【正文】 強(qiáng)度不大，導(dǎo)電排的允許密度還可適當(dāng)提高到 ～ 。 脫銅槽中的電解過(guò)程屬于電解提取過(guò)程，槽電壓為 左右，電流效率一般在 90%~95%范圍之內(nèi)。為了保持銅離子濃度的穩(wěn)定，可采用脫銅措施。 ???? 10000n c 38 個(gè) 因此，本設(shè)計(jì)兩端放陽(yáng)極板，陰極板 比陽(yáng)極板多一片，所以陽(yáng)極板為 37 片。此時(shí)每槽陰極片數(shù)為 +1，陽(yáng)極片數(shù)為 。 電解槽中陰 極、陽(yáng)極的片數(shù) 每槽陰極片數(shù) ckc fn DI? （ 32） 式中： — 每槽陰極片數(shù)，片； I— 電流強(qiáng)度， A； kD — 電解 槽電流密度， A/㎡ cf — 每 片始極板 的面積，㎡。比陽(yáng)極長(zhǎng) 25~45mm。 因此，本結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況陽(yáng)極板的尺寸為1000 960mm2 。機(jī)械化程度較高的大型工廠采用大型陽(yáng)極板，其質(zhì)量范圍一般在 300kg 以上。電解槽總數(shù)可按 下式計(jì)算： IMN ????? ?? ? 10 6 （ 31） 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13頁(yè) 式中： N— 電解槽總數(shù)，個(gè)； M— 年產(chǎn)電解銅量， t； 350— 年工作日，日； — 日通電時(shí)數(shù)， h； η — 電流效率 ， %； I— 電流強(qiáng)度， A； — 銅的電化當(dāng)量， g/（ Ah）。 鋼筋混凝土電解槽內(nèi)襯選擇原則：造價(jià)低廉、耐高溫、耐腐蝕和電絕緣性能良好的材料，一般為鉛或含銻 3～ 6%的鉛銻合金板、軟板聚氯乙烯和玻璃鋼、鉛襯厚一般為 3～5mm；聚氯乙烯襯里通常為二層，每層厚 4～ 5mm；內(nèi)層塑料襯里一般不正槽鋪設(shè)；玻璃鋼襯里一般為 6～ 10層，厚約 3～ 5mm。電解槽安裝在鋼筋混凝土橫梁上，槽底四角 以橡膠板（或塑料板）和瓷磚，用以絕緣。此外，鋼筋混凝土槽體底部還開(kāi)設(shè)檢漏孔，以觀察內(nèi)襯是否破損。 通常電解槽由長(zhǎng)方形槽體和附設(shè)的供液管，排液斗，出液斗的液面調(diào)節(jié)堰板等組成。 硫酸單耗 生產(chǎn)一噸電銅消耗的硫酸量一般為 4~10kg/t 電銅 水單耗 生產(chǎn)一噸電銅消耗的水量一般為 3~5m3/t 電銅 設(shè)計(jì) 電解槽材質(zhì) 現(xiàn)在普通采用的鋼筋混凝土槽體 ,內(nèi)襯造價(jià)低廉、耐熱、耐腐蝕和電絕緣性能良好的材料，一般為鉛或含銻 3%~6%的鉛銻合金板、軟板聚氯乙烯和玻璃鋼。降低蒸汽單耗的措施主要包括電解槽覆蓋，電解槽體、高位槽、供液箱及管道保溫，選用先進(jìn)的加熱器等。蒸汽單耗與電解液溫度，電流密度及電解槽覆蓋等保溫措施 有關(guān)。一般的直流單耗為230~280kW?h/t。 直流單耗 直流單耗是指生產(chǎn)一噸電銅所消耗的直流電量。 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。因此，殘極率以選擇 1418%為宜。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11頁(yè) 殘極率 殘極率是指生產(chǎn)出殘極量占消耗陽(yáng)極量的百分比。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 度以及溶液氧含量。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。由于電極放置不正或陰極上產(chǎn)生樹(shù)枝狀結(jié)晶而引起短路。銅電解精煉的電流效率一般為 94%~98%左右。所以種板電解槽的技術(shù)條件控制比普通電解槽更為嚴(yán)格，為此，大、中型電解廠種板槽的電解液循環(huán)系統(tǒng)及添加劑加入裝置和直流 供電裝置宜單獨(dú)設(shè)置。 