【正文】 本設計選用以下技術條件： 電流密度 40000A，電流效率 96%，晝夜通電量為 ,備用系數(shù) 10%。銅的脫出采用在電解工序電解槽中增加不溶陽極的方法脫除，故凈液量以銻元素所需的量計算，取 19000 m3/a 按 19000m3/a 的凈液量推算出電解液的實際成分為（ %）： Cu 50,Ni 4,As , Sb , Bi ,H2SO4 180. 硫酸鹽生產(chǎn)物料平衡計算 （ 1）硫酸銅的物料平衡計算 假設中和終夜含 Cu120g/L； 中和過程溶液體縮率 70%； 加入銅料的品位 %； 昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 34 硫酸銅平均結(jié)晶率 60%； 硫酸銅含銅 %； 一次結(jié)晶液體縮率 81%； 硫酸銅結(jié)晶洗水返回中和系統(tǒng)中； 銅回收率 98% A 計算銅料加入量 結(jié)晶洗水體積先取 5880m3/a 計算，成分根據(jù)經(jīng)驗取 Cu40g/L，H2SO450g/L,則進入中和過程的混 合溶液成分為： Cu= 0190 00 40588 050190 00 ＝? ??? g/L H2SO4= 50588018019000 ＝? ??? g/L 加入銅料量（按噸銅計） Q=120?124880?70%???= t 加入銅量耗酸： ?5/= t 中和終液體積： 2488?70%=17416 m3/a 中和終液溶液含酸： 13317416 ＝??? g/L B 計算硫酸銅產(chǎn)品產(chǎn)量 硫酸銅結(jié)晶量： 51 3910 %6017 41 612 0 ＝? ?? t 結(jié)晶水及成分 根據(jù)實踐，硫酸銅結(jié)晶的洗水量為每噸 ，洗水含酸約50g/L，含 Cu 約為 40g/L，則洗水量為： 5139?=4111 m3/a 洗水帶走銅量： 4111?40?= t 硫酸銅產(chǎn)品產(chǎn)量： % %%6017416120 ＝????? t 昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 35 C 一次母液體積及銅、酸濃度 一次母液體積： 17416? 81%= m3/a 母液含銅量： %98%4017416120 ＝??? g/L 母液含酸： 50588013317416 ＝??? g/L （ 2） 脫銅電解物料平衡計算 假設：一次脫銅終夜含銅 30g/L 二次脫銅終夜含銅 三次電銅含銅 % 黑銅板、粉平均含銅 70% 銅回收率 98% 二級銅產(chǎn)量： % %)( ＝???? t/a 黑銅板、粉量： %70 %)( ＝???? t/a 黑銅板、粉含雜質(zhì)質(zhì)量： As= % % ＝??? Sb= % % ＝??? Bi= % % ＝??? 脫銅電解過程增酸： () 98/ g/L 脫銅終夜含酸： += g/L （ 3） 粗硫酸鎳生產(chǎn)計算 假設：在硫酸銅生產(chǎn)過程中鎳的回收率為 98% 粗硫酸鎳含鎳 % 回收酸含鎳 6g/L，銅 ， H2SO41100g/L。 昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 30 4 計算 銅電解精煉物料平衡計算 計算條件 100000t 電解銅 /a 原始數(shù)據(jù)： 表 41 陽極成分（％） 元素 Cu As Sb Ni Bi Se Pb Fe Te Au Ag S Zn 含量 表 42 假設數(shù)據(jù) 電解銅回收率 ％ 電解銅品位 ％ 殘極率 18％ 鎳進入電解液的百分數(shù) 91％ 砷進入電解液的百分數(shù) 72％ 銻進入電解液的百分數(shù) 38％ 室溫 25℃ 表 43 銅電解過程中各元素的分配率（％） 元素 進入溶液 加入陽極泥 加入陰極 金 － 1 銀 － 98 2 銅 98 硒和碲 － 99 1 鉛 － 99 1 昆明冶金高等專科學校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 