电解铜车间设计 论文模板

电解铜车间设计 论文模板 目录 摘要 ................................................................................................ 错误～未定义书签。1 ABSTRACT ................................................................................... 错误～未定义书签。2 目录 ................................................................................................................................... 1 第一章 绪论 .................................................................................................................... 4 1.1铜的性质 ............................................................................................................. 4 1.2铜的用途 ............................................................................................................. 4 1.3铜的冶炼方法 ...................................................................................................... 4 1.3.1铜的湿法冶炼 ............................................................................................ 4 1.3.2铜的火法冶炼 ............................................................................................ 6 1.4中国铜的生产和消费状况 .................................................................................. 6 1.4.1铜的生产状况 ............................................................................................ 6 1.4.2铜的消费状况 ............................................................................................ 7 1.4.3铜的市场分析及预测................................................................................. 7 1.5本设计的内容及意义 .......................................................................................... 8 1.5.1本设计的内容 ............................................................................................ 8 1.5.2本设计的意义 ............................................................................................ 9 第二章 厂址选择 .......................................................................................................... 10 第三章 铜电解精练工艺流程的选择 ........................................................................... 11 3.1铜电解精炼流程简述 ........................................................................................ 11 3.2铜电解精炼的理论基础 .................................................................................... 12 3.2.1阳极过程 .................................................................................................. 12 3.2.2阴极过程 .................................................................................................. 12 3.2.3阳极上杂质行为 ...................................................................................... 13 3.3电解液的净化 .................................................................................................... 13 第四章 铜电解精炼技术指标的选择 ........................................................................... 15 4.1铜电解精炼条件 ................................................................................................ 15 4.1.1电解液组成 .............................................................................................. 15 4.1.2添加剂 ...................................................................................................... 15 4.1.3电解液温度 .............................................................................................. 15 4.1.4电解液循环 .............................................................................................. 15 4.1.5电流密度 .................................................................................................. 15 4.1.6同极中心距 .............................................................................................. 15 4.1.7阳极寿命和阴极周期............................................................................... 16 4.2铜电解精炼经济技术指标 ................................................................................ 16 4.2.1电流效率 .................................................................................................. 16 4.2.2残极率 ...................................................................................................... 16 4.2.3铜电解回收率 .......................................................................................... 16 4.2.4槽电压 ...................................................................................................... 16 4.2.5直流电能消耗 .......................................................................................... 16 4.2.6硫酸单位消耗 .......................................................................................... 16 4.2.7蒸汽单位消耗 .......................................................................................... 17 第五章 铜电解精炼冶金计算 ....................................................................................... 18 5.1溶解100kg阳极铜平衡计算 ............................................................................. 18 5.1.1阴极铜产量和成分计算 ........................................................................... 18 5.1.2.阳极泥率和成分计算............................................................................... 19 5.1.3进入电解液中铜及主要元素的量的计算 ................................................ 19 5.1.4净液量的计算 .......................................................................................... 