【導(dǎo)讀】要設(shè)備的選擇與計(jì)算；車間環(huán)保與三廢處理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的簡要分析。；繪制車間平面配置和立面配置圖、設(shè)備連接圖，1．寫實(shí)習(xí)報(bào)告一份。2．用CAD繪制設(shè)備圖和至少一張手工圖紙。3．完成設(shè)計(jì)說明書一篇。4．翻譯外文資料一篇。[11]邱棟良.冶金起重機(jī)選用指南[J].變化．其過程主要包括陽極加工，始極片制作、電解、凈液及陽極泥處理等工序。能耗和人工消耗等方面，取得了進(jìn)步。研制成功并投入生產(chǎn)，稱之為艾薩（ＩＳＡ）電解法。隨后在１９８６年，加拿。目前還有奧圖泰，三并也。在研究開發(fā)和推廣該項(xiàng)技術(shù)。著的優(yōu)越性，從其問世伊始，就引起了銅冶金行業(yè)的巨大關(guān)注。全球使用該項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)的銅量接近５０％：近年來中國永久不銹鋼陰極技。萬ｔ，大部分電解仍然采用傳統(tǒng)電解。提高產(chǎn)能以適應(yīng)消費(fèi)需求已成為一種趨勢，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提高技術(shù)裝備水平符合這種趨勢。爾沃特公司創(chuàng)新ＭＥＴＲＯ理念。用率，勞動生產(chǎn)率。，例如上網(wǎng)和圖書館查詢，

　　

【正文】 ： (1) 正電性金屬和以化合物存在的元素，金銀和鉑族金屬為正電性金屬。它們不進(jìn)行電化學(xué)溶解而落入槽底。陰極銅中含有這些金屬使由于陽極泥機(jī)械夾帶來的結(jié)果。 Ag2SO4 可溶于電解液中，但當(dāng)加入少量氯離子（ HCl）時(shí)則形成 AgCl進(jìn)入陽極泥。 氧、硫、硒、碲、為穩(wěn)定化合物存在的元素。它們以 Cu2S、 Cu2O、 Cu2Te、 Cu2Se、Ag2Se、 Ag2Te 等存在陽極板內(nèi)，電解時(shí)亦進(jìn)入陽極泥中。 (2) 在電解液中形成不溶化合物的鉛和錫，電解時(shí)鉛以 PbSO4沉淀。錫以 Sn2+進(jìn)入電解液后氧化成。 ? ?OHSOSnSOHOSnSOSn 22442244 )(21 ????? 并按 Sn(SO4)+2H2O=Sn(OH)2SO4+H2SO4水解沉淀進(jìn)入陽極泥中。 (3) 負(fù)電性的鎳、鐵、鋅，陽極中的鐵和鋅含量極微，電解時(shí)它們與金屬鎳一道溶入電解液中。一些不溶性化合物如氧化亞鎳和鎳云母會在陽極表面形成不溶薄膜，使槽電壓升高或引起陽極鈍化。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 (4) 電位與銅相近的砷、銻、鉍電解時(shí)，它們可能在陽極上析出。它們還生成極細(xì)的絮狀 SbAsO4和 BiAsO4砷酸鹽，漂浮在電解液中，機(jī)械的粘附在陰極上。其粘附量相當(dāng)于砷銻放電析出的兩倍，而且銻進(jìn)入陰極的數(shù)量比砷大，因此銻的危害更為突出。 電解液需要凈化，以除去它在電解過程中積累的雜質(zhì)。 電解液的凈化 從上面的討論得知，隨著電解過程的進(jìn)行，電解液內(nèi)的銅和負(fù)電性元素逐漸增加，硫酸逐漸減少，添加劑逐漸積累。為此，每天抽出一定量的電解液進(jìn)行凈化處理，同時(shí)補(bǔ)充等量新液，以保持電解液原有的組成范圍。凈化的目的在于回收其中的銅、鈷、鎳，除去有害的砷和銻，以及能使硫酸返回適用。凈化過程的順序如下： (1) 冷凍 結(jié)晶 ， 產(chǎn)出硫酸銅 。 將中和液蒸發(fā)濃縮為高溫（ 80～ 90℃）飽和硫酸銅溶液，冷卻即析出膽礬結(jié)晶。結(jié)晶設(shè)備有帶式水冷連續(xù)結(jié)晶機(jī)和水冷機(jī)械攪拌間歇結(jié)晶機(jī)。 用電積法可直接產(chǎn)出硫酸和銅。 (2) 脫銅和砷銻，結(jié)晶后的母液用不溶陽極電解回收銅和處砷銻： 24224 21 OCuSOHOHCu SO ???? 同時(shí)也再生了硫酸。至電解后期， Cu2+低至 8g/l 下，砷、銻、鉍與銅一起放電得含砷黑銅，并有大量氫放出。黑銅須返回到火法精煉中處理。