陽(yáng)極壽命和陰極周期 陽(yáng)極壽命根據(jù)電流密度、陽(yáng)極質(zhì)量及殘極率來(lái)確定，一般為 18~24 天。如管理不善，還會(huì)降低電流效率?？s短極距能降低槽電壓，減小電能消耗，還能提高電解槽利用系數(shù)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。必須根據(jù)陽(yáng)極銅成分、電流密度、電解液雜質(zhì)含量等條件選用合適的和適量的添加劑。電解液中氯 離子濃度過(guò)高時(shí)，陰極上會(huì)產(chǎn)生針狀結(jié)晶。氯離子的存在有利于消除陽(yáng)極鈍化，有利于消除陰極樹(shù)枝狀結(jié)晶，降低陰極沉積的內(nèi)應(yīng)力。鹽酸用來(lái)維持電解液中氯離子的含量。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)和改善粒子的形狀。有研究認(rèn)為，硫脲可能與同生成化合物，造成電銅含硫過(guò)高。硫脲是表面活性物質(zhì)，與動(dòng)物膠混合使用，可在高電流密度下獲得結(jié)構(gòu)致密的陰極銅。但加入量過(guò)多時(shí)，電解液的電阻增大，陽(yáng)極銅易產(chǎn)生分層，質(zhì)脆現(xiàn)象。加入適量的動(dòng)物叫能使析出的陰極沉積物致密光潔，改善陰極表面的物理狀態(tài)。 (1)動(dòng)物膠。 添加劑 為了獲得優(yōu)質(zhì)的陽(yáng)極銅，除了嚴(yán)格控制各工序電解技術(shù)條件外，還應(yīng)添加適量膠質(zhì)物質(zhì)和表面活性物質(zhì)，以改善陽(yáng)極表面質(zhì)量。一般中小型電解槽循環(huán)量取 20~30L/（ min循環(huán)量的選擇主要取決于循環(huán)方式、電流密度、電解槽容積、陽(yáng)極成分等。上進(jìn)下出方式對(duì)陽(yáng)極泥沉降有利，但對(duì)電解液混合不利，電解液上下層濃差較大。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 電解液的循環(huán)方式有兩種：下進(jìn)上出和上進(jìn)下出。我國(guó)一般將電解液溫度控制在 58～ 60℃ 。同時(shí)銅的化學(xué)溶解速度顯著增加 Cu2+濃度增大，影響 Cu2+和 Cu+的平衡，相應(yīng)銅粒子的數(shù)量增加。累計(jì)總能偏高，從而使經(jīng)濟(jì)效益降低。同時(shí)電解液的溫度越高 Cu2+的遷移速度大大增加；有利于 Cu2+的傳質(zhì)，使陽(yáng)極鈍化和陰極區(qū) Cu2+濃度的貧化明顯消除，從而使銅在陰極上均勻析出 （如 圖 22） 。 元素 Ni As Sb Bi Fe 含量 /（ g/L） 15 7 3 表 21 銅電解液中有害雜質(zhì)允許含量 電解液溫度 電解液溫度是影響電解過(guò)程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和產(chǎn)品質(zhì)量的因素。電解液的含銅量不斷下降，則雜質(zhì)可能在陰極上析出，故必須根據(jù)各種具體條件加以掌握，以控制電解液的含銅量處于規(guī)定的范圍。含銅量不斷上升，電解液的電阻不斷增加。因此在雜質(zhì)含量高的電解液中，硫酸含量也應(yīng)適當(dāng)減小。然而，由于硫酸銅的溶液濃度隨著硫酸濃度的增加而降低，如果硫酸含量過(guò)高，硫酸銅含量過(guò)高，硫酸銅容易從電解液中結(jié)晶析出，同事加劇了陽(yáng)極鈍化。實(shí)際電解液中銅和硫酸的含量應(yīng)視電流密度，陽(yáng)極成分和電解液的純凈度 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 等條件而定。 電解液成分 電解液成分主要由硫酸和硫酸銅水溶液組成。隨著生產(chǎn)技術(shù)和管理水平的提高，各廠家采用的電流密度有提供的趨勢(shì)。如果電流密度過(guò)高，有可能引起電流效率下降、貴金屬損失增加一級(jí)影響電銅質(zhì)量。隨著電流密度的提高，電解過(guò)程中電流產(chǎn)生的熱量增加，因而用來(lái)加熱電解液的蒸汽耗量可相對(duì)減少。 2．