畢業(yè)設(shè)計---年產(chǎn)20萬噸電解銅的銅電解車間設(shè)計（含外文翻譯）

1、<p>　　年產(chǎn)20萬噸電解銅的銅電解車間設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文研究的主要內(nèi)容是在目前銅電解工藝中，選擇了與陽谷祥光銅業(yè)有限公司相結(jié)合的投資省，見效快，工藝成熟，以求先進但又要穩(wěn)妥可靠，不能盲目的超前工藝。電解工藝選擇了永久不銹鋼陰極電解。選擇的工藝條件是：銅回收率為99.8%，電解過程中銅直收率為98%，殘

2、極率為16%，電解溶銅率為1.95%，陽極板1000×960×44mm，陰陽極數(shù)目分別為54片，55片，陰極為1029×1010×3.25mm的不銹鋼，電流密度生產(chǎn)為280A/m，電流效率為95%。電解廠房分東西2個系統(tǒng)，中間為機組，東系統(tǒng)400槽，西系統(tǒng)320槽，每20槽為一組，根據(jù)工藝條件對設(shè)備進行計算和選擇：混凝土襯玻璃鋼電解槽720個，帶組合吊架及接酸盤的專用吊車2臺。5條自動生產(chǎn)機組，可

3、控硅整流2臺，帶蓋的全玻璃鋼槽25個，高位槽2個，板式換熱器8臺，隔膜壓濾機4臺。導電裝置采用平衡電流式絕緣導電裝置，濾布采用丙綸1000A微孔薄膜復(fù)合濾布。凈化工藝選擇了真空蒸發(fā)、水冷結(jié)晶、帶式過濾生產(chǎn)硫酸銅，誘導法脫銅脫砷，真空蒸發(fā)冷凍結(jié)晶法生產(chǎn)硫酸鎳。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電解銅；電解；凈化；工藝設(shè)計</p><p>　　With an annual output of 20

4、0000tons of electrolytic copper electrolytic workshop design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The main contents of this paper are currently in the process of copper electrolysis, ch

5、oose Yanggu Xiangguang copper industry limited company combination of investment, get effective fast, mature technology, but also to advanced reliable, not blindly Abstract technology. Electrolytic process choice of perm

6、anent stainless steel cathode electrolysis Selection of the process conditions are: copper recovery rate is 99.8%, in the process of electrolysis copper direct yield of 98%, a residual rate of </p><p>　　Key

7、words: electrolytic copper; electrolytic; purification; process design </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p>　　1.1銅冶煉的發(fā)展史及主要生產(chǎn)廠家1</p>

8、<p>　　1.1.1銅冶煉的發(fā)展史1</p><p>　　1.12 銅冶煉主要生產(chǎn)廠家1</p><p><b>　　1.2銅的性質(zhì)1</b></p><p>　　1.2.1銅的物理性質(zhì)1</p><p>　　1.2.2銅的化學性質(zhì)2</p><p>　　1.2.3銅的主要

9、化合物的性質(zhì)3</p><p><b>　　1.3銅的用途3</b></p><p>　　1.4銅資源狀況4</p><p>　　1.4.1世界銅資源4</p><p>　　1.4.2國內(nèi)銅資源5</p><p>　　1.5中國銅的生產(chǎn)狀況和消費6</p><p&g

10、t;　　1.5.1中國銅的生產(chǎn)狀況6</p><p>　　1.5.2銅的消費6</p><p>　　1.6銅的冶煉方法7</p><p>　　1.6.1銅的濕法冶金7</p><p>　　1.6.2銅的火法冶金8</p><p>　　1.7設(shè)計的內(nèi)容8</p><p>　　1.7.1

11、冶金計算9</p><p>　　1.7.2重要設(shè)備及輔助設(shè)備計算9</p><p>　　1.7.3制圖內(nèi)容和要求9</p><p>　　第二章 銅電解精練10</p><p>　　2.1銅電解精煉流程簡述10</p><p>　　2.2銅電解精煉的基本原理11</p><p>　　2

