三万吨铜电解车间设计

年产3万吨电解铜电解车间设计学院:冶金材料学院班级:冶金1028班姓名:杨天发学号:1000000330指导教师:黄卉年产3万吨电解铜电解车间设计第一章：绪论1.1铜的性质及发展史铜是人类最早发现和使用的有色金属之一。大约在公元钱4000年，波斯人就已经掌握了炼铜技术。公元3000年，埃及印度等地区已出现较高水平的炼铜业。欧洲在公元2000年采用硫化铜炼铜。我国新石器时代后期开始使用铜夏代即开始进入青铜器时代；在商周时期（公元前16世纪）青铜的冶炼和铸造技术已经很发达。在湖北大冶县境内发现铜绿山矿冶遗址始于西周末年，是我国目前发下规模最大，保存最完整的古代铜矿遗址。铜冶炼技术发展是一个漫长的过程，铜的冶炼至今乃以火法为主，其产量占世界铜产量的80％。摘《重金属冶金学》1.1.1铜的化学性质铜的原子序数是29，相对原子质量：63.546（中学阶段计算题取64)铜位于元素周期表第四周期，IB族。是一种过渡金属。铜呈紫红色光泽的金属，常见化合价+1和+2。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空气里很稳定。但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色的碱式碳酸铜Cu2（OH）2CO3，这叫铜绿。可溶于硝酸和热浓硫酸，略溶于盐酸。容易被碱侵蚀。铜是不太活泼的重金属元素。在常温下不与干燥空气中的氧反应。但加热时能与氧化合成黑色的氧化铜；继续在很高的温度下燃烧就生成红色的氧化亚铜Cu2O，Cu2O有毒，广泛应用于船底漆，防止寄生的动植物在船底生长。在潮湿的空气里，铜的表面慢慢生成一层绿色的铜锈，其成分主要是碱式碳酸铜；在电位顺序中，铜在氢之后，所以铜不能与稀盐酸或稀硫酸作用放出氢气。但在空气中铜可以缓慢溶解于稀酸中生成铜盐；铜容易被硝酸或热浓硫酸等氧化性酸氧化而溶解；常温下铜就能与卤素直接化合，加热时铜能与硫直接化合生成硫化铜。此外，铜还能与三氯化铁作用。在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，以制造印刷线路。1.1.2铜的物理性质铜的密度8.92克/立方厘米。熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃。电离能7.726电子伏特。铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。还有很好的延展性。导热和导电性能较好。1.1.3铜矿资源简介在有色金属中，铜的产量和耗用量仅次于铝，居第二位。主要铜矿物介绍：a.斑铜矿铜和铁的硫化物（Cu5FeS4）矿物，含铜量63.3%，提炼铜的主要矿物原料之一。为等轴晶系，其高温变体为等轴晶系，称等轴斑铜矿。表面易氧化呈蓝紫斑状的锖色，因而得名。新鲜断面呈暗铜红色，金属光泽，莫氏硬度3，比重4.9～5.0。常呈致密块状或分散粒状见于各种类型的铜矿床中，并常与黄铜矿共生。也形成于铜矿床的次生富集带，但不稳定，而被次生辉铜矿和铜蓝置换。在地表易风化成孔雀石和蓝铜矿。中国云南东川等铜矿床中有大量的斑铜矿。世界代表性产地是美国蒙大那州的比尤特，墨西哥卡纳内阿和智利丘基卡马塔等。化学组成：Cu5FeS4,Cu63.33%,Fe11.12%,S25.55%。由于斑铜矿经常含有黄铜矿，辉铜矿显微包裹体，其实际成份变动很大；因为在高温时（>400℃）斑铜矿与黄铜矿，辉铜矿呈固溶体，低温时发生固溶体离溶;黝铜矿b.黝铜矿是一种铜、锑的硫化物矿物，通常产在矿脉中，与铜、银、铅和锌的矿物共生，黝铜矿常含有一些砷，并随砷的含量增加，向砷黝铜矿过渡，砷黝铜矿是固溶体的砷端成员。