电解铜的铜电解车间设计

电解铜的铜电解车间设

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电解铜的铜电解车间设计

目录

1前言......................................................0

1.1铜的性质...........................................0

铜的物理性质.......................................0

铜的化学性质.......................................2

铜的主要化合物的性质...............................2

L2铜的用途...........................................3

L3铜资源状况.........................................4

世界铜资源.........................................4

中国资源...........................................6

1.4中国铜的生产状况和消费.............................7

中国铜的生产状况...................................7

铜的消费...........................................8

铜的湿法冶金.......................................9

铜的火法冶金......................................10

1.6铜的新技能........................错误!未定义书签。

一种采取溶剂萃取净化铜电解液的要领本错误!未定义书签。

疏散强化型电解铜箔及其制造要领・•・・・错误!未定义书签。

硫化矿细菌浸出....................错误!未定义书签。

1.7设计的内容........................................11

冶金盘算..........................................11

重要设备及帮助设备盘算............................11

制图内容和要求....................................11

2厂址选择.................................................13

3.1铜电解精炼流程简述................................15

3.2铜电解精炼的理论底子.............................17

阳极历程..........................................17

阴极历程..........................................17

阳极上杂质........................................18

3.3电解液的净化......................................19

4铜电解精炼的主要设备选择.................................20

5铜电解技能指标...........................................23

5.1铜电解的条件.....................................23

电解液组成........................................23

添加剂............................................23

电解液温度........................................24

电解液循环........................................24

电流密度..........................................24

同极中心距........................................25

5.2阳极寿命和阴极周期................................25

6主要经济技能指标.........................................26

6.1电流效率..........................................26

6.2残极率............................................26

6.3铜电解采取率......................................26

6.4槽电压............................................26

6.5直流电能电位消耗..................................27

6.6硫酸单位消耗.....................................27

6.7蒸汽单位消耗.....................................27

7电解精炼冶金盘算.........................................28

7.1电解槽设计盘算...................................28

商品电解槽总数....................................28

电解槽的极板数....................................28

每槽阳极片数......................................29

种板电解槽数......................................29

7.2物料平衡盘算......................................30

7.3铜电解精炼热平衡盘算.............................33

热收入............................................34

热支出............................................34

5.4净液量的盘算......................................36

7.5硫酸盐生产物料平衡盘算...........................37

盘算铜料参加量....................................37

盘算硫酸铜产物产量................................38

一次母液体积......................................38

5.6脱铜电解物料平衡盘算..............................39

7.7粗硫酸锲生产盘算.................................39

8铜电解精炼的主要生产设备的选用...........................41

8.1整流器及导电铜质料的盘算.........................41

直流电源..........................................41

槽边导电排........................................43

槽间导电板........................................44

短路棒............................................45

8.2电解液循环系统设备及管道盘算.....................45

集液槽............................................45

电解液循环泵......................................45

高位槽............................................46

加热器............................................46

供液管............................................47

电解液循环管......................................47

阳极片剥机........................................48

8.3车间运输设备盘算及选择............................48

起重机............................................48

叉车..............................................48

8.4其他设备及设施...................................49

种种帮助槽子......................................49

阳极泥放出与收集..................................49

9环保步伐.................................................50

9.1情况掩护.........................................50

9.2宁静生产.........................................51

10车间定员................................................52

附图.......................................................54

参考文献...................................错误!未定义书签。

专题：铜阳极钝化机理及影响因素.............错误!未定义书签。

致谢.....................................错误!未定义书签。

1前言

1.1铜的性质

1.1.1铜的物理性质

铜是人类最早发明的陈腐金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。

自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。自然铜及氧化铜的储量少，

现在世界上80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的，这种矿石含铜量极低，一

般在2-3%左右。金属铜，元素标记Cu,原子量63.54,比重8.92,熔点1083Co。

纯铜呈浅玫瑰色或淡赤色。铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率都

很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，且抗蚀性、可塑性、延展性。纯

铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。能与锌、锡、铅、锦、钻、镁、铝、

铁等金属形成合金，形成的合金主要分成三类：黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡

合金，白铜是铜钻锲合金。

铜在地壳中的克拉克值为0.01%,世界铜储量约5000xl()4t,主要储于智利、

美国、俄罗斯、利比亚、加拿大、秘鲁、波兰、菲律宾等国度。别的洋底铳结

核中亦有富厚的铜。全球主要产铜国度是智利、美国、俄罗斯。已知的含铜矿

物有250多种，口］主要产业矿物如下表，其中最重要的是黄铜矿、斑铜矿和辉

铜矿。

表1-1含铜主要供给矿物

名称矿物种类分子式含铜量(％)