12、.2.1陽極過程11</p><p>　　2.2.2陰極過程12</p><p>　　2.2.3雜質(zhì)在電解中的行為12</p><p>　　2.3電解液的凈化13</p><p>　　第三章 電解工藝計算14</p><p>　　3.1銅電解精煉的主要設(shè)備選擇14</p><p>　

13、　3.2銅電解技術(shù)指標16</p><p>　　3.2.1銅電解的條件16</p><p>　　3.2.2陽極壽命和陰極周期17</p><p>　　3.3主要經(jīng)濟技術(shù)指標17</p><p>　　3.3.1電流效率17</p><p>　　3.3.2殘極率18</p><p>　　

14、3.3.3銅電解回收率18</p><p>　　3.3.4槽電壓18</p><p>　　3.3.5直流電能電位消耗18</p><p>　　3.3.6硫酸單位消耗18</p><p>　　3.3.7蒸汽單位消耗18</p><p>　　3.3.8槽利用率18</p><p>　　3

15、.3.9電流強度18</p><p>　　3.3.10年工作日18</p><p><b>　　3.4電解槽19</b></p><p>　　3.4.1電解槽總數(shù)19</p><p>　　3.4.2電解槽的尺寸和材質(zhì)19</p><p>　　3.4.3電解槽排布19</p>

16、<p>　　3.5物料平衡計算19</p><p>　　3.6銅電解精煉熱平衡計算21</p><p>　　3.6.1熱收入22</p><p>　　3.6.2熱支出22</p><p>　　3.7廠房尺寸計算23</p><p>　　第四章 凈液工藝計算24</p><p

17、>　　4.1工藝條件選擇24</p><p>　　4.2凈液量計算24</p><p>　　4.3粗硫酸銅的生產(chǎn)工藝25</p><p>　　4.3.1粗硫酸銅的生存物料計算25</p><p>　　4.3.2粗硫酸銅的生產(chǎn)主要設(shè)備計算選擇25</p><p>　　4.4 脫銅電解工藝26</p

18、><p>　　4.4.1 脫銅電解物料平衡計算26</p><p>　　4.4.2脫銅電解主要設(shè)備計算選擇26</p><p>　　4.5 粗硫酸鎳的生產(chǎn)工藝28</p><p>　　4.5.1粗硫酸鎳的生存物料計算28</p><p>　　4.5.2主體設(shè)備計算以及選擇28</p><p&g

19、t;　　第五章 銅電解精煉的主要生產(chǎn)設(shè)備的選用30</p><p>　　5.1主體設(shè)備30</p><p>　　5.2電解液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備30</p><p>　　第六章 環(huán)保措施33</p><p>　　6.1環(huán)境保護33</p><p>　　6.2安全生產(chǎn)33</p><p>&l

20、t;b>　　結(jié) 論34</b></p><p><b>　　致謝35</b></p><p><b>　　附圖36</b></p><p><b>　　參考文獻61</b></p><p>　　附錄A 外文翻譯-原文部分62</p>&

21、lt;p>　　附錄B 外文翻譯-譯文部分67</p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p>　　1.1銅冶煉的發(fā)展史及主要生產(chǎn)廠家</p><p>　　1.1.1銅冶煉的發(fā)展史</p><p>　　銅是人類最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的金屬之一，銅的冶煉歷史悠久.西亞地區(qū)在世界上是最早應(yīng)用銅并掌握銅技術(shù)的地

22、區(qū)。伊朗西部發(fā)現(xiàn)的小銅針、銅錐等距今已有9000年以上的歷史。在土耳其南部查塔爾螢克，發(fā)現(xiàn)的爐渣中有銅粒，這種爐渣距今約有8000~9000年歷史。在以色列發(fā)現(xiàn)的煉銅爐距今已達6000年。</p><p>　　我國是世界上四大文明古國之一，也是最早應(yīng)用銅的國家之一。我國在夏代就進入了青銅時代，商代煉銅和鑄造技術(shù)已經(jīng)相當進步，這一時期出土的大批文物表明，我國的煉銅技術(shù)已經(jīng)處于當時世界的最高水平。濕法煉銅更是源于我國