20 5.2生产1t电铜的平衡 ........................................................................................... 21 5.3电解车间一昼夜物料的平衡计算 ..................................................................... 21 第六章 铜电解精炼主要设备计算与选择 .................................................................... 24 6.1电极的选择........................................................................................................ 24 6.2电解槽的选择 .................................................................................................... 24 6.3每个电解槽中电解液体积更新时间 ................................................................. 26 6.4电解槽热平衡计算 ............................................................................................ 27 6.4.1热收入 ...................................................................................................... 27 6.4.2热支出 ...................................................................................................... 27 6.5整流器及导电铜材料的计算 ............................................................................. 29 6.5.1直流电源 .................................................................................................. 29 6.5.2槽边导电排 .............................................................................................. 29 6.5.3槽间导电板 .............................................................................................. 29 6.5.4短路棒 ...................................................................................................... 30 6.6电解液循环系统设备及管道计算 ..................................................................... 30 6.6.1集液槽 ...................................................................................................... 30 6.6.2电解液循环泵 .......................................................................................... 30 6.6.3高位槽 ...................................................................................................... 30 6.6.4加热器 ...................................................................................................... 31 6.6.5电解液供液管 .......................................................................................... 31 6.7阴极片剥机........................................................................................................ 32 6.8车间运输设备计算及选择 ................................................................................ 32 6.8.1起重机 ...................................................................................................... 32 6.8.2叉车 ......................................................................................................... 32 6.9其他设备及设施 ................................................................................................ 32 6.9.1各种辅助槽子 .......................................................................................... 32 6.9.2阳极泥放出与收集 .................................................................................. 33 第七章 电解液净化 ...................................................................................................... 35 7.1概述 ................................................................................................................... 35 7.2年处理净液量计算 ............................................................................................ 35 7.3一段脱铜 ........................................................................................................... 35 7.4硫酸铜结晶........................................................................................................ 36 7.5二段脱铜 ........................................................................................................... 36 7.6粗硫酸镍生产计算 ............................................................................................ 37 第八章 环保措施 ............................................................................................................ 1 8.1环境保护 ............................................................................................................. 1 8.2安全生产 ............................................................................................................. 1 第九章 车间定员 ............................................................................................................ 2 结语 ................................................................................................................................... 3 参考文献 ............................................................................................................................ 4 第一章 绪论 1.1铜的性质 金属铜，元素符号Cu，原子量63.54，比重8.92g/cm3，熔点1083?。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色。铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。铜热导率高，抗张强度大，易熔接，且抗蚀性强，可塑性、延展性好。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。 铜在干燥的空气中不起变化，但在含有二氧化碳的潮湿空气中则能氧化形成碱式碳酸铜(铜绿)的有毒薄膜。加热至150?，铜在空气中开始氧化，高于350?氧化生成CuO2和CuO。因铜为正电性元素，故不能置换酸(盐酸和硫酸)中的氢，而仅能溶于有氧化作 用的酸如硝酸和有氧化剂存在时的硫酸中。铜能溶于氨水及与氧、硫、卤素等化合。1.2铜的用途 根据铜不同的物化性质，用途不同。 1、铜的导电性 2之一便是其具有极佳的导电性，其电导率为58m/(Ωmm)。这一特性铜最重要的特性 使得铜大量应用于电子、电气、电信和电子行业。