自然元素自然铜Cu100

硫化物黄铜矿CuFeSa34.5

斑铜矿CibFeSz63.3

辉铜矿Cu2s79.8

铜蓝CuS66.4

硫碎化物和硫碑铜矿Cu3Ass448.3

硫锦化物碑黝铜矿(C-Fe)12As4s1357.0

黝铜矿(CugFe)12sb4S]352.1

氧化物赤铜矿CU2O88.8

黑铜矿CuO79.8

碳酸盐孔雀石

CUCO3CU(OH)257.3

蓝铜矿2CUCO3CU(OH)255.1

硫酸盐铜靛岩CuSO4

胆矶CUSO4-5H2O

+3

铜叶绿矶CuFe4(SO4)6(OH)2-2H2O

硅酸盐硅孔雀石CuSiO3-2H2O36.0

除了主要矿物外，铜矿中还含有少量的其他金属，如铅、锌、锲、铁、碑、

锦、钿、硒、锦、鸨、铝、钻、铳等，并含有金银等贵金属和稀有金属，它们

在冶炼历程中分别进入差别的产物中，所以炼铜工场通常设有综合采取这些金

属的车间。

进入冶炼厂的铜矿都为浮选产出的铜精矿，品位10〜35%。硫化铜精矿是

炼铜的主要原料。有时也处理惩罚自然铜精矿，但很次要。氧化矿可与硫化矿

一起处理惩罚。未经选矿的氧化矿可直接用湿法或离析法等要领处理惩罚。

我国铜资源漫衍很广，险些遍及全国各地。一般来说，我国硫化矿的品味

较低。矿物的性质也比力庞大，原生矿与次生矿交错杂乱，并有大量多金属伴

生，处理惩罚也比力庞大，且需特别重视综合采取问题。

5

铜的蒸汽压很小，在熔点温度下仅为9xlO-Pa0高温下，液体铜能溶解、

氧、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等气体。凝固时，溶解的气体又从铜中放

出，造成铜铸件内带有气孔，影响铜的机器性能和电工性能。

1.1.2铜的化学性质

铜在干燥的空气中不起变革，但在含有二氧化碳的湿润空气中则能氧化形

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

350C氧化生成CU20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)化铜CuS,天然硫化铜为绿色或棕玄色无定形不稳定化合物铜蓝，比重

