【正文】 表 42 電流密度、電流效率和電能消耗的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 年份 1965 1966 1971 19。表 42 為某廠電流密度、電流效率和電能消耗的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。因此，一般宜采用 220～ 270A/m2。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 )。槽 )。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(shí)，必須采用較大的循環(huán)量以減少濃差極化。 該 循環(huán)方式不僅有利于陰極附近離子的擴(kuò)散，降低濃差極化，而且減少了對(duì)陽極泥的沖擊和攪拌。上進(jìn)液、下除液的循環(huán)方式對(duì)陽極泥沉淀有利，但電解液上下層濃差較大。但與陽極泥沉淀方向相反，造成陽極泥沉淀困難。上述兩種循環(huán)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。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(jì)指標(biāo)符合要求的重要措施。 電解液循環(huán) 在電解進(jìn)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。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(shí)電解液溫度還可以適當(dāng)提高至 63～ 65℃ 。但溶液溫度過高，會(huì)使蒸汽消耗量增大，車間酸霧增多。減少極化。本設(shè)計(jì)中鹽酸用量為 16 t/a。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(shí)還可以防止陽極鈍化、防止陰極產(chǎn)生樹枝狀結(jié)晶。 （ 4）鹽酸。一般用量為 15～ 40 g/t Cu。 （ 3）干酪素。硫脲一般加入量為xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 20～ 50 g/t Cu。 （ 2）硫脲。動(dòng)物膠是銅電解精煉過程中的主要添加劑，它能細(xì)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(shí)，電解液的電阻增大，陰極銅分層、質(zhì)脆。 添加劑 為了獲得致密、平整的陰極銅，在電解過程中了除嚴(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。5mm(板面 ) 毛刺、飛邊 ≤ 10mm 耳部歪斜 ≤ 177。10mm(板面 ) 1300177。 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。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。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。本設(shè)計(jì)采用冷凍結(jié)晶法生產(chǎn)硫酸鎳。結(jié)晶后液含 7～ 10g/L Ni 和約 400g/L H2SO4，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。 其工藝流程圖為圖 36。 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(shí)，砷、銻、鉍與銅一起放電得含砷黑銅，并有大量氫放出。 （ 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。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 。 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。本設(shè)計(jì)使用真空蒸發(fā)法，在真空狀態(tài)下，電解液的沸點(diǎn)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(jì)（論文） 18 當(dāng)電解液的比重達(dá)到要求，液即放出。 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。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。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(jì)（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。 xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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。 （ 6） ISA 法電解金屬在制品占用率低。 （ 5）兩種工藝生產(chǎn)運(yùn)行成本基本相當(dāng)。 （ 4）在高雜質(zhì)情況下，夾邊條上會(huì)粘附具有導(dǎo)電性能的結(jié)垢，造成陰極銅邊緣長粒子，對(duì)陰極銅的整體質(zhì)量影響較大。 （ 2） ISA 法電解可以采用較高的電流密度和較小的極距進(jìn)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。h178。 a1 192 50 50 320 電解槽數(shù)量 /個(gè) 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。表 32 為 ISA 電解精煉工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)。 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。 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(jī)組。 不銹鋼板的兩個(gè)側(cè)邊用聚氯乙稀的擠壓件包邊，并用高熔點(diǎn)的蠟密封其間的縫隙。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。 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。但是永久性不銹鋼陰極價(jià)格昂貴，一次性投資大。 由于使用不銹鋼永久陰極，且機(jī)械化程度高，因此一次性投資較大。 （ 5）采用較高的電流密度（ 320A/m2）和較小的極距（ 105mm）進(jìn)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。 （ 3）陰極周期短，銅的積壓量少，加快資金周轉(zhuǎn)。 （ 2）由于永久陰極強(qiáng)度高、平直度好，可縮短同極距，減少短路，提高電流密度。其主要優(yōu)點(diǎn)是。 （ 5）陰極懸垂度受始極片生產(chǎn)、加工、裝槽質(zhì)量影響較大，環(huán)節(jié)多、與人員關(guān) 系非常密切，懸垂度較差，且陰極周期長。 （ 4）作業(yè)時(shí)需要打排列、拍片子、照缸、提放液位等操作，出裝槽作業(yè)自動(dòng)化程度低，需大量的手工操作，操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度較大。 （ 3）始極片的生產(chǎn)與制作工作量占整個(gè)電解工作量的一半，又由于始極片薄軟，平直度難以保證，電解工程易造成短路，只得采用較大的同極距和較底的電流密度，從而影響生產(chǎn)能力。除此之外，這種工藝流程自身還存在幾個(gè)難以克服的缺點(diǎn)： （ l）電解精煉過程中存在 “極限電流密度 ”，電解精煉時(shí)的實(shí)際電流密度必須低于極限電流密度，否則就會(huì)使陰極銅沉積表面粗糙，甚至形成 “枝晶 ”，造成電解槽短路，使電解過程能耗大大增加，并且影響正常生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量。常規(guī)電解精煉工藝流程見圖 32。該法在世界各國均已有多年生產(chǎn)歷史，工藝成熟可靠，電耗低。h/t Cu 250～ 280 360～ 500 260～ 280 硫酸消耗 kg/t Cu 4～ 10 4～ 10 4～ 10 蒸汽消耗 t/t Cu ～ 1 ～ 水耗 t/t Cu 2～ 3 殘極率 % 18～ 20 18～ 20 16～ 18 傳統(tǒng)電解法 傳統(tǒng)電解法目前在多數(shù)電解銅廠使用。因此，周期反向電流電解的電能消耗要比常規(guī)電解高出 30%左右。 由于電流密度高，槽電壓一般高于常規(guī)電解法。處于生產(chǎn)中的銅積壓量較少，占用流動(dòng)資金少，資金周轉(zhuǎn)快。高于此值時(shí)，電銅的化學(xué)組分雖可符合標(biāo)準(zhǔn)，但表現(xiàn)不好。此后這個(gè)方法在國外銅電解精 練生產(chǎn)中得到了一定程度的發(fā)展。 1962 年保加利亞銅精練廠成功地進(jìn)行了周期反向電流電解的工業(yè)試驗(yàn)。與傳統(tǒng)電解法比較，在相同的生產(chǎn)能力下電解槽少、廠房面積小、投資省、蒸汽單耗降低。常規(guī)電解法中，在電流密度高于 250A/m2時(shí)，陽極鈍化和電銅質(zhì)量惡化現(xiàn)象就較為明顯。下面分別對(duì)這幾種電解方法進(jìn)行簡要的簡述和比較。 