铜电解精炼设计说明书

1、西安建筑科技大学华清学院本科毕业设计论文）任务书年产5万吨电解铜的铜精炼题目车间工艺设计院系）：材料与冶金工程系专业：冶金工程专业学生姓名：小新学号：指导教师签名）：主管院长主任）签名）：时间：2018年02月18日1/56 /56表81阳极成分如下%)1)CuAsSbNiBiPbSe99.480.1810.0210.1030.0060.0310.048表81阳极成分如下)2)TeAuAgFeSZn0.0470.00460.06210.00660.00570.0040电解铜回收率：99.8%电解铜品位：99.99%残极率：17%阳极泥率：0.58%对电铜)电解车间温度：25C电解槽外壁：35C

2、表82铜电解过程元素分配表如下表所示儿糸进入电解液%)进入阳极泥%)进入电铜%)Cu1.910.0998As6535微量Sb4060微量Ni8020微量Bi5050微量Pb964Se982TeAu98.51.5Ag973Fe75817S964Zn9343Al75205SiO21001)1t阴极铜需要溶解阳极量:1X99.96%/1X99.57%X98%=1.0253t2）阳极实际需要量：1.0253X50000/99.82%X117%）=61876t/a3）实际溶解阳极量：1.0254X50000/99.82%=51537t/a4）阳极含铜量：61876X99.57%=61610.36t/a5

3、）残极量：61876X17%=10518.92t/a6）残极含铜量：10518.92X99.57%=10473.68t/a7）计算阳极泥量：50000X0.58%=290t/a根据阳极成分表81和表82计算的阳极泥中各元素量及其成分见表83。8）阳极泥含铜量：51537X0.9957X0.0009=46.18t/a9）电解液中的铜量：51537X99.5%X1.94%=994.8t/a表63阳极泥率和阳极泥成分计算元素进入阳极泥的量%)阳极泥成分%)Cu51537X0.9957X0.0006=30.7910.62As51537X0.00115X0.25=14.825.103Sb51537X0.

4、00017X0.5=4.3811.511Ni51537X0.00103X0.15=7.9622.745Bi51537X0.00005X0.45=1.1590.40Pb51537X0.00031X0.98=15.655.39Se+Fe51537X0.0008X0.99=40.8214.07Au51537X0.000046X0.985=2.3350.8052Ag51537X0.000619X0.98=31.2610.78Fe51537X0.000048X0.10=0.24740.0853S51537X0.000047X0.97=2.3490.81Zn51537X0.000040X0.04=0.08

5、250.0028其他151.852.34共计290100.00表64铜电解精炼主要物料平衡装入产出物料名称阳极电解残极铜阳极电解液损失合计物料t/a618765000010518.92290量%99.599.9699.510.62Cut/a61566.624998010466.330.80994.894.7261566.62%0.115Ast/a71.1671.16%0.103Nit/a63.7363.73%0.0046Aut/a2.852.85%0.0619Agt/a38.3038.30注：表中未计入净液和阳极泥处理车间的返回物料。铜电解精炼热平衡计算电解过程中电解液的热损失有：电解槽液面水

6、蒸发的热损失；电解槽液面的辐射和对流的热损失；电解槽壁的辐射和对流热损失；管道内溶液的热损失。电解过程中的热收入有：电流通过电解液所产生的热量。根据前面铜电解精炼槽计算的数据进行热平衡计算：以下为原始数据：电解槽内尺寸：2900X1110X1380mm电解槽外尺寸：3100X1310X1580mm电解槽数：470个电流强度：12000A槽电压：0.3V电解液温度：60C电解车间室温：25C电解槽外壁的温度：35C电解液循环速度：25L/（min槽商品槽与种板共用一个循环系统）8.2.1计算电解槽液面水蒸发热损失普通电解槽总液（含电极表面积F=2.9X1.11X47O=1512.93m2每平方M

7、电解槽液表面在无覆盖层的小时水分蒸发量查表6-5得1.35kg/m2h)60C水的汽化热为2358.42kj/kg。q=1512.93X1.35X2358.42=4816967.9kJ/h1表65不同温度时电解槽的水分蒸发量kg/m2h)室温C）相对电解液温度C)湿度%)48.55051.553.555576065222426800.760.8350.840.8951.091.151.331.74700.740.840.8550.901.101.1651.351.76650.7550.830.840.891.081.141.321.738.2.2电解槽液面的辐射与对流的热损失根据傅里叶公式：q