这两个矿物的产状、四面体的晶体外形和物理性质都很相似，以至不用化学方法就不能区别它们。虽然，铜是主要的金属，但是，铁和锌常替代铜。在含银的变种，银黝铜矿中，银含量可高达18%，使这矿物成为一个有价值的银的矿石矿物。化学成分：黝铜矿的化学成分为Cu12Sb4S13、晶体属等轴晶系的硫盐矿物。单晶体常呈四面体(tetrahedron),英文名即由此而来。c.黑铜矿黑铜矿（黑铜矿变种与硅孔雀石半生）矿物概述：化学组成：CuO;Cu79.89%,O20.11%鉴定特征：显微镜下具有强非均质性。d.黄铜矿（chalcopyrite)是一种铜铁硫化物矿物。化学式：CuFeS2，常含微量的金、银等。正方晶系，晶体相对少见，为四面体状；多呈不规则粒状及致密块状集合体，也有肾状、葡萄状集合体。黄铜黄色，时有斑状锖色。条痕为微带绿的黑色。黄铜矿是一种较常见的铜矿物，几乎可形成于不同的环境下。但主要是热液作用和接触交代作用的产物，常可形成具一定规模的矿床。产地遍布世界各地。世界铜资源：世界铜矿山产量1352.56万吨。世界市场供大于求。2003年，世界铜探明储量为47000万吨，其中，智利16000万吨、美国3500万吨、秘鲁3500万吨、波兰3100万吨、印度尼西亚2800万吨、墨西哥2700万吨、中国2600万吨、俄罗斯21300万吨、赞比亚1900万吨。储量基础94000万吨（中国6300万吨、智利36000万吨、美国7000万吨、秘鲁6000万吨、澳大利亚4300万吨、印度尼西亚3800万吨、赞比亚3500万吨等）。世界铜金属储量超过500万吨的超大型铜矿有50多处。据美国地质调查局估计，世界陆地铜资源量为16亿吨，深海底和海山区的锰结核中的铜资源量为7亿吨。此外，洋底或深海多金属硫化物矿床，也含有大量的铜资源1.2.1铜的用途及国际国内铜的消费结构：在电器、输电和电子工业中用量最大，据统计，世界上生产的铜，近一半消耗在电器工业中。军事上用铜制造各种子弹、炮弹、舰艇冷凝管和热交换器以及各咱仪表的弹性元件等。还可用来制作轴承、轴瓦、油管、阀门、泵体，以及高压蒸汽设备、医疗器械、光学仪器、装饰材料及金属艺术品和各种日用器具等。国内铜消费结构大致如下：电力53%、电子6%、交通运输9%、建筑2%、空调10%、冰箱2%，其他18%。据世界矿产资源年评，2002年世界精炼铜消费量为1495.7万吨，用于建筑业44%，电器和电子工业25%，机械制造工业10%，运输设备11%，日用消费10%。同年，世界精炼铜的产量为1534万吨，回收铜废料557.5万吨，占精炼铜总产量的36.3%。1.2.2国内现状铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝1.2.3铜在电力工业中的应用电力输送线电缆、汇流排、变压器、开关、接插元件和连接器等。电机制造定子、转子和轴头、中空导线等。通讯电缆及住宅电气线路需使用大量的铜导线。1.2.4铜在电子工业中的应用电真空器件高频和超高频发射管、渡导管、磁控管等，它们需要高纯度无氧铜和弥散强化无氧铜。印刷电路铜印刷电路需要大量的铜箔和铜基钎焊材料。集成电路以铜代替硅芯片中的铝作互连线和引线框架，可以获得30％的效能增益。1.2.5铜在交通工业中的应用船舶铜合金，包括铝青铜、锰青铜、铝黄铜、炮铜(锡锌青铜)，白铜以及镍铜合金(蒙乃尔合金)，是造船的标准材料之一。在军舰和商船的自重中铜和铜合金一般占2％～3％，如铝青铜螺旋浆、螺栓、铆钉、冷凝管、含铜包覆油漆等。汽车铜和铜合金主要用于散热器、制动系统管路、液压装置、齿轮、轴承、刹车摩擦片、配电和电力系统、垫圈以及各种接头、配件和饰件等，每辆汽车用铜10～20kg，小轿车用铜约占自重的6％～9％。