铜的这种高导电性与其原子结构有关;当多个单独存在的铜原子结合成铜块时，其价电子将不再局限于铜原子之中，因而可以在全部的固态铜中自由移动，其导电性仅次于银。 2、铜的导热性 固体铜中含有自由电子所产生的另一重要效应就是其拥有极高的导热性，其热导性为386W/(m?k)，导热性仅次于银。加之铜比金、银储量更丰富，价格更便宜，因此被制成电线电缆、接插件端子、汇流排、引线框架等各种产品，广泛用于电子电气、电讯和电子行业。铜还有各种换热设备如热交换器、冷凝器、散热器的关键材料，被广泛应用于电站辅机、空调、制冷、汽车水箱、太阳能集热器栅板、海水淡化以及医药、化工、冶金等各种换热场合。 3、铜的耐蚀性 铜具有良好的耐蚀性能，优于普通钢材，在碱性气氛中优于铝。铜的电位序中是+0.34V，比氢高，是电位较正的金属。铜在淡水中的腐蚀速度也很低(约0.05mm/a)。并且铜管用于运送自来水时，管壁不沉积矿物质，这点是铁制水管所远不能及的。正因为这一特性，高级卫浴给水装置中大量使用铜制水管、龙头及有关设备。铜极耐大气腐蚀，其在表面可形成一层主要有碱式硫酸铜组成的保护薄膜，即铜绿，其化学成分为CuSO?Cu(OH)及CuSO?3Cu(OH)。因此铜材被用于建筑屋屋面板、雨水管、上下管4242 道、管件;化工和医药容器、反应釜、纸浆滤网;舰船设备、螺旋桨、生活和消防管网;冲制种类硬币(耐腐蚀性)、装饰、奖牌、奖杯、雕塑和工艺品(耐蚀性色泽典雅)等。 1.3铜的冶炼方法 从铜矿石中或精矿中提取铜的方法较多，总括起来分火法和湿法两大类。 1.3.1铜的湿法冶炼 湿法冶炼法可处理氧化铜矿，硫化铜矿和含铜贫矿或废矿。 1、氧化铜矿湿法提铜 一般适于低品位的氧化铜矿，生产出的阴极铜称为电积铜。湿法炼铜目前主要用于处 理氧化铜矿。有氧化铜矿直接酸浸和氨浸(或还原焙烧后氨浸)等法;酸浸应用较广，氨浸限于处理含钙镁较高的结合性氧化矿。 氧化铜矿一般不宜用选矿法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出，所得溶液含铜一般为1,5g/L，可用硫化沉淀、中和水解、铁屑置换以及溶剂萃取—电积等方法提取铜。近年来，萃取—电积法发展较快。其主要过程包括:(1)用对铜有选择性的萃取剂(如LiX,64 N，N,510，N,530等)的煤油溶液萃取铜，铜进入有机相而与铁、锌等杂质分离。(2)用浓度较高的HSO溶液反萃铜，得到含铜约50g/L的溶液。反萃后的有机溶剂，经洗涤后，24 返回萃取过程使用。(3)电积硫酸铜溶液得电铜，电解后液返回用作反萃剂。生产流程见图1-1。 图1-1 氧化铜矿酸浸—萃取—电积提铜流程 2、硫化铜矿湿法提铜 硫化矿多用硫酸化焙烧—浸出或者直接用氨或氯盐溶液浸出等方法。 (1)硫酸化焙烧—浸出法是将精矿中的铜转变为可溶性硫酸铜溶出;硫化铜精矿经硫酸化焙烧后浸出，得到的含铜浸出液，经电积得电铜。此法适于处理含有钴、镍、锌等金属的硫化铜精矿，但铜的回收率低，回收贵金属较困难，电能消耗大，电解后液的过剩酸量须中和处理，所以一般不采用。 (2)氨液浸出法是将铜转变为铜氨络合物溶出，浸出液在高压釜内用氢还原，制成铜粉，或者用溶剂萃取—电积法制取电铜; (3)氯盐浸出法是将铜转变为铜氯络合物进入溶液，然后进行隔膜电解得电铜。 3、贫矿石和废矿湿法提铜 铜矿开采后坑内的残留矿、露天矿剥离的废矿石和铜矿表层的氧化矿，含铜一般较低，多采用堆浸、就地浸出和池浸等方法，浸出其中氧化形态的铜，而所含硫化铜则利用细菌的氧化作用，使之溶解。浸出液中的铜可用铁置换得海绵铜，或者用溶剂萃取-电积法制取电铜。 1.3.2铜的火法冶炼 火法炼铜是将铜矿(或焙砂、烧结块等)和溶剂一起在高温下熔化，或直接炼成粗铜，或先炼成冰铜(铜、铁、硫为主的熔体)然后在炼成粗铜。该法除部分预备作业及电解精炼作业外，均在高温下进行。其一般流程如图1-2: 图1-2 火法炼铜工艺流程 火法流程最大的优点是适应性广，对各种不同的铜矿均能处理，特别是对一般硫化矿和富氧化矿很适用。 比较火法和湿法两种铜的生产工艺，有如下特点: (1)湿法冶炼设备更简单，但杂质含量较高，是火法冶炼的有益补充。 (2)火法冶炼有局限性，受制于矿石的品位及类型。 (3)火法冶炼的成本要比湿法高。 可见，湿法冶炼技术具有相当大的优越性，但其适用范围却有局限性，并不是所有铜矿的冶炼都可采用该种工艺。不过通过技术改良，这几年已经有越来越多的国家，包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等，将该工艺应用于更多的铜矿冶炼上。湿法冶炼技术的提高及应用的推广，降低了铜的生产成本，提高了铜矿产能。 1.4中国铜的生产和消费状况 1.4.1铜的生产状况 据中国有色金属工业协会提供的统计资料显示，2000年底中国精炼铜产量为137.11万吨，2005年达260.04万吨，5年间增长100余万吨以上，居世界第二位;阴极铜消费量 也呈快速增长态势，2000年阴极铜消费量为190万吨，2005年达到368万吨，居世界第一位。 中国铜产业技术改造步伐明显加快，装备水平大幅提高。江西铜业集团公司、铜陵有色金属集团公司、云南铜业集团公司等骨干铜冶炼企业，先后引进了奥托昆普闪速熔炼、诺兰达熔炼等一批先进工艺和装备，使得中国铜企业的冶炼综合能耗呈现相当幅度的下降。 目前，中国铜企业的经济实力不断提高。2000年，中国铜冶炼企业(含矿山、冶炼联合企业和独立冶炼企业)实现产品销售收入337亿元人民币。2005年，中国铜企业已实现销售收入1098.6亿元人民币。 在中国国内铜产品需求增长和产量增加的带动下，中国铜产品进口快速增长。其中铜原料部分增加显著，特别是铜精矿和阴极铜的进口量增幅很大，2000年,2005年两者净进口量平均分别增长了17.49%和12.86%。 在中国政府的大力支持下，中国铜工业在国际化经营和境外投资取得初步进展。截至2005年，中国国内4家铜企业4个牌号的精炼铜产品已在伦敦金属交易所(LME)注册，成为国际认可的品牌。中国在境外已获得投资权益铜金属基础储量约650万吨，形成了近8万吨/年的矿铜精矿(金属量)产能。 1.4.2铜的消费状况 我国既是铜资源较贫乏的国家又是世界上第二大铜消费国。从2001年到2005年，全球铜消费量增加了241.7万吨，而中国的消费增量就达到152.5万吨，占全球增量的63%。 中国铜消费行业主要是带动了电力、电缆行业的发展。发电情况在1980年到1990年年平均增长速度是7.5%，1990-2000年增长是8.2%，2000年到2005年是12%，也就是说中国电力发展在近五年发展速度逐渐加快。装机容量从2005年9月份发电装容量突破5万亿千瓦。推动电力发展主要是电线、中国电线、电缆在全球占的份额是20%。电信、电缆行业的用铜量是铜的绝对量，2004年大概是310万吨，即国内电线、电缆行业占了将近国内铜消费总量的60%。 1.4.3铜的市场分析及预测 1、2010铜市场分析 过去的十年，中国已成为世界上最大的铜生产国和消费国，中国铜产量呈现一个快速增长的势头，2010年许多制造商，继续通过生产线改进或新项目投资，扩增铜产量的能力。同时，国内需求的迅速增长和铜价格的不断上扬是中国铜产量不断增加主要因素。由于金融危机的影响，2007-2010年铜的期货价格经历了较大的波动，由2008年的历史高位急速的下降，下降幅度超过50%，但是随着中国经济的复苏，铜的价格在2008年低的开始重新反弹，并在2010年创下新的历史高位。 据中国有色工业协会统计，2010年我国主要铜产品产量跃上新的台阶，其中铜精矿产量为115.6万吨，同比增长20.2%，创历史新高;精炼铜产量继续保持增长，达到457.3万吨，同比增长11.3%;铜材产量达1009.3万吨，同比增长13.6%。由于国内外市场铜价震荡上行，进口铜精矿加工费剧烈波动，刺激了国内铜矿山的生产积极性，这是促使我国铜精矿产量大幅度增长的主要原因。另外，内蒙古，云南等地区新建矿山陆续达产等因素，也是2010年国内铜精矿产量出现较大大幅度增长的主要原因。 2010年国内精炼铜生产在需求继续稳步增长的带动下，产能扩张势头不减，当年新增铜冶炼和精炼产能分别为23万吨/年和59万吨/年，年底产能分别达到347万吨/年和588万吨/年，支撑了我国精炼铜产量的持续增加。 2010年国内电力行业投资出现下降，但2009年大幅增加的投资在2010年仍产生效果， 持续对铜需求增长提供支撑。空调制冷行业2010年也超预期增长，内需和出口都有不俗的表现，尤其是出口强劲，带动了铜产品的间接出口。国家统计局数据显示，2010年我国主要用铜产品如汽车，交流电动机，冰箱冷柜，空调，电力电缆等产品产量均有较大增幅。这表明国内铜需求态势良好。 2、2011年铜市场预测 2011年中国的货币政策将从“适度宽松”转向“稳健”，会对全球铜价上行形成压力。但是全球经济继续向好的趋势有望在2011年继续维持，使国内外市场铜的供需基本良好。预计2011年全球的铜消费增长速度继续大于供应，精炼铜市场将会出现约30余万吨的供应短缺，对铜价走势形成强劲支撑。此外，国际市场铜ETF交易的推出，也会引发铜价的上涨。在铜市场供应紧张以及中国大量进口的背景下，预计2011年国内外市场铜价运行水平将高于2010年，趋势将呈现前高后低，国内价格则有补涨希望。 目前市场铜价已高于生产成本，其走势更多的受到货币政策等因素影响，ETF交易基金的推出，使得铜商品的金融属性更为突出。一系列新推出的上市交易基金投资者提供了新的投资期货工具，进一步引发了投资者的热情，继续对铜价形成支持。 价格的上涨将带动铜生产的发展。但铜矿开发方面受缺乏大型项目投产，矿石开采品位下降以及罢工等因素影响，将限制产量的增长，必然导致全球铜精矿供应出现紧张。2011年开始中国新建铜冶炼项目进入投产高峰期，但受原料供应限制，产能利用率将出现下降。 随着全球经济的逐步回暖，精炼铜消费有望继续保持增长趋势，但高铜价对消费也将形成一定的抑制作用。2011年中国铜消费增长面临一些不利因素。一是电力行业投资萎缩预计将对2011年的铜消费带来不利影响;二是人民币持续升值会对机电产品出口形成压力，影响国内铜消费。整体分析，2011年中国铜消费还会继续增长，但增幅将有所回落。 2011年中国精炼铜供应缺口将较上年有所扩大，预计为244万吨左右，需要靠进口弥补。虽然国内铜供应已经连续几年出现过剩，但在市场对铜价后市看好的情况下，过剩量并未完全反映到现货市场上来。特别是铜的金融属性日益显现，对投资者具有较强吸引力。这样预计2011年我国精炼铜进口量仍将保持较高水平，所以有必要新建铜电解车间。 1.5本设计的内容及意义 1.5.1本设计的内容 本设计的内容包括厂址的选择，电解工艺的确定，铜电解精炼冶金计算，主辅设备的选择，主要设备结构图的绘制等。 1、厂址的选择 厂址选择要根据国民经济建设 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，工业布局及区域性总体规划和城市建设规划的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 进行。 2、铜电解精炼工艺流程的确定 通过比较，选择先进、经济、合理的铜电解精炼的工艺流程。 3、冶金计算 铜电解精炼冶金计算包括:电解过程金属平衡和物料平衡，电解槽热平衡计算等。 4、重要设备及辅助设备尺寸计算及选择 根据工艺流程各个主要过程，合理地选择主要冶炼设备和确定个数、容量、对其主要尺寸加以计算。 辅助设备应进行选择和计算，确定其规格和数量。 运输设备的选择和计算时，应说明冶炼工艺流程各主要工序的联系，物料运输方式，运输及提升设备型号选择依据及采用的运输方法并进行计算。 铜电解精炼主要设备和辅助设备计算包括:电解槽的计算。整流器及导电材料的计算 和选择，电解液循环系统设备及管道计算，车间运输设备计算与选择等。 