31 鎳 91 19 砷 72 28 微量 銻 38 62 微量 硫 － 97 3 鐵 75 10 15 鋅 93 4 3 鋁 75 20 5 二氧化硅 － 100 － 鉍 20 80 微量 表 44 銅電解液中有害雜質(zhì)允許含量（克 / 升） 元素 Ni As Fe Sb Bi 含量 14 5 物料平衡計算： （ 1） 1t 陽極銅需要溶解陽極量 : （ 2） 陽極實際需要量： （ 3） 實際溶解陽極量： （ 4） 陽極的含銅量： （ 5）殘極量： 125352 18%＝ t/a %98% % ＝?? ?at /1 2 5 3 5 2)(9 9 1 0 0 0 0 00 2 4 ＝?? ?at /1 0 2 7 8 89 9 1 0 0 0 0 00 2 4 ＝?at / 2 4 7 7 5% 2 5 3 5 2 ＝?昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 32 （ 6） 殘極含銅量： %= t/a （ 7）計算陽極泥量： 100000 %=600 t/a （ 8） 陽極泥含銅量： t/a （ 9） 電解液中銅含量： 102788 % = t/a 表 45 陽極泥中各元素重量級百分比 表 46 銅電解精煉主要元素物料平衡 物料名稱 物料量 Cu As Ni Au Ag t/a % t/a % t/a % t/a % t/a % t/a 裝入 陽極 125352 合計 產(chǎn)出 電解銅 100000 99930 殘疾銅 陽極泥 600 電解液 37 損失及計算誤差 15 合計 元素 進入陽極泥的量， t/a 陽極泥成分， % 元素 進入陽極泥的量， t/a 陽極泥成分， % Cu 102788 % = Au 102788 = As 102788 = Ag 102788 = Sb 102788 = Fe 102788 = Ni 102788 = S 102788 = Bi 102788 = Zn 102788 = Pb 102788 = 其他 Se+Te 102788 = 共計 600 100 昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 33 電解液凈化機硫酸鹽生產(chǎn)冶金計算 凈液量計算 假設設計規(guī)模為年產(chǎn)電解銅 100000t，陽極泥成 分為 Cu:% Ni:% As:% Sb:% Bi:%,生產(chǎn) 1t 電銅所溶解的陽極板量為 ，在凈化過程中砷、銻、鉍的脫出率均為 85%，根據(jù)本例陽極銅中含鎳量，鎳的脫出率定位 75%。它的優(yōu)點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。和常規(guī)電解不同，陰極是永久性的不銹鋼板，在不銹鋼陰極板上析出的電解銅定期取出剝離作為成品。適于老廠擴大生產(chǎn)能力和電價低廉地區(qū)采用。可強化 生產(chǎn)，節(jié)省投資，縮短電解銅在產(chǎn)周期。 周期反向電流電解 周期性短時間改變直流電流方向的電解方法。除此之外，這種工藝流程自身還存在兩個難以克服的缺點： （ l）電解精煉過程中存在“極限電流密度”，電解精煉時的實際電流密 度必須低于極限電流密度，否則就會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下圖。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。銻的危害比砷大 . 圖 31 銅電解精煉工藝流程 銅電解精煉的分類 昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 27 電解精煉工藝有常規(guī)電解、周期反向電流電解和永久陰極電解三種方法可供選用。 Fe Zn 在火法精煉后在陽極中的質(zhì)量分數(shù)甚微 ,在陽極溶解時全部進入溶液 .