【正文】 chnical economic index are analyzed and proved that the design of workshop in terms of technical, economic and drive the social benefits have positive significance. Key words: Copper electrolytic refining。 plant design。自然界中的銅分為自然銅、氧化銅礦和硫化銅礦。金屬銅，元素符號(hào) CU，原子量 ,比重 ，熔點(diǎn)1083Co。銅具有許多可貴的物理化學(xué)特性，例如其熱導(dǎo)率都很高，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，抗張強(qiáng)度大，易熔接，且抗蝕性、可塑性、延展性 . 銅的導(dǎo)電性 固體銅中喊有自 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/(Ω)，導(dǎo)熱性?xún)H次于銀。銅還有各種換熱設(shè)備如熱交換器、冷凝器、散熱器的關(guān)鍵材料，被廣泛應(yīng)用于電站輔機(jī)、空調(diào)、制冷、汽車(chē)水箱、太陽(yáng)能集熱器柵板、海水淡化以及醫(yī)藥、化工、冶金等各種換熱場(chǎng)合。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(xiàn)電纜、接插件端子、匯流 [排、引線(xiàn)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。銅在淡水中的腐蝕速度也很低(約 )。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。因此銅材被用于建筑屋屋面板、雨水管、上下管道、管件 。艦船設(shè)備、螺旋槳、生活和消防管網(wǎng) 。 銅的化學(xué)性質(zhì) 銅原子容易失去一個(gè)電子形成亞銅離子 (Cu+)或失去兩個(gè)電子形成銅離子(Cu2+)，故銅形成化合物是以呈現(xiàn)一價(jià)或二價(jià)的氧化狀態(tài)進(jìn)行，但由正二價(jià)氧化狀態(tài)形成的化合物比由正一價(jià)氧化狀態(tài)形成的化合物穩(wěn)定。加熱至 150℃ ，銅在空氣中開(kāi)始氧化，高于 350℃ 氧化生成 Cu20 和 CuO。銅能溶于氨水及與氧、硫、鹵素等化合。Cu(OH)2 藍(lán)銅礦 2CuCO35H2O 銅葉綠礬 CuFe4+3(SO4)6(OH)22H2O 2. 銅的化合物及性質(zhì) (1) 化銅 CuS，天然硫化銅為綠色或棕黑色無(wú)定形不穩(wěn)定化合物銅藍(lán)，比重為 ，中性或還原性氣氛中加熱即分解為 Cu2S 和 S2。 (2) 化亞銅 Cu2S，天然的硫化亞銅為輝銅礦，藍(lán)黑色無(wú)定形或結(jié)晶形，比重為 ，熔點(diǎn)為 1135℃ .它在高溫下穩(wěn)定或氧化成金屬銅，常溫 下 不被空氣氧化， 430680℃ 下則氧化放出 SO2。 CO 能氧化 Cu2S。由于銅對(duì)硫的親和力大，故在冰銅吹煉時(shí) FeS 先氧化造渣，剩下的 Cu2S（稱(chēng)白鈹）被吹煉成粗銅。 Cu2S 可溶于 NH4OH、 HNO Fe2(SO4)、 FeClCuCl2中 (3) 氧化銅 CuO，天然氧化銅為黑色無(wú)光澤的黑銅礦，比重為 ～ 。 CuO 易被 H C、 CO、 CxHy 和較負(fù)電性的 Zn、 Fe、 Ni等所還原。 (4) 氧化亞銅 CuO、 CuO2，天然氧化亞銅稱(chēng)為赤銅礦，比重為 ，熔點(diǎn)為 1235℃ 。 CuO2也易被 H C、 CO、 CxHy 和 Zn、 Fe 或其它對(duì)氧親和力強(qiáng)的元素所還原。該反應(yīng)在 450℃ 開(kāi)始至 1100℃ 完成。因此在冰銅中的 Fe 未完全氧化造渣以前，理論上 Cu2S是不會(huì)被 氧化的。 (5) 硅酸銅 xCunzH2O 自然界中的硅酸銅有硅孔雀石 CuO2H2O 和透視石 CuOH2O。