5、主要设备结构图的绘制 铜电解精炼车间设计的图纸主要为电解槽构造图。 1.5.2本设计的意义 铜在国民经济中的用途十分广泛，一直是电气、轻工、机械制造、交通运输、电子、邮电、军工、家电等行业不可缺少的重要原材料。根据对铜的市场分析及预测可知，国内阴极铜的供应还比较紧张，铜价还在震荡中走高。 因此，新建铜电解车间对缓解国内铜消费缺口，促进我国工业的发展有积极的现实意义和巨大的经济利益。此外，通过对铜电解精炼车间的设计，可以提高应用知识解决问题的能力，为我们今后进入生产单位积累一定的经验。 第二章 厂址选择 厂址选择要根据国民经济建设计划和工业布局的要求进行。厂址选择适当与否，对企业的建设速度、建厂投资、生产发展、经济效益、环境保护及工农关系等会带来重大影响。 厂址选择的一般 原则 组织架构调整原则组织架构设计原则组织架构设置原则财政预算编制原则问卷调查设计原则 是:应符合工业布局及区域性总体规划和城市建设规划的要求;要尽可能利用城镇设施，节约资源;要靠近原材料、水、电供应充足和产品销售便利的地方，有较好的交通运输条件;要注意节约用地，尽量不占或少占农田，留有发展余地;要有适当的自然地形和适宜的工程地质、水文、地震等级条件及较好的协作条件等。 在进行厂址选择时，应根据有色生产的特点，应充分论证以下几个问题: 1、工业布局问题 建设一座有色冶金厂，对全国的工业布局、一个区或一个城市的合理发展、各个工业区之间的经济协调以及农业发展等起着重要的作用，应根据工业布局―大分散，小集中、多搞小城镇‖的方针，按―工农结合，城乡结合，有利生产，方便生活‖的原则，进行厂址选择和居住区规划，使之符合工业布局总体规划及城市建设规划的要求。 2、原材料供应及交通运输条件 有色金属冶炼是连续性的，物料吞吐量一般很大。因此在进行厂址选择时必须充分考虑交通运输问题。为了减少运输费用，在保证良好的运输条件下，进行厂址尽可能接近原材料基地和销售市场。 3、供水、供电条件 有色冶炼厂一般是大量用水和耗电多的企业。因此希望厂址附近有充分的水源和电源。以供电为例，厂址距离电源每增加一公里，就需增加外部高压输电线投资3~4万元， 这不仅大大增加投资，而且影响建设进展，所以冶金企业尽可能的选择在供电网经济供电半径之内是至关重要的。 4、环境保护和节约用地问题 有色冶金生产特点之一是无一例外地产出大量造成环境污染的―三废‖物质，除必须有完善的―三废‖治理工程设计外，在选择厂址时，必须尽量考虑在主导风向和主要水流的下游位置，安排好―三废‖处理场地和废渣堆放场地，要有良好的自然通风条件，并应考虑厂址附近居民点、城市发展规划、农木渔业及旅游胜地、自然资源保护区等问题。 5、厂址的工程地质及水文地质条件 冶炼厂的土建投资是相当大的，厂址地震等级的不同会对建筑结构以及基础工程的投资带来很大影响，所以厂址不能选在发震断层地区和基本裂度为9级以上的地震区。 此外，所选厂址的地耐力应不低于147.1~196.1kPa，地下水位最高也要低于基础地面0.5m，厂址最低洼处要高于历年最高洪水位0.5m以上;不能选在厚度较大的III级自重湿陷性黄土地区和有泥石流或滑坡等危害的山区，厂址底下不宜又有用矿物矿藏或以开采的矿坑和溶洞等。 6、厂址的协作条件 冶炼厂一般是机械化自动化水平比较高的现代化企业，为保证企业生产顺利进行，必须有充足的设备及备品备件供应，要有强有力的机械加工和维修能力。若厂址附近具备这些条件，便可发挥专业协作的优越性，减少辅助设施投资和降低生产成本。工厂在建设过程中的 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 条件诸如砖瓦、砂石、石灰、水泥、木材等能否就地取材，施工力量和施工场地是否具备等，都对建设进度起着一定的作用。在厂址选择时，应充分考虑厂址附近是否具备这些条件，那种片面强调―小而全‖不重视专业化协作的做法是不恰当的，甚至是错误的。 第三章 铜电解精练工艺流程的选择 3.1铜电解精炼流程简述 火法精炼产出的阴极铜品位一般为99.2~99.7%，其中还含有0.3~0.8%的杂质。为了提高铜的性能，使其达到各种应用的要求，同时回收其中的有价金属，特别是贵金属、铂族金属和稀散金属，必须对其进行电解精炼。 粗铜电解精炼是以铜阳极板为阳极，纯铜始极片或不锈钢板为阴极，以硫酸铜和硫酸溶液为电解液，将极板按一定的极距相间排列于电解槽内，通入直流电，阳极不断溶解，便在阴极上析出电解铜。电解过程中，阳极铜中的贵金属和硒、碲等有价元素进入阳极泥，沉积于电解槽底，定期排出，送阳极泥车间提取贵金属。镍、砷、锑、铋等杂质大部分进入电解液，需从循环液中抽取一部分进行净化处理。工艺流程包括电解精炼和电解液净化两部分。 电解精炼工艺有常规电解、周期反向电流电解和永久阴极电解三种方法可供选用。 1、常规电解 以纯铜始极片为阴极，电源为恒向直流电，电流密度为220,280A/m2。该法在世界各国均已有多年生产历史，工艺成熟可靠，电耗低。特别是采用了机械化、自动化水平高的阴阳极加工机组，并采用新技术适当提高了阴阳极板的垂直度以后，阴极铜产品质量得到显著的改善。常规电解精炼工艺流程见图3-1。 图3-1 常规铜电解精炼工艺流程图 但是传统法的始极片制作工艺复杂，不仅需要独立的生产系统，而且制作过程中劳动强度过大。除此之外，这种工艺流程自身还存在两个难以克服的缺点:(l)电解精炼过程 中存在―极限电流密度‖，电解精炼时的实际电流密度必须低于极限电流密度，否则就会使阴极铜沉积表面粗糙，甚至形成―枝晶‖，造成电解槽短路，使电解过程能耗大大增加，并且影响正常生产过程和产品质量。(2)容易形成―阳极钝化‖，在正常电压下阳极不能溶解，必须提高电压使钝化膜在更高的电压下被破坏并溶解，不仅影响正常生产，还会造成电能浪费和阴极铜的化学成分不稳定，进而影响产品的质量和物理性能。 2、周期反向电流电解 周期性短时间改变直流电流方向的电解方法。电解阴极及阳极和常规电解相同，周期 2性短暂反向，是为了克服阳极钝化，电流密度达300,350A/m。，可强化生产，节省投资，缩短电解铜在产周期。缺点是电流效率低，电耗高于常规电解。适于老厂扩大生产能力和电价低廉地区采用。 3、永久阴极电解 又名艾萨(ISA)电解法。和常规电解不同，阴极是永久性的不锈钢板，在不锈钢阴极板上析出的电解铜定期取出剥离作为成品。1979年澳大利亚精炼铜公司(Coppei refinet CRL)首先将此法用于铜电解精炼工业生产，以后美国、加拿大和联邦德国等iesplyLtd( 精炼厂也应用了这一方法。它的优点是可省掉铜始板片生产系统，不锈钢阴极平直，短路发生率低，阴极质量高。 本设计采用ISA法电解工艺。 3.2铜电解精炼的理论基础 3.2.1阳极过程 铜电解精炼，在阳极上进行氧化反应: 02，E,0.34V2，Cu,2e,CuCuCu/ 0'2，E,0.34V2，M',2e,MMM'/' 1，0HO,2e,2H，O22E,1.229VHOO/222 12,0SO,2e,SO，O432E,2.42V2,SOO/242 式中M′只指Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更负电性的金属。因其浓度很低，其电极电位将进一步降低，从而它们将优先进入电解液。由于阳极主要成分是铜，所以阳极的主 2+2-要反应将是铜溶解形成Cu的反应。至于HO和SO失去电子的氧化反应，由于其电极24 电位比铜正的多，故在阳极上是不可能进行的。另外，如Ag、Au、Pt等电位更正贵金属、铂族金属和稀有金属，更是不能溶解，而落到电解槽底部，成为阳极泥。 3.2.2阴极过程 在阴极上进行的还原反应: 02，E,0.34V2，Cu，2e,CuCuCu/ 0，E,0V，2H，2e,HHH/22 02，E,0.34V2，M'，2e,M'MM'/' 氢的标准电位较铜负，且在铜阳极上的超电压使使氢的电极电位更负，所以在正常的电解精炼条件下，阴极不会析出氢，而只有铜的析出。同样，标准电位比铜低而浓度又小的负电性金属M′，不会在阴极析出。 +电解过程中还形成一价铜离子Cu并建立下列平衡: 2，2，K,C/C2，，2Cu,Cu，CuCuCu 上式在不同温度下的平衡数据列在表3-1中。 ++2表3-1 的平衡数据 2CuCuCu=+ C温2+Cu-34CCE(v)Cu/(0.5molCuSO) g/l g/l× 102+k4+K?10 度? CuCuC+Cu25 0.316 1.037 3 342 25 55 0.355 1.004 3.7 270 7.3 100 0.353 1.00 89 11.2 0.012 +可见，平衡的Cu浓度是很小的。但是它的存在，与硫酸作用进行 2+CuSO+1/2O+HSO=2CuSO+HO反应，结果使电解液中的HSO不断减少，而Cu又242244224 不断增加，并按CuSO= CuSO+Cu反应生成铜粉进入阳极泥，使其中的贵金属含量下降。 244 在电极与电解液界面上还进行铜的化学溶解反应: Cu，12O，HSO,CuSO，HO22442 3.2.3阳极上杂质行为 根据阳极上杂质在电解时的行为，可将它们分为三类: 1、正电性金属和以化合物存在的元素 金银和铂族金属为正电性金属，它们不进行电化学溶解而落入槽底。阴极铜中含有这些金属是由于阳极泥机械夹带来的结果。AgSO可溶于电解液中，但当加入少量氯离子(以24 HCl形式存在)时，则形成AgCl进入阳极泥。 氧、硫、硒、碲、为稳定化合物存在的元素。它们以CuS、CuO、CuTe、CuSe、2222 AgSe、AgTe等存在阳极板内，电解时亦进入阳极泥中。 22 2、负电性的镍、铁、锌 火法精炼很容易将铁和锌脱除，一般阳极铜中的铁和锌的含量仅0.001~0.003%，阳极 2+3+中的铁以Fe形式进入电解液，在电解过程中部分被氧化成Fe进而降低阳极电流效率。 3+3+当Fe移向阴极时，又被还原成Fe，降低阴极电流效率。铁在阴阳极间发生氧化还原反应使电流效率下降。同时，锌和铁在阳极的溶解会增加硫酸消耗，在电解液中积累导致电解液电阻增大，还会增大电解液的粘度。铅在阳极溶解时形成不容性的PbSO沉淀。阳极42+中的锡首先以Sn形式进入电解液，之后逐渐被氧化成四价锡，再水解生成溶解度较小的碱式盐沉入槽底成为阳极泥。 SnSOOHSOSnSOHO++=+0.52SnSOHOSnOHSOHSO+=+2()()()4244242242422， 阳极含氧量对镍的溶解有很大影响:阳极含氧低，则镍绝大部分溶解进入电解液;阳极含氧高，则由于生成难溶化合物，镍很大一部分进入阳极泥。 3、电位与铜相近的砷、锑、铋 电解时，它们可能在阴极上析出。它们还生成极细的絮状SbAsO和BiAsO砷酸盐，44漂浮在电解液中，机械地粘附在阴极上，其粘附量相当于砷锑放电析出的两倍，而且锑进入阴极的数量比砷大，因此锑的危害更为突出。 3.3电解液的净化 随着电解过程的进行，电解液内的铜和负电性元素逐渐增加，硫酸逐渐减少，添加剂逐渐积累。为此，每天抽出一定量的电解液进行净化处理，同时补充等量新液，以保持电 解液原有的组成范围。净化的目的在于回收其中的铜、钴、镍，除去有害的砷和锑，以及能使硫酸返回使用。 净化主要含括如下几个工序: 1、中和结晶生产硫酸铜 它是用铜粉中和电解液中的硫酸以产出硫酸铜: 1CuHSOOCuSOHO++=+242422 中和设备为间断的中和槽或连续的鼓泡塔。将中和液蒸发浓缩为高温(80,90?)饱和硫酸铜溶液，冷却即析出胆矾结晶。结晶设备有带式水冷连续结晶机和水冷机械搅拌间歇结晶机。 2、脱铜和砷锑铋 硫酸铜结晶后的母液用不溶阳极电积产出黑铜粉。同时也再生了硫酸。 1CuSOHOHSOCuO+=++422422 至电解后期，Cu2+低至8g/L下时，砷、锑、铋与铜一起放电得含砷黑铜，并有大量氢放出。黑铜可返回到火法精炼中处理。 3、生产粗硫酸镍 脱铜和脱砷锑铋的母液含有40,50g/LNi和约300g/LHSO，再经蒸发浓缩使NiSO424 达饱和，然后冷却结晶分离。