【正文】 如采用鉛蛇形管加熱的工廠(chǎng)，蒸汽單位消耗量為 噸 /噸，而某廠(chǎng)改用石墨熱交換器以后，蒸汽單位消耗量已降至 1 噸 /噸左右。 硫酸單位消耗 硫酸電位消耗量一般為 46 公斤 /噸。 本設(shè)計(jì)電解槽電壓選 伏 ， 種板電解槽 。 槽電壓 槽電壓由下列各項(xiàng)電位降組成：電解液的電位降、各接觸點(diǎn)和克服陽(yáng)極泥電阻的電位降、濃差極化所引起的電極電位降等項(xiàng)相加所得之和。 銅電解回收率 銅電解回收率反映銅電解過(guò)程中銅的回收程度，其計(jì)算方法如下： 銅電解回收率（％） =電銅含量（噸） ∕（裝入原料含銅量（噸） 回收品含銅量（噸）） 回收品 是指殘極、銅屑、碎銅、制取硫酸銅溶液及陽(yáng)極泥等含銅物料（若陽(yáng)極泥含銅本企業(yè)不能回收，則按損失處理）。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(guò)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。由 于上述因素的影響，通常銅的化學(xué)溶解能使電流效率降低 %。 (2)漏電 由于電解槽與電解槽之間、電解槽與地之間、溶液循環(huán)系統(tǒng)等絕緣不良而引起的漏電。 第 27 頁(yè) 6 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 電流效率 電流效率是指銅電解精煉過(guò)程中，陰極實(shí)際析出量與理論析出量的百分比。時(shí)，陽(yáng)極壽 命應(yīng)縮短為 1214 天。 陽(yáng)極壽命和陰極周期 陽(yáng)極壽命一軍電流密度、陽(yáng)極重量和殘極率來(lái)確定，一般在 1821 天內(nèi)選擇?？紤]上述因素。） 247 257 305 312 331 電流效率（ %） 電能消耗（度 /噸） 188 199 256 259 第 26 頁(yè) 同極中心距 縮短同極中心距能降低槽電壓，減少電能消耗，還能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。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。 本次 取 230 安 /米 178。此外，損失于陰極銅上的貴金屬業(yè)有相應(yīng)增加。 電流密度 提高電流密度是增產(chǎn)挖潛的好辦法。循環(huán)量主要決定用操作電流密度，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。上進(jìn)液、下除液的循環(huán)方式對(duì)陽(yáng)極泥沉淀有利，但電解液上下層濃差較大。下進(jìn)液、上出液的循環(huán)方式有利于溶液充分混合。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。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 6365℃ ，本次選用 60℃ 。操作環(huán)境惡化。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(duì)降低電能消耗有利。 本次設(shè)計(jì)添加劑添加的順序?yàn)椋?動(dòng)物膠 、硫脲、干酪素和鹽酸 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(kuò)散速度。但氯離子過(guò)多時(shí)，陰極上會(huì)產(chǎn)生針狀結(jié)晶。 （ 4）鹽酸 加入鹽酸用來(lái)維護(hù)電解液中氯離子的含量。 （ 3）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(zhǎng)和改變粒子的形狀等作用。 （ 2）硫脲 硫脲是一種表面 活性物質(zhì)，點(diǎn)到適用時(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。 ） 元 素 Ni As Fe Sb Bi 含 量 15 5 5 添加劑 為了獲得致密、平整的陰極銅，在點(diǎn)擊過(guò)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。 表 61 銅電解液中的有害雜質(zhì)允許量（ 230kg/m179。當(dāng)陽(yáng)極和電解液的純度較低時(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(duì)陽(yáng)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(guò)高，以免影響陰極銅的質(zhì)量。硫酸 180210kg/m179。周期反向電流電解的正反向通電時(shí)間為20： 1，電流密度可提高到 280～ 330 A／ m2。 