铁路列车上的电机、整流器以及控制、制动、电气和信号系统等都要依靠铜和铜合金来工作。此外，铁路的电气化对铜和铜合金的需要量很大，每公里的架空导线需用2t以上的异型铜线。飞机飞机中的配线、液压、冷却和气动系统需使用铜材，轴承保持器和起落架轴承采用铝青铜管材，导航仪表应用抗磁铜合金。1.2.6铜在机械和冶金工业中的应用机械工程除了电机、电路、油压系统、气压系统和控制系统中大量用铜以外，各种传动件和固定件，如缸套、齿轮、蜗轮、蜗杆、连接件、紧固件、扭拧件、螺钉、螺母等，都需要以铜或铜合金减磨和润滑。冶金设备连续铸造技术中的关键部件??结晶器。大都采用铬铜、银铜等高强度和高导热性的铜合金制造，电冶金中的真空电弧炉和电渣炉水冷坩埚使用铜管材制造，各种感应加热的感应线圈都是用铜管或异型铜管绕制而成，内中通水冷却。合金添加剂铜是钢铁和铝等合金中的重要添加元素。少量铜（0.2％～0.5％）加入低合金结构用钢中，可以提高钢的强度及耐大气和海洋腐蚀性能。在耐蚀铸铁和不锈钢中加入铜，可以进一步提高它们的耐蚀性。含铜30％左右的高镍合金是著名的高强度耐蚀“蒙乃尔合金”，在核工业中广泛使用。轻工业中，铜及铜合金可用于制造空调器的热交换器、钟表机芯、造纸机的网布、辊轮、印刷铜版、发酵罐内衬、蒸馏锅、建筑装饰构件等。铜不但在传统工业中有广泛应用，而且在新兴产业以及高科技领域中也发挥着重要作用，例如超导合金的包套、超低温介质的容器与管路、火箭发动机的冷却内村、高能加速器的磁体绕组等。从铜的总体应用来看，电气、机械工业和建筑业是铜的消费大户。据统计，美国、日本和西欧国家20世纪80年代中期的精铜消费中，电气工业占47.8%，机械制造业占23．8％，建筑业占15.8％，运输业占8.8％，其他占8％。20世纪90年代后，西方国家铜消费的行业分布发生了巨大变化。以美国为例，1998年铜消费中，建筑业占41.4％，电器电子产品占26.0％，运输设备12.4％，机械制造11.2％，其他9.0％。与发达国家相比，我国的电子、电气行业与机械制造业消费的铜占总消费的比例偏高，而建筑业及交通运输业消费铜相对较少。2002年，中国的铜消费量达到了250万吨，占全球铜消费量的17％，从而取代美国，成为世界第一大铜消费国。1.3铜在国民经济中的地位和作用1.4铜冶金的基本方法分为火法冶炼和湿法冶炼1.4.1铜的火法冶炼铜冶炼技术的发展经历了漫长的过程,但至今铜的冶炼仍以火法冶炼为主,其产量约占世界铜总产量的85%硫化铜精矿处理有两种工艺,一是硫化精矿先经过死焙烧，再还原熔炼得到粗铜；其二是硫化精矿经过造锍熔炼得到铜锍，再将铜锍吹炼成粗铜。世界上一般采用造锍熔炼-铜锍吹炼来处理硫化精矿。铜的造锍熔炼现在造锍熔炼是在1150-1250的高温下。是硫化精矿和溶剂在熔炼炉内进行熔炼。炉料中的铜.硫与硫化铁形成液态铜锍。铜锍是以FeS-Cu2S为主，熔有金属金，银，铂族金属及其他少量的金属硫化物共熔体。在进行造锍熔炼时候投入熔炼炉内的炉料有硫化铜精矿，各种返料以及溶剂。这些炉料在路内发生一系列的物理化学变化，最终形成烟气以及互不相容的铜锍和炉渣。发生的反应有：A高价硫化物分解反应B硫化物氧化反应C造锍反应D造渣反应工业上常用的铜熔炼方法：铜的闪速熔炼铜的熔池熔炼铜锍的吹炼造锍过程完成了大部分铜与铁的分离，欲获得粗铜还得对铜锍进行吹炼，以除去铜锍中的铁，硫以及其他杂质。在吹炼过程中，金，银，铂族元素全部富集于粗铜中，为有效的提取这些金属创造了有利条件。目前铜锍的吹炼绝大多数是在卧式侧吹转炉内进行。转炉吹炼是间歇式周期性作业，整个过程分为两个阶段（或周期）：（1）造渣期（2）造铜期铜的火法精炼铜锍吹炼产出的粗铜中，含有铜98.5-99.5%.含杂质0.5-1.5%。