结晶后液含7,10g/LNi和约400g/LHSO，若杂质含量低时，24 可将其加热和过滤，然后返回电解车间使用;若含砷锑等杂质高，则须再蒸发浓缩，使其以无水硫酸盐析出，分离后溶液返回电解车间使用。 脱铜后的溶液生产粗硫酸镍结晶，可选用蒸发浓缩法或冷冻结晶法，蒸发浓缩法镍的脱除率高，但硫酸损失大，劳动条件差，一般适用于规模小的工厂;冷冻结晶法无废气排放，但投资较大，适于规模大的工厂选用。 第四章 铜电解精炼技术指标的选择 4.1铜电解精炼条件 4.1.1电解液组成 电解液为硫酸铜的硫酸溶液，其组成的选择与阳极成分，电流密度和电解的技术条件等因素有关，一般含铜40-55g/L，硫酸150-220g/L。 4.1.2添加剂 为了获得致密、平整的阴极铜，在电解过程中了除严格控制各工序的技术条件外，还应加入适量的胶状物质和表面活性物质以改善阴极表面。一般采用的添加剂有:动物胶、硫脲、干酪素和盐酸等;其作用分别如下: 物胶。动物胶是铜电解精炼过程中的主要添加剂，它能细化结晶，改善阴极表1、动 面的物理状态，一般加入量为25-50克/吨铜，加入量过多时，电解液的电阻增大，阴极铜分层、质脆。 2、硫脲。硫脲是一种表面活性物质，单独使用时作用不明显，通常与动物胶混合使用，能促使阴极铜表面细化、光滑、质地致密。硫脲一般加入量为20-50克/吨铜。 3、干酪素。干酪素与动物胶混合使用，能抑制阴极表面粒子的生长和改变粒子的形状等作用。一般用量为15-40克/吨铜。 4、盐酸。加入盐酸用来维护电解液中氯离子的含量。电解液中的氯离子可以使溶入电解液中的铅、银离子生产沉淀，同时还可以防止阳极钝化、防止阴极产生树枝状结晶。但氯离子过多时，阴极上会产生针状结晶。盐酸的一般用量为300-500毫升/吨铜。 4.1.3电解液温度 提高电解液温度能增加铜离子、硫酸根离子的扩散速度。减少极化。电解液的导电率随温度升高而增大，溶液温度升高，槽电压下降，对降低电能消耗有利。但溶液温度过高，会使蒸汽消耗量增大，车间酸雾增多。操作环境恶化。所以电解液温度一般控制在58-62? 2为宜，当采用300 A/m以上的电流密度操作时电解液温度还可以适当提高至63-65?。 4.1.4电解液循环 电解液循环可以促使电解液的组成和温度均匀一致，降低浓差极化，改善阴极铜质量。电解液的循环方式有两种:下进液、上出液和上进液、下出液。上述两种循环方式各有优缺点。下进液、上出液的循环方式有利于溶液充分混合。但与阳极泥沉淀方向相反，造成阳极泥沉淀困难。上进液、下除液的循环方式对阳极泥沉淀有利，但电解液上下层浓差较大。目前国内工厂采用上进液、下出液的循环方式较多。循环量主要决定于操作电流密度，当操作电流密度高时，必须采用较大的循环量以减少浓差极化。循环量一般为18-25L/。 4.1.5电流密度 提高电流密度是增产挖潜的好办法。但随着电流密度的增大，槽电压上升，电流效率下降，电能消耗也相应增大。此外，损失于阴极铜上的贵金属也有相应增加。因此，一般2宜采用 220-270 A/m。近年来，一些工厂为了挖掘生产潜力，在普通电解槽中采用300-350 2A/m电流密度进行生产，在加强管理的情况下，也能产出合格的阴极铜。 4.1.6同极中心距 缩短同极中心距能降低槽电压，减少电能消耗，还能提高劳动生产率。但极距过小会 引起阳极泥对阴极的污染，电铜表面粗糙，贵金属的损失有所增加，管理不善还会降低电流效率。考虑上述因素。一般同极中心局以采用80-110mm为宜。 4.1.7阳极寿命和阴极周期 阳极寿命一般由电流密度、阳极重量和残极率来确定，一般在18-21天内选择。当电 2流密度采用300 A/m时，阳极寿命应缩短为12-14天。阴极周期与电铜质量、电流密度和劳动组织等因素有关，阴极周期一般为阳极寿命的1/3。 4.2铜电解精炼经济技术指标 4.2.1电流效率 电流效率是指铜电解精炼过程中，阴极实际析出量与理论析出量的百分比。铜电解精炼的电流效率一般为96%左右。 影响电流效率的主要因素有: 1、短路。由于电极放置不正或阴极上产生树枝状结晶而引起短路。 2、漏电。由于电解槽与电解槽之间、电解槽与地之间、溶液循环系统等绝缘不良而引起的漏电。 3、化学溶解。阴极铜在硫酸中的化学溶解速度决定于溶液温度、硫酸浓度、铜离子浓度、三价铁离子浓度以及溶液氧含量。由于上述因素的影响，通常铜的化学溶解能使电流效率降低0.25-0.75%。 4.2.2残极率 残极率是指生产出残极量占消耗阳极量的百分比。残极率低可以减少重熔的费用和金属损失，提高直接回收率;但是，残极率过低又会造成槽电压升高，电能消耗增加，电能效率降低，甚至还会使残极碎片跌落槽底，损坏槽衬。因此，残极率以选择14-16%为宜。 4.2.3铜电解回收率 铜电解回收率反映铜电解过程中铜的回收程度，其计算方法如下: 铜电解回收率(%)=电铜含量(吨)?(装入原料含铜量(吨)-回收品含铜量(吨))回收品是指残极、铜屑、碎铜、制取硫酸铜溶液及阳极泥等含铜物料(若阳极泥含铜本企业不能回收，则按损失处理)。铜电解回收率一般为99.8%左右。 4.2.4槽电压 槽电压由下列各项电位降组成:电解液的电位降、各接触点和克服阳极泥电阻的电位降、浓差极化所引起的电极电位降等项相加所得之和。工厂普通电解槽的槽电压一般为0.2-0.3伏，种板电解槽则稍高一般为0.3-0.4伏。 4.2.5直流电能消耗 每吨电解铜的直流电能消耗，实践中使用的计算方法如下: 直流电能消耗(度?吨)=消耗直流电量(度)?电铜产量 消耗的直流电量包括普通电解槽、种板电解槽、脱铜电解槽、再用残极槽及线路损失等全部直流电消耗量。 4.2.6硫酸单位消耗 硫酸单位消耗量一般为4-6公斤/吨铜。 4.2.7蒸汽单位消耗 近年来，国内大多数铜精炼厂已采用石墨热交换器代替铅蛇行形管加热器，热利用率有所提高。如采用铅蛇形管加热的工厂，蒸汽单位消耗量为1.5-2吨/吨，而某厂改用石墨热交换器以后，蒸汽单位消耗量已降至1吨/吨左右。 第五章 铜电解精炼冶金计算 计算条件:50000吨电解铜/a 通过火法精炼本设计阳极成分如表5-1所示: 表5-1 阳极铜成分(w/%) 元Cu Ni As Sb Ag Bi Fe Se+Te S O Au Pb 2素 含 99.5 0.05 0.206 0.03 0.05 0.015 0.002 0.01 0.002 0.08 0.005 0.05 量 电铜品位99.99%;残极率12%; 铜电解过程元素分配如表5-2所示: 表5-2 铜电解过程元素分配(w/%) 元素 进入电解液 进入阳极泥 进入电解铜 Cu 1.45 0.05 98.5 Ni 85 14.85 0.15 As 65 34.5 0.5 Sb 12 82 6 Ag — 98 2 Bi 14 84 2 Fe 80 4 16 Se+Te — 99 1 S — 96 4 O — 98.5 1.5 2 Au — 99 1 Pb — 96 4 5.1溶解100kg阳极铜平衡计算 5.1.1阴极铜产量和成分计算 Cu 99.5×98.5%=98.0075kg Ni 0.05×0.15%=0.000075 kg As 0.206×0.5%=0.00103 kg Sb 0.03×6%=0.0018 kg Ag 0.05×2%=0.001 kg Bi 0.015×2%=0.0003 kg Fe 0.002×16%=0.00032 kg Se+Te 0.01×1%=0.0001 kg S 0.002×4%=0.00008 kg O0.08×1.5%=0.0012 kg Au 0.005×1%=0.00005 kg Pb 0.05×4%=0.002kg 合计 98.015455kg 由上可计算出电铜品位为98.0075/98.015455=99.99% 通过上述计算可知阴极铜满足GB466—82一号铜的规定如表5—3所示: 表5-3 一号铜化学成分(GB466—82) 铜Cu+ 品杂质含量/%(不大于) Ag 号 不小 As Sb Bi Fe Pb Sn Ni S P 总和 于 一 号99.95 0.002 0.002 0.001 0.004 0.003 0.002 0.002 0.004 0.001 0.05 铜 5.1.2.阳极泥率和成分计算 Cu 99.5×0.05%=0.04975 kg Ni 0.05×14.85%=0.007425 kg As 0.206×34.5%=0.7107kg ，Sb 0.0382%=0.0246 kg Ag 0.05×98%=0.049 kg Bi 0.015×84%=0.0126kg Fe 0.002×4%=0.00008 kg Se+Te 0.01×99%=0.0099 kg S 0.002×96%=0.00192 kg O0.08×98.5%=0.0788 kg Au 0.005×99%=0.00495 kg Pb 0.05×96%=0.048kg 合计 0.358095kg 所以阳极率为0.36%(对溶解阳极铜) 5.1.3进入电解液中铜及主要元素的量的计算 Cu 99.5×1.45%=1.44275 kg Ni 0.05×85%=0.0425 kg As 0.206×65%=0.1339kg Sb 0.03×12%=0.0036 kg Bi 0.015×14%=0.0021kg Fe 0.002×80%=0.0016 kg 5.1.4净液量的计算 电解过程中各种杂质进入电解液的百分比及本设计所取有害杂质在电解液中的允许含量分别如表5-2和5-4所示。在净化过程中铜、镍、砷、锑、铋和铁的脱出率分别为98%、75%、85%、85%、85%、和80%。 表5-4 各种元素在电解液中的允许含量 元素 Cu Ni As Bi Sb <50 <20 <7 <0.6 <0.5 含量 净液量的计算公式如下: 3m，10 (5-1) V,c，k 式中:m—溶解100?阳极该元素进入溶液的数量，?; c—元素允许的极限浓度，g/l; k—元素在整个净化过程中的脱除率，%。 在本设计中取按主要元素分别计算净液量如下: 31.44275,10 Q,,29.44L铜50，0.98 30.0425，10 Q,,2.66L镍20，0.8 30.1339，10 Q,,21.25L砷7，0.9 30.0036，10 Q,,7.5L锑0.6，0.8 30.0021，10 Q,,4.94L铋0.5，0.85 30.0016，10 Q,,0.67L铁3，0.8 从计算结果看，需净液量最大的元素是铜，其次是砷。因此100kg阳极相应的净液量为29.44L。所以，需净化电解液的实际成分为(g/L)Bi:0.071;As:4.55，Sb:0.122;Cu:49;Ni:1.44;H2SO4:180。 电解液净化采用一段电解脱铜—硫酸铜结晶—二段电解脱砷锑工艺流程。一段脱铜后液铜离子浓度控制为42g/L。当溶解100kg阳极时，进入电解液中铜的量为1.44275kg,其中只有29.44×42/4000=1.23648kg铜送去净化车间，因此多余的铜由脱铜槽脱除，脱除量为1.44275-1.23648=0.20627kg。 根据以上计算可以编制出溶解100kg阳极电解过程铜的平衡如表5-5所示。 表5-5 溶解100kg阳极电解过程铜的平衡 收入 支出 项目 重量kg 含铜% 铜kg 项目 重量kg 含铜% 铜kg 100 99.5 99.5 98.015455 99.99 98.0075 阳极铜 阴极铜 0.358095 0.04975 阳极泥 净液量 1.23648 0.20627 脱铜 损失及计 +0 算误差 99.5 99.5 合计 合计 5.2生产1t电铜的平衡 生产1t电铜需要溶解1×100/98.015455=1.0202t阳极。 