为4.68,中性或还原性气氛中加热即剖析为CU2S和S2。Cu2S不溶于水、稀硫

酸和苛性钠中，但能溶于氟化钾和热硝酸中。

(2)化亚铜CU2S,天然的硫化亚铜为辉铜矿，蓝玄色无定形或结晶形，比

重为5.76,熔点为1135c.它在高温下稳定或氧化成金属铜，常温下不被空气氧

化，430-680°C下则氧化放出S02。赤热Cu2s的可逐渐被CO2氧化和迟钝地但

能完全的被H2分解。CO能氧化Cu2So

以Cu2s和FeS为主的共熔体称为冰铜。由于铜对硫的亲和力大，故在冰铜

吹炼时FeS先氧化造渣，剩下的Cu2s(称白被)被吹炼成粗铜。

Cu2s不溶于水和险些不溶于稀硫酸，与浓硫酸作用生成CuSO4、CuS和SO2,

溶解于浓盐酸时放出H2SoCu2s可溶于NEUOH、HNO3、Fe2(SCU)、FeCh、CuCh

中。

(3)氧化铜CuO,天然氧化铜为玄色无光芒的黑铜矿，比重为6.3〜6.4。它

不稳定，遇热即剖析。CuO易被H2、C、CO、CxHy和较负电性的Zn、Fe、Ni

等所还原。它不溶于水，但可溶于FeCL、FeCh、NHQH、Fe2(SCU)、(NH4)2CO3

及种种稀酸中。

(4)氧化亚铜CuO、C11O2,天然氧化亚铜称为赤铜矿，比重为6.11,熔点

为1235℃o它高温稳定，在2200C以上才完全剖析，在1060℃以下时则部分或

全部变为。CuCh也易被H2、C、CO、CxHy和Zn、Fe或其它对氧亲和力强的

元素所还原。高温时进行的反响：2Cu2O+Cu2s=6Cu+SO2是冰铜吹炼成粗铜的

理论底子。该反响在450C开始至1100C完成。吹炼时，由于铜对硫的亲和力

大于铁，而铁对氧的亲和力大于铜，是反响CuOzFeSKuzS+FeO向右进行到底。

因此在冰铜中的FeS未完全氧化造渣以前，理论上Cu2s是不会被氧化的。

CuO2也不溶于水,但溶于HC1、H2s04、FeCL、FeCb、Fe2(SO4)>NHQH、

等溶剂中，这些反响为湿法冶金所应用。

(5)硅酸铜xCun-ySi2-zH2O自然界中的硅酸铜有硅孔雀石CuOSiOZHzO和

透视石CuO£iOH2。。它们在高温下剖析成稳定的2Cu2OSiO2，后者易被H2、

C、CO等还原，也易被FeO、CaO等强碱性氧化物和铜、铁硫化物剖析，并能

溶于浓硝酸、稀醋酸、盐酸和硫酸中。

(6)硫酸铜CuS04,自然界的硫酸铜为天蓝色三斜晶体系结晶的胆矶。无水

硫酸铜为白色粉末，加热时剖析成CuO和SO3(SO2+O2)o

硫酸铜易溶于水，铁、锌等可从硫酸铜中置换出铜。

(7)氯化铜CuCb,氯化铜无天然矿物，人造氯化铜为褐色粉末。熔点为

498℃。沸点低，易挥发，也溶于水。氯化铜不稳定，加热至340℃即剖析生成

白色粉末的氯化亚铜：CuC12=Cu2C12+C12o

1.2铜的用途

(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，其电导率为58m/(Qmm2)o

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

与取原子结构有关；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。

铜的导电性国际标准为：长1m重1g的铜在20C时的导电量公认为100%。现

在的铜炼技能已经可以生产出同品级铜的导电量比这个国际标准超过

4%~5%o

(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、银储量更富厚，代价更

自制，因此被制成电线电缆、接插件端子、汇流排、引线框架等种种产物，遍

及用于电子电气、电讯和电子行业。铜另有种种换热设备如热互换器、冷凝器、

散热器的要害质料，被遍及应用于电站辅机、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、冶金等种种换热场合。

(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。铜在淡水中的腐化速度也很低(约

0.05mm/a)o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。铜极耐大气腐化，其在外貌可形成一层主要有碱式硫酸铜组成

的掩护薄膜，即铜绿，其化学身分为CUS04*CU(OH)2及CUSO4*3CU(OH)2。因此

铜材被用于修建屋屋面板、雨水管、上下管道、管件;化工和医药容器、反响釜、

纸浆滤网;舰船设备、螺旋桨、生活和消防管网；冲制种类硬币(耐腐化性)、装

饰、奖牌、奖杯、雕塑和工艺品(耐蚀性色泽典雅)等。

1.3铜资源状况

1.3.1世界铜资源

全球陆地上的铜矿资源量可能要比先前宣布的16亿吨多。在深海中也蕴藏

着富厚的铜矿资源，资源量可能达7亿吨。据2005年统计数字，全球铜矿储量

4.7亿吨，底子储量为9.4亿吨。生产铜矿最多的前5个国度是，智利、美国、

印度尼西亚、秘鲁和澳大利亚，2003年分别生产铜矿490万吨、112万吨、97.9

万吨、83.1万吨、83.0万吨，全球铜矿资源漫衍及主要国度产量见表1-6。

表17全球铜矿资源漫衍及主要国度产量

铜矿产量储量底子储量

20032004

美国112011603500070000

澳大利亚8308502400043000

智利49005380140000360000

中国6106202600063000

印度尼西亚9798503500038000

哈萨克斯坦4854851400020000

墨西哥3614002700040000

秘鲁83110003000060000

波兰4955003000048000

俄罗斯6755752000030000

赞比亚3304001900035000

其他国度1400160060000110000

世界总值1360014500470000940000

注：e为预计值。资料来源：U.S.G910gimlSurvey,MinerdCommtySuImlmries,January

2005.