8、=KF（t-t212式中：q电解槽液面的辐射与对流热损失kj/kg）；2K辐射与对流联合给热系数kj/m2hC）,K取39.35；F传热表面m2）；t电解液温度C）；t车间空气温度C）；2q=39.35X1512.93X电解液的循环量：25X60X470X103=705m2/h2管道内溶液的热损失可用下式计算：q二QrCpAt4式中：q管道内溶液热损失kJ/h）；4Q电解液循环量L/h）；r电解液密度kg/L）,r取1250Cp电解液比热kJ/kgC）,Cp取3.43At电解液在管道内温度降C）,At根据车间规模大小取24C,大车间取上限，小车间取下限。本次设计取3C。q=705X1250X3

9、.43X3=9068062.5kJ/h48.2.5电流通过电解液所产生的热量可用以下公式计算：Q=4.18X0.239IEtNX10-3式中：Q电流通过电解液所产生的热量kj/h）；I电流强度A）；E消耗于克服电解液阻力的槽电压V）；约为槽电压的50%；t时间s）,t取3600；N电解槽数。Q=4.18X0.239X12000X0.3X0.5X3600X470X10-3=3042615.12kJ/h8.2.6全车间需要补充热量：q+q+q+q-Q=16572196kj/h1234铜电解精炼热平衡见下表：表66铜电解精炼槽热平衡表热收入kJ/h%电流通过电解液产生的热量3042615.1215.

10、51加热器补充的热量1657219684.49合计19614811.12100电解槽液面水蒸发的热损失481696724.56电解槽液面辐射与对流的热损失208368210.63电解槽壁辐射与对流的热损失364609918.39管道内溶液的热损失9068092.546.42合计19614811.12100电解液净化及硫酸盐生产冶金计算8.3.1净液量计算净液量是根据阳极铜成分，各种杂质进入电解液的百分数、有害杂质在电解液中的允许含量以及所选择的净液流程进行计算。送去净化的电解液量，应保证电解液用水稀释至原有体积时，其组成不变。如果送去净化的电解液所含的杂质量，等于溶解的阳极所带入的杂质量，那么

11、就达到了这个目的。有以下原始数据:杂质在溶液中的极限含量:镍15g/L；砷5g/L；锑0.8g/L。杂质进入溶液的百分数：镍90%；砷70%；锑40%。采用冷冻结晶法生产粗硫酸镍，镍的脱除效率为60%，砷的脱除效率为65%，锑的脱除效率为100%。按主要元素分别计算净液量如下：Q=5%I275決993%決I%x13=19844m3/aCu50 x99.75%50000 x1.0275x0.178%x85%x103Q二一Ni15x75%=6903.4m3/aQAs50000 xTx0.。1%x75%x103=647.58m3/a7x85%QSb50000 x1.0275x0.011%x50%x1

12、03二4709.3m3/a0.6x85%50000 x1.0275x0.002%x55%x103Q=Bi0.5x85%=1391.1m3/a结语铜电解精炼车间及工艺是国家基础建设的一个重要环节，工业生产中的先进经验、先进技术以及科学研究中的最新成果，都是通过设计加以推广和运用的。本设计的目的，在于根据原材料的特点和研究成果以及国内外工业实践，设计合理的工艺流程，选择合适的工艺设备并进行合理配置，根据工艺要求设计适宜的厂房结构和辅助设施，确保生产正常进行。参考文献【1】朱祖泽，贺家齐现代铜冶金学北京：科学出版社，2003.491558【2】蔡祺风有色冶金工厂设计基础北京：冶金工业出版社，2003

13、.3490【3】王成刚,王齐铭等.金属提取冶金学.西安：西安地图出版社，2000.104112【4】重有色金属冶炼设计手册铜镍卷），冶金工业出版社，1996.289455【5】李进，王碧侠编.MetallurgicalEngineeringEnglish，西安就建筑科技大学，2004.4049【6】T.T.Chenet.al.,CanadianMetallurgicalQuart.Vol.28,No.2,1989,127134【7】华宏全，黄太祥.云铜铜电解生产工艺控制的技术进步.中国有色冶金，2005,Vol.10,No.5:3638【8】李进才.铜电解车间技术改造实践.甘肃冶金,2005,

14、Vol.27,No.4:8586【9】陈鹤群有色冶金，2000,No.6.3437【10】金荣涛电解铜箔生产与技术讲座覆铜板资讯，2005,Vol.5：1040【11】ACDuvet,WJRankin.LiquidusTemperaturesandVicositiesofFeOFe2O3SiO2CaOMgOslagatcompositionsrelevanttonickelmattesmeltingJ.ScandinavianjournofMetallurgy，2002，31(1:59-67专题铜冶炼工艺研究进展摘要：简单介绍了目前铜冶炼工艺研究的成果及应用。关键词：铜冶炼工艺优点1概述随着世

