【導(dǎo)讀】產(chǎn)16萬噸電解車間。查閱一些有關(guān)車間設(shè)計以及冶金方面的資料。要設(shè)備的選擇與計算；車間環(huán)保與三廢處理、技術(shù)經(jīng)濟的簡要分析。；繪制車間平面配置和立面配置圖、設(shè)備連接圖，1．寫實習(xí)報告一份。2．用CAD繪制設(shè)備圖和至少一張手工圖紙。3．完成設(shè)計說明書一篇。4．翻譯外文資料一篇。[9]邱棟良.冶金起重機選用指南[J].底，我國銅礦查明資源儲量7048萬噸，其中，基礎(chǔ)儲量3070萬噸，占%。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，中國銅精礦產(chǎn)量2020年為。月份累計銅精礦產(chǎn)量萬噸，去年同期為萬噸，產(chǎn)量同比增加%。現(xiàn)今銅電解精煉的方法主要有傳統(tǒng)法和ISA法電解精煉。市場上包括倫敦金屬交易所，對電銅質(zhì)量要求愈來愈高。準(zhǔn)及國際標(biāo)準(zhǔn)ISO已不能全面反映電銅質(zhì)量特性。構(gòu)與陽極鈍化有著十分密切的關(guān)系，并受電解條件的制約。目前開采化學(xué)成份復(fù)。對ISA電解精煉了解更加的更加深刻，對生產(chǎn)的流程、工作條件、注意事項、應(yīng)急措施、不足之處等都有了新的認識。

　　

【正文】 （ 3）陰極周期短，銅的積壓量少，加快資金周轉(zhuǎn)。 （ 4）機械化程度高，操作人員少。 （ 5）采用較高的電流密度（ 320A/m2）和較小的極距（ 105mm）進行生產(chǎn)，單位面積產(chǎn)能高，因此，電解槽數(shù)、廠房面積及防腐面積比傳統(tǒng)電解法少 30%左右，配套設(shè)備也少。 （ 6）電銅單塊 質(zhì)量 輕，相同重量 ISA 銅表面積是傳統(tǒng)法的 3 倍，加大了表面粘附雜質(zhì)對銅質(zhì)量的影響。 由于使用不銹鋼永久陰極，且機械化程度高，因此一次性投資較大。 ISA 法電解由于電流密度高，極距小，從而可以減少電解槽數(shù)量和廠房面積。但是永久性不銹鋼陰極價格昂貴，一次性投資大。因此總的基建投資將略高于常規(guī)電解的投資。 永久性不銹鋼陰極的極板用 316L 不銹鋼板制作，厚度 ，其表面粗糙度為 2B。用 304 不銹鋼異型鋼管焊接在鋼板上，然后鍍上 厚的銅，代替?zhèn)鹘y(tǒng)電解法的陰極導(dǎo)電棒，起到吊掛陰極并導(dǎo)電的作用。不銹鋼表面有一層永久性的很薄的氧化層，可以很好地解決沉積銅的粘附性和剝離性之間的矛盾。既能使沉積的電銅不會從陰極上掉落于電解槽內(nèi)，又可以容易地從陰極上剝離下來。 不銹鋼板的兩個側(cè)邊用聚氯乙稀的擠壓件包邊，并用高熔點的蠟密封其間的縫隙。不銹鋼板的底邊則用高熔點蠟蘸邊。 從永久陰極上剝?nèi)‰娊忏~，日本三井金屬礦業(yè) 公司 MESCO 公司開發(fā)了專門用于 ISA 法電解的陰極剝離機組。其功能包括受板、洗滌、剝片、電解銅堆垛、稱重、打字、捆包、陰極側(cè)邊噴蠟，陰極底邊蘸蠟，陰極排板等。 ISA電解法自 1979 年首次在澳大利亞湯斯維爾 PTY精練有限公司用于工業(yè)生產(chǎn)以來，發(fā)展甚快，目前已在 30 余家工廠推廣應(yīng)用。其約有 1/3 的工廠用于電解精煉， 2/3 的工廠用于電解沉積。表 32 為 ISA 電解精煉工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)。 xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 表 33 ISA電解精煉工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù) 工廠名稱 澳大利亞湯斯維 爾公司 美國銅山公司白 松冶煉廠 奧地利布利赫勒 格冶煉廠 德國北德精煉 公司 精煉能力 /kt178。 