在銅和鉛的電解精煉中，已成功應(yīng)用了周期反向電流電解技術(shù)。 一般電流效率為 92～ 98%，電耗為 200～250KW正常的槽電壓為 ～ ，其中主要是消耗在電解液的電阻上。h/t。 槽電壓也是電解的重要技術(shù)參數(shù)，它直接影響到電能消耗。這樣就可能在陽(yáng)極上由于 Cu2+過(guò)飽和 而沉淀 CuSO4其中將有一個(gè)在允許電流密度范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)上最合理的電流密度，長(zhǎng)期實(shí)踐認(rèn)為此值為 220～ 230A/m2，本次 取 230 A/m2。電流密度 Dk 是指每平方米陰極表面上通過(guò)的電流安培數(shù)，即 A/m2。 電解精煉重要的技術(shù)參數(shù)是電流密度。輸液用鉛管或聚氯乙 烯管。隨著電流密度的增大，電解液 Cu2+濃度差劇變，循環(huán)速度也需增大。 為了減少電解液組成的濃度差，電解液在電解槽內(nèi)必須循環(huán)。 電解液中 Cl可使生成 AgCl 和 PbCl2 沉淀和防止陰極產(chǎn)生樹(shù)枝狀結(jié)晶。適當(dāng)提高溫度對(duì) Cu2+擴(kuò) 散和均勻電解液成分有利，但溫度夠高反而增大化學(xué)溶解和電解液蒸發(fā) ,本設(shè)計(jì)電解液溫度取 60℃ 第 23 頁(yè) 添加劑的作用是抑制陰極表面突出部分的晶粒繼長(zhǎng)大，從而促使其電積物均勻致密。 鎳、砷、銻、鐵等雜質(zhì)的含量增高時(shí)，會(huì)增加電解液的電阻、降低 CuSO4的溶解度和影響陰極質(zhì)量，故對(duì)其含量需嚴(yán)格控制。每噸電銅耗添加動(dòng)物膠 25～ 50g、硫脲 20～ 50g、干酪素 15～ 40g。5H2O 結(jié)晶。 陰陽(yáng)極和電解液組成見(jiàn)表 。 根據(jù)上述依據(jù)本設(shè)計(jì)的陽(yáng)極寬為 920 ㎜ ，寬 950 ㎜ ，厚為 40 ㎜ ：陰極寬為960 ㎜ ，長(zhǎng) 1000 ㎜ ；電解槽內(nèi)尺寸長(zhǎng)寬高 =2600 1060 1360 ㎜ 。電極邊緣離電解槽壁 50～ 70 ㎜，離槽底 200～ 300 ㎜。 槽內(nèi)陽(yáng)極比陰極多一塊。用鈦板時(shí)不用涂板，因它的傳熱率和膨脹系數(shù)與銅板相差很大。其尺寸比陽(yáng)極稍大，結(jié)晶致密且平整光潔。陽(yáng)極表面要平整無(wú)毛刺，厚度要均勻，對(duì)會(huì)引起的陽(yáng) 極鈍化和嚴(yán)重影響陰極質(zhì)量的鉛、砷、銻等雜質(zhì)的含量要嚴(yán)格控制。 圖 銅電解槽 陽(yáng)極寬為 650～ 1000mm，長(zhǎng)為 700～ 1000mm，厚為 35～ 50mm。相鄰槽間留有 20～ 40 ㎜的槽間絕緣空隙。槽側(cè)壁的槽沿上敷有瓷磚或塑料板，于其上再放槽間導(dǎo)電銅板。它長(zhǎng)為 ～ 、寬為 ～、高為 ～ 的鋼筋混凝土的長(zhǎng)方形無(wú)蓋槽子，內(nèi)襯鉛皮或聚氯乙烯塑料板。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(guò)濾，然后返回電解車(chē)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(wú)水硫酸鹽析出 ， 分離后溶液返回電解車(chē)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。 電解液的凈化 從上面的討論得知，隨著電解過(guò)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 第 20 頁(yè) 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(yáng)極上析出。 (3) 負(fù)電性的鎳、鐵、鋅，陽(yáng)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(yáng)極板內(nèi)，電解時(shí)亦進(jìn)入陽(yáng)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(yáng)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+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(yáng)極泥，使其中的貴金屬含量下降。 電解過(guò)程中還形成一價(jià)銅離子 Cu+并建立下列平衡： CuCuCu ?? ?? 22 2/2 ??? CuCu CCK 上式在不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列在表 31 中。 2 ?? 