凭据铜的证实储量，俄罗斯仅次于智利和美国，居世界第三位。诺里尔斯

克地区和科拉半岛的铜银矿床（占俄罗斯总储量的40%多）、乌拉尔和西西伯

利亚地区54个黄铁矿型铜锌与多金属矿床（占俄罗斯总储量的28.6%）,是俄罗

斯的主要铜原料基地，含铜砂岩型乌多坎矿床（23%）目前尚未开发，其余铜

储量（75%）作为伴生组分产于其他矿床中。（占世界铜储量的60%以上）主

要漫衍在美洲、大洋洲和东南亚诸国，层状铜矿床（约莫20%）多漫衍在非洲国

度（赞比亚、刚果）以及波兰、澳大利亚和阿富汗，含铜黄铁矿和黄铁矿多金

属矿床（10%以上），往往漫衍在加拿大、日本、哈萨克斯坦、澳大利亚、阿

富汗、俄罗斯。

132中国资源

目前，中国己生长成为全球最大的铜消费国、铜加工制造业基地、铜底子

产物输出国，实现了中国铜产业的连续快速生长，对促进百姓经济生长、增加

财政税收及解决劳动就业等方而都取得了卓著的结果，并且在世界铜行业内充

当了重要脚色。尽管如此，站在科学生长观的高度，认真审视我国铜产业财产

链，就能够清晰地发明，铜资源依然是制约我国铜财产顺利生长的“瓶颈”因素。

因此，对铜资源问题必须引起我们的高度存眷。

长期以来，我国铜资源不能满足国内消费需求，供需缺口较大，需要通过

国际市场加以平衡，为此国度每年要花大量外汇。为了确保百姓经济生长对铜

产物的消费需要，保障铜资源的长期稳定宁静供给，研究制定我国铜资源的生

长战略己势在必行，但是在制定铜资源战略之前必须了解我国的铜资源现状，

如表1-7所示。

表1-7我国的铜资源现状与外洋的铜资源现状比力

比力项目国内国内

资源储量2003年铜储量为1787万吨2003年铜储量为47000万吨。

保障水平30.5年33.9年

矿床范围大型铜矿少，中小型矿多；金巨型，大型铜矿多，铜矿年产在10万吨

属量在500万吨以上的只有2以上的有20个，其产量约占世界总量的45%o

个。

平均品位偏高，智利与秘鲁斑岩型铜矿品位

矿石质量平均品位偏低，绝大多数斑岩为刚果，赞比亚及波兰的砂页矿床

矿平均品位为0.5%„砂页岩型品位为2%-5%；智利，美国及印度尼西亚等

矿的平均品位为0.5%-1%铜资源国度的斑岩型铜矿无论是矿床数量和

储量均占80%以上，适宜使用溶剂萃取技能,

矿床类型斑岩矿少，砂卡岩矿多，使

使用本钱偏低

得溶剂萃取技推广受到限

制；砂卡岩型铜矿多数适宜

地下开采，开采本钱高。

尽管我国铜矿资源的保障水平与世界铜矿资源的保障水平相仿，但是因资

源的干系，我国铜矿资源的使用成本普遍高于世界，竞争能力十分有限。在全

球经济一体化的大趋势下，应充实考虑利用外洋的铜矿资源，这不但是平衡国

内铜市场供需缺口的需要，并且也是市场经济运行的一定选择。

我国铜矿资源的特点是中小型矿床多，大型、超大型矿床少。该特点使得

我国铜矿山建立范围普遍偏小，且经过几十年的强化开采，它们的资源储量在

大幅度淘汰，有的甚至己靠近枯竭。虽然国度花大气力生长铜矿业，但是铜精

矿（金属量）生产量并无显著增加;纵然受国际上涨的影响，2004我国铜精矿（金属

量）产量也仅有60.7万吨，比上年增长4.1%。另一方面，基于资源票赋干系，

我国铜精矿的生产主要来自安徽、江西、湖北、石南及甘肃。以2004年为例，

这五个省的铜精矿产量约占到全国总量的75%与此对应，这五个省的铜储量也

占到全国的58.50%,底子储量占到全国的59.84%,查明资源储量快要占到全国

的50%o因此，这五个省是我国铜产业的重要原料基地除湖北与石南外，其他

三个铜精矿生产大省的配合特点是：它们的铜储量保障水平都比力高，且底子

储量及查明资源储量都不错，具备资源储量级别升级的资源底子。考虑到地质

勘查促进资源储量级别升级情况，未来20年内铜精矿生产大省的产能都能够稳

住，甚至通过新建矿山及现有矿山产能的扩建，其铜精矿产量另有望扩张。但

是也应看到，我国铜储量绝大部分都已被开发，在未来20年内另有一部分产能

要消失，预计近几年新建的铜陵冬瓜山铜矿、石南大红山铜矿一期工程等重点

工程，建成后只能弥补铜矿山消失产能。如果今后不增加大型铜矿床工程建立,

预计铜精矿产量不会有多大的变革,根本维持在年产铜精矿（金属量）60万t的水

平。

1.4中国铜的生产状况和消费

据中国有色金属产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；精铜消费量也呈快速增长态势，2000年精铜消费量为190万吨，2005年

到达368万吨，居世界第一位。

中国铜财产技能改革步调明显加快，装备水平大幅提高。江西铜业团体公

司、铜陵有色金属团体公司、云南铜业团体公司等主干铜冶炼企业，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