取残极率为12%，则共需阳极1.0202/(1-12%)=1.159t 残极量1.159×12%=0.139 t 阳极泥量1.0202×0.358095×1000/100=3.65kg 阳极泥量含铜1.0202×0.04975×1000/100=0.51kg 净液量含铜1.0202×1.23648×1000/100=12.615 kg 0.20627×1000/100=2.104kg 脱铜槽脱铜1.0202× 由以上计算，可绘制生产1t电铜的平衡表如5-6所示 表5-6 生产1t电铜的平衡 收入 支出 项目 重量kg 含铜% 铜kg 项目 重量kg 含铜% 铜kg 1159 99.5 1153.2 1000 99.99 999.9 阳极铜 阴极铜 3.65 0.51 阳极泥 12.615 净液量 脱铜 2.104 139 138.3846 残极 损失及计 +0.1964 算误差 1153.2 1153.2 合计 合计 5.3电解车间一昼夜物料的平衡计算 本设计年产电铜为50000t，年工作日取为350天。 因此日产电铜为50000/350=142.86t。 日溶解阳极铜量:142.86×1.0202=145.75t 日处理阳极铜量:142.86×1.159/1=165.6 残极量:165.6×12%=19.87t 阳极泥量含铜145.75×0.04975×1000/100=72.51kg 净液量含铜145.75×1.23648×1000/100=1802.17kg 脱铜槽脱铜145.75×0.20627×1000/100=300.64kg 昼夜铜物料平衡如表5-7所示: 表5-7 一昼夜铜物料的平衡 收入 支出 项目 重量kg 含铜% 铜kg 项目 重量kg 含铜% 铜kg 165.6 99.5 164.77 142.86 99.99 142.85 阳极铜 阴极铜 0.489 0.07251 阳极泥 1.802 净液量 脱铜 0.3006 19.87 19.77 残极 损失及计 -0.025 算误差 164.77 164.77 合计 合计 根据以上计算，可绘制生产1t电铜的各主要元素的物料平衡表如5-8所示: 表5-8产出1t电铜的各主要元素的物料平衡表 物 料物料Cu As Sb Au Ag 名量 称 kg % kg % kg % kg % kg % kg 装 入1153.200.200.00.000.01159 99.5 2.3875 0.3477 0.05795 0.5795 5 6 3 5 5 阳 极 合 1153.2 2.3875 0.3477 0.05795 0.5795 计 产 出 电99.9解1000 999.9 0.0105 0.0184 0.0051 0.0102 9 铜 残139.00.200.00.000.0极99.5 138.38 0.287 0.0417 0.007 0.0695 8 6 3 5 5 铜 阳 极3.65 0.51 0.7251 0.0215 0.0505 0.4999 泥 电 解 14.7189 1.3660 0.0367 _ _ 液 计 算-0.061-0.000-0.0476-0.000 -0.3039 1 1 5 1 误 差 合1153.201159 2.3875 0.3477 5 计 第六章 铜电解精炼主要设备计算与选择 6.1电极的选择 1、阳极 阳极尺寸的选择与生产规模，操作的机械化程度及其他一些技术条件有关。一般大型厂，机械化程度高的，可采用重量较大的阳极。阳极寿命根据电流密度，阳极重量和残极率来确定，可以在12~42天之间波动，一般在18~21天内选择。大耳阳极的尺寸波动在:长800~1000mm,宽600~900mm，厚35~45mm，重150~300kg。在本设计中，取阳极尺寸为:940×920mm;周期为21天。 2、阴极 为了避免阴极边缘生产树枝状结晶，通常阴极尺寸比阳极稍大，宽度大约为25~45mm。阴极周期与电铜质量，电流密度和劳动组织等因素有关，约为阳极周期的1/3。本设计采用的是不锈钢阴极，其尺寸取:965×965mm;周期为7天。 6.2电解槽的选择 1、电解槽材质 现在普通采用的钢筋混凝土槽体。钢筋混凝土电解槽又成列就地捣制，单槽整体预制，近期又发展到预制板拼装式槽体。整体就地捣制施工块，造价低。但是检修更换不便，绝缘处理难，易漏电;而单槽整体预制，搬运，安装，检修，更换方便，绝缘好，漏电少，为大多数工厂所采用;预制板并装式电解槽搬运，安装，更换方便，造价低，节省车间面积。为国外一些新建工厂采用。 在我国，还有一些工厂采用辉绿岩耐酸混凝土单个捣制槽和花岗岩单个整体槽，这些槽耐酸，绝缘较好。但辉绿岩槽易渗漏。花岗岩槽价格贵，运输不便，易产生暗缝，仅适合小型且就地取材的工厂采用。因此，本设计所采用的电解槽材质为钢筋混凝土，采用单槽整体预制。 2、电解槽构造 通常电解槽由长方形槽体和附设的供液管，排液斗，出液斗的液面调节堰板等组成。槽底部通常做成一端向另一端或由两端向中央倾斜，倾斜度3%，最低处开设排泥孔，较高处有清槽用的放液孔。放液排泥孔配有耐酸陶瓷或嵌有橡胶圈的硬铅制作的塞子，防止漏夜。此外，钢筋混凝土槽体底部还开设检漏孔，以观察内衬是否破损。钢筋混凝土电解槽壁厚一般为80~120mm。 3、电解槽衬里材质 钢筋混凝土电解槽内衬应是造价低廉，耐温，耐腐蚀和电绝缘性能良好的材料，一般为铅和含锑3%~6%的铅锑合金板，软板聚氯乙烯和玻璃钢。内层塑料衬里一般不铺槽整设，铅衬厚一般为3~5mm;聚氯乙烯衬里通常为两层，每层厚4~5mm;内衬塑料衬里一般不整槽铺设，仅在极板落下易被砸破处局部铺设;玻璃钢衬里一般为6~10层，厚3~5mm。国内大部分铜电解工厂的电解槽衬铅。本设计采用聚氯乙烯衬里。 4、电解槽数量及尺寸计算 (1)电解槽总数的确定 电解槽总数的计算有两种方法:一是确定阴极尺寸，槽中电极数目，电流密度。算出为完成日产量应用有的阴极总面积，进而确定槽数本考虑排列和备用需要。二是根据国内最通用的整流器规格选定电流强度，算出槽数。第二种方法简便实用，计算公式如下: 6AC状10 (6-1) Np=+(1)1.186Itni 式中 A—昼夜产阴极铜量，t; N—电解槽总数，个; I—取定电流强度，A; t—昼夜实际通电时间，h; —电流效率，%; ni P—电解槽备用系数，一般为5~10%。 本设计选用以下技术条件: 电流强度25000A，电流效率96%，昼夜通电时间为23.5h，电解槽备用系数为5%，根据公式(6-1)计算可得 6142.8699.99%10创 N=+=(15%)224个1.1862500023.596%创 考虑车间内电解槽按4列横向排列及合理性，取240个。 (2)电解槽尺寸的确定 2本设计电流密度取260A/m，电解槽同极中心距取100mm，采用的阴极尺寸:长×宽=965×965(mm)。 所以，每片阴极有效面积: 2-62×965×965×=1.863 m 10 1)每槽阴极片数 In=0 (6-2) Dfne 式中n—每槽阴极片数，片; 0 I—电流强度，A; D—电流密度，A/?; n f—每片阴极有效面积，?。 e 25000n,=52片 0260，1.863 2)每槽阳极片数 为了是阳极均匀溶解和统一装起槽，一般以为电解槽中阳极比阴极多一些好，因此每槽阳极片数: 52+1=53片 3)电解槽长、宽、深 端壁与电极表面间距离取200mm，阴极两侧距槽边取55mm，电解液面至槽面距离取50mm，阴极底边距槽底距离取220mm。 则，电解槽长度:52×100+2×200=5600mm 宽度:965+55×2=1075mm 深度:965+220+50=1235mm 根据上面计算结果，电解槽内尺寸为:长×宽×高=5600×1075×1235(mm) 4)确定脱铜槽尺寸和数量 采用的脱铜槽的尺寸与电解槽尺寸相同。脱铜槽每槽昼夜析出铜量按下式计算: -6mtnI= 1.18610cui (6-3) mcu式中 —昼夜析出铜量，t; t—昼夜实际通电时间，23.5h; ni —电流效率，%，一般为45%,89%，取85%; I—电流强度，25000A。 ,6mcu10 =1.186×23.5×85%×25000×=0.592t/槽 根据前计算每昼夜脱铜槽脱铜0.3006t因此只需2个脱铜槽。 根据以上计算可知计算结果为: 普通生产槽240个，2个脱铜槽另外配置。 5)电极重量厚度计算 阳极计算: 阳极周期21天，阳极残极率12%，阳极大耳系数1.06，电流效率96%，电流强度25000A， 每槽阳极53片，则每块阳极的重量 -31.1862500023.596%2110创创 mkg=?1.06301.18053(112%)? 阳极厚度可按下式计算: md=8.8?fn (6-4) ,式中 —阳极厚度，cm; 2cm 8.8—阳极铜比重，g/; fn —阳极溶解部分的单位面积，cm; m—阳极的重量，g; 3301.1810?d===3.9639.6cmmm8.89492创 所以，阳极尺寸:940×920×39.6;每块阳极重量:301.18kg。 阴极计算 永久性不锈钢阴极由316L不锈钢板制造，极板厚度为3.25mm，表面光洁度为2B。 每块阴极板尺寸:长×宽=965×965mm;重量:2×43kg。 根据上述计算电解槽主要尺寸及指标如表6-1所示: 表6-1 电解槽主要尺寸及指标 电解槽 项目 项目 电解槽 ，，560010751235 52 内尺寸/mm 阴极块片数 ，，580012751335 100 外尺寸/mm 同极中心距/mm ，，94092039.6 260 阳极尺寸/mm 电流密度/A/? ，，阴极尺寸/mm 9659653.25 槽个数 224 53 阳极块片数 6.3每个电解槽中电解液体积更新时间 每个电解槽内实有电解液为: V,V,V,V,V阳阴名水实 (6-5) 3V实m式中 —电解槽内实有电解液体积，; 3Vm名 —电解槽容积，; 3Vm阳 —阳极占有的容积，; 3Vm阴 —阴极占有的容积，; 3V水m —电解液水平面至槽上部空间容积，; 每槽电解液更新时间为: V，1000实t,v (6-6) 式中 t—更新时间，min; 3V实m —电解槽内实有电解液体积，; v —电解液循环速度，25L/min; 代入数据，有: V,(5.6，1.075，1.235),53(0.94，0.92，0.0396),52(0.965，0.965，0.00325),(5.6，1.075，0.05)实 =7.4347-1.8150-0.1574-0.310 3m =5.1613 t=5.1613×1000/25=206.452min 6.4电解槽热平衡计算 电解槽内尺寸5600×1075×1235，外尺寸5800×1275×1335，共240个。 电流强度25000A，槽电压0.3V，电解液温度计算64?，电解车间室温25?，电解槽 外壁的温度35?，电解液循环速度25L/min。 6.4.1热收入 热收入为电流通过电解液时所产生的热: -3 (6-7) QEItN= 10 式中:E—消耗于克服电解液阻力得到槽电压/V,为槽电压的50%左右; I—电流强度，A; t—时间，3600s; N—电解槽数。 --33 QEItNkjh=?100.30.5250003600240103236824.8/创创? 6.4.2热支出 1、电解槽液面水蒸气发热损失为q 1 电解槽总液(含电极)表面积: 2F=240×5.6×1.075=1444.8m 2每平方电解槽液面在无覆盖时的小时水分蒸发量查表得1.35kg/(m?h)。 64?的水气化热为2358.42kJ/kg q=1444.8×1.35×2358.42 1 =4600051.042 kj/h q2、电解槽液面辐射与对流热损失为 2 根据傅立叶公式: q=K(t,t)F (6-8) 2122K式中:—辐射与对流联合导热系数，kJ/( m?h??)取39.35; —电解液与车间空气温度差，?; t,t122F —传热面积，m。 