【正文】 國(guó)外的 銅冶煉技術(shù)研究單位。易于控制，可以處理復(fù)雜銅精礦并維持穩(wěn)定的銅鐃品位，機(jī)械夾帶煙塵很低，棄渣含銅較低。在投產(chǎn)初期， El Paso冶煉廠和 A~Dco’ s技術(shù)服務(wù)中心對(duì)旋渦爐進(jìn)行了許多改進(jìn)，使其在技術(shù)上更趨合理。Contop煉銅法是由德國(guó) KHD Humtbolt Wedag公司在 80年代末開始研究開發(fā)的煉銅新工藝。即閃速煉銅廠可以用低品位精礦生產(chǎn)球銅或出售或繼續(xù)冶煉成粗銅；也可以用高品位精礦或來自廠內(nèi)外冰銅和精礦混合起來直接生產(chǎn)粗銅。 一步煉銅 1999年澳大利亞奧林匹克壩閃速煉銅廠正式投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了閃速爐高品位 (Cu45％ ～50％ )硫化銅精礦 的一步煉銅，省去了吹煉工藝，這是銅冶煉史上新的里程碑。 90年代前，煉銅技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展主要是在第一步，即熔煉過程；吹煉工藝并無實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，基本上一直在采用 PS轉(zhuǎn)爐吹煉。目前世界上 所有閃速爐基本都實(shí)現(xiàn)了工藝過程計(jì)算機(jī)在線控制， 從而保證了閃速爐生產(chǎn)高質(zhì)量穩(wěn)定運(yùn)行 所以， 閃速爐作業(yè)率明顯高于其它工藝。此外， 由于閃速爐富氧可以在 21％ ～95％ 濃度范圍內(nèi)靈活方便的使用，不僅可以大大降低能源消耗和提高生產(chǎn)能力，而且減少了煙氣量。目前，閃速熔煉工 藝 S的回收率基本達(dá)到 95％以上，優(yōu)于其它冶煉工藝，但尚有 5％的潛力，不少閃速煉銅廠目前正在積極采取有效措施，進(jìn)一步提高 S的回收率，以適應(yīng)未來更加嚴(yán)格的環(huán)保要求。這種能力優(yōu)勢(shì)是任何其它冶煉爐無法比擬的。目前，全世界有閃速爐 36臺(tái)，平均每臺(tái)年生產(chǎn)能力約 17 10 t。同時(shí)，各地的冶 金機(jī)構(gòu)和有關(guān)企業(yè)都在進(jìn)行著深入的研究。 這里電流強(qiáng)度取 10000A，根據(jù)槽電壓組成計(jì)算 E取 ，電解槽數(shù) N=660。管道內(nèi)溶液熱損失可由下式計(jì)算： tq4 ?? PCQ? 式中 Q 電解液循環(huán)量， h/m3 ； ? 電解液密度， kg/ 3m pC 電解液比熱容， )/( CkgkJ o? t? 電解液在循環(huán)管內(nèi)的溫度降， Co Q 可由每個(gè)電解槽的循環(huán)量求得： ?Q 20 63 160 310? =192 3m /h ? 可由下式求出： }][][][][][{100 2 423 tAsFeNiSOHCu ??????? (45) 這里取 [Cu]=4,[ 42SOH ]=185,[Ni]=15,[Fe]=,[As]=,以上單位均為 g/L。 1t 電解液溫度， Co 2t 車間空氣溫度， Co 聯(lián)合給熱系數(shù) K可按下式求出： 4/121214241)tt()100( ???? TTTTK ）（ (44) 式中 1T 和 2T 分別為 1t 和 2t 的絕對(duì)溫度，所以 4/144 25632563 1 0 0252 7 31 0 0632 7 3 ）（）（）（ ????K = kJ/( Co2 hm ?? ) )2563()( ??????q =4506695kJ/h (3)電解槽壁的輻射與對(duì)流損失。 室溫 相對(duì)溫度 電解液溫度 /Co /Co /% 22 80 24 70 26 65 表 46電解槽水分蒸發(fā)量 本設(shè)計(jì)電解槽水分蒸發(fā)量為 ( hm2? )。 