除砷銻液可用萃取法或化學(xué)法。 (3) 生產(chǎn)粗硫酸鎳，脫銅和脫砷銻的 母液含有 40～ 50g/lNi 和 300g/lH2SO4，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮使 NiSO4達(dá)飽和，然后冷卻結(jié)晶分離。結(jié)晶后液含 7～ 10g/lNi 和約 400g/lH2SO4，若雜質(zhì)含量低時(shí)，可將其加熱和過濾，然后返回電解車間是使用；若含砷銻等雜質(zhì)高，則須再蒸發(fā)濃縮，使其以無水硫酸鹽析出，分離后溶液返回電解車間使用。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第四章 銅電解精煉技術(shù)條件的選擇與論證 銅電解精煉通常包括陽極加工，始極片制作、電解、凈液及陽極泥處理等工序。其一般的生產(chǎn)流程圖如圖 11所示。在改進(jìn)的永久性陰極工藝中，就免去了始極片的制作。 在實(shí)際生產(chǎn)中，首先是在種板槽中用火法精煉產(chǎn)出的陽極銅作為陽極，用純銅板或鈦母板（現(xiàn)在普遍采用鈦母板）作為陽極，通以一定電流密度的直流電，使陽極的銅電化學(xué)溶解，并在母板上析出純銅薄片（稱之為始極片）。將其從母板上剝離下來后，經(jīng)過整平，壓紋，釘耳等加工后即可作為生產(chǎn)槽所用的陰極。然后，在生產(chǎn)槽中，用同樣的陽極板和種板槽生產(chǎn)出來的始極片進(jìn)行電解，產(chǎn)出最終的產(chǎn)品 — 陰極銅（或稱之為電銅）。電解液需要定期定量經(jīng)過凈液系統(tǒng)，以除去電解液中不斷升高的銅離子，并脫除過高的雜質(zhì) Ni2+和砷、銻、鉍等。 電解液的組成 銅電解精煉所用的電解液為硫酸和硫酸銅組成的水溶液。這種溶液導(dǎo)電性好，揮發(fā)性小，且比較穩(wěn)定，使電解過程可以在較高的溫度和酸度下進(jìn)行。另外，硫酸銅的分解電壓較低，砷、銻、鉛等在硫酸溶液中能生成難溶化合物，因而雜質(zhì)對陰極質(zhì)量的影響相對較小，而且貴金屬在硫酸溶液中也能得到較完全的分離。這些都使得以硫酸溶液作為銅電解液，比采用其他溶液如鹽酸溶液、硝酸溶液、銨鹽溶液等具有較大的優(yōu)越性。 電解液為硫酸銅的硫酸溶液，其組成的選擇與陽極成分、電流密度和電解的技術(shù)條件等因素有關(guān)，一般波動在含銅 40～ 50g/L、硫酸 180～ 210g/L。電解液的電阻隨酸度的增加而降低，隨含銅量的增加而升高。為節(jié)約電能，以采用高酸低銅的電解液組成較為有利，但必須同時(shí)對陰極及電解液純度提出較高的要求，操作的電能密度也不能過高，以免影響陰極銅質(zhì)量。電解液中的硫酸含量也不能提得過高，因硫酸銅的溶解度隨著硫酸濃度的增加而降低，因此硫酸的含量最高不宜大于 230g/L。當(dāng)陽極和電解液純度較低時(shí)，硫酸含量還應(yīng)適當(dāng)降低。生產(chǎn)實(shí)踐表明，電解液中有害雜質(zhì)允許含量列于表 41[11]。 表 41 銅電解液中有害雜質(zhì)允許含量（ g/L） 元素 Cu Ni As Sb Bi 含量 50 20 7 本設(shè)計(jì)采用的電解液含 Cu50g/L、 H2SO4180 g/L 、 Ni g/L、 As 3 g/L；江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 Sb g/L、 g/L。 添加劑 為了獲得致密、平整的陰極銅，在電解銅過程中除嚴(yán)格控制各工序的技術(shù)條件外，還應(yīng)加入適量的膠狀物質(zhì)和表面活性物質(zhì)以改善陰極表面。一般采用的添加劑有：動物膠、硫脲、干酪素和鹽酸等，其作用分述如下： 明膠 明膠是電解作業(yè)的主要添加劑之一，其作用是使析出的陰極沉積物細(xì)致光潔，改善陰極表面的物理狀態(tài)。陽極銅雜質(zhì)含量高，且電解電流密度也高，加入量要稍高。 硫脲 硫脲是一種表面活性物質(zhì)，單獨(dú)使用時(shí)作用不明顯，通常與動物膠混合使用，能促使陰極銅表面細(xì)化、光滑、質(zhì)地致密。硫脲一般加入量 20～ 50g/t。 干酪素 干酪素與動物膠混合使用，能抑制陰極表面粒子的生長和改變粒子的形狀等作用。一般用量為 15～ 40g/t。 