技術(shù)條件及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的選擇 操作技術(shù)條件 銅電解精煉技術(shù)條件的控制，對(duì)操作過(guò)程的正常進(jìn)行，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的改善和保證電銅 的質(zhì)量都具有決定性的意義。了解銅電解精煉的工藝流程，以及對(duì)銅電解槽的物料平衡、有害雜質(zhì)在 電解液中的允許含量以及凈化過(guò)程中雜質(zhì)的脫除效率及熱平衡 等內(nèi)容的計(jì)算，對(duì)主體設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪圖。 主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖的繪制 ： 銅電解精煉車間設(shè)計(jì)的圖紙 主 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 要為 電解槽構(gòu)造圖。 冶金計(jì)算 ： 銅電解精煉冶金計(jì)算包括：電解過(guò)程金屬平衡和物料平衡 。 圖 11 電解銅的工藝流程 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容及意義 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括 電解工藝的確定，銅電解精煉冶金計(jì)算 ，主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖的繪制等。除此之外，這種工藝流程自身還存在兩個(gè)難以克服的缺點(diǎn) ： （ l）電解精煉過(guò)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(guò)程能耗大大增加，并且影響正常生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量。特別是采用了機(jī)械化、自動(dòng)化水平高的陰陽(yáng)極加工機(jī)組，并采用新技術(shù)適當(dāng)提高了陰陽(yáng)極板的垂直度以后，陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著的改善。 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。鎳、砷、銻、鉍等雜質(zhì)大部分進(jìn)入電解液，需從循環(huán)液中抽取一部分進(jìn)行凈化處理。 粗銅電解精煉是 以銅陽(yáng)極板為陽(yáng)極，純銅始極片或不銹鋼板為陰極，以硫酸銅和硫酸溶液為電解液，將極板按一定的極距相間排列于電解槽內(nèi)，通入直流電，陽(yáng)極不斷溶解，便在陰極上析出電解銅。 電解銅的工藝流程 火法精煉產(chǎn)出的陰極銅品位一般為 ~%，其中還含有 ~%的 雜質(zhì)。 電位與銅相近的砷、銻、鉍 電解時(shí)，它們可能在 陰 極上析出。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) ( )4 2 4 4 220 .5 2S n S O O H S O S n S O H O+ + = +， ( )4 2 2 4 2 42 2 ( )S n S O H O S n O H S O H S O+ = + 陽(yáng)極含氧量對(duì)鎳的溶解有很大影響 :陽(yáng)極含氧低，則鎳絕大部分溶解進(jìn)入電解液 。鉛在陽(yáng)極溶解時(shí)形成不容性的 PbSO4沉淀。鐵在陰陽(yáng)極間發(fā)生氧化還原反應(yīng)使電流效率下降。 負(fù)電性的鎳、鐵、鋅 火法精煉很容易將鐵和鋅脫除，一般陽(yáng)極銅中的鐵和鋅的含量?jī)H ~%，陽(yáng)極中的鐵以 Fe2+形式進(jìn)入電解液，在電解過(guò)程中部分被氧化成 Fe3+進(jìn)而降低陽(yáng)極電流效率。 氧、硫、硒、碲、為穩(wěn)定化合物存在的元素。陰極銅中含有這些金屬 是 由于陽(yáng)極泥機(jī)械夾帶來(lái)的結(jié)果。電極電位比銅負(fù)的元素，也不能在陰極上析出 [4]。 陰極上進(jìn)行的是銅 的還原反應(yīng)。