a1 192 50 50 320 電解槽數(shù)量 /個 1024 278 156 1080 每槽陽極數(shù) 44 57 57 57 陽極重量 /Kg 315 285 280 350 陽極壽命 /d 21 21 14 22 每槽陰極數(shù) 43 56 56 56 陰極周期 /d 7 7 7 6～ 8 陰極重量 /kg 432 422 552 502 極距 /mm 95 99 100 95 電流密度 /A178。 m2 260 226 304 315 電流效率 /% 95 94～ 96 96 98 槽電壓 /mV 260～ 320 300～ 400 350 330 殘極率 /% 18 14 18 12～ 16 電耗 /kwh178。 t1 Cu 290 321 330 300 鑒于上述所說，可以得出以下結(jié)論： （ 1） ISA 法電解比傳統(tǒng)法電解工藝流程簡化，生產(chǎn)環(huán)節(jié)少，手工操作少，便于生產(chǎn)管理。 （ 2） ISA 法電解可以采用較高的電流密度和較小的極距進行生產(chǎn)，單位面積產(chǎn)能高，廠房面積占地小、電解槽數(shù)少、防腐面積少，配套設(shè)備也少。 （ 3）在低雜質(zhì)情況下， ISA 法陰極銅的質(zhì)量更具優(yōu)越性。 （ 4）在高雜質(zhì)情況下，夾邊條上會粘附具有導(dǎo)電性能的結(jié)垢，造成陰極銅邊緣長粒子，對陰極銅的整體質(zhì)量影響較大。但高雜質(zhì)情況下老電解陰極銅的板面質(zhì)量也難控制，板面粒子多。 （ 5）兩種工藝生產(chǎn)運行成本基本相當(dāng)。 ISA 法綜合能耗低、維修費低、人員少，但絕緣邊消耗量大備件費用高。 （ 6） ISA 法電解金屬在制品占用率低。 故在本次設(shè)計當(dāng)中我選用 ISA 電解精煉法生產(chǎn)陰極銅。 xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 ISA 電解精煉工藝流程圖 圖 33是 ISA 電解精煉工藝流程 圖 33 ISA電解精煉工藝流程 凈液工序的流程選擇與論證 在銅電解過程中，電解液中銅和雜質(zhì)含量逐漸增加，添加劑含量不斷積累，而硫酸的含量則逐漸減少，從而使電解液成分偏離所需的條件控制范圍。所以必須定時定量地抽取電解液進行凈化處理，并用等量的新液替換，調(diào)整電解液組成；同時也回收有價金屬雜質(zhì)。常規(guī)凈化方法 【 3】 有：（ 1）加銅中和或直接濃縮法生xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 產(chǎn)硫酸銅；（ 2）電解沉積法；（ 3）中和、濃縮生產(chǎn)硫酸銅，電解法除 As、 Sb，冷凍結(jié)晶生產(chǎn)硫酸鎳；（ 4）高酸結(jié)晶法生產(chǎn)硫酸銅，電解除 As、 Sb、 Bi，電熱蒸發(fā)生產(chǎn)粗硫酸鎳。一般需大量生產(chǎn)硫酸銅時用（ 1）、（ 2）和（ 3）；不需大量生產(chǎn)時，可用（ 4），小廠以（ 2）法為宜。新的凈化方法有：（ 1）滲析法（陰離子交換膜）；（ 2）萃取法；（ 3）共沉淀法：（ 4）氧化法除 As、 Sb、 Bi。 圖 34 為目前凈液主要 流程 。 圖 34 凈液 流程 凈化主要工序 （ 1）硫酸銅工序 它是用銅粉中和電解液中的硫酸以產(chǎn)出硫酸銅： 2 4 2 4 212C u H S O O C u S O H O+ + = + 其工藝流程圖為圖 35。 圖 35 硫酸銅工序 蒸發(fā)：通過對電解液不斷加熱，提高其中的銅、酸、及其它雜質(zhì)濃度，為下面的工序創(chuàng)造必需的條件。本設(shè)計使用真空蒸發(fā)法，在真空狀態(tài)下，電解液的沸點降低到 80℃ 左右，電解液經(jīng)加熱裝置不斷加熱至沸騰，蒸發(fā)掉其中的水分，xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 當(dāng)電解液的比重達到要求，液即放出。使用兩臺蒸發(fā)器串連，蒸發(fā)器進出液流量均采用自動化儀表控制，保持進液、出液連續(xù)不間斷。 