电解铜车间设计 论文模板

1、目录摘要1ABSTRACT2目录3第一章 绪论61.1铜的性质61.2铜的用途61.3铜的冶炼方法7铜的湿法冶炼7铜的火法冶炼81.4中国铜的生产和消费状况9铜的生产状况9铜的消费状况9铜的市场分析及预测91.5本设计的内容及意义10本设计的内容10本设计的意义11第二章 厂址选择12第三章 铜电解精练工艺流程的选择133.1铜电解精炼流程简述133.2铜电解精炼的理论基础15阳极过程15阴极过程15阳极上杂质行为163.3电解液的净化16第四章 铜电解精炼技术指标的选择174.1铜电解精炼条件17电解液组成17添加剂17电解液温度18电解液循环18电流密度18同极中心距18阳极寿命和阴极周期

2、184.2铜电解精炼经济技术指标18电流效率18残极率19铜电解回收率19槽电压19直流电能消耗19硫酸单位消耗19蒸汽单位消耗19第五章 铜电解精炼冶金计算205.1溶解100kg阳极铜平衡计算21阴极铜产量和成分计算215.1.2.阳极泥率和成分计算22进入电解液中铜及主要元素的量的计算22净液量的计算225.2生产1t电铜的平衡235.3电解车间一昼夜物料的平衡计算24第六章 铜电解精炼主要设备计算与选择266.1电极的选择266.2电解槽的选择276.3每个电解槽中电解液体积更新时间296.4电解槽热平衡计算30热收入30热支出306.5整流器及导电铜材料的计算31直流电源31槽边导电

3、排31槽间导电板32短路棒326.6电解液循环系统设备及管道计算32集液槽32电解液循环泵32高位槽336.6.4加热器33电解液供液管346.7阴极片剥机346.8车间运输设备计算及选择34起重机34叉车356.9其他设备及设施35各种辅助槽子35阳极泥放出与收集35第七章 电解液净化377.1概述377.2年处理净液量计算377.3一段脱铜387.4硫酸铜结晶387.5二段脱铜397.6粗硫酸镍生产计算39第八章 环保措施18.1环境保护18.2安全生产1第九章 车间定员2结语3参考文献7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

4、。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Cu2O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、铜的导电性铜最重要的特性之一便是其具有极佳的导电性

5、，其电导率为58m/(mm2)。这一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

6、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CuSO4·Cu(OH)2及CuSO4·3Cu(OH)2。因此铜材被用于建筑屋屋面板、雨水管、上下管道、管件；化

7、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。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15g/L，可用硫化沉淀、中和

8、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LiX64 N，N510，N530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H2SO4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，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

9、，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

10、取-电积法制取电铜。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

11、，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

12、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

13、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。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

14、%，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%。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

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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，工业布局及区域性总体规划和

20、城市建设规划的要求进行。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

21、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。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

22、、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

23、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34万元， 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

24、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147.1196.1kPa，地下

25、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

26、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99.299.7%，其中还含有0.30.8%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

27、，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220280A/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

28、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，周期性短暂反向，是为了克

29、服阳极钝化，电流密度达300350A/m2。，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 iesplyLtdCRL）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

30、.2.1阳极过程铜电解精炼，在阳极上进行氧化反应：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，所以阳极的主要反应将是铜溶解形成Cu2+的反应。至于H2O和SO42-失去电子的氧化反应，由于其电极电位比铜正的多，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。阴极过程在阴极上进行的还原反应：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。

31、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：上式在不同温度下的平衡数据列在表3-1中。表3-1 的平衡数据温度Ek(v)Cu/(0.5molCuSO4)g/l g/l×25551000.3160.3550.3531.0371.0041.0033.78934227011.2257.30.012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Cu2SO4+1/2O2+H2SO4=2CuSO4+H2O反应，结果使电解液中的H2SO4不断减少，而Cu2+又不断增加，并按Cu2SO4= CuSO4+Cu反应生成铜粉进

32、入阳极泥，使其中的贵金属含量下降。在电极与电解液界面上还进行铜的化学溶解反应：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。Ag2SO4可溶于电解液中，但当加入少量氯离子（以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Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、Ag2Se、Ag2Te等存在阳极板内，电解时亦进入阳极泥中。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