q=39.35×(64-25)×1444.8 2 =2217262.32 kj/h q 3、电解槽外壁的辐射与对流热损失为3 电解槽槽壁总面积F: 总 F=240×(5.8×1.175+5.8×1.335×2+1.175×1.335×2) 总 2 =6105.18 m 根据傅立叶公式: q= (6-9) K(t,t)F3122K式中:—对钢筋混凝土槽壁，kJ/( m?h??)，当槽壁温度为35?，车间室温为25? 时，取35.17。 q=35.17×(35-25)×6105.18 3 =2147191.806kj/h q4、循环管道内溶液热损失为 43电解液的循环量为:25×60×240×0.001=360/h m (6-10) q,V,C,t4p 3式中:—电解液循环量，360/h; Vm 3, —电解液密度，; 1250kg/m C —电解液热容量，KJ/(kg??)，3.43; p —电解液在循环管道内的温度降，根据车间规模大小取2,4?，本设计取,t 3?。 q，=3601250×3.43×3=4630500kj/h 4 全车间需补充热量: 4600051.042+2217262.32+2147191.806+4630500-3236824.8 qqqqQ+++-=1234 =10358180.37 kj/h 根据以上计算可列出电解精炼热平衡如表6-2所示。 表6-2 电解精炼热平衡 ,1,1 热收入 热支出 kJ,hkJ,h 电流通过电解液产生的电解槽液面水蒸发热损3236824.8 4600051.042 热量 失 电解槽液面辐射与对流10358180.37 2217262.32 加热器补充的热量 热损失 电解槽外壁的辐射与对 2147191.806 流热损失 4630500 循环管道内溶液热损失 合计 13595005.17 合计 13595005.168 6.5整流器及导电铜材料的计算 6.5.1直流电源 目前一般都采用硅整流器，根据电流和电压等条件进行选择。 本设计计算结果:电流强度为:25000A;生产槽为240个，每个槽电压为0.3V;脱 铜槽2个，每个槽电压为2V;导线、母线、配电盘等的电压损失系数为1.15V，则总电压 为: E=(240×0.3+2×2)×1.15=87.4V 故选用两台GHF25000/0-100硅整流器，其中一台备用。 6.5.2槽边导电排 槽边导电排与整流器供电导线相连，通过的电流为电解槽的总电流，导电排的允许 2电流密度可取1,1.1A/mm，对于小型精炼厂，由于电流强度不大，导电排的允许电流密2度可提高道1.4,1.6 A/mm。 导电排截面积可按下式计算: (6-11) F,A/D 2F式中:—导电截面积，; mm AA —总电流，; D—允许电流密度，根据经验，对25000A的电解槽的导电排允许电流密度， 2取1.2。 A/mm 导电排的温度不应高于周围空气20,40?，当计算出导体截面积后，还应用下式进 行升温验算: 2KI, (6-12) Q,Sn 式中:—导体与周围空气的温度差，?; Q K —散热系数，在露天取25，在室内取85; I —电流强度，A; 2 —导体比电阻，，铜为0.0175; ,,/(m,mm) 2 —导体横断面积，; Smm —导体截面的周长，mm。 n 2 所以:F=25000/1.2=20833.2 mm 用四块铜板叠成，每块尺寸。 10，210mm 6.5.3槽间导电板 两者截面积按下式计算: (6-13) F,A/(nD) 2F式中:—截面积，; mm A —总电流，A; n —每槽阴极数，个; 22D —允许电流密度，，对槽间导电板取0.3，对阴极导电棒取A/mmA/mm 21.2。 A/mm 槽间导电板: 2F =25000/(52×0.3)=1602.56 mm 22 取半圆形铜棒Φ64mm，其截面积为3.14×64/8=1608.5。 mm 6.5.4短路棒 电解槽起装槽时，为了不使该槽在通电状况下操作，需用短路棒将该槽两条槽间导电排短路，由于短路棒工作时间不长，搭接可以灵活掌握。按工厂数据。一般以每根不超过20?，选用铜棒，长1.2m，共备48根。 40，50mm 6.6电解液循环系统设备及管道计算 6.6.1集液槽 通常采用钢筋混凝土制成，壁厚为200,250mm，内衬铅板和软聚氯乙烯塑料板。槽内分成若干格，有利于检修时轮换使用。集液槽通常配置在地面以下。为了防止酸雾侵蚀，恶化操作条件，槽面需加板盖。板盖通常采用木材外包软聚氯乙烯塑料。生产实践中，集液槽的容积约为电解槽内电解液总体积的20%。 3上述已算出每个电解槽中电解液为5.1613m，则集液槽容积为(电解液在集液槽内充满程度为85%): 3(224×5.1613)×20%/85%=272.03 m 集液槽尺寸(长×宽×高)为:6000×6000×8000mm。 6.6.2电解液循环泵 泵的流量根据车间的电解液每小时循环量来确定，泵的扬程由电解液输送的垂直高度和阻力损失来确定。为了保证电解液正常循环，循环泵并必须设置备用。其选择按下式: (6-14) Q,60NV/1000 (6-15) H,H，r0 3式中:—电解液循环泵的流量，; Qm/h H —扬程，; m —电解槽总数，240个; N —每个电解槽的电解液循环速度，25; VL/min H—高位槽槽面，取9; m0 r —电解液密度，取1.2。 kg/L 3计算中，电解液循环量为=360(见热平衡计算)。 Qm/h 设高位槽槽面配置高度为9，则 : m H,9，1.2,10.8m 考虑到酸泵的效率及扬程保险，选用4台酸泵，其中一台备用。泵的扬程为17m，泵 3流量为150m/h。 6.6.3高位槽 其容量可按5,10分钟车间电解液循环量计算，充满程度为80%,85%，由于配置在高处，应有足够的强度，故一般采用钢筋混凝土内衬铅板。计算中，设高位槽可容纳6分钟的循环电解液，其容积为: 3mV=240×6×25/(1000×85%)=42.4 设置于附跨厂房内，内尺寸为:半径2.4m，深2.5m;混凝土浇铸，壁及底厚110mm，内衬5mm软塑料板。 6.6.4加热器 目前电解液加热器大多采用钛列管换热器或钛板换热器，部分厂仍用浮头列管式不透性石墨热交换器。其传热面积可用下式计算: Q (6-16) F,3.6K,tm2F—传热面积，m; 式中: —供给的热量，; QkJ/h 20 K—传热系数，; W/(m,C), —平均温度差，?。 ,tm 根据电解槽的热平衡计算，需供给的热量Q=1.358180.37，蒸汽温度t=120?;kJ/h进蒸汽冷凝水温度t=90?;电解液进口温度t=56?;电解液出口温度t=64?;选用列进进进2管式钛热交换器，传热系数取690W/(m??)。 计算平均温度差: ,tm ? ,t,120,64,561 ? ,t,90,56,342 ,t=(56-34)/?56/34=44.1? m 计算传热面积: 10358180.37 F==94.6? 3.6，690，44.1 所以选用40?列管式钛热交换器4台，其中1台备用。 6.6.5电解液供液管 供液管是用来将加热器电解槽连接起来，用来减少电解中空气气泡，消除阴极成品表明麻点现象。供液管只起中间过道作用，一个供液管可以向一列、两列或整个车间供液，视车间规模而定。本设计取用两个分配槽，其出液口高出电解槽0.3m，每个供液管分别向一列电解槽供液，由进液分管连接。 循环管的直径可按下式计算: q (6-17) dm=1.13v 3式中:q—电解液流量，; m/s V—电解液流速，。对进液支管可取0.5-0.63，对进液管或出液的分管及汇流m/s 管可取1.5,1.6。 为了减少通过电解液的漏电损失，出液分管应做的大些，其中电解液充满程度约为70%。 1、进出液分管 3每列电解槽的电解液循环量为60×25=1500L/min，即0.025m/s，进液分管中的电解液温度约为60?，工厂经验表明硬聚氯乙烯管是可以耐受的。取电解液流速为1.6m/s，则 0.025所以选用Φ150mm硬聚氯乙烯管。按照进液分管直径，根据经d,1.13，,0.141m1.6 验取出液分管Φ180mm。 2、进出液支管 单个电解槽电解液循环量为1×25=25L/min，即0.00042，取进液支管电解液流速为0.5 3m/s，则 0.00042 dm=?1.130.0330.5 电解槽的进出液支管，参照经验及标准聚氯乙烯管规格，选用进液支管内径Φ35mm，出液支管内径Φ40mm。 3、汇流管 3出液总流量360000L/h即0.1。充满程度为50%。 m/s 0.13流槽内断面积F==0.125，选用10mm厚硬聚氯乙烯板焊制，内宽为m1.6，50% 350mm，高为400mm，内加钢丝拉紧。 6.7阴极片剥机 目前世界上的ISA法电解工厂一般采用一种由锌阴极剥离机移植研制而成，大多数的规格有三种:大型(500块/h);中型(250块/h);小型(60块/h)。本设计年产电解铜50000吨，所以采用一台中型剥片机就可以。 6.8车间运输设备计算及选择 6.8.1起重机 起重机用于车间内的阴阳极装出槽，电解槽和其他设备的维修和检修，一般选用桥式起重机，其起重重量为5,10t，根据生产经验，一般采用重级工作制约的单钩式起重机(吊车)。 起重机荷重应考虑车间最大操作荷重，通常一槽阳极和吊架之和为最大操作荷重。吊车的跨度根据车间配置尺寸和产品规格而定，常用的跨度有13.5m、16.5m、19.5m和22.5m。吊车机道中心线至车间侧墙距离0.75m。 本设计中:一个普通电解槽阳极重:301.18×53=15962.54kg。一个阳极吊架约重:400kg。故起重机最大操作荷重为: 15962.54+400=16362.54kg。 故选用两台20t单钩桥式起重机(重型工作制)，跨度为22.5m。 6.8.2叉车 阳极、阴极成品和残极的的厂内运输可使用叉车，其运输能力可按下式确定: 吨/(台?日) (6-18) a,60Qt/t12 式中:Q—叉车每次载重量t，常以大搬动阳极重表示; t—叉车平均工作时数，一般取6小时/日; 1 t—运物往返一次所需时间，视车间与阳极车间、仓库等的距离而定，取2 20min。 由车间昼夜平衡表知，日运输量为165.6+142.86+19.87=328.33t，阳极块重301.18kg，用5t的叉车搬运时的最大载重可达到。，所301.18164.82?tat=604.8262086.8创?以，叉车台数为: 328.33/86.8=4台，考虑到备用取5台。 6.9其他设备及设施 6.9.1各种辅助槽子 车间一般设有阳极洗液槽1个，残极洗刷槽1个，阴极成品洗涤槽1个，中性隔离剂 槽1个，这些辅助槽的尺寸和制造材料，可以和电解槽相同或稍大一些。一般它们的内衬选用不锈钢板，中性隔离槽(皂液槽)可用普通钢板做内衬。 本设计采用的各种辅助槽子有:酸洗槽2个，尺寸同普通电解槽，内衬3mm的冷轧不锈钢板。残极和用过一两个阳极周期的阳极洗涤槽1个，阴极洗涤槽1个，同酸洗槽，附设清水泵一台。中性隔离槽(皂液槽)2个，尺寸同普通电解槽，内衬钢板。 6.9.2阳极泥放出与收集 从电解槽放出的阳极泥常用两种方法，一种是从槽底的开孔放入流槽中，另外一种是用泵产生的吸力将阳极泥吸至密封罐，然后再从罐中放入阳极泥槽。 3阳极泥流槽的容积可按下式计算: V(m) 4kBh(nn)，112V (6-19) ,K 式中:4—考虑到澄清时间和洗水，废水数量后，取用的系数; kB—电解槽内长和宽，m; 1 h—放出清亮电解液后，洗槽前后在槽中阳极泥浆高度; n —每昼夜洗槽数目; 1 nn —阳极泥浆数量，取=2,3; 22 K—阳极泥槽充满系数。 阳极泥槽一般用混凝土砌成。内衬铅皮或5mm硬聚氯乙烯塑料。槽壁厚200mm左右，沿长度用厚100mm隔离板分为三个沉淀室。沉淀室底液用离心机过滤，滤液及上清液返回电解液物集槽，滤饼送金银车间处理。在本设计中，取h=20mm，n=18，n =2，12K=80%。