还有一定数量的具有回收有价值的金属。杂质主要是镍，铅，砷，锑，铋，硫和氧，需要除去稀贵金属需要回收。所以对粗铜必须进行精炼。基本过程：铜火法精炼包括氧化脱硫等杂质和还原脱氧两个基本过程。氧化过程又称氧化精炼期，主要是脱除粗铜中的硫、铁、铅、锌、镍、砷、锑、锡和秘等杂质。熔池中待精炼熔体质量的98%以上是铜，所以氧化过程一开始，首先是铜被鼓入熔池的空气中的氧所氧化:4Cu+O2一2Cu2O生成的Cu2O溶解于铜液中，在操作温度1373一1523K条件下，CuZO在铜中溶解度为6%一13%。铜中杂质金属(Me‘)遇溶解在铜液中的Cu2O时便发生反应:Cu2O+Me，一Me，O十2Cu由于M日O在铜中溶解度很小，而铜的浓度在杂质氧化时几乎不发生变化，可视为常数，上式的反应平衡常数为:K‘=〔Cu2O〕〔Me，〕K‘或〔Me‘〕〔Cu2O〕式中表明，Cu2O的浓度越高，杂质金属的浓度就越小，被除去的杂质就越多。从节约嫉料和不延长下一步还原过程所需时间等综合因素出发，氧化过程温度控制在1373~1423K时，eu2o的饱和浓度约为6%~s%。氧化精炼期通常还要加入石英砂、石灰和苏打等熔剂，以使铁、铅、砷、锑等杂质氧化后造渣除去。除硫是在氧化过程的后期完成。因为在有对氧的亲和势较大的金属杂质存在时，铜的硫化物不易氧化，而一旦金属杂质氧化结束，铜中硫的氧化反应会剧烈进行:〔S〕e。+2〔O〕eu一502(g)反应平衡常数为:p阳。氧化精炼末期铜液含氧约0.6%，1373K时的反应平衡常数K值为90,气相中户、2在3.ZkPa左右，由此计算铜液中含硫量可以降到0.001%。铜液中以Cu2O形态存在的氧在下一步还原过程中除去。还原过程又称还原精炼期。用重油、丙烷等还原剂将CuZO还原成金属铜，使铜中氧含量降到0.05%~0.10%的过程。重油等还原剂受热裂解为HZ、CO、C等成分，还原反应为:Cu2O十H2—2Cu+H2OCu:O+CO—2Cu+CO2Cu2O+C一2Cu+CO还原精炼期的终点控制十分重要，如过还原，氢气在铜液中的溶解量会急剧增加，在浇铸铜阳极板时析出，使阳极板多孔;而还原不足时，就不能产生一定量的水蒸气，以抵消铜冷凝时的体积收缩部分，降低了阳极板的物理规格，同样不利。1.4.2铜的湿法冶炼概念：湿法炼铜是利用溶剂将铜矿、精矿或焙砂中的铜溶解出来，再进一步分离、富集提取的方法。历史：我国是世界上最早采用湿法冶金提取铜的国家。《山海经》《神农本草》有记载北宋(1086～1100年)张潜《浸铜要略》，国外则是到十六世纪才采用湿法冶金技术获得海绵铜分为三种：1.焙烧—浸出净化—电积法，用于处理硫化铜精矿。2.硫酸浸出—萃取—电积法，用于处理氧化矿、尾矿、含铜废石、复合矿石。3.氨浸—萃取—电积法，用于处理高钙、镁氧化铜矿或硫化矿的氧化砂。焙烧-浸出-电积法工艺流程：焙烧的目的：焙烧是首道工序，使炉料进行硫酸化焙烧，其目的是使绝大部分的铜变为可溶于稀硫酸的CuSO4和CuO•CuSO4，而铁全部变为不溶的氧化物(Fe2O3)，产出的SO2供制酸。浸出-萃取-电积法该法的优点：1）建厂投资和生产费用低，生产成本低于火法，具有很强的市场竞争力；2）以难选矿难处理的低品位含铜物料为原料，独具技术优越性；3）无废气、废水和废渣污染，符合清洁生产要求；4）拥有可靠的特效萃取剂市场供应。氨浸-萃取-电积法高压氨浸法:在高温、高氧压和高氨压下浸出硫化精矿，铜、镍、钴等有价金属形成配合物进入溶液，铁形成氢氧化物进入残渣,由于浸出过程所需压力较高以及酸溶液对设备的腐蚀较大，目前主要用于处理Cu-Ni-Co复合矿。常压氨浸法(阿比特法):由于既能直接处理硫化矿，对设备及材料的要求也不高，因而成为最先实现工业化的方法之一。