1963 年，周期反向電流電解技術(shù)首次應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。 傳統(tǒng)的銅電解法用純銅薄片作為陰極片，這種方法歷史悠久，工藝成熟。但是它的存在，與硫酸作用進(jìn)行Cu2SO4+1/2O2+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。 l1 310 2CuCuCC++ 410K180。 xxx 大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 表 31 22Cu Cu Cu++=+ 的平衡數(shù)據(jù) 溫度/℃ Ek(v)Cu/() 2CuC+ / g178。 陰極反應(yīng)： Cu2+＋ 2e＝ Cu 2( / )Cu CuE ?=+ (35) 2H++2e=H2 2( / )HHE ?=0V (36) Me2＋ ＋ 2e＝ Me E0Me/Me2＋ ＞ 0. 34V (37) 在這些反應(yīng)中，具有標(biāo)準(zhǔn)電位比銅正、濃度高的金屬離子才可能在陰極上被還原，但它們?cè)陉枠O不溶解，因此只有銅離子還原是陰極的主要反應(yīng)。 H2O 和 SO42失去 電子 的反應(yīng)由于其電位比銅正，故在正常情況下不會(huì)發(fā)生。 綜上所述，將廠址設(shè)在貴溪合理。 水利資源 全市河流眾多，水量充沛。具有工業(yè)、交通、商貿(mào)、信息、旅游等諸多優(yōu)勢(shì)和較強(qiáng)輻射功能，是贛東北地區(qū)中心城市。其中，南方照明公司、竹輝公司被列入國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)企業(yè)，一批名、優(yōu)、特、高、精、新產(chǎn)品打入國際市場(chǎng)。全市地方工業(yè)迅速崛起。工業(yè)發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚。土地肥沃，農(nóng)業(yè)資源豐富。 海港：鷹潭（貴溪） 的 銅產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)基地 “貴溪港 ”項(xiàng)目正式運(yùn)營，并在積極籌建鐵路專用線。公路四通八達(dá)， 3 206 國道縱橫境內(nèi)，上海至瑞麗高速公路穿境而過，高速掛線一期工程已建成通車，乘車貴溪至南昌 小時(shí)，達(dá)上海 小時(shí)，到杭州 4 小時(shí)，市、鄉(xiāng)、村公路網(wǎng)絡(luò)相通。是國內(nèi)重要的交通樞紐，也是華東地區(qū)最大的鐵路貨運(yùn)編組站，鐵路密度和火車站密度居全國前列。 空運(yùn)：南昌昌北機(jī)場(chǎng)，位于江西省南昌市昌北新區(qū)，與昌九高速公路相連，貴溪至昌北機(jī)場(chǎng)約 180 公里， 貴溪至臺(tái)北直線距離約 560 公里。 表 21 貴溪?dú)夂蚍治霰? 月份 1 月 3 月 4 月 5 月 6 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 平均溫度(℃ ) 平均最高溫度 (℃ ) 極端最高溫度 (℃ ) 平均最低溫度 (℃ ) 極端最低溫度 (℃ ) 平均降水量（ mm） 降水天數(shù)(d) 平均風(fēng)速（ m/s） 氣象站位置：北緯 176。貴溪的常年平均溫度為 ℃ ，年降水總量 1900mm左右。 3 月中下旬至 5 月下旬為春季，約 70 天；自 5 月下旬至 9 月下旬為夏季，約 120 天；自 9 月下旬 11 月下旬為秋季，約 60天；自 11 月下旬 3 月中下旬為冬季，約 110 天。 貴溪?dú)夂蚍治? 貴溪地屬中亞熱帶溫濕氣候區(qū)，氣溫高，光照充足，雨量豐沛，無霜期長。礦藏資源豐富，品位極高。區(qū)位優(yōu)越，陸路交通便利，水運(yùn)通暢。 貴溪位于江西省東北部、信江中游， “東連江浙、南控甌閩 ”。在廠址選擇時(shí)，應(yīng)充分考慮廠址附近是否具備這些條件，那種片面強(qiáng)調(diào) “小而全 ”不重視專業(yè)化協(xié)作的做法是不恰當(dāng)?shù)?，甚至是錯(cuò)誤的。若廠址附近具備這些條件，便可發(fā)揮專業(yè)協(xié)作的優(yōu)越性，減少輔助設(shè)施投資和降低生產(chǎn)成本。 此外，所選廠址的地耐力應(yīng)不低于 ～ ，地下水位最高也要低于基礎(chǔ)地面 ，廠址最低洼處要高于歷年最高洪水位 ；不能選在厚度較大的 Ⅲ 級(jí)自重濕陷性黃土地區(qū)和有泥石流或滑坡等危害的山區(qū)，廠址底下不宜又有用礦物礦藏或以開采的礦坑和溶洞等。 環(huán)境保護(hù)和節(jié)約用地問題 有色冶金生產(chǎn)特點(diǎn)之 一是無一例外地產(chǎn)出大量造成環(huán)境污染的 “三廢 ”物質(zhì)，除