水和硫酸根離子的氧化電位比銅正得多，其反應(yīng)不可能進(jìn)行。 Cu2e=Cu2+ 2( / )Cu CuE ?=+ H2O2e=1/2O2+2H+ 22( / )O HOE=+ 24SO? 2e=SO2+1/2O2 224( / )O SOE ?=+ 式中 M`為 Fe、 Ni、 Pb、 As、 Sb 等比 Cu更負(fù)電性的元素。電解液主要為含有游離硫酸的硫酸銅溶液。這樣，陰極上析出的金屬銅 純度很高，稱為陰極銅或電解銅，簡(jiǎn)稱電銅 [1]。 銅電解精煉的目的 電解精煉的目的是： (1) 降低銅中的雜質(zhì)含量，從而提高銅的性能，使其達(dá)到各種應(yīng)用的要求； (2) 回收其中的有價(jià)金屬，尤其是貴金屬和稀散金屬。 銅的電解精煉 銅電解精煉概述 銅的火法精煉一般能產(chǎn)出含銅 % ~ %的粗銅產(chǎn)品。濕法煉銅目前主要用于處理氧化銅礦。該法除部分預(yù)備作業(yè)及電解精煉作業(yè)外，均在高溫下進(jìn)行?？紤]到 2021年國(guó)內(nèi)精銅產(chǎn)量增長(zhǎng)將加快， 2021 年中國(guó)凈進(jìn)口需求將不會(huì)明顯提高，預(yù)計(jì)在 215 萬(wàn)噸水平 [9]。冶煉和精煉產(chǎn)能的擴(kuò)張，成為推動(dòng)國(guó)內(nèi)精銅產(chǎn)量增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力以及壓制 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 銅精礦加工費(fèi)的重要因素。 銅市場(chǎng)分析及展望 2021 年 中國(guó)銅冶煉行業(yè)新開(kāi)工項(xiàng)目投資額比上年同期小幅回落，主要因新開(kāi)工高峰期主要發(fā)生在前兩年；而同期已完成固定 資產(chǎn)投資額同比大幅增長(zhǎng)，主要因前兩年的新建產(chǎn)能已經(jīng)開(kāi)始逐步投產(chǎn)和達(dá)產(chǎn)，且預(yù)計(jì)這種國(guó)內(nèi)銅冶煉投產(chǎn)進(jìn)入高峰期情況將延續(xù)至2021 年。 【 11】 2021 年底中國(guó)精煉銅產(chǎn)量為 萬(wàn)噸， 2021 年達(dá) 萬(wàn)噸， 5 年間增長(zhǎng) 100余萬(wàn)噸以上，居世界第二位；陰極銅消費(fèi)量也呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)， 2021 年陰極銅消費(fèi)量為190 萬(wàn)噸， 2021 年達(dá)到 368 萬(wàn)噸，居世界第一位。中國(guó)銅產(chǎn)量和消費(fèi)量均出現(xiàn)了快速的增長(zhǎng)， 2021 年中國(guó)銅產(chǎn)量為 253 萬(wàn) t，同比增長(zhǎng) 23％。 銅工業(yè)的現(xiàn)狀 銅是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要原材料，特別是在電氣工業(yè)方面應(yīng)用更是廣泛。因此銅材被用于建筑 屋屋面板、雨水管、上下管道、管件；化工和醫(yī)藥容器、反應(yīng)釜、紙漿濾網(wǎng) 。 Cu(OH)2及 CuSO4正因?yàn)檫@一特性，高級(jí)衛(wèi)浴給水裝置中大量使用銅制水管、龍頭及有關(guān)設(shè)備。銅在淡水中的腐蝕速度也很低（約 ）。 銅的耐蝕性 銅具有良好的耐蝕性能，優(yōu)于普通鋼材，在堿性氣氛中優(yōu)于鋁。加之銅比金、銀儲(chǔ)量更豐富，價(jià)格更便宜，因此被制成電線電纜、接插件端子、匯流排、引線框架等各種產(chǎn)品，廣泛用于電子電氣、電訊和電子行業(yè)。 銅的導(dǎo)熱性 固體銅中含有自由電子所產(chǎn)生的另一重要效應(yīng)就是其擁有極高的導(dǎo)熱性，其熱導(dǎo)性為 386W/(m這一特性使得銅大量應(yīng)用于電子、電氣、電信和電子行業(yè)。 根據(jù)銅不同的物化性質(zhì)，用途不同。銅能溶于氨水及與氧、硫、鹵素等化合 [6]。加熱至 150℃ ，銅在空氣中開(kāi)始氧化，高于 350℃ 氧化生成 Cu2O