期一般都沒有問題，但隨著時間的推移，理化性能開中南大學本科生畢業(yè)設計 第二章 文獻綜述 17 始惡化并變脆。劇院便與陰極板之間的密封逐漸失效，銅開始在縫隙內長大，剝離時絕緣邊的側緣就會從絕緣邊的主體上剝裂開來。因此，絕緣邊壽命只有半年到一年半。自 ISA 技術問世以來，為提高陰極絕緣邊壽命的努力就從未間斷過。使用過的絕緣邊材料包括有 cPVC、 aPVC、 PP、 mPPO 和 ABS 等。 4）增加單塊 ISA 陰極銅的重量 (1)20xx 年 ，澳大利亞 Olympic Dam 銅精煉廠根據(jù)客戶的要求開始對增加陰極銅單重進行了工藝調整，先是采用提高陽極重量和電 流密度的方式提高陰極銅的重量，然而客戶仍不滿意； 20xx 年 6 月采取了改變陰極銅周期的方式，由原來一個陽極周期對應三個陰極周期改為對應兩個周期，電流密度由 305A/m2提高到 315 A/m2。陰極銅單重由 55kg 增加到 75kg。這樣既滿足了客戶的要求，又獲得了很好的作業(yè)效率，作業(yè)率為 %，殘極率為 14%~15%；減少了設備的負荷和維修量。 (2)日本的日立公司目前的電流密度是 270 A/m2，陰極周期 10d，陰極銅單重 73kg，他們準備在 20xx 年將電流密度由現(xiàn)在的 270 A/m2提高到 310 A/m2，為保證陰極銅的質量，陰極周期有 10 天縮短到 9 天，生產能力將從 18 萬 t/a 提高到 21 萬 t/a。 ISA 法與傳統(tǒng)工藝的比較 ISA 法和 Kidd 法兩種工藝雖然在不銹鋼陰極的結構上有所不同，工藝指標方面有差別（如表 26所示）。 與傳統(tǒng)工藝相比它們有相同的優(yōu)點 [11,16,25]： (1)電流密度 大 、極距小 由于不銹鋼陰極表面光潔、平直、懸垂度好，不易造成短路，故可以采用較小的極間距和較高的電流密度。傳統(tǒng)的大極板法的電流密度一般在 220~270 A/m2，同極距為 100~120mm；而目前 ISA 法工廠的電流密度一般 在 300~330 A/m2，同極距為 90~100mm。 Kidd 法工廠的電流密度一般在 240~295 A/m2，同極距為84~105mm(Kidd Creek 廠的陽極厚度 ，同極距 84mm，陰陽極同周期 )。與傳統(tǒng)大極板法相比，在相同規(guī)格的電解槽中 ISA 法陰極裝入片數(shù)可增加 10%，在相同的電流密度下使得電解槽的生產能力提高了 10%。 (2)陰極周期短、產品質量高 永久陰極法一般采用較短的陰極周期，特別是 ISA 法，陰極周期多為 6~8天，是陽極周期的 1/3。短周期使電解過程中電極短路和長粒子的情況大為改善，有利 于提高陰極銅的質量。而傳統(tǒng)電解法的陰極周期多為 10~14 天。根據(jù)生產實踐，傳統(tǒng)電解法 8天后的陰極周期后半期，陰極銅表面長粒子的情況加劇，雜質含量也相應的增加。 中南大學本科生畢業(yè)設計 第二章 文獻綜述 18 始極片做陰極所生產的陰極銅，因有兩個吊耳，在陰極洗滌過程中往往不易將吊耳鉚接處清洗干凈，造成陰極銅表面含有硫酸和硫酸銅，存放一定的時間后表面變黑，從而影響產品的質量。永久陰極法生產的陰極銅無吊耳，易清洗干凈，產品物理規(guī)格良好。 (3)殘極率低 由于不銹鋼陰極平直，電力線分布均勻，不易短路，所以陽極溶解比較均勻，不會在電解后期形成大洞或斷裂掉入槽內， ISA 法殘極率可以降低到 12%~16%，減少了殘極處理費用。 (4)蒸汽消耗量低 傳統(tǒng)電解法每噸陰極銅的平均蒸汽消耗量在 左右，永久陰極法平均蒸汽消耗量在 以下，這主要是由于電流密度高，產生的焦耳熱多；另外槽面覆蓋好，電解槽數(shù)量也減少了熱量損失。 (5)流程簡單、自動化程度高、操作人員少 由于永久陰極不銹鋼可以重復使用，生產流程中省去了種板電解槽系統(tǒng)（包括種板電解槽、直流電源、電解液循環(huán)、種板剝離等）及始極片加工制作系統(tǒng)（包括剪切設備、始極片裝配設備、導電棒儲運設備等），流程簡化、生產環(huán)節(jié)減少，既 便于生產管理，同時又使大幅度減少生產人員成為可能。據(jù)一些工廠統(tǒng)計，由 表 26 永久陰極法和傳統(tǒng)大板陰極法技術指標對比表 [11] 永久陰極法 傳統(tǒng)大極板法 技術指標 Norddeutsche Affinerie AG 格魯波冶煉廠 國內某廠 精煉廠（ ISA 法） （ Kidd 法） 生產能力 /(萬 t/a) 15 陽極板尺寸 /mm 90595054 940957 96010002 陰極板尺寸 /mm 975955 10701180 10001020 同極中心距 /mm 95 105 105 電流密度 /(A/m2) 330 295 240 電解槽尺寸 /mm 560111501435 524611681460 566011701400 每槽陽極數(shù) /塊 57 58 50 中南大學本科生畢業(yè)設計 第二章 文獻綜述 19 續(xù)表 永久陰極法 傳統(tǒng)大極板法 技術指標 Norddeutsche Affinerie AG 格魯波冶煉廠 國內某廠 精煉廠（ ISA 法） （ Kidd 法） 每槽陰極數(shù) /塊 56 57 51 陽極周期 /d 22 20 24 陰極周期 /d 6~8 10 12 殘極率 /% 12 15 20 槽電壓 /V 電流效率 /% 97~98 99 96 蒸汽單耗 /[tt1銅 ] 直流電單耗 /[kwht1銅 ] 290~300 362 260 總交流電耗 /[kwh183