【正文】 按33000m3/a的凈液量推算出電解液的實(shí)際成分為（%）：Cu 50；Ni ；As 3；Sb ；Bi ；H2SO4 180。在本設(shè)計(jì)中取按主要元素分別計(jì)算凈液量如下： 從計(jì)算結(jié)果看，需凈量最大的元素是銅，其次是鎳。在凈化過程中砷、銻、鉍的脫除率均為85%，鎳的脫除率為75%。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(dá)到了這個(gè)目的。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(bǔ)充的熱量合計(jì)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(jì)100凈液量是根據(jù)陽極銅成分，各種雜質(zhì)進(jìn)入電解液的百分?jǐn)?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(jìn)行計(jì)算。本次設(shè)計(jì)取30C。0C），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(jì)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；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/（m20C）， KJ/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/m2槽) 普通電解槽總液（含電極）表面積：F=1000=7770m2(m2﹒h)。電解過程中的熱收入有：電流通過電解所產(chǎn)生的熱量。應(yīng)用表61和表62的數(shù)據(jù)計(jì)算陽極泥率和陽極泥成分，表63為其計(jì)算結(jié)果。第六章 冶金計(jì)算本次設(shè)計(jì)為年產(chǎn)260000t電解銅，表61為陽極成分。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。 kg/t。本設(shè)計(jì)采用電能單位消耗230度/噸。每噸電解銅的直流電能消耗，實(shí)踐中使用的計(jì)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。電解液的溫度應(yīng)維持在60～680C。 3）陰、陽極、導(dǎo)電棒、導(dǎo)電板之間的接觸點(diǎn)應(yīng)經(jīng)過清洗擦拭，以保持接觸良好。2）不必要求過低的殘極率，一般在18%～22%范圍內(nèi)?！?。電流效率往往只下降百分之幾，然而只要操作或技術(shù)條件的控制稍微不當(dāng)，槽電壓就可能會(huì)上升百分之幾十甚至成倍上升。%左右。因此，殘極率以選擇14～16%為宜。本設(shè)計(jì)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。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。電解過程中的副反應(yīng)，有氫離子在陰極還原析出H三價(jià)鐵離子的還原等。此外，在提高電流密度的條件下，單位時(shí)間內(nèi)電解銅析出量增加，使陰極在電解液中的沉浸時(shí)間相對減少，有利于減少陰極的化學(xué)復(fù)溶。(3)化學(xué)溶解陰極銅在硫酸中的化學(xué)溶解速度決定于溶液溫度、硫酸濃度、銅離子濃度、三價(jià)鐵離子濃度、溶液氧含量以及陰極在電解液中沉浸的時(shí)間長短。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。循環(huán)系統(tǒng)的漏電主要通過電解液循環(huán)流動(dòng)至集液槽與地面構(gòu)成了電路，從而產(chǎn)出漏電。(2)漏電設(shè)備的漏電包括電解槽和循環(huán)系統(tǒng)的漏電。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。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。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。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，%～%，因而使電解液中的含銅量不斷增長。陰極周期與電銅質(zhì)量、電流密度和勞動(dòng)組織等因素有關(guān)，陰極周期一般為陽極壽命的1/3。本設(shè)計(jì)采用同極中心距為100mm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。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。但是，極距的縮短，會(huì)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。表位槽電壓與極距的關(guān)系。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)。本設(shè)計(jì)采用電流密度為230 A/m2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。因此，一般以采用220～240 A/m2為宜。槽電壓上升，電流效率下降，電能消耗也相應(yīng)增大。提高電流密度是增產(chǎn)挖潛的好辦法。工廠中采用的電流密度單位是A/m2。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。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。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。上述兩種循環(huán)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用電解液溫度600C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。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。目前，一般保持電解液的溫度為58～650C。經(jīng)試驗(yàn)測定，；在50～600C時(shí)，溫度每升高10C，%。添加劑的加入方法一般是將動(dòng)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。但氯離子過多時(shí)，陰極上會(huì)產(chǎn)生針狀結(jié)晶。鹽酸 入鹽酸用來維持電解液中氯離子的含量。