此法的特点是采用氨浸-萃取-电积-浮选联合流程，硫化铜精矿的浸出是在接近常压和65～80℃的条件下，在机械搅拌的密闭设备中用氧、氨和硫酸铵进行的，浸出时间为3～6h，精矿中的80～86％Cu以Cu(NH3)4SO4形式进入溶液，浸出液含铜40～50克／升。铜回收率达96～97％。1.5第一章小结：本章绪论，对铜从性质，资源，用途，和其冶炼方法，精炼方法等各方面做了介绍第二章：车间地址的选择与论证1.厂址选择的基本原则从国家建设规划方面，应服从工业规划、城市规划、应节约土地、节约投资。从工厂本身，应慈宁宫气候、水文、地理、交通、资源、环境等多方面综合论证，要具备尽可能好的“三通一平”（通电、通路、通水、地势平整）条件，而且工厂的生产对周边环境无大的影响。要尽可能利用城镇设施，节约投资；要靠近原料、水、电供应充足和产品销售便利的地方，有良好的交通运输条件；要注意节约用地，少占或不占农田，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。依据以上基本原则，将本设计的年产30000吨电解铜的电冶炼厂定云南省安宁市。2.电解铜在世界及云南省的现状美国是世界上最大的铜生产国，精炼铜的产量居世界第一位。从地区分布看，铜精矿的生产主要集中在美国、智利、独联体、加拿大、赞比亚、扎伊尔、秘鲁和波兰等国。这些国家的铜精矿产量占了世界总量的近67%；精炼铜的生产集中在美国、独联体、日本、智利、赞比亚、加拿大、德国、比利时等国，他们的精铜产量约占世界总量的71%。1992年美国产量为216万吨，约占世界精铜总产量的20%，居世界第一位；智利产量为133.29%万吨，约占世界总产量的12.1%，居世界总产量的10.9%，居世界第三位；日本产量为116万吨，约占世界总产量的5.1%，居世界第五位。排名前五个国家的产量约占世界总产量的60%。我国也是一个主要的精炼铜生产国，1992年的精铜产量达到了如指掌，64.02万吨。到20世纪80年代，全世界铜电解精炼能力已达1200万t/a，年产量和消费量在1000万t左右。自20世纪50年代以来，由于大功率可控硅整流器和始极片加工机组的开发，以及自动控制和电子计算机技术在铜电解中的推广应用，铜电解精炼向大型化、机械化和自动化方向发展的步伐加快，现世界年产电解铜能力达到40万t每年的工厂有5家（1992年统计），年产电解铜能力超过15万t的工厂有30多家（1992年统计）。世界铜矿资源比较丰富，中国是世界上铜矿较多的国家之一。总保有储量铜6243万吨，居世界第七位。探明储量中富铜矿占35%。铜矿分布广泛，主要分布在江西、西藏、云南、甘肃、安徽等地。云南省是中国铜生产基地之一，中国西南铜生产中心，在全国铜行业位居第三位，与江西、安徽形成中国铜业三分天下的局面。目前我省铜矿山生产能力9万t，居全国第二。3.资源条件安宁市位于昆明以西28公里。它是昆明通往滇西8个州市及东南亚的内陆咽喉要道。是发展现代新昆明中以发展冶金化工为主的工业城市。厂址选择在距安宁市区西南20公里处。设计电解车间占地约50亩。电解所需原料从昆明西郊王家桥的云南铜业股份有限公司运输。交通十分方便。厂址选择符合国家工业布局的要求。4.交通条件安宁市紧靠昆明。与昆明交通体系紧密联系。成昆铁路、贵昆铁路、南昆铁路、昆玉铁路、昆河铁路等铁路干线将昆明市与省内外各地紧密的联系在一起。另外，云南省也建立了以昆明市为中心的，四通八达的沟通各地、州、县、公路运输网络。例如昆曲、昆玉、安石、昆禄公路等。再有，该厂离昆明市环城公路较近，有专用公路和铁路通往厂区。5.水利及电力资源安宁市年降水丰富，西南地区电力资源较为丰富，安宁市也是如此。昆明供电局近年来投资10亿多元大规模改造电网后，初步实现了城市网升级换代。