其容积为: 3V=4×5.6×1.275×0.02×(18+2)/0.8=14.28 m 有效内尺寸:2000×2000×4000mm 根据以上计算，可列出设备清单如表6-3。 表6-3 设备清单 序号 设备名称 数量 规格 备注 1 240 5800×1275×1335mm 电解槽 2 2 5800×1275×1335mm 脱铜槽 3 14000 965×965×3.25mm 不锈钢阴极 4 直流电源 2 GBF25000/0-100 5 10×210mm 槽边导电排 6 260 Φ64mm 槽间导电板 7 短路棒 48 40×50mm 8 1 集液槽 6000×6000×8000mm 39 4 电解液循环泵 扬程>17m，流量150m/h 10 1 高位槽 Φ5000×2500mm 211 4 加热器 40m列管式钛热交换器 分管:进Φ150mm，出Φ180mm12 供液管 支管:进Φ35mm，出Φ40mm 13 2 20t 起重机 14 叉车 5 5t 15 1 阴极剥片机 大型成台设备 第七章 电解液净化 7.1概述 随着电解的进行，电解液中铜及负电性元素的浓度逐渐增加，硫酸逐渐减少，各种添加剂不断积累，从而使电解液成分逐渐偏离选定的范围。因此，须根据计算的结果，每天从电解系统抽出一定体积的电解液进行净化处理，同时往系统中补给相同体积的水和酸，使电解液总体积不变。 电解液净化有两种工序:中和—生产硫酸铜—二次电积脱铜脱砷锑—生产硫酸镍;一段电积脱铜—硫酸铜结晶—二段电积脱砷锑—生产硫酸镍。前种工序需要另外添加铜粉来中和电解液中的硫酸，硫酸铜产量较大，后种工序不仅没有中和工序，而且一段脱铜可以得到纯度99.5%的单质铜，硫酸铜产量相对较小。 本设计综合考虑铜的销量比硫酸铜的好，故选用后种工序对电解液进行净化。 7.2年处理净液量计算 根据净液量计算可知，电解液中铜离子浓度增长最快，溶解100kg阳极铜，需要净化的电解液量为29.44L。 另，生产1t阴极铜实际溶解阳极铜量为1.0202t， 所以，生产1t阴极铜，需要净化的电解液量为: 29.44×1.0202×1000/100=300.35 (L/吨阴极铜) 则本设计年需处理电解液量为: 3300.35×50000/1000=15017.5m/a 电解液主要元素组成及年处理量见表7-1。 3表7-1 电解液主要元素组成及年处理量(15017.5 m/a) Cu Ni As Sb Bi HSO 元素 24 49 1.44 4.55 0.122 0.071 180 浓度(g/L) 735.86 21.63 68.33 1.83 1.07 / 年处理量(t) 7.3一段脱铜 表7-2 一段电解脱铜主要工艺技术条件 项 目 名 称 单 位 技 术 条 件 2+g/L 49 脱铜前液成份:Cu g/L 180 HSO 242+g/L 42 脱铜后液成份:Cu g/L 180 HSO 24 % 99.5 一段铜纯度 电解液温度 ? 45-50 电解液循环速度 50-60 L/min?槽 电流密度 200 A/m2 阴极片数 53 片 90 电流效率 % 100 mm 同极距 7 d 阴极周期 2 V 槽电压 494215017.5- ()一段电铜产量: =105.65/ta399.5%10? 7.4硫酸铜结晶 表7-3 硫酸铜真空蒸发、水冷结晶主要工艺技术条件 项 目 名 称 单 位 技 术 条 件 2+g/L 42 蒸发前液成份: Cu g/L 180 HSO 24 真空度 kPa 60,67 蒸发温度 ? 80,90 2蒸发强度 kg/m?h 45 h 日蒸发时间 24 ? 32 结晶温度 h 8 结晶时间 采真空蒸发、水冷结晶生产硫酸铜。硫酸铜平均结晶率50%，硫酸铜含铜24.4%;结 晶液体缩率70%;铜回收率98%。 4215017.598%60%创 =1519.97/ta324.4%10?硫酸铜结晶量: 315017.570%10512.25/?ma结晶母液体积: 4215017.540%98%创 =23.52/gl10512.25母液含铜: 18015017.5?=257.14/gl10512.25母液含酸: 7.5二段脱铜 表7-4 二段电解脱铜主要工艺技术条件 项 目 名 称 单 位 技 术 条 件 2+g/L 23.52 脱铜前液成份:Cu g/L 257.14 HSO 24 2+脱铜后液成份:Cu g/L 0.5 % 70 二段铜纯度 % 98 铜回收率 电解液温度 ? 50 电解液循环速度 30 L/min?槽 2电流密度 200 A/m 40 阴极片数 片 55 % 电流效率 mm 130 同极距 d 7 阴极周期 d 20 二段清槽周期 V 2,3 槽电压 ,3(23.52,0.5)，10512.25，10，98%二段电铜(黑铜板，粉)产量: ,338.79t/a70%黑铜板，粉含杂质质量: ,310512.25，4.55，10，85% As,,12.0%338.79 ,310512.25，0.122，10，85% Sb,,0.32%338.79 ,310512.25，0.071，10，85% Bi,,0.19%338.79 98脱铜电解过程增酸: (23.52,0.5)，,35.53g/l63.5 脱铜终夜含酸: 35.53，257.14,292.17g/l 7.6粗硫酸镍生产计算 在硫酸铜生产过程中镍的回收率为98%; 粗硫酸镍含Ni 23.5%; 回收酸含Ni 2g/L;Cu 0.3g/L;HSO 1100g/ L ; 24,3进入粗硫酸镍生产中的镍量为:; 15017.5，1.44，10，98%,21.19t/a 忽略蒸发过程的酸损失不计，回收酸的体积应为: 292.17，10512.253 V,,3071.4m/a1000 ,321.19,3071.4，2，10粗硫酸镍产量为: ,64.03t/a23.5% 根据以上计算，可得净化过程物料平衡表7-5。 表7-5 净液过程主要物料平衡表 Cu Ni As Sb Bi 序物料物料量 号 名称 含量 含量 含量 含量 含量 t/at/at/at/at/a不洁 3电解15014.4m/a 49g/L 735.8 1.45g/L 21.77 4.55g/L 68.315 0.122g/L 1.832 0.071g/L 1.066 液 进 入 加入525.76t/a 99.95% 525.5 铜料 小计 1261.3 21.77 68.315 1.832 1.066 二级236.55t/a 99.9% 234.18 电铜 硫酸3101.34t/a 24.4% 756.73 铜 粗硫29.34t/a 23.5% 6.89 酸镍 产 出 黑铜351.59t/a 70% 246.11 17.49% 61.493 0.42% 1.477 0.26% 0.914 板粉 回收32407.44m/a 0.3g/L 0.72 6g/L 14.44 酸 损失 23.56 0.44 6.822 0.355 0.152 误差 第八章 环保措施 8.1环境保护 在电解铜生产过程中，车间内不时有酸雾产生，这些酸雾会严重侵蚀厂房屋顶钢结构及四周钢筋混凝土墙面。其次，电解槽内的电解液由于跑、冒、漏而产生的废水，集液槽渗漏的电解液都会严重腐蚀车间地面。为此，很有必要对所设计的车间提供必要的措施及防腐要求作以简述。 本设计按国家规定的―三同时‖原则，为保护环境，对主要污染物采取有效的治理措施，实现污染物达标排放。 (1)废渣 本项目无外排废渣。残极、等含镍物料返回火法精炼制取阳极;阳极泥送镍盐厂处理回收硫磺，钴渣送钴系统生产电钴。 (2)废气 废气治理主要措施: 1)尽量采用厂房长轴方向和主导方向垂直，这样有利于四面通风，减少酸雾侵蚀。 2)厂房屋顶增设大页窗，以加强对流通风。 3)在场房屋面增设气窗，以排除有害气体。 4)岗位吹风和通风换气。 (3)节电 工艺设计中通过加强对极板物理规格、质量、电解液循环、电解液温度、电流密度、电解液杂质浓度等技术条件科学合理的控制 ,有效降低浓差极化现象的危害程度，提高电流效率;采取有效的绝缘措施 ，尽量避免电解槽与楼板、支撑梁柱、出液流槽之间发生短路漏电现象 , 造成电能无名损失。照明上对高大厂房采用分区控制方式 , 且采用高效光源 ,有利节电。 (4)节约蒸汽 措施有:电解槽外壁选用厚度为 25mm 聚乙烯泡沫塑为减少蒸汽消耗 ,设计中采取的 料 ,用粘结剂粘结在槽壁上降低热能辐射损失,有效降低蒸汽消耗。 8.2安全生产 设计中严格遵守有关的安全技术规程、 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 。对劳动安全卫生采取严格的防范措施。对可能产生的噪声、酸雾毒害、机械伤害等，在设计中考虑针对性的技术措施。 (1)防有害气体 电解、净液车间内有少量酸雾产生 , 主要以天窗自然排风为主, 保证车间有良好的操作环境。 (2)防腐蚀 电解、净液车间均作防腐处理,对于气相腐蚀部位采用防腐涂料进行防护,对于液相腐蚀部位铺设耐酸瓷砖。 (3)安全警示 凡易发生事故、危及人身安全和健康的地方及设备，均设置安全标志，标出走向。 第九章 车间定员 配置原则: 对生产岗位的定员主要是指岗位的性质和劳动数量来选定。不同素质的劳动人员应有不同的岗位配置，做到用其所长，避其所短，优化组合。各车间的管理应按车间总人数5%确定。铜电解车间工人大部分在高温、灰尘多的环境下工作，一般采取6,8小时工作时间。 本设计确定电解车间的全员劳动生产率为400吨/年?人。因年产50000吨电解铜。故车间定员人数为50000/400,125 岗位分类与定员:见表10-1，表10-2。 表11-1 车间领导机构及车间办公室机构表 岗位 人数 备注 车间主任 3 负责全面工作 车间党委书记 2 负责党务，政治思想工作 车间副主任 8 其中生产副主任二人，设备副主任二人 主任工程师 3 负责技术工作 工程师 13 铜电解、硫酸镍生产工艺各二人 技术员 27 铜电解、始极片加工、电解液处各三人 安全员 15 负责车间安全技术工作 车间成本会计 12 车间成本核算 车间材料员 18 材料领用及发放 劳资统计员 18 负责发放工资 合计 123 表11-2 车间工作人员机构表 岗位名称 岗位人数 班次 小计 阳极排板工 30 1 30 始极片制作工 60 1 60 吊车工 9 2 18 装出槽工 12 3 36 电调工 9 3 27 酸泵工 12 3 36 净化工 12 3 36 配电工 12 3 36 防腐工 9 1 9 阳极泥压滤工 12 1 12 电铜包装工 12 1 12 维护钳工 12 1 12 维修车间工 12 1 12 维修焊工 12 1 12 维修电工 15 1 15 化验员 12 1 12 结语 参考文献 [1] 邱竹贤.有色金属冶金学[M].北京:冶金工业出版社，1961:140,166 [2] 蔡祺风.有色冶金工厂设计基础[M].北京:冶金工业出版社，1991 [3] 赵俊学.湿法冶金原理[M].西安:西北工业大学出版社，2002 [4] 潘统英.重有色金属冶炼设计手册[M]. 北京:冶金工业出版社，1996 [5] 尹湘华.铜杂质铜阳极泥的处理[J] .有色金属(冶炼部分) . 2005，(5):16,18 [6] 侯慧芬.铜电解精炼及阳极泥处理[M].上海 :上海科学技术出版社, 1961:140,166 [7] 朱祖泽，贺家齐.现代铜冶金学 北京市:科学出版社，2003:512,561 [8] 李春堂.铜电解车间的节能设计与实践.中国金属通报，2008，(13) [9] 陈凤英，赵宏图.《国际战略资源调查》.中国现代国际关系研究院世界经济研究所 [编] 2005 [10] S.Abe,B.W. 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