冶炼综合能耗出现相当幅度的下降。

目前，中国铜企业的经济实力不绝提高。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）实现产物销售收入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。

在中国国内铜产物需求增长和产量增加的发动下，中国铜产物进口快速增

长。其中铜原料部分增加显著，特别是铜精矿和精铜的进口量增幅很大。2000

年〜2005年净进口量平均分别增长了17.49%和12.86%。

在中国政府的大力大举支持下，中国铜产业在国际化经营和境外投资取得

开端进展。目前，中国国内4家铜企业4个牌号的精炼铜产物已在伦敦金属生

意业务所（LME）注册，成为国际认可的品牌。目前，中国在境外已得到投资权

益铜金属底子储量约650万吨，形成了近8万吨/年的矿铜精矿（金属量）产能。

我国既是铜资源较贫乏的国度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到达152.5万

吨，占全球增量的63%。

中国铜消费行业主要是发动了电力、电缆行业的生长。发电情况在80年到

90年年平均增长速度是7.5%,90-2000年增长是8.2%,2000年到2005年是12%,

也就是说中国电力生长在近五年生长速度逐渐加快。装机容量应该从2005年9月

份发电装容量突破5万亿千瓦。推动电力生长主要是电线、电缆主要大产物，其

中中国电线、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，去年大概算下来是310万，这样一算国内电线、电缆行业占了快要60%,

这是国内目前最大的用铜的情况。

对付未来的情况来看，电线、电缆未来用铜情况怎么样，主要看中国电力

生长情况。十一五期间电力投资照旧比力大，凭据电力行业资料，未来五年的

投资在3万亿左右，其中是电网、电站一半的格式。装机容量未来增长7-8%,这

个速度未来电力生长增长速度应该比已往五年要放慢了。总体来说是增长，所

以对电线、电缆行业生长情况来看，这个也是生长相对匹配的。7-8%的样子，

所以电线、电缆这个行业有一个电力行业大概在增长9%。

1.5铜的冶炼要领

从铜矿石中或精矿提取炼铜的要领较多，总括起来分火法和湿法两大类。

1.5.1铜的湿法冶金

一般适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。湿法炼铜目前主要

用于处理惩罚氧化铜矿。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，氨浸限于处理惩罚含钙镁较高的结合性氧化矿。处理惩罚

硫化矿多用硫酸化焙烧-浸出大概直接用氨或氯盐溶液浸出等要领。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；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，大概用溶剂萃取-

电积法制取电铜；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

阂电解得电铜。

(1)氧化铜矿酸浸法流程

氧化铜矿一般不易用选矿法富集，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

要领提取铜。近年来，萃取-电积法生长较快。其主要历程包罗：①用对铜有选

择性的质类螯合萃取剂(LiX—64N,N-510,N—530等)的煤油溶液萃取铜,

铜进入有机相而与铁、锌等杂质疏散。②用浓度较高的H2s04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，返回萃取历程使用。

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1.2o

图1.2氧化铜矿酸浸法流程

(2)硫化铜精矿焙烧浸出法

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

法适于处理惩罚含有钻、银、锌等金属的硫化铜精矿，但铜的采取率低，采取

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惩罚，所以一般

不采取。

（3）从贫矿石和废矿中提取铜

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，多采取堆浸、就地浸出和池浸等要领，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，大概用溶剂萃取-电积法制取电铜。

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1.3：

硫化铜丁（含Cu为

铜精丁（含Cu为18%-30%）

电制含Cu为99.99%）

图1.3铜火法冶金的一般流程

火法流程最大的优点是适应性广，对种种差别的铜矿均能处理惩罚，特别

是对一般硫化矿和富氧化矿很适用。

火法和湿法两种工艺的特点比力火法和湿法两种铜的生产工艺，有如下特

点:

（1）后者的冶炼设备更简单，但杂质含量较高，是前者的有益增补。

（2）后者有局限性，受制于矿石的品位及类型。

（3）前者的本钱要比后者高。

可见，湿法冶炼技能具有相当大的优越性，但其适用范畴却有局限性，并

不是所有铜矿的冶炼都可采取该种工艺。不外通过技能改进，这几年已经有越

来越多的国度，包罗美国、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。湿法冶炼技能的提高及应用的推广，低落了铜