在初步建设500千伏网架的同时，不断完善220千伏和110千伏网络，这也是安宁市电力今后强有力的保证。高压输电网能接受来自漫湾、鲁布革、大朝山、曲靖、宣威等远方的水、火电，有了充足的电能。离安宁市不远的普吉电站可以输出供电解厂使用的工业、生活用电。6.当地气象条件气温：年平均气温14.6℃，最热月平均气温19.5℃，最冷月平均气温7.7℃。气压：年平均气压81.27KPa降雨量：年最大降雨量1172.1mm，年最小降雨量625.7mm，年平均降雨量909.4mm，最大日降雨量153.3mm。蒸发量：年平均蒸发量1940.9mm。月平均最大蒸发量287.8mm湿度：年平均相对湿度75%，年平均最大相对湿度85%，年平均最小相对湿度54%冰雪：最大积雪厚度9.1㎝风：常年主导风向西南偏西，年平均风速3.1m/s，年最大风速14.0m/s7.社会条件安宁市地处省会城市昆明边缘，可以吸引充足的社会劳动力。地处昆明市的各大高等院校及研究所每年培养出大量的冶金专业人才，同时也为本厂技术人员提供了不少的培训机会。另外，加强高校与企业之间的合作，有利于共同推进技术改造。从以上种种条件可以看出，安宁地区无论气候、地理、气象、交通、电力、水文、技术等方面都对铜冶炼厂、铜电解车间的建设和生产提供了有利的保证。8.设计规模根据设计任务书，设计规模为：年产3万吨高纯阴极铜。本设计的主要产品是高级阴极铜。此外，还产出阳极泥，硫酸铜，电积脱铜还产出合格电铜，而阳极泥送往稀贵车间可回收金、银等贵金属。第三章.铜电解工艺流程的选择与论证3.1概述铜电解精炼概述：铜的火法精炼一般能产出含铜99.0%~99.8%的粗铜产品。铜的电解精炼，是将火法精炼的铜浇铸成阳极板，用纯铜薄片作为阴极片，相间地装入电解槽中，用硫酸铜和硫酸的水溶液作电解液，在直流电的作用下，阳极上的铜和电位较负的贱金属溶解进入溶液，而贵金属和某些金属（如：硒、碲）不溶，成为阳极泥沉于电解槽底。电解精炼的目的是：(1)降低铜中的杂质含量，从而提高铜的性能，使其达到各种应用的要求；(2)回收其中的有价金属，尤其是贵金属和稀散金属。电解过程中，溶液中的铜在阴极上优先析出，而其它电位较负的贱金属不能在阴极上析出，留于电解液中，待电解液定期净化时除去。这样，阴极上析出的金属铜纯度很高，称为阴极铜或电解铜，简称电铜。图10.1铜电解精练过程示意图1.阳极，2.阴极，3.导电杆，4.CuSO4及H2SO4的水溶液3.2流程概述3.2.1永久阴极电解法(ISA)永久阴极电解法是针对传统电解法需要生产并加工始极片的缺点而研制开发的，并得到了快速发展，目前该法生产的电解铜已占世界总产量的30%。其主要优点是。(1)由于使用永久不锈钢阴极，省去了始极片的生产制作及相应的组装阴极作业，使生产工序简化。(2)由于永久阴极强度高、平直度好，可缩短同极距，减少短路，提高电流密度。因此，既可保证产品质量，又能提高电铜产量。(3)阴极周期短，铜的积压量少，加快资金周转。(4)机械化程度高，操作人员少。由于使用不锈钢永久阴极，且机械化程度高，因此，一次性投资较大。ISA法电解由于电流密度高，极距小，从而可以减少电解槽数量和厂房面积。但是永久性不锈钢阴极价格昂贵，一次性投资大。因此总的基建投资将略高于常规电解的投资。永久性不锈钢阴极的极板用316-L不锈钢板制作，厚度3.25mm，其表面粗糙度为2B。用304不锈钢异型钢管焊接在钢板上，然后镀上2.5mm厚的铜，代替传统电解法的阴极导电棒，起到吊挂阴极并导电的作用。不锈钢表面有一层永久性的很薄的氧化层，可以很好地解决沉积铜的粘附性和剥离性之间的矛盾。既能使沉积的电铜不会从阴极上掉落于电解槽内，又可以容易地从阴极上剥离下来。