干酪素 干酪素與動(dòng)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。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(dòng)物膠混合使用，能促使陰極銅表面細(xì)化、光滑、質(zhì)地致密。一般采用的添加劑有：動(dòng)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)。表41 銅電解液中有害雜質(zhì)允許含量（g/L）元素CuNiAsSbBi含量50207本設(shè)計(jì)采用的電解液含Cu50g/L、H2SO4180 g/L 、Ni g/L、As 3 g/L；Sb g/L、 g/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。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(dòng)在含銅40～50g/L、硫酸180～210g/L。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。銅電解精煉所用的電解液為硫酸和硫酸銅組成的水溶液。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）。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）。其一般的生產(chǎn)流程圖如圖11所示。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。除砷銻液可用萃取法或化學(xué)法。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。用電積法可直接產(chǎn)出硫酸和銅。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。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。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。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。(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。(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。錫以Sn2+進(jìn)入電解液后氧化成。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。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。它們不進(jìn)行電化學(xué)溶解而落入槽底。但是它的存在，與硫酸作用進(jìn)行Cu2SO4+O2+H2SO4=2CuSO4+H2O反應(yīng)，結(jié)果使電解液中的H2SO4不斷減少，而Cu2+又不斷增加，并按Cu2SO4= CuSO4+Cu反應(yīng)生成銅粉進(jìn)入陽極泥，使其中的貴金屬含量下降。電解過程中還形成一價(jià)銅離子Cu+并建立下列平衡： 上式在不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列在表31中。在陰極上進(jìn)行的還原反應(yīng)： 氫的標(biāo)準(zhǔn)電位較銅負(fù)，且在銅陽極上的超電壓使使氫的電極電位更負(fù)，所以在正常的電解精煉條件下，陰極不會(huì)析出氫，而只有銅的析出。至于H2O和SO42失去電子的氧化反應(yīng)，由于其電極電位比銅正的多，故在陽極上是不可能進(jìn)行的。因其濃度很低，其電極電位將進(jìn)一步降低，從而它們將優(yōu)先進(jìn)入電解液。蒸發(fā)濃縮法鎳的脫除率高，但硫酸損失大，勞動(dòng)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。也可采用萃取和離子滲析等方法直接從電解液中除去砷、銻和鉍等雜質(zhì)。電解液中的砷、銻、鉍等雜質(zhì)常在脫銅電解后期進(jìn)入黑銅粉。二是二段脫銅電解。根據(jù)硫酸銅需要量，選用直接濃縮或加銅中和工藝生產(chǎn)硫酸銅。脫銅方案有兩個(gè)。凈化流程通常依陽極板的雜質(zhì)含量、需脫除的雜質(zhì)種類和產(chǎn)品方案確定。它的優(yōu)點(diǎn)是可省掉銅始板片生產(chǎn)系統(tǒng)，不銹鋼陰極平直，短路發(fā)生率低，陰極質(zhì)量高。1979年澳大利亞精煉銅公司(Coppei refinet iesplyLtd．CRL)首先將此法用于銅電解精煉工業(yè)生產(chǎn)，又名艾薩(ISA)電解法。（3）永久陰極電解。隨著生產(chǎn)技術(shù)不斷完善，電解極板作業(yè)等機(jī)械化和自動(dòng)化程度逐步提高，銅電解精煉生產(chǎn)規(guī)模日趨大型化。銅電解精煉于1869年在英國首先用于工業(yè)生產(chǎn)，隨后在世界上得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是電流效率低，電耗高于常規(guī)電解。電解陰極及陽極和常規(guī)電解相同，周期性短暫反向，是為了克服陽極鈍化，電流密度達(dá)300～350A／m2。(2)周期反向電流電解。以純銅始極片為陰極，電源為恒向直流電，電流密度為220～280A／m2。電解精煉有常規(guī)電解、周期反向電流電解和永久陰極電解可供選用。電解過程中，陽極銅中的貴金屬和硒、碲等有價(jià)元素進(jìn)入陽極泥，沉積于電解槽底，定期排出，送陽極泥車間提取貴金屬。工藝流程包括電解精煉和電解液凈化兩部分。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：工藝流程、設(shè)備選擇和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。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，必須進(jìn)行電解精煉。但是，它也存在一些問題，例如環(huán)保方面，由于其處于信江的中游的沿江地帶，如果一旦發(fā)生事故，造成重金屬泄露勢必會(huì)造成非常嚴(yán)重的重金屬污染。因此，擁有豐富的電力資源是必不可少的，而處于貴溪市的貴溪火電廠就為其提供了豐富的電力資源來保障貴溪冶煉廠的正常生產(chǎn)。(3) 水資源優(yōu)勢，貴溪境內(nèi)河流縱橫，境內(nèi)擁有江西第三大河流——信江橫貫東西，為貴溪冶煉廠的生產(chǎn)提供了非常豐富的水資源支持。有利于產(chǎn)品生產(chǎn)與市場的銷售的對接。同時(shí)，貴溪還擁有華東地區(qū)重要的火電廠之一的貴溪火電廠。