的生产本钱，提高了铜矿产能，短期内增加了社会资源供给，造成社会总供给

的相对过剩，对代价有拉行动用。

总之，火法和湿法炼铜都各有利弊，选用哪种要领，应凭据矿物的特点，

本地的经济情况，交通运输情况，地理条件，气候条件，特别是应凭据矿物特

点（化学身分，物相组成，含铜量，脉石组成等）和本地经济条件（燃料，水,

1.7设计的内容

设计之初，在老师的指导下进行资料收集，了解铜的性质、生产工艺以及

我国现有的铜生产厂家的生产工艺。在做了深入的学习后，我们去了陕西商洛

炼锌厂现场实习，实地考察该公司的成熟生产工艺、厂区摆设、有关技能参数

等等。为本次设计收集了大量的资料数据，为我们的设计也提供了良好的借鉴

作用。实习结束后，回校进行论文的撰写及画图等相关事情。

171冶金盘算

铜电解精炼冶金盘算包罗：电解历程金属平衡和物料平衡，净液量的盘算。

硫酸盐生产物料平衡盘算。硫酸耗量，电解槽热平衡及蒸汽消耗等。

172重要设备及帮助设备盘算

凭据工艺流程各个主要历程，公道地选择主要冶炼设备和确定个数、容量、

对其主要尺寸加以盘算，盘算中采取的数据应当有凭据地引用文献和生产实践

资料。

帮助设备应进行选择和盘算，确定其规格和数量。

运输设备的选择和盘算时，应说明冶炼工艺流程各主要工序的联系，物料

运输方法，运输及提升设备型号选择依据及采取的运输要领并进行盘算。

铜电解精炼主要设备和帮助设备盘算包罗：电解槽的盘算（普通槽和种板

槽）。整流器及导电质料的盘算和选择，电解液循环系统设备及管道盘算，车间

运输设备盘算与选择，其他设备及设施。

制图内容和要求

铜电解精炼车间设计的图纸包罗：工艺流程图、电解槽结构图、设备连接

图和车间平面摆设图共三张，其中包罗CAD和手工绘制。

2厂址选择

厂址选择要凭据百姓经济建立筹划和产业结构的要求进行。厂址选择适当

与否，对企业的建立速度、建厂投资、生产生长、经济效益、情况掩护及工农

干系等会带来重大影响。

厂址选择的一般原则是：应切合产业结构及区域性总体筹划和都市建立筹

划的要求；要尽可能利用城镇设施，节约资源；要靠近原质料、水、电供给富

裕和产物销售便利的地方，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，留有生长余地；要有适当的自然地形和适宜的工程地质、水文、

地动品级条件及较好的协作条件等［9］。

在进行厂址选择时，应凭据有色生产的特点，应充实论证以下几个问题：

(1)产业结构问题

建立一座有色冶金厂，对全国的产业结构、一个区或一个都市的公道生长、

各个产业区之间的经济协调以及农业生长等起着重要的作用，应凭据产业结构

“大疏散，小会合、多搞小城镇”的目标，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筹划，使之切合产业结构总体筹划及

都市建立筹划的要求。

(2)原质料供给及交通运输条件

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

必须充实考虑交通运输问题。为了淘汰运输用度，在包管良好的运输条件下，

进行厂址尽可能靠近原质料基地和销售市场。

(3)供水、供电条件

有£冶炼F—最是大量用水和耗电多的企业。因此希望厂址四周有充实的

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，这不但大大增加投资，并且影响建立进展，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)情况掩护和节约用地问题

有色冶金生产特点之一是无一例外地产出大量造成情况污染的“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，摆设好“三废”处理惩罚园地和废渣堆放园地，

要有良好的自然通风条件，并应考虑厂址四周居民点、都市生长筹划、农木渔

业及旅游胜地、自然资源掩护区等问题。

(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，厂址地动品级的差别会对修建结构以及底

子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根本烈度为9

级以上的地动区。

别的，所选厂址的地耐力应不低于147.l-196.lkPa,地下水位最高也要低

于底子地面0.5m,厂址最低洼处要高于历年最高大水位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

冶炼厂一般是机器化自动化水平比力高的现代化企业，为包管企业生产顺

利进行，必须有富裕的设备及备品备件供给，要有强有力的机器加工和维修能

力。若厂址四周具备这些条件，便可发挥专业协作的优越性，淘汰帮助设施投

资和低落生产本钱。工场在建立历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，施工力量和施工园地是否具备等，都对建立进度起

着一定的作用。在厂址选择时，应充实考虑厂址四周是否具备这些条件，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