15、界经济的全球化，铜冶炼厂面临着更严峻的竞争和挑战，其焦点仍然是产品的质量和成本。各铜冶炼厂面对国际和国内市场的竞争，都在努力寻求适合自己实情的技术改造方案，希望通过改扩建，大幅度提高技术和装备水平，环保达标，能耗和成本大幅度降低。同时，各地的冶金机构和有关企业都在进行着深入的研究。2闪速炉熔炼闪速熔炼自1949年芬兰奥托昆普问世以来经过不断改进、完善和发展，逐步取代了反射炉和鼓风炉的地位。今天它已成为当今铜冶金所采用最具有竞48/56争力的熔炼技术被普遍认为是标准的清洁炼铜工艺。2闪速熔炼的特点及发展21生产能力大闪速熔炼是一种悬浮熔炼，气一液一固三相在反应塔内12S就完成一系列反应过程，富氧

16、的应用更加快了反应的速度，所以闪速炉特点是生产能力大。目前，全世界有闪速炉36台，平均每台年生产能力约17X10t。美国的BHP公司单台闪速炉能力已达30X10t/a,日本佐贺关冶炼厂单台闪速炉能力1999年突破了45X10t。闪速炉问世至今，生产规模基本是每10年以5X10t的速度在增长，而且这种增长还在持续。预计未来5年，单台闪速炉最大生产能力将达到50X10t。这种能力优势是任何其它冶炼炉无法比拟的。随着不断改进和发展，闪速炉生产潜力到底有多大尚且无法估量。现在，世界上已提出未来百万吨闪速炼铜厂的设计构想。22环境保护好闪速熔炼是一个连续稳定的过程，SO2浓度高，烟气成分平稳，有利于制酸

17、和S的回收。目前，闪速熔炼工艺S的回收率基本达到95%以上，优于其它冶炼工艺，但尚有5的潜力，不少闪速炼铜厂目前正在积极采取有效措施，进一步提高S的回收率，以适应未来更加严格的环保要求。闪速熔炼提高S的回收率关键不在于闪速炉本身，而在后续流程转炉和硫酸系统，其主要进展：一是PS转炉吹炼一连续转炉一闪速吹炼法；二是硫酸工序采用了动力波洗涤新技术；三是环集集烟系统完善和尾气处理技术。23自热熔炼闲速熔炼最大的优点之一是充分利用了铜精矿的巨大表面能，即最大限度地利用了精矿的自身反应热。随着闪速熔炼向高投料量、高球铜品位、高富氧浓度、高热负荷的“四高”方向发展，闪速炉自热熔炼已逐渐成为现实，这将大大减

18、少能源消耗，目前世界上已有几家闪速炼铜厂实现了自热熔炼。此外，由于闪速炉富氧可以在21%95%浓度范围内灵活方便的使用，不仅可以大大降低能源消耗和提高生产能力，而且减少了烟气量。这样，可以减少烟气处理设备（废热锅炉、电收尘、制酸等的投资。有关资料表明13J,对一个年产10X10t铜的新厂来说，富氧含量每增加10%，则可节省投资200万美元。24生产稳炉龄长自动化程度高、生产稳定是闪速熔炼特点之一。目前世界上所有闪速炉基本都实现了工艺过程计算机在线控制，从而保证了闪速炉生产高质量稳定运行所以，闪速炉作业率明显高于其它工艺。此外，闪速炉的炉龄较长，一般立体冷却的闪速炉炉龄至少都在10年以上，即闪速

19、炉在此期间内不需进行停炉冷修。同闪速熔炼相比，熔池熔炼（艾萨炉、诺兰达炉、瓦纽可夫炉等主要不足之一就是耐火砖损耗严重，炉寿命短，一般每年至少都需停炉大修一次；闪速炉炉龄目前正在朝1520年方向前进。25闪速吹炼火法炼铜一般分为三个过程：首先将铜精矿熔炼成冰铜，然后将冰铜吹炼49/56成粗铜，最后将粗铜精炼成阳极铜。90年代前，炼铜技术的进步和发展主要是在第一步，即熔炼过程；吹炼工艺并无实质性进展，基本上一直在采用PS转炉吹炼。转炉吹炼工艺烟气量波动大，不利于制酸和S的回收，而且在热冰铜包运输过程中so2烟气外逸，造成环境污染。9O年代后，吹炼工艺实现了质的飞跃。1995年闪速吹炼闸世并成功应用