陽極中鎳的質(zhì)量分數(shù)波動較大 ,可以電化學溶解進入溶液 ,一些不溶化合物如 NiO 和鎳云母在陽極表面形昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 26 成不溶性的薄膜 ,引起陽極鈍化 ,槽電壓升高 . （ 4）、電位與銅相近的砷、銻、鉍。 （ 3)、負電性金屬。 Sn 進入電解液后氧化成四價，四價的硫酸錫易水解成堿式硫酸錫進入陽極泥中。 (2）、在電解液中形成不溶性化合物的 Pb 和 Sn。少量的 Ag 以Ag2SO4 的形式溶解于電解液中， 當有少量 Cl－存在時，形成 AgCl 進入陽極泥。 陽極中雜質(zhì)行為 （ 1)、正電性金屬和以化合物形態(tài)存在的元素。 電極電位比銅負的元素，也不能在陰極上析出。 陰極反應 陰極上進行的是銅的還原反應。水和硫酸根離子的反應不可能進行。 式中 M`為 Fe、 Ni、 Pb、 As、 Sb 等比 Cu 更負電性的元素。為保證電解液成分，調(diào)節(jié)陰極銅的物理性能，需在電解液中加入硫酸 、添加劑。為保證電解液的潔凈度，配備了專用的 LAROX 凈化過濾機，循環(huán)系統(tǒng)每天抽取電解液循環(huán)量的約 25%進行凈化過濾。 電解精煉工藝 電解精煉工藝（圖 31）：電解液由循環(huán)槽經(jīng)電解液循環(huán)泵泵至板式換熱器，加熱至 65℃左右以穩(wěn)定的流量供到各個電解槽。溶液中的 2 價銅離子會在陰極上優(yōu)先析出，而其他電位較負的賤金屬不能在陰極上析出，留在電解液中，待電解液定期凈化時除去。 圖 29 主要消費城市分布圖 選擇原由 綜上所述，考慮九江的 地理環(huán)境，市場需求，選擇九江為建廠地點是合理的，在九江建廠利遠遠大于弊。 昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 20 圖 26 華電全國電廠分布 圖 27 大唐集團電廠分布圖 氣候條件 從下圖我們可以看出工廠應選建在市區(qū)的西郊區(qū)、西北郊區(qū)和西南郊區(qū)。 昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 19 圖 24 九江交通情況 圖 25 全國鐵路運輸網(wǎng) 水資源和電力資源 工廠位于長江邊上，水力資源就不說了。因此在進行廠址選擇時必須充分考慮交通運輸問題。 國外銅精礦：由于九江市位于長江邊上，在水路上可以直接運送到九江，而且鐵路與公路四通八達，不管是那種運輸方式都能在短時間內(nèi)運輸?shù)?位。全市流行 方言 有 江淮官話 、 贛語 等。古稱江州、潯陽、 柴桑 、汝南、湓城、德化，有 江西 北門之稱，北隔 長江 、 幕阜山 與 安徽 、 湖北 相鄰。 廠址選擇原則 應符合工業(yè)布局及區(qū)域性總體規(guī)劃和城市建設規(guī)劃的要求；要盡可能利用城鎮(zhèn)設施，節(jié)約資源；要靠近原材料、水、電供應充足和產(chǎn)品銷售便利的地方，有較好的交通運輸條件；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?shù)淖匀坏匦魏瓦m宜的工程地質(zhì)、水文、地震等級條件及較好的協(xié) 作條件等。所以，當前火法相對于濕法來說跟適應工廠的需求。 可見，濕法冶煉技術其適用范圍有局限性，并不是所有銅礦的冶煉都可采用該種工藝。 （ 3）前者的總體成本要比后者高，單一設備較便宜，前期投資效昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院 年產(chǎn) 10 萬噸電解銅設計書 13 益好；前者設備供應面廣，設備維護方便。 火法和濕法的特點 比較火法和濕法兩種銅的生產(chǎn)工藝，有如下特點： （ 1）后者的冶煉設備更簡單，但雜質(zhì)含量較高，是前者的有益補充；由于雜質(zhì)含量較高，工藝要求較高，設備技術含量較高。 （ 3）、貧礦石和廢礦濕法提銅 銅礦開采后坑內(nèi)的殘留礦、露天礦剝離的廢礦石和銅礦表層的氧化礦，含銅一般較低，多采用堆浸、就