考虑到上述的一些条件，我要将此厂建在陕西省宝鸡市三桥镇，这里交通

发达，人员稀少，离原料供给地近，离它不远处有一个发电站，能确保供电方

便。

3铜电解精练工艺流程简直定

3.1铜电解精炼流程简述

火法精炼产出的精铜品位一般为99.2-99.7%,其中还含有0.3-0.8%

杂质。为了提高铜的性能，使其到达种种应用的要求，同时采取其中的有价金

属，特别是贵金属、伯族金属和稀散金属，必须进行电解精炼。

以火法精炼产出的阳极板为原料，经电解精炼，生产电解铜，并富集贵金

属和其它有价元素的铜冶炼厂车间设计。设计主要内容包罗：工艺流程、设备

选择和主要技能经济指标。中国在铜电解精炼设计中采取了大型电解槽、全套

机器化极板作业线、大型可控硅整流器、多成果专用起重机和钛板换热器等新

型设备，以及电解液平行流动循环、诱导法脱碑等新技能。

工艺流程包罗电解精炼和电解液净化两部分。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，阳极不绝溶解，便在阴极上析出电解铜。

电解历程中，阳极铜中的贵金属和硒、硅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。银、碑、锦、锌等杂质大部分进

入电解液，需从循环液中抽取一部分进行净化处理惩罚。

电解精炼有通例电解、周期反向电流电解和永久阴极电解可供选用。

(1)通例电解。以纯铜始极片为阴极，电源为恒向直流电，电流密度为220~

280A/m2o其特点是技能成熟，产物质量稳定，电耗低。

(2)周期反向电流电解。周期性短时间改变直流电流偏向的电解要领。电解

阴极及阳极和通例电解相同，周期性短暂反向，是为了克服阳极钝化，电流密

度达300〜350A/n?。，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，电耗高于通例电解。适于老厂扩大生产能力和电价低廉地区采

取。铜电解精炼于1869年在英国首先用于产业生产，随后在世界上得到遍及应

用。20世纪70年代出现周期反向电流电解和不锈钢永久阴极电解等新的电解

法。随着生产技能不绝完善，电解极板作业等机器化和自动化水平逐步提高，

铜电解精炼生产范围日趋大型化。到80年代，世界上最大单一生产电解铜的工

场生产范围已到达40万t/a。

(3)永久阴极电解。和通例电解差别，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制品。1979年澳大利亚精炼铜公司

(CoppeirefinetiesplyLtd.CRL)首先将此法用于铜电解精炼产业生产，又名艾萨

(ISA)电解法。以后美国、加拿大和联邦德国等精炼厂也应用了这一要领。它的

优点是可省掉铜始板片生产系统，不锈钢阴极平直，短路产生率低，阴极质量

iWjo

电解液净化为撤除电解液中的杂质，并调解其铜身分而进行的作业。净化

流程通常依阳极板的杂质含量、需脱除的杂质种类和产物方案确定。一般包罗

脱铜，脱碑、睇、祕和脱锲等。

脱铜方案有两个。一是硫酸铜结晶脱铜电解。凭据硫酸铜需要量，选用直

接浓缩或加铜中和工艺生产硫酸铜。结晶后液再经电解产出黑铜粉。二是二段

脱铜电解。第一段电解产出含铜99.5%的二级电解铜；第二段电解产出黑铜板

和黑铜粉，返回熔炼工序处理惩罚，本设计采取第二个方案。

电解液中的碑、锦、钿等杂质常在脱铜电解后期进入黑铜粉。采取诱导法

脱碑技能，碎的脱除率可达90%,此法还可抑制神化氢气体产生。也可采取萃

取和离子渗析等要领直接从电解液中撤除碑、锦和钿等杂质。

脱铜后的溶液生产粗硫酸锲结晶，可选用蒸发浓缩法或冷冻结晶法，母液

返回电解液中。蒸发浓缩法银的脱除率高，但硫酸损失大，劳动条件差，一般

适用于范围小的工场；冷冻结晶法无废气排放，但投资较大，适于范围大的工

场选用。凭据上面的理论依据选用如下图3.1铜电解精炼的工艺流程图

图3.1铜电解精炼的工艺流程图

3.2铜电解精炼的理论底子

3.2.1阳极历程

铜电解精炼，在阳极上进行氧化反响:

Cu-2e=Cu2+用,°产=S34V

M'-2e=M'2+<0.34V

+

H2O-2e=2H+^O2%噜=L229V

SO^-2e=SO}+^O2%/Q=2.42V

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低落，从而它们将优先进入电解液。由于阳极主要身

2

分是铜，所以阳极的主要反响将是铜溶解形成C/+的反响。至于H2O和SO4-

失去电子的氧化反响，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等电位改正贵金属、粕族金属和稀有金属，更是不