電解槽熱平衡計(jì)算 在電解過程中，電解液的熱損失主要包括四部分：電解槽液面水分蒸發(fā)的熱損失；電解液面輻射液對(duì)流的熱損失；電解槽壁的輻射與對(duì)流的熱損失；。 陰陽極間電解液電阻可按下式求出： SR l?? (42) 式中 R陰陽極間電解液的電阻， ? ? 陰陽極間電解液的比電阻， m? l陰陽極極間距離 S電流由陽極到陰極通過的面積 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21頁 、接點(diǎn)和陽極泥降壓。 2電解液壓降。 槽電壓組成計(jì)算 銅電解精煉電解槽的槽電壓一般為 。 按主要元素分別計(jì)算凈液量如下： ?? ????? %9845 10%%) 785( 3CuQ 18645 3m /a ?? ????? %7515 10%%) 785( 3NiQ 5276 3m /a ?? ????? %857 10%63%) 785( 3AsQ 1122 3m /a ?? ????? % 10%25%)( 3SbQ 9386 3m /a 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20頁 ?? ????? % 10%15%) 785( 3BiQ 701 3m /a 從計(jì)算結(jié)果來看，需凈液最大的是銅元素，其次是鎳。 計(jì)算需要以下數(shù)據(jù)生產(chǎn) 60000t 電銅需要 陽極銅，其中殘極量為 。根據(jù)所給陽極成分和確定 個(gè)元素的分配率，計(jì)算出陰極銅的化學(xué)組成。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料，表 41給出了陽極中各元素分配率的范圍。 結(jié)合實(shí)際取 1 A/ 2mm 其截面積可按公式計(jì)算。 導(dǎo)電排通常采用多塊銅板疊成， 每塊 尺寸 100 10mm178。 本設(shè)計(jì)電流效率定位 95% 槽邊導(dǎo)電排、槽間導(dǎo)電板、陰極導(dǎo)棒 槽邊導(dǎo)電排與整流機(jī)供電導(dǎo)線相連，通過的電流為電解槽的總電流。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14頁 電解槽尺寸的確定 電解槽長(zhǎng)度： 設(shè)電解槽兩端各留一定距離 A（一般 A取 100~150mm），則電解槽長(zhǎng)度為： 陽極片數(shù)（或陰極片數(shù)）極距 +2A 38 100+2 100=4000mm 電解槽的寬度： 設(shè)陰極兩側(cè)距槽邊各留一定距離 B(B 一般取 50~55 ㎜，則電解槽寬度為： 陰極長(zhǎng)度 +2B 1020+2 50=1120mm 電解槽的深度： 設(shè)陰極下端距槽底各留一定距離 C（ C一般取 250~300mm），陰極上端距槽底各留一定距離 D（一般 D 取 50~100mm），則電解槽深度為 陰極長(zhǎng)度 +C+D 1020+200+100=1320mm 種 板 槽數(shù) 的確定 銅點(diǎn)解精煉過程所需種板槽數(shù)可按以下式計(jì)算： an2 an cc PABC PNX ?? ???? （ 32） 式中： X—— 種板電解槽數(shù)，個(gè)； N—— 車間電解槽總數(shù)； nc— 一個(gè)商品電解槽的陰極數(shù)； p— 一個(gè)陰極所需始極片量，取 ； a—— 種板周期； A—— 陰極周期； B— 一個(gè)種板電解槽的種板數(shù) ,片 ?????? ????X =57 個(gè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15頁 脫銅槽數(shù)的確定 在銅電解精煉過程中，電解液中的銅離子濃度會(huì)不斷上升。 