鹽酸 入鹽酸用來維持電解液中氯離子的含量。電解液中的氯離子可以使溶入電解液中的鉛、銀離子生成沉淀，同時(shí)還可以防止陽極鈍化、防止陰極產(chǎn)生樹枝狀結(jié)晶。但氯離子過多時(shí)，陰極上會產(chǎn)生針狀結(jié)晶。鹽酸的一般用量為 300～500ml/t。 添加劑的加入方法一般是將動物膠、硫脲、干酪素充分溶于水后混合加入電解液回流管進(jìn)入環(huán)槽，鹽酸則單獨(dú)加入回流管或回流槽。 表 42 常用添加劑種類和用量 g/t電銅 種類 明膠 硫脲 干酪素 鹽酸 ml/t電銅 用量 2550 2050 1540 300500 本設(shè)計(jì)采用的添加劑為：骨膠 317kg/d，硫脲 ， 電解液溫度 提高電解液溫度，有利于降低電解液的粘度，使漂浮的陽極泥溶液沉降，增加各種離子的擴(kuò)散速度，減少電解液的電阻，從而提高電解液的導(dǎo)電率、降低電解槽的電壓降，以減少銅電解生產(chǎn)地電能消耗。經(jīng)試驗(yàn)測定，電解液在 550C 時(shí)的導(dǎo)電率幾乎為 250C 時(shí)的 倍；在 50～ 600C 時(shí)，溫度每升高 10C，電解液的電阻減少約為 %。 提高電解液溫度，有利于消除陰極附近銅離子的嚴(yán)重貧化現(xiàn)象，從而使銅在陰極上能均勻地析出，并防止雜質(zhì)在陰極上放電的可能性。目前，一般保持電解液的溫度為 58～ 650C。過高的電解液溫度也會給電解生產(chǎn)帶來不利的方面： 1）隨溫度升高，添加劑明膠和硫脲的分解速度加快，使添加劑的消耗量增江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 加。 2）溫度升高，使電解液中的含銅濃度上升，同時(shí)也加劇了銅在電解液中的化學(xué)溶解，使電解液中的含銅濃度更進(jìn)一步地提高。 3）電解液的蒸發(fā)損失增大，會使車間的勞動條件惡化，同時(shí)增加蒸汽的消耗。 本設(shè)計(jì)采用電解液溫度 600C 電解液循環(huán) 電解液循環(huán)可促使電解液的組成和溫度均勻一致，降低濃度極化，改善陰極銅質(zhì)量。電解液的循環(huán)方式有兩種：下進(jìn)液、上出液和上進(jìn)液、下出液。上述兩種循環(huán)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。下進(jìn)液、上出液的循環(huán)方式有利于溶液充分混合，但與陽極泥沉降方向相反，造成陽極泥沉降困難。上進(jìn)液、下出液的循環(huán)方式對陽極泥沉降有利，但電解液上下層濃度差較大。目前國內(nèi)工廠采用上進(jìn)液、下出液的循環(huán)方式較多。循環(huán)主要決定于操作電流密度，當(dāng)操作電流密度較高時(shí)，必須采用較大的循環(huán)量以減少濃度差極化。循環(huán)量一般為 18～ 25L/min 槽。 本設(shè)計(jì)采用循環(huán) 量 20L/min,，采用的循環(huán)方式是下進(jìn)上出。 電流密度 電流密度一般是指陰極電流密度，即：單位陰極板面積上通過的電流強(qiáng)度。工廠中采用的電流密度單位是 A/m2。 電流密度是銅電解精煉中最重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，也是影響金屬沉積物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的一個(gè)主要因素。提高電流密度是增產(chǎn)挖潛的好辦法。但但隨著電流密度的增大，槽電壓上升，電流效率下降，電能消耗也相應(yīng)增大。槽電壓上升，電流效率下降，電能消耗也相應(yīng)增大。此外，損失于陰極銅中的貴金屬也有相應(yīng)增加。因此，一般以采用 220～ 240 A/m2為宜。近年來，一些工廠為了挖掘生產(chǎn)潛力，在普通電解槽中采用 300～ 350 A/m2電流密度進(jìn)行生產(chǎn)，在加強(qiáng)管理的情況下，也能產(chǎn)出合格的陰極銅。 本設(shè)計(jì)采用電流密度為 230 A/m2 同極中心距 極間距離通常以同名電極之間的距離來表示，即同極中心距。同極中心距對電解過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及電解銅的質(zhì)量，都有很大的影響。