結(jié)晶：使硫酸銅從蒸發(fā)后液中析出，得到固液混合形態(tài)的結(jié)晶后液，為下道工序－過濾創(chuàng)造條件。根據(jù)溶解度原理：溫度越低硫酸銅溶解度越小。將蒸發(fā)后液冷卻到 40℃ 以下，硫酸銅以結(jié)晶形態(tài)析出 過濾：將 結(jié)晶態(tài)硫酸銅從溶液中分離出來，獲得濾液作為脫銅電解的原料 。本設(shè)計使用真空過濾，在濾布下方通過真空泵產(chǎn)生負壓來實現(xiàn)固液分離。 （ 2）脫銅電解工序 硫酸銅結(jié)晶后的母液用不溶陽極電積產(chǎn)出黑銅粉。同時也再生了硫酸。 4 2 2 4 212C u S O H O H S O C u O+ = + + 至電解后期， Cu2+低至 8g/L 下時，砷、銻、鉍與銅一起放電得含砷黑銅，并有大量氫放出。黑銅可返回到火法精煉中處理。 其工藝流程圖為圖 36。 圖 36 脫銅電解工序 （ 3）生產(chǎn)粗硫酸鎳 脫銅和脫砷銻鉍的母液含有 40～ 50g/L Ni 和約 300g/L H2SO4，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮使 NiSO4 達飽和，然后冷卻結(jié)晶分離。結(jié)晶后液含 7～ 10g/L Ni 和約 400g/L H2SO4，若雜質(zhì)含量低時，可將其加熱和過濾，然后返回電解車間使用；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。脫銅后的溶液生產(chǎn)粗硫酸鎳結(jié)晶，可選用蒸發(fā)濃縮法或冷凍結(jié)晶法，蒸發(fā)濃縮法鎳的脫除率高，但硫酸損失大，勞動條件差，一般適用于規(guī)模小的工廠；冷凍結(jié)晶法無廢氣排放，但投資較大，適于規(guī)模大的工廠選用。本設(shè)計采用冷凍結(jié)晶法生產(chǎn)硫酸鎳。 xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 . 凈液 工藝流程圖 圖 37為凈液流程圖 圖 37 凈液 工藝流程 xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 第四章 銅電解精煉技術(shù)條件的選擇與論證 電解液的組成 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，但必須同事對陽極及電解液純度提出較高的要求，操作的電流密度也不能過高，以免影響陰極銅質(zhì)量，因此硫酸的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，因此硫酸的含量不宜大于230g/L。當(dāng)陽極和電解液純度較低時，硫酸含量還應(yīng)適當(dāng)降低。生產(chǎn)實踐表明，電解液中有害雜質(zhì)允許含量列于表 41。 表 41 銅電解液中有害雜質(zhì)允許含量 /% 元素 Ni As Fe Sb Bi 含量 15 5 5 陽 極板規(guī)格 （ 1） 陽極板尺寸： 長： 1000177。10mm 寬： 970177。10mm(板面 ) 1300177。10mm(耳部 ) 厚： 48177。5mm(板面 ) 毛刺、飛邊 ≤ 10mm 耳部歪斜 ≤ 177。10mm 鼓泡高度 ≤ 10mm 頂針凹陷、凸起 ≤ 10mm （ 2） 陽極板單重： 360kg(重量可以按電解需要進行調(diào)整 ) 陽極下槽后可用熱酸將其表面粉末狀氧化銅洗凈，尤其是放置時間過長、表面發(fā)黑的陽極板，在裝槽時需用熱酸沖洗。 添加劑 為了獲得致密、平整的陰極銅，在電解過程中了除嚴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：骨膠、硫脲、干酪素和鹽酸等；其作用分別如下： （ 1）骨膠。動物膠是銅電解精煉過程中的主要添加劑，它能細化結(jié)晶，改善陰極表面的物理狀態(tài)，一般加入量為 25～ 50 g/t Cu，加入量過多時，電解液的電阻增大，陰極銅分層、質(zhì)脆。本設(shè)計中骨膠用量為 50 t/a。 （ 2）硫脲。