33、的含量仅0.0010.003%，阳极中的铁以Fe2+形式进入电解液，在电解过程中部分被氧化成Fe3+进而降低阳极电流效率。当Fe3+移向阴极时，又被还原成Fe3+，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PbSO4沉淀。阳极中的锡首先以Sn2+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。， 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

34、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SbAsO4和BiAsO4砷酸盐，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：中

35、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（8090）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。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4050g/LNi和约300g/LH2SO4，再经蒸发浓缩使NiSO4达饱和，然后冷却结晶分离。结晶后液含710g/LNi和约400g/LH2SO4，若杂质含量低时，可将其加热和过滤，然后返回电解车间使用；

36、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。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

37、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：1、动物胶。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

38、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。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为宜，当采用300 A/m2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。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

39、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/。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，一般宜采用 220-270 A/m2。近年来，一些工厂为了挖掘生产潜力，在普通电解槽中采用

40、300-350 A/m2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。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。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。当电流密度采用300 A/m2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电流效率电流效率是指铜电

41、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%。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

42、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。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。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伏，种板电解槽则稍高一般为伏。直流电能消耗每吨电解铜的直流电能消耗，实践

43、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。硫酸单位消耗硫酸单位消耗量一般为4-6公斤/吨铜。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/%）元素CuNiAsSbAgBiFeSe+

44、TeSO2AuPb含量99.50.050.2060.030.050.0150.0020.010.0020.080.0050.05 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Cu1.450.0598.5Ni8514.850.15As6534.50.5Sb12826Ag982Bi14842Fe80416Se+Te991S964O298.51.5Au991Pb9645.1溶解100kg阳极铜平衡计算阴极铜产量和成分计算Cu 99.5×98.5%=98.0075kgNi 0.05×0

45、.15%=0.000075 kgAs 0.206×0.5%=0.00103 kgSb 0.03×6%=0.0018 kgAg 0.05×2%=0.001 kgBi 0.015×2%=0.0003 kgFe 0.002×16%=0.00032 kgSe+Te 0.01×1%=0.0001 kgS 0.002×4%=0.00008 kgO 0.08×1.5%= 0.0012 kgAu 0.005×1%=0.00005 kgPb 0.05×4%=0.002kg合计 98.015455kg由上可计算出电

46、铜品位为98.0075/98.015455=99.99%通过上述计算可知阴极铜满足GB46682一号铜的规定如表53所示：表5-3 一号铜化学成分（GB46682）铜品号Cu+ Ag杂质含量/%（不大于）不小于AsSbBiFePbSnNiSP总和一号铜99.950.0020.0020.0010.0040.0030.0020.0020.0040.0010.05.阳极泥率和成分计算Cu 99.5×0.05%=0.04975 kgNi 0.05×14.85%=0.007425 kgAs 0.206×34.5%=0.7107kgSb 0.0382%=0.0246 kgAg

47、 0.05×98%=0.049 kgBi 0.015×84%=0.0126kgFe 0.002×4%=0.00008 kgSe+Te 0.01×99%=0.0099 kgS 0.002×96%=0.00192 kgO 0.08×98.5%= 0.0788 kgAu 0.005×99%=0.00495 kgPb 0.05×96%=0.048kg合计 0.358095kg所以阳极率为0.36%（对溶解阳极铜）进入电解液中铜及主要元素的量的计算Cu 99.5×1.45%=1.44275 kgNi 0.05

48、15;85%=0.0425 kgAs 0.206×65%=0.1339kgSb 0.03×12%=0.0036 kgBi 0.015×14%=0.0021kgFe 0.002×80%=0.0016 kg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CuNiAsBi含量<50<20<7<0.6<0.5净液量的计算公式如下

49、： （5-1）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，； 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： 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

50、/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阳极铜10099.599.5阴极铜98.01545599.9998.0075阳极泥0.3580950.04975净液量1.23648脱铜0.20627损失及计算误差+0合计99.5合计99.55.2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

51、。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脱铜槽脱铜1.0202×0.20627×1000/100=2.104kg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k

52、g项目重量kg含铜%铜kg阳极铜115999.51153.2阴极铜100099.99999.9阳极泥3.650.51净液量12.615脱铜2.104残极139138.3846损失及计算误差+0.1964合计1153.2合计1153.25.3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阳极铜165.699.5164.77阴极铜142.8699.99142.85阳极泥0.4890.07251净液量1.802脱铜0.