20、于美国肯尼柯特冶炼厂，将闪速炼铜整体工艺(闪速熔炼+闪速吹炼S的回收率由95%提高到99.9%以上。26一步炼铜1999年澳大利亚奥林匹克坝闪速炼铜厂正式投产，实现了闪速炉高品位(Cu45%50%硫化铜精矿的一步炼铜，省去了吹炼工艺，这是铜冶炼史上新的里程碑。随着一步炼铜和闪速吹炼工艺的出现，未来世界铜工业从矿山到冶炼将发生较大变化。首先，矿山可以实现生产最优化，即利用浮选电位控制法同时生产高品位和低品位两种精矿，高品位精矿进人市场，低品位精矿可以就近冶炼成冰铜出售。其次，冶炼厂方面可以非常经济灵活地组织生产。即闪速炼铜厂可以用低品位精矿生产球铜或出售或继续冶炼成粗铜；也可以用高品位精矿或来自

21、厂内外冰铜和精矿混合起来直接生产粗铜。3Comop工艺Comop工艺利用了旋涡熔炼和顶吹技术两种技术.旋涡熔炼是一种强化熔炼，旋涡室内温度高.热强度大.物料停留时同短，可以处理各种复杂原料。顶吹技术用于处理古铜炉渣，反应气氛易于控制.传质和传热速度快美国ElBasO情炼厂自1993年开始应用该技术.生产实践证明Contop工艺己经成熟。3.1工艺特点Comop(C0NtinuousTop一feedOxygenProcess即炉料高速连续地熔炼和吹炼。Contop炼铜法是由德国KHDHumtboltWedag公司在80年代末开始研究开发的炼铜新工艺。Contop炉主要包括旋涡熔炼室和顶吹反应室两

22、部份，第一台旋涡炉安装在智利国家铜公司楚基卡马塔.1990年美国E1Paso冶炼厂通过多方面对比认为.Contop工艺是一种低费用的快速熔炼方式，烟气量少，能处理含铋和锌高的铜精矿因此计划建一座Contop炉，以砍掉焙烧炉和反射炉。使其精矿处理量从280000t/8增加到361000da.阳极产量从100ooot/a增加到134000t/a。该工程1993年3月投产。在投产初期，ElPaso冶炼厂和ADcos技术服务中心对旋涡炉进行了许多改进，使其在技术上更趋合理。目前世界上采用Contop工艺炼铜的工厂虽为数不多。但该工艺适合反射炉的改造，能充分利用了旋涡熔炼温度高、热强度大、炉料停留时间短

23、和顶吹反应易于控制的特点，必将成为在技术上更具竞争性的炼铜工艺。3.2优点与闪速熔炼相比，Contop熔炼强度大。易于控制，可以处理复杂铜精矿并维持稳定的铜铙品位，机械夹带烟尘很低，弃渣含铜较低。Contop技术在炼铜工业中的竞争能力正在不断增长。4用碳酸钠作助熔剂的粗铜精炼新方法矿产粗铜传统火法精炼作业，是使用碳氢化合物做还原剂。除去粗铜中的50/56氧和硫。国外的铜冶炼技术研究单位。现在在研究取代使用碳氢化合物做还原剂的新精炼方法4.1工业应用潜力报道说用碳酸钠作反应剂来精炼粗铜的新方法，可以处理氧含量超过1500ppm、硫含量在700lOOOppm之间的粗铜。那么，这个新方法用于熔炼转炉

24、粗铜应该是可行的。因为在PeireeSmith转炉间歇作业周期末尾。熔体中的硫和氧的含量有一种典型的趋势，由于喷人空气。熔体中硫的含量几乎是直线下降其浓度达到500lOOOppm。而氧的含量却随着空气的喷人而大量上升。通常。在将粗铜装人阳极炉完全脱硫之前，转炉操作一般可将铜熔体中的氧含量提升到30005000ppm。当熔融铜中的氧含量达到这个水平时，其中的硫含量就只有几百ppm了。但是在采用浸没式喷管喷人碳酸钠时，推荐使用气体搅拌，以改善苏打与铜的接触，从而提高体系的质量交换效率。4.2与传统火法精炼比较报道说，这个新方法与传统火法精炼相比，新方法具有以下几个优点：(1使用新方法所得的铜熔体中