硫脲是一種表面活性物質(zhì)，單獨使用時作用不明顯，通常與動物膠混合使用，能促使陰極銅表面細化、光滑、質(zhì)地 致密。硫脲一般加入量為xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 20～ 50 g/t Cu。本設(shè)計中硫脲用量為 t/a。 （ 3）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～ 40 g/t Cu。本設(shè)計中干酪素用量為 t/a。 （ 4）鹽酸。加入鹽酸用來維護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、銀離子生產(chǎn)沉淀，同時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，陰極上會產(chǎn)生針狀結(jié)晶。本設(shè)計中鹽酸用量為 16 t/a。 電解液溫度 提高電解液溫度能增加銅離子、硫酸根離子的擴散速度。減少極化。電解液的導(dǎo)電率隨溫度升高而增大，溶液溫度升高，槽電壓下降，對降低電能消耗有利。但溶液溫度過高，會使蒸汽消耗量增大，車間酸霧增多。操作環(huán)境惡化。所以電解液溫度一般控制在 58～ 62℃為宜，當(dāng)采用 300 A/m2以上的電流密度操作時電解液溫度還可以適當(dāng)提高至 63～ 65℃ 。 本設(shè)計中電解液溫度為 60℃ 。 電解液循環(huán) 在電解進行過程中電解液按一定速度不停地經(jīng)電解槽流過的方法和形式。電解液之所以需要循環(huán)，是為了使其槽內(nèi)組成和溫度均一，減小電極界面擴散層厚度；而在槽外補充電解質(zhì)和添加劑，進行加熱或冷卻，沉淀雜質(zhì)離子和懸浮固體微粒等。選擇正確的電解液循環(huán)方式是使陽極溶解均勻，提高陰極沉積質(zhì)量，以及保證其他技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)符合要求的重要措施。電解液的循環(huán)方式有兩種：下進液、上出液和上進液、下出液。上述兩種循環(huán)方式各有優(yōu)缺點。下進液、上出液的循環(huán)方式有利于溶液充分混合。但與陽極泥沉淀方向相反，造成陽極泥沉淀困難。在高電流密度電解場合， 由于存在嚴重濃差極化傾向，必須更強烈而均勻地攪拌電解液。上進液、下除液的循環(huán)方式對陽極泥沉淀有利，但電解液上下層濃差較大。本設(shè)計屬于大型電解槽、極間距小及電流密度較高，因此采用下進液、上出液的循環(huán)方式（圖 41）。 該 循環(huán)方式不僅有利于陰極附近離子的擴散，降低濃差極化，而且減少了對陽極泥的沖擊和攪拌。此外，中間進液，一端出液，有利于電解液濃度、溫度以及添加劑的均勻分布，有利于陰極質(zhì)量。此方法能仿止陽極泥上浮循環(huán)量主要決定于操作電流密度，當(dāng)操作電流密度高時，必須采用較大的循環(huán)量以減少濃差極化。循環(huán)量一般為 30～ 35L/(min槽 )。本設(shè)計槽循環(huán)量為 30 L/(min槽 )。 xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 41 下進液、上出液的循環(huán)方式 電流密度 提高電流密度是增產(chǎn)挖潛的好辦法。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。此外，損失于陰極銅上的貴金屬也有相應(yīng)增加。因此，一般宜采用 220～ 270A/m2。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～ 350A/m2電流密度進行生產(chǎn)，在加強管理的情況下，也能產(chǎn)出合格的陰極銅。表 42 為某廠電流密度、電流效率和電能消耗的實測數(shù)據(jù)。本設(shè)計電流密度為 320A/m2。 表 42 電流密度、電流效率和電能消耗的實測數(shù)據(jù) 年份 1965 1966 197