同極中心距的確定與極板的尺寸和加工精度等因素有關(guān)。 縮短同極中心距，可以降低電解液電阻，即降低槽電壓和電解銅的直流電耗。表位槽電壓與極距的關(guān)系。由于極間距的縮短，可以增加電解槽內(nèi)的極片數(shù)量，江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 從而提高設(shè)備的生產(chǎn)效率。但是，極距的縮短，會使陽極泥在沉降過程中附著在陰極表面的可能性增加，造成貴金屬損失的增加，并使陰極銅質(zhì)量降低。此外，極距的縮短，也會使極間的短路接觸增多，引起電流效率下降；為了消除短路，必須消耗大量的勞動。因此，極間距的縮短是對陰、陽極板的加工精度和垂直懸掛毒提出了更加嚴(yán)格的要求?？紤]上述因素，一般同極中心距以采用 80～ 110mm為宜。 本設(shè)計(jì)采用同極中心距為 100mm 陽極壽命和陰極周期 陽極壽命根據(jù)電流密度、陽極重量和殘極率來確定，一般在 18～ 21 天內(nèi)選擇。當(dāng)電流密度采用 30A/m2時(shí)，陽極壽命應(yīng)縮短為 12～ 14天。陰極周期與電銅質(zhì)量、電流密度和勞動組織等因素有關(guān)，陰極周期一般為陽極壽命的 1/3。 表 43 槽電壓與極距的關(guān)系 項(xiàng)目 1 2 3 極距 /mm 100 90 100 90 100 90 槽電壓 /mV 320 280 383 329 300 280 本設(shè)計(jì)采用的陽極壽命為 18 天 ，陰極周期為 7 天 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第五章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇與論證 電流效率 電流效率是指銅電解精煉過程中，陰極實(shí)際析出量與理論析出量的百分比。由于陽極溶解時(shí)，小部分的銅以一價(jià)銅離子的形態(tài)進(jìn)入溶液，故按二價(jià)銅來計(jì)算的電流效率一般都比陰極電流效率高 %～ %，因而使電解液中的含銅量不斷增長。影響電流效率的主要因素有： (1)短路 陰、陽極間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(qiáng)電解槽的槽上管理工作，是提高電流密度的關(guān)鍵所在。先進(jìn)的現(xiàn)代工廠安裝有槽電壓的掃描監(jiān)控系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)對極間短路、槽電 壓的異常變化甚至陽極壽命都進(jìn)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(xué)溶解）檢查，國內(nèi)一般都使用手拖式的短路探測器來進(jìn)行探查。國外很多廠家都相繼使用高斯計(jì)、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(jì)來測量單根陰極的電流強(qiáng)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(shè)置計(jì)算機(jī)對整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)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(shè)備實(shí)現(xiàn)自動控制。 (2)漏電 設(shè)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(shí)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(gòu)成了電路，從而產(chǎn)出漏電。為了防止或減少漏電，應(yīng)該加強(qiáng)電解槽間、溶液循環(huán)系統(tǒng)和對地的絕緣。電解槽之間應(yīng)留有足夠的間隙（一般20～ 50mm），加強(qiáng)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(shè)備的絕