每槽陽極數(shù)為 +，電解槽兩端放陽極，每槽內(nèi)陽極比陰極多一片、在采用鉛板做槽襯時(shí)，為了防止電解槽兩端結(jié)銅，也可在電解槽兩端結(jié)銅，也可以在電解槽兩端放陰極。 為了避免陰極邊緣生產(chǎn)樹枝狀結(jié)晶，通常陰極尺寸比陽極稍大，寬度大約為 35~55mm。 ????? ?? 10000% 1060000 6N 641 個(gè) 根據(jù)實(shí)際情況取 660 個(gè) 陽極、陰極和種板和始極板與計(jì)算 陽極、陰極和種板的尺寸 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)。兩個(gè)相鄰電解槽之間留 20~30mm 的空隙，用以槽間絕緣。槽底部通常做成一端向另一端或由兩端向中央傾斜，傾斜度 3%，最低處開設(shè)排泥孔，較高處有清槽用的放液孔，分別供刷槽時(shí)排放陽極泥和電解液用。在無保溫措施的條件下，蒸汽單耗一般為 1~；在現(xiàn)代有保 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12頁 溫措施的的銅電解過程中，蒸汽單耗一般為 ~。 蒸汽單位消耗 蒸汽單耗為生產(chǎn)一噸電銅所消耗的蒸汽 量。工廠普通電解槽的槽電壓一般為 ，種板電解槽則稍高一般 為 伏。殘極率低可以減少重熔的費(fèi)用和金屬損失，提高直接回收率；但是，殘極率過低又會(huì)造成槽電壓升高，電能消耗增加，電能效率降低，甚至還會(huì)使殘極碎片跌落槽底，損壞槽襯。 化學(xué)溶解。 影響電流效率的主要因素有： 短路。陰極周期與電流密度、陽極壽命及勞動(dòng)組織等因素有關(guān)，一般為陽極壽命的 1/3. 為獲得致密、平整的陰極銅，始極片必須結(jié)構(gòu)致密，表面光滑。但極距過小會(huì)引起陽極短路及陽極泥對(duì)陰極的污染，使電銅 表面粗糙，貴金屬損失增加。 添加劑對(duì)改善陰極表面質(zhì)量有明顯的作用，但加入量過多會(huì)產(chǎn)生副作用。電解液中的氯離子可使溶入電解液中的銀生成氯化銀沉淀，降低銀的損失。 (3)干酪素。 (2)硫脲。動(dòng)物膠是銅電解精煉過程中的主要添加劑。槽）。電解液循環(huán)量過大，不僅增加動(dòng)力消耗，而且影響電解液中懸浮雜質(zhì)和陽極泥離子的下沉，甚至沖起陽極泥，影響電銅質(zhì)量，增加貴金屬的損失。 電解液循環(huán) 電解液的循環(huán)可使電解液的組成和溫度均勻一致，降低濃差極化，改善陰極銅質(zhì)量。更重要的是，車間酸的蒸發(fā)量增加，使操作環(huán)境惡化。實(shí)驗(yàn)證明，提高電解液的溫度可使電解液粘度大幅度下降，電解液中懸浮的微粒得以沉降，保證不和陰極銅機(jī)械吸附。當(dāng)銅量超過其溶解度時(shí)，或因電解液的溫度下降是，硫酸銅會(huì)從溶液中結(jié)晶析出，從而使電解作業(yè)不能正常進(jìn)行。隨著 陽極的溶解，電解液中的雜質(zhì)不斷積累，雜質(zhì)的積累使硫酸銅的溶解度降低。一般含銅 40~50g/L，含硫酸180~240g/L。 電流密度的大小可根據(jù)具體情況加以確定，電流密度范圍為 200~360A/m2。 電流密度 提高電流密度可以提高電解槽的生產(chǎn)能力。 本設(shè)計(jì)的意義 本設(shè)計(jì)通過電解槽主體設(shè)計(jì)和冶金計(jì)算，結(jié)合實(shí)際情況提高對(duì)知識(shí)的運(yùn)用以及生產(chǎn)中的各項(xiàng)技術(shù)條件及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。銅電解精煉工藝流程的確定通過比較，選擇先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、合理的銅電解精煉的工藝流程。 