25、残留的氧量，比传统火法精炼所得的铜熔体中的氧量差不多低一个数量级这可以大大地降低铜被氧化而随着熔渣流走的损失，若要回收渣中的铜，就要将这种炉渣放在生产流程中循环，这样的回收方法是不经济的，而且这种熔融状态下的氧化渣，通常在撇渣时会对耐火材料产生腐蚀.(2虽然，冶炼厂将熔炼炉和转炉产生的全部炉气都送到硫酸厂去制造硫酸可以将硫的固定率达到9597，但是，现在欧洲、日本和美国的某些州制定的环保新标准，要求硫的固定率要达到97-999，要捕获和固定这最后的几个百分点的硫，是很费钱的，因为需要复杂的处理设备来处理体积很大的稀释气体，这就会产生基本建设费用问题，的确如此，对处理连续吹炼转炉产出的粗铜来说更

26、加必要，而新方法是以Naso的形式将从粗铜中除去的硫收集起来，不像传统的火法精炼那样使其向空中散发；(3传统火法精炼需要鼓人空气脱硫，再用碳氢化合物还原，需要相当长的时间(3h,对处理连续吹炼转炉产出的粗铜来说.需要的时间更长,而现在提出的新方法预计可以减少整个过程的时间，还可能减少所需要阳极炉的数量，预计可明显地减少人力和降低矿物燃料的消耗量。4.3还需研究的问题报道说除了质量交换的局限性还没有测定和其它杂质对炉渣流动性的影响以外另外还有一些其它需要考虑的问题，如何回收生成渣中的铜就是需要考虑的问题之一。虽然铜在渣中的溶解度预计是很低的，但是现有的回转火法冶炼反应器的撇渣作业还不成熟，撇渣时

27、熔渣可能会带走一些铜，这些含铜的渣，或者返回到熔炼炉或吹炼炉，或者采用其它方法将渣中的铜与碳酸钠、硫酸钠分开将其收回。耐火材料的腐蚀也是一个问题特别是以碳酸钠作为主要成分的渣，问题更多，预计反应过程生成的硫酸钠对耐火材料的腐蚀性小一些，因为其中的Na20的化学活性低。在除去次要元素这方面.还需要将新方法51/56与传统的转炉吹炼/A法精炼作些比较研究新方法使用的炉渣体系对除去次要元素被证明是有效的。另一方面，因为铜熔体中的氧含量保持在较低水平，杂质的行为到底如何，还不太清楚。实验人员认为，这个新方法在热力学上是可行的虽然证明在较低温度下更有利于除去硫和氧，建立起反应动力学与渣的流动性之间的平衡

28、。这两者在高温条件下更有利三次实验都探讨了新方法的可行性，并确认了新方法的潜力。新方法与现在使用阳极炉除硫脱氧的方法相比缩短工艺过程，进一步的实验包括另外的实验室实验、中间实验、或者工业规模实验来验证反应动力学。5不锈钢阴极电解技术不锈钢阴极电解技术有多方面的优越性，但是目前要采用该工艺，不锈钢阴极、极板作业机组以及专用吊车需从国外引进，工程投资相对较高，一些老系统的改造，特别是资金有困难的企业难以实现。如何使国外先进技术在中国得到应用，又可维持较低的投资是值得多方面探讨的问题。云冶的电解技术改造经过多方案的分析比较，最后推荐采用中极板的不锈钢阴极电解工艺，也就是保持阳极板尺寸不变。优点是新系

29、统与现有老电解系统阳极板尺寸相同，方便管理，可利用现有的阳极浇铸机和阳极加工机组。由于阳极板尺寸不变，新系统的有些操作可与现在一样采用人工，仅需从国外引进不锈钢阴极板和阴极剥片机组，其余设备全部国产，还可利用一些现有设备。工程的投资比采用大极板的艾萨法节省三分之一，但工厂的技术水平和产品质量却有大幅度提高。云铜的电解方案就是设法使国外先进技术在适合中国国情的情况下得到应用，这一经验值得其他工厂借鉴。6因泰克炼铜工艺因泰克铜工艺使用高浓度氯化物电解质，在常压，温度8085C条件下，生产高纯铜颗粒（Cu99.99%和元素硫。最近，澳大利亚一家公司对因泰克工艺作了详尽的研究，结果表明年产20万T铜的因泰克工厂投资大约是现行铜冶炼厂的一半，加工和投资费用是其年产5万T铜厂的一半。并且表明因泰克铜工艺加工费用低于目前最好的浸出/溶剂萃取电积技术。该工艺采用多级逆流浸出，在常压，温度8085C条件下，鼓人空气浸出，使铁以针铁矿复合物沉积，随后，采用二段净化工序分离杂质，使之以金属和其它形式产出。净化后的氯化亚铜/氯化钠溶液被送到隔膜电解槽，在电流密度10001500_A/条件下电积产出高纯度铜颗粒产品，且无需常规电极的剥极片作业，其电耗约为二价铜工艺的一半。该产品适于