23、。古稱膽銅法，早在西漢《懷南萬畢術(shù)》中就有用鐵從硫酸銅溶液中置換銅的記載。北宋哲宗時張潛寫的《浸銅要略》可以說是世界上最早的濕法煉銅專著。</p><p>　　電解精煉已有120多年的發(fā)展歷史，銅電解精煉最初是由俄羅斯科學家研究出的。雅柯比是1837年研究了銅電鍍沉積的原理，列赫丁貝爾斯基于10年后在圣彼得堡建立了第一個大的電鍍廠，為伊沙阿基也夫大教堂制造浮雕。列赫丁貝爾斯基當時還指出應(yīng)用這個新的方法去精煉銅的可

24、能性。至1869年，英國在威爾士建立了第一個銅的精煉廠。</p><p>　　二十世紀六十年代以來，銅的電解精煉技術(shù)取得了很多重要的進展和成就，如電解設(shè)備和電解方法的改進；電解液控制和凈化的加強；從而強化了電解過程，即能在高于常規(guī)電解的電流密度一倍甚至幾倍的條件下，成功的制取高質(zhì)量的陰極銅。</p><p>　　由于大功率可控硅整流器和始極片加工機組等的開發(fā)，以及自動控制和電子計算機在銅電

25、解精煉工藝過程中的推廣應(yīng)用，銅電解精煉向大型化、機械化和自動化方向發(fā)展。到70年代后，保加利亞精煉廠進行了周期反向電流電解的實驗，80年代在澳大利亞芒特艾薩公司發(fā)明了永久性不銹鋼陰極電解工藝，國外常規(guī)電解采用新型電解槽提高電流密度，形成傳統(tǒng)電解法、永久性不銹鋼陰極、周期反向電流三大類精煉方法。使銅電解精煉繼續(xù)朝著高效率、高質(zhì)量、低消耗的目標前進。</p><p>　　隨著經(jīng)濟發(fā)展和科學技術(shù)的進步，對銅電解精煉的產(chǎn)

26、品質(zhì)量要求越來越高，為了適應(yīng)市場的要求，電解陰極銅的物理規(guī)格逐漸向大極板、單片重量不斷增大，表面析出致密光潔的方向發(fā)展。化學成分對雜質(zhì)含量進一步提出了嚴格要求，高純陰極銅產(chǎn)品在市場競爭中越來越成為主導，成為市場交易的主角。超高純銅的實驗和研究以及生產(chǎn)應(yīng)用正在進行，典型意義是例如網(wǎng)絡(luò)傳輸連接電線用高純銅，電真空器件用高純無氧銅，精確制導和高保真信號傳輸及超導體用單精銅和超導銅。</p><p>　　1.12 銅冶煉

27、主要生產(chǎn)廠家</p><p>　　世界大的煉銅企業(yè)主要在國外，智利國營銅業(yè)公司既是全球最大的精煉銅公司，又是全球最大的銅資源開發(fā)公司之一。美國自由港麥克莫蘭銅金公司，產(chǎn)銅量最高時曾達到80多t/a。斯特拉塔礦業(yè)集團自2002年以來，也開始大舉涉足銅礦山項目，2007年為98.67萬噸。我國目前電銅冶煉廠比較多，基本大多數(shù)在產(chǎn)量小、自動化低的基礎(chǔ)上。工藝先進、自動化高、產(chǎn)量40萬噸以上的冶煉廠只有云南銅業(yè)集團、江銅

28、冶煉集團、銅陵有色金屬集團、金川集團、陽谷祥光銅業(yè)有限公司5家。</p><p><b>　　1.2銅的性質(zhì)</b></p><p>　　1.2.1銅的物理性質(zhì)</p><p>　　銅是人類最早發(fā)現(xiàn)的古老金屬之一，早在三千多年前人類就開始使用銅。自然界中的銅分為自然銅、氧化銅礦和硫化銅礦。自然銅及氧化銅的儲量少，現(xiàn)在世界上80%以上的銅是從硫化

29、銅礦精煉出來的，這種礦石含銅量極低，一般在2-3%左右。金屬銅，元素符號Cu，原子量63.54