是傳統(tǒng)法的始極片制作工藝復(fù)雜，不僅需要獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng)，而且制作過程中勞動(dòng)強(qiáng)度過大。工藝流程包括電解精煉和電解液凈化兩部分。為了提高銅 的性能，使其達(dá)到各種應(yīng)用的要求，同時(shí)回收其中的有價(jià)金屬，特別是貴金屬、鉑族金屬和稀散金屬，必須 對(duì)其 進(jìn)行電解精煉。陽極含氧高，則由于生成難溶化合物，鎳很大一部分進(jìn)入陽極泥。同時(shí)，鋅和鐵在陽極的溶解會(huì)增加硫酸消耗，在電解液中積累導(dǎo)致電解液電阻增大，還會(huì)增大電解液的粘度。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。 陽極上雜質(zhì) 行為 根據(jù)陽極上雜質(zhì)在電解時(shí)的行為，可將它們分為 三 類： 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。金、銀和鉑族金屬的電位更正，不能被氧化進(jìn)入電解液，最后進(jìn)入陽極泥中。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 陽極上進(jìn)行的是銅和一些雜質(zhì)的氧化反應(yīng)。電解過程中，溶液中的銅在陰極上優(yōu)先析出，而其它電位較負(fù)的賤金屬不能在陰極上析出，留于電解液中，待電解液定期凈化時(shí)除去。有氧化銅礦直接酸浸和氨浸（或還原焙燒后氨浸）等法；酸浸應(yīng)用較廣，氨浸限于處理含鈣鎂較高的結(jié)合性氧化礦 [3]。 銅的冶煉方法 火法煉銅是將銅礦（或焙砂、燒結(jié)塊 等）和溶劑一起在高溫下熔化，或直接煉成粗銅，或先煉成冰銅（銅、鐵、硫?yàn)橹鞯娜垠w）然后在煉成粗銅。據(jù)安泰科測(cè)算， 2021 年國(guó)內(nèi)新增的銅冶煉和精煉產(chǎn)能分別為 60 萬噸 /年和 115萬噸 /年。 2021 年，中國(guó)銅產(chǎn)量為 290 萬 t左右，由此可見，中國(guó)銅工業(yè)在飛速發(fā)展。艦船設(shè)備、螺旋槳、生活和消防管網(wǎng)；沖制種類硬幣 (耐腐蝕性 )、裝飾、獎(jiǎng)牌、獎(jiǎng)杯、雕塑和工藝品 (耐蝕性色澤典雅 )等 [8]。銅極耐大氣腐蝕，其在表面可形成一層主要有堿式硫酸銅組成的保護(hù)薄膜，即銅綠，其化學(xué)成分為CuSO4銅的電位序中是+，比氫高，是電位較正的金屬。 k)，導(dǎo)熱性僅次于銀。 銅的導(dǎo)電性 銅最重要的特性之一便是其具有極佳的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率為 58m/(Ωmm 2)。因銅為正電性元素，故不能置換酸 （鹽酸和硫酸）中的氫，而僅能溶于有氧化作用的酸如硝酸和有氧化劑存在時(shí)的硫酸中。銅熱導(dǎo)率高，抗張強(qiáng)度大，易熔接，且抗蝕性強(qiáng)，可塑性、延展性好。最后以“銅電解液凈化方法的研究進(jìn)展”專題展開論述。 根據(jù)已知條件，選定操作技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、主體設(shè)備設(shè)計(jì)及冶金計(jì)算等內(nèi)容。根據(jù)已知條件及結(jié)合銅電解槽工藝的實(shí)際條件，通過計(jì)算得出本設(shè)計(jì)共需要 660 個(gè)電解槽， 38 個(gè)陽極板，尺寸為 1000 960mm2， 37 個(gè)陰極板，尺寸為 1020 1000mm2，電解槽尺寸為 4000 1120 1320mm2 等主體電解槽數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