能溶解，而落到电解槽底部。

在阴极上进行的还原反响：

Cu2++2e=G/璟…=0.34V

+

2H+2e=H2

M'2++2e=M'4心<0.34V

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。

电解历程中还形成一价铜离子Cu+并创建下列平衡：

28=Cu2++CuK=Q］产/Cj

上式在差别温度下的平衡数据列在表3-1中。

表3-12Cu+=Cir++Cu的平衡数据

温Ek(v)Cu/(0.5molCuSO4)C

CCu2'g，-3ar-Kxl()4

CCu2+g/l)X10

度℃

*

250.3161.037334225

550.3551.0043.72707.3

1000.3531.008911.20.012

可见，平衡的Cu+浓度使很小的。但是它的存在，与硫酸作用进行

Cu2so4+I/2O2+H2so4=2CUSCU+H2O反响，结果使电解液中的H2so4不绝淘汰，

而Cu2+又不绝增加，并按Cu2s04=CuS04+Cu反响生成铜粉进入阳极泥，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响：

Cu+l/202+H2s。4=CuS04+Cu

凭据阳极上杂质在电解时的行为，可将它们分为四类：

(1)正电性金属和以化合物存在的元素，金银和柏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使由于阳极泥机器夹

带来的结果。Ag2so4可溶于电解液中，但当参加少量氯离子(HC1)时则形成

AgCl进入阳极泥。

氧、硫、硒、疏、为稳定化合物存在的元素。它们以CU2S、CU2。、CinTe、

CinSe、Ag2Se、AgzTe等存在阳极板内，电解时亦进入阳极泥中。

(2)在电解液中形成不溶化合物的铅和锡，电解时铅以PbS04沉淀。锡以

S/+进入电解液后氧化成。

+

Sn"[SnS04+|o2+H2SO4=Sn(SO4)2+H2O]

并按Sn(SO4)+2H2O=Sn(OH)2s04+H2s04水解沉淀进入阳极泥中。

(3)负电性的银、铁、锌，阳极中的铁和锌含量极微，电解时它们与金属银

一道溶入电解液中。一些不溶性化合物如氧化亚银和锲云母会在阳极外貌形成

不溶薄膜，使槽电压升高或引起阳极钝化。

(4)电位与铜相近的神、睇、祕电解时，它们可能在阳极上析出。它们还生

成极细的絮状SbAsCU和BiAsCU碑酸盐，漂浮在电解液中，机器的粘附在阴极

上。其粘附量相当于神睇放电析出的两倍，并且睇进入阴极的数量比碑大，因

此睇的危害更为突出。

电解液需要净化，以撤除它在电解历程中积聚的杂质。

3.3电解液的净化

从上面的讨论得知，随着电解历程的进行，电解液内的铜和负电性元素逐

渐增加，硫酸逐渐淘汰，添加剂逐渐积聚。为此，每天抽出一定量的电解液进

行净化处理惩罚，同时增补等量新液，以保持电解液原有的组成范畴。净化的

目的在于采取其中的铜、钻、锲，撤除有害的碑和锦，以及能使硫酸返回适用。

净化历程的顺序如下：

(1)中和结晶它是用铜粉中和电解液中的硫酸以产出硫酸铜：

Cu+H、SC)4+—O-,=CuSO4+H-,0

中和设备为中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，冷却即析出胆矶结晶。结晶设备有带式水冷连续结晶

机和水冷机器搅拌间歇结晶机。

用电积法可直接产出硫酸和铜。

(2)脱铜和碑锦，结晶后的母液用不溶阳极电解采取铜和处碑锦：

CuSOq+H-,O—H-,SO^+CuH—

同时也再生了硫酸。至电解后期，Ci?+低至8g/l下，神、锦、钿与铜一起

放电得含碑黑铜，并有大量氢放出。黑铜须返回到火法精炼中处理惩罚。除神

储液可用萃取法或化学法。

(3)生产粗硫酸锲，脱铜和脱碑锁的母液含有40〜50g/lNi和300g/lH2so4,

再经蒸发浓缩使NiSCM达饱和，然后冷却结晶疏散。结晶后液含7〜10g/lNi和

约400g/lH2so4,若杂质含量低时，可将其加热和过滤，然后返回电解车间是使

用；若含种睇等杂质高，则须再蒸发浓缩，使其以无水硫酸盐析出，疏散后溶

液返回电解车间使用。

4铜电解精炼的主要设备选择

铜电解精炼的主要设备是电解槽（如图4-1）。它长为3.0〜5.0m、宽为0.85-

1.2m、高为L0〜1.5m的钢筋混凝土的长方形无盖槽子，内衬铅皮或聚氯乙烯