不锈钢板的两个侧边用聚氯乙稀的挤压件包边，并用高熔点的蜡密封其间的缝隙。不锈钢板的底边则用高熔点蜡蘸边。从永久阴极上剥取电解铜，日本三井金属矿业公司MESCO公司开发了专门用于ISA法电解的阴极剥离机组。其功能包括受板、洗涤、(含除蜡)、剥片、电解铜堆垛、称重、打字、捆包、阴极侧边喷蜡，阴极底边蘸蜡，阴极排板等。ISA法电解自1979年首次在澳大利亚汤斯维尔PTY精练有限公司用于工业生产以来，发展甚快，目前已在30余家工厂推广应用。其约有1/3的工厂用于电解精炼，2/3的工厂用于电解沉积。3.2.2传统电解法传统电解法目前在多数电解铜厂使用。传统电解法的主要缺点是始极片的生产与制作工作量占整个电解工作量的一半，又由于始极片薄软，平直度难以保证，电解工程易造成短路，只得采用较大的同极距和较底的电流密度，从而影响生产能力。此外，种板槽及其单独的循环系统，使厂房面积加大，建筑费用提高。虽然传统电解法存在缺点，但是鉴于传统电解法目前在多数电解铜厂使用，是目前最为成熟，应用最为广泛的电解生产方法。本设计采用传统电解法。其工艺流程图见图3-1。送阳极泥处理返火法精炼返火法精炼图3-1铜电解精炼一般工艺流程图3.2.3周期反向电流电解法周期反向电流电解法是随着高电流密度电解的成功使用应运而生的，是强化生产的有效措施。常规电解法中，在电流密度高于250A/m2时，阳极钝化和电铜质量恶化现象就较为明显。通过整流器产生的周期反向电流可以消除由于电流密度提高而带来的阳极钝化的影响，从而达到强化生产、保证电铜质量的目的。与传统电解法比较，在相同的生产能力下电解槽少、厂房面积小、投资省、蒸汽单耗降低。其缺点是随着电流密度的提高，电能消耗增加(据统计，约增加30%)，电流效率降低，整流设备成本高。1962年保加利亚铜精练厂成功地进行了周期反向电流电解的工业试验。采用周2期反向电流电解，阳极钝化现象在电流密度高达550650A/m时才开始出现。此后这个方法在国外铜电解精练生产中得到了一定程度的发展。根据生产实践，一般认为350A/m2的电流密度是周期反向电流电解的最佳电流密度。高于此值时，电铜的化学组分虽可符合标准，但表现不好。周期反向电流电解的优点为：(1)因电流密度高，同样的生产规模，所需电解槽数及厂房面积均相应减少，可节省建设投资。处于生产中的铜积压量较少，占用流动资金少，资金周转快。(2)特别适用于对常规电解精练工厂挖潜增产，在已有的工厂对电解供电系统作必要改造，即可大幅度提高生产能力。由于电流密度高，槽电压一般高于常规电解法。此外，电流效率也略低于常规电解法。因此，周期反向电流电解的电能消耗要比常规电解高出30%左右。3.3电解过程中杂质行为：按电解时的行为，阳极上的杂质可分为四类：第一类：正电性金属和以化合物形态存在的元素。Au、Ag和铂族金属为正电性金属，进入阳极泥。少量的Ag以Ag2SO4的形式溶解于电解液中，当有少量Cl－存在时，形成AgCl进入阳极泥。O、S、Se和Te以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、AgSe和AgTe的形态进入阳极泥中。第二类：在电解液中形成不溶性化合物的Pb和Sn。Pb在溶解时形成PbSO4沉淀，并可进一步氧化成PbO2覆盖在阳极上，使槽电压升高。Sn进入电解液后氧化成四价，四价的硫酸锡易水解成碱式硫酸锡进入阳极泥中。SnSO4+1/2O2+H2SO4=Sn(SO4)2+H2OSn(SO4)2+2H2O=Sn(OH)2SO4+H2SO4Sn(OH)2SO4沉淀时可吸附As、Sb的化合物，有利于电解，但过多会粘附在阴极上，降低阴极质量。第三类：负电性金属Ni、Fe、Zn。Fe和Zn溶于电解液中，Ni可电化学溶解于电解液中，但有一