SiO2，后者易被 H C、CO 等還原，也易被 FeO、 CaO 等強(qiáng)堿性氧化物和銅、鐵硫化物分解，并能溶于濃硝酸、稀醋酸、鹽酸和硫酸中。 無(wú)水硫酸銅為白色粉末，加熱時(shí)分解成 CuO 和 SO3(SO2+O2)。 (7) 氯化銅 CuCl2，氯化銅無(wú)天然礦物，人造氯化銅為褐色粉末。沸點(diǎn)低，易揮發(fā)，也溶于水。 銅合金及其用途 銅 合金 以 純銅 為基體加入一種或幾種其他元素所構(gòu)成的。 黃銅 黃銅是由銅和鋅所組成的 合金 。如果是由二種以上的 元素 組成的多種 合金 就稱(chēng)為特殊黃銅。特殊黃銅又叫特種黃銅，它 強(qiáng)度 高、 硬度大、耐化學(xué) 腐蝕性 強(qiáng)。由黃銅所拉成的無(wú)縫 銅管 ，質(zhì)軟、耐磨性能強(qiáng)。制造板料、條材、 棒材 、管材，鑄造零件等。 根據(jù)黃銅中所含 合金元素 種類(lèi)的不同，黃銅分為普通黃銅和特殊黃銅兩種。黃銅以鋅作主要添加元素的銅合金﹐具有美觀的黃色﹐統(tǒng)稱(chēng)黃銅。三元以上的黃銅稱(chēng)特殊黃銅或稱(chēng) 復(fù)雜黃銅 。含鋅在 36～ 42%之間的黃銅合金由和固溶體組成﹐其中最常用的是含鋅 40%的六四黃銅。鋁能提高黃銅的強(qiáng)度﹑硬度和耐蝕性﹐但使塑性降低﹐適合作海輪冷凝管及其他耐蝕零件。鉛能改善黃銅的切削性能﹔這種易切削黃銅常用作 鐘表 零件。 白銅 以鎳為主要添加元素的銅合金。 白銅分為：復(fù)雜白銅、普通白銅、工業(yè)白銅 . （ 1）復(fù)雜白銅 加有 錳 、 鐵 、 鋅 、 鋁 等元素的白銅合金稱(chēng)復(fù)雜白銅（即 三元 以上的白銅），包括鐵白銅、 錳白銅 、 鋅白銅 和 鋁白銅 等。如 BMn312 表示鎳含量約為 3%，錳含量約為 12%。鐵白銅中鐵的加入量不超過(guò) 2%以防腐蝕開(kāi)裂，其特點(diǎn)是強(qiáng)度高，抗腐蝕特別是抗流動(dòng) 海水腐蝕 的能力可明顯提高。錳白銅具有低的 電阻溫度系數(shù) ，可在較寬的溫度范圍內(nèi)使用， 耐腐蝕性 好，還具有良好的加工性。鋅白銅具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，耐腐蝕性?xún)?yōu)異、冷熱加工成型性好，易切削，可制成 線(xiàn)材 、 棒材 和 板材 ，用于制造儀器、儀表、醫(yī)療器械、日用品和通訊等領(lǐng)域的精密零件。是以銅 鎳合金 為基加入鋁形成的合金， 密度 為 —。常用的鋁白 銅有 ， Cul3Ni3Al 等，主要用于造船、電力、化工等工業(yè)部門(mén)中各種高強(qiáng)耐蝕件。 （ 3）工業(yè)白銅 工業(yè)用白銅分為結(jié)構(gòu)白銅和精密電阻合金用白銅 （電工白銅）兩大類(lèi)。后除黃銅﹑白銅以外的銅合金均稱(chēng)青銅﹐并常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名。含錫量一般在 3～ 14%之間 , 此外還常常加入磷 、 鋅 、 鉛 等元素。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕，廣泛用于 蒸汽鍋爐 和海船零件。含鉛錫青銅常用作耐磨零件和 滑動(dòng)軸承 ，含鋅錫青銅可作高氣密性鑄件。鋁青銅強(qiáng)度高﹐耐磨性和耐蝕性好﹐用於鑄造高載荷的齒輪﹑軸套﹑船用螺旋槳等。鈹青銅是沉淀硬化型合金，固溶時(shí)效處理后具有 很高的強(qiáng)度、硬度、彈性極限和疲勞極限，彈性滯后小，并具有耐蝕特性 。 磷青銅 主要用作耐磨 零件 和 彈性元件 。 銅的電解精煉概述 銅的電解精煉，是將火法精煉的銅澆鑄成陽(yáng)極板，（現(xiàn)在普遍的工藝）用永久性不銹鋼陰極作為陰極片，相間的放入電解槽中，用硫酸銅和硫酸的水溶液作為電解液，在直流電的作用下，陽(yáng)極上的銅會(huì)失去兩個(gè)電子生成 2 價(jià)銅離子，而貴金屬和某些金屬不溶，成為陽(yáng)極泥沉淀于電解槽低。這樣，得到的銅純度很高，稱(chēng)電銅。 火法精煉產(chǎn)出的精銅品位一般為~%，含有 ~%的雜質(zhì)。 銅電解精煉的基本原理 傳統(tǒng)的銅電解精煉是采用純凈的電解銅薄片作陰極，陽(yáng)極銅板含有少量雜質(zhì)（一般為 %～ %）。 