氫的標(biāo)準(zhǔn)電位較銅負(fù)，且在銅陽(yáng)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。2 MeM ??? VEMM 39。 陰極過(guò)程 在陰極上進(jìn)行的還原反應(yīng)： CueCu ??? 22 VECuCu / 2 ?? 222 HeH ??? VE HH 00 /2 ?? 39。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(yáng)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。/39。239。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(chǎng)；冷凍結(jié)晶法無(wú)廢氣排放，但投資較大，適于規(guī)模大的工廠(chǎng)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(yáng)極板的雜質(zhì)含量、需脫除的雜質(zhì)種類(lèi)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 refi 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(guó)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(yáng)極和常規(guī)電解相同，周期性短暫反向，是為了克服陽(yáng)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(guò)程中，陽(yáng)極銅中的貴金屬和硒、碲等有價(jià)元素進(jìn)入陽(yáng)極泥，沉積于電解槽底，定期排出，送陽(yáng)極泥車(chē)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。在廠(chǎng)址選擇時(shí)，應(yīng)充分考慮廠(chǎng)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(zhuān)業(yè)化協(xié)作的做法是不恰當(dāng)?shù)?，甚至是錯(cuò)誤的 考慮到上述的一些條件，我要將此廠(chǎng)建在陜西省寶雞市三橋鎮(zhèn)，這里交通發(fā)達(dá)，人員稀少，離原料供應(yīng)地近，離它不遠(yuǎn)處有一個(gè)發(fā)電站，能確保供電方便。若廠(chǎng)址附近具備這些條件，便可發(fā)揮專(zhuān)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。 第 15 頁(yè) 此外，所選廠(chǎng)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(chǎng)址最低洼處要高于歷年最高洪水位 以上；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(chǎng)址底下不宜又有用礦物礦藏或以開(kāi)采的礦坑和溶洞等。 (4)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約用地問(wèn)題 有色冶金生產(chǎn)特點(diǎn)之一是無(wú)一例外 地產(chǎn)出大量造成環(huán)境污染的 ―三廢 ‖物質(zhì)，除必須有完善的 ―三廢 ‖治理工程設(shè)計(jì)外，在選擇廠(chǎng)址時(shí)，必須盡量考慮在主導(dǎo)風(fēng)向和主要水流的下游位置，安排好 ―三廢 ‖處理場(chǎng)地和廢渣堆放場(chǎng)地，要有良好的自然通風(fēng)條件，并應(yīng)考慮廠(chǎng)址附近居民點(diǎn)、城市發(fā)展規(guī)劃、農(nóng)木漁業(yè)及旅游勝地、自然資源保護(hù)區(qū)等問(wèn)題。因此希望廠(chǎng)址附近有充分的水源和電源。為了減少運(yùn)輸費(fèi)用，在保證良好的運(yùn)輸條件下，進(jìn)行廠(chǎng)址盡可能接近原材料基地和銷(xiāo)售市場(chǎng)。 (2)原材料供應(yīng)及交通運(yùn)輸條件 有色金 屬冶煉是連續(xù)性的，物料吞吐量一般很大。 廠(chǎng)址選擇的一般原則是：應(yīng)符合工業(yè)布局及區(qū)域性總體規(guī)劃和城市建設(shè)規(guī)劃的要求；要盡可能利用城鎮(zhèn)設(shè)施，節(jié)約資源；要靠近原材料、水、電供應(yīng)充足和產(chǎn)品銷(xiāo)售便利的地方，有較好的交通運(yùn)輸條件；要注意節(jié)約用地，盡量不占或少占農(nóng)田，留有發(fā)展余地； 要有適當(dāng)?shù)?自然地形和適宜的工程地質(zhì)、水文、地震等級(jí)條件及較好的協(xié)作條件等 [9]。