由于電離的緣故，電解液中的各組分按下列反應(yīng)生成離子： CuSO4=Cu2++SO42 H2SO4=2H++SO42 H2O=H++OH 在未通電時(shí)，上述反應(yīng)處于動(dòng)態(tài)平衡。239。/39。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。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。 此外，氧的析出還具有相當(dāng)大的超電位。至于 SO42離子的放電反應(yīng)，因?yàn)槠潆娢桓?，故在銅電解精煉過(guò)程中式不能進(jìn)行的。39。/39。同樣，標(biāo)準(zhǔn)電位比銅低而濃度又小的負(fù)電性金屬 M′，不會(huì)在陰極析出。除此之外，還不可避免地有 Cu2+的產(chǎn)生，并引起一系列的副反應(yīng)，使電解過(guò)程復(fù)雜化。 按電解時(shí)的行為，陽(yáng)極上的雜質(zhì)可分為四類(lèi)： 第一類(lèi)：正電性金屬和以化合物形態(tài)存在的元素。少量的 Ag 以 Ag2SO4的形式溶解于電解液中，當(dāng)有少量 Cl－ 存在時(shí)，形成 AgCl 進(jìn)入陽(yáng)極泥。 第二類(lèi)：在電解液中形成不溶性化合物的 Pb 和 Sn。 Sn 進(jìn)入電解液后氧化成四價(jià)，四價(jià)的硫酸錫易水解成堿式硫酸錫進(jìn)入陽(yáng)極泥中。 第三類(lèi)：負(fù)電性金屬 Ni、 Fe、 Zn。 鋅、鐵和錫都是在火法精煉中容易除去的雜質(zhì)，在陽(yáng)極中含量很低。鉛主要生成 PbSO4 進(jìn)入陽(yáng)極泥。為了提高冶煉流程中鎳的綜 合利用率，火法精煉時(shí)，力求將鎳最大限度地以金屬鎳的形式保存在陽(yáng)極泥中，即調(diào)銅保鎳。陽(yáng)極含氧量低，鎳絕大部分進(jìn)入溶液；陽(yáng)極含氧量高，則鎳很大部分進(jìn)入陽(yáng)極泥。陽(yáng)極溶解時(shí)，這些元素一部分則在電解液中積累。 3)維持電解液有足夠高的溫度（ 60～ 650C）以及適當(dāng)?shù)难h(huán)速度和循環(huán)方式。目前采用的常規(guī)電解方法，電解密度以不能超過(guò)300A/m2為宜。一般維持電解液中砷為 1～ 5g/L，最高不超過(guò) 13g/L；銻為 ～ ，不超過(guò) ；鉍一般為 ～ ，不超過(guò) 。實(shí)踐證明，保證電解液中漂浮陽(yáng)極泥含量低于 20～30mg/L，有利于高純陰極銅的正常生產(chǎn)。 第二章 廠址的選擇與論證 [] 廠址選擇要根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)計(jì)劃和工業(yè)布局的要求進(jìn)行。 廠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，解約資源；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)淖匀坏匦魏瓦m宜的工程地質(zhì)、水災(zāi)、地震等條件及較好的協(xié)作條件等。 （ 2）供水、供電條件 有色冶煉廠一般是大量用水和耗電多的企業(yè)，因此希望廠址附近有充分的水源和電源。 （ 3）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，物料吞吐量一般較大，大型冶煉廠每晝夜要處理千噸物料，產(chǎn)出數(shù)百?lài)嵵辽锨嵁a(chǎn)品，若不及時(shí)“吞吐”，勢(shì)必影響生產(chǎn)，因此在選擇廠址時(shí)，必須充分考慮交通運(yùn)輸問(wèn)題。我國(guó)銅、鉛、鋅、錫的生產(chǎn)， 50%以上的產(chǎn)量靠近原料基地，有的還組成了采、選、冶聯(lián)合企業(yè)。 （ 5）廠址的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件 冶煉廠的土建投資是相當(dāng)大的，廠址地震等級(jí)的不同會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)工程的投資帶來(lái)很大影響，所以廠址不能選在發(fā)震斷層地區(qū)和基本烈度為 9級(jí)以上的地震區(qū)。 冶煉廠一般是機(jī)械化自動(dòng)話(huà)水平比較高的現(xiàn)代化企業(yè)，為保證企業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行，必須有充足的設(shè)備及備件供應(yīng)，要有強(qiáng)有力的機(jī)械加工和維修能力。工廠在建設(shè)過(guò)程中的施工條件諸如磚瓦、砂石、石灰、水泥、木材等能否就地取材，施工力量和施工場(chǎng)地是否具備等，都對(duì)建設(shè)進(jìn)度起著一定的作用。 廠址選擇與論證 擬設(shè)計(jì)一銅電解精煉車(chē)間，年產(chǎn)量 26 萬(wàn) t/a，冶煉廠也江西銅業(yè)集團(tuán)貴溪冶煉廠，廠址為江西省貴溪市。 江銅貴溪冶煉廠是國(guó)家 六五 期間 22 個(gè)成套引進(jìn)項(xiàng)目之一，它的成功引進(jìn)一舉縮小了與世界先進(jìn)煉銅國(guó)家 20 年的技術(shù)差距。 貴溪市位于江西省東北部，信江中游。公路四通八達(dá)， 3 206 國(guó)道縱橫境內(nèi)，上海至瑞麗高速公路穿境而過(guò)，高速掛線(xiàn)一期工程已建成通車(chē)，乘車(chē)貴溪至南昌 小時(shí)，達(dá)上海 小時(shí)，到杭州 4 小時(shí)。更有火力發(fā)電站 以供應(yīng) 26萬(wàn)噸 /年電解銅生產(chǎn)的需要。它位于擁有豐富的銅礦石資源的德興、鉛山、東鄉(xiāng)三者的中心地帶，距離三者的路程的總和最短。 通過(guò)對(duì)貴溪的介紹 與了解 ， 因而可以得出 ，江銅集團(tuán)將冶煉廠選址 在 貴溪市是合理且科學(xué)的 ， 其具備以下優(yōu)勢(shì) ： (1) 交通優(yōu)勢(shì)，貴溪擁有便利的交通，這樣就有利于基建時(shí)的設(shè)備運(yùn)輸和建成投產(chǎn)后的原材輸送與產(chǎn)品的銷(xiāo)售。 (2) 地利優(yōu)勢(shì)，貴溪處于中國(guó)最的露天銅礦 ——德興銅礦等三大 銅礦的中心地帶，又有便利的交通與之相接，非常便于銅精礦的運(yùn)輸且節(jié)約運(yùn)輸成本。 （ 4）豐富的電力優(yōu)勢(shì)，我們知道銅冶煉是一個(gè)非常耗電的領(lǐng)域，特別是銅的電解工序。 綜合整體 來(lái) 看 ，貴溪冶煉廠選址貴溪是一個(gè) 科學(xué) 的選址，它節(jié)約了投資成本，整合 優(yōu)化 了資源的配置，為我國(guó)的銅行業(yè) 的健康發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。 第三章 電解精煉及凈化流程的選擇與論證 [4] 火法精煉產(chǎn)出的精銅品位一般為 % ～ %，另外還含有 % ～ %的雜質(zhì)。 陽(yáng)極銅（ %） 不銹鋼陰極板 陰極銅陽(yáng)極機(jī)組電解槽陰極 殘極剝片機(jī)組 殘極機(jī)組上清液 陽(yáng)極泥漿上清液儲(chǔ)槽Lorpx過(guò)濾機(jī)地坑濃密機(jī)溢流液 底泥漿手動(dòng)壓濾機(jī) 自動(dòng)壓濾機(jī)濾渣 濾液 濾液 陽(yáng)極泥一車(chē)間凈液工段凈化后液加熱器高位槽分配包循環(huán)儲(chǔ)槽計(jì)量槽溶解槽添加劑濾液殘極回收 圖 銅電解精煉的工藝流程圖 銅的電解精煉是將火法精煉銅鑄成陽(yáng)極板，以電解產(chǎn)出的薄銅片（始極片）作為陰極，二者相間地裝入盛有電解液（硫酸銅與硫酸的水溶液）的電解槽中，在直流電的作用下，陽(yáng)極銅進(jìn)行電化學(xué)溶解，陰極上進(jìn)行純銅的沉積。 電解工序的流程選擇與論證 銅電解工藝有三種方案可供選用，即傳統(tǒng)電解法、永久陰極電解法和周期反向電流電解法。該法在世界各國(guó)均已有多年生產(chǎn)歷史，工藝成熟可靠，電耗低。 但是傳統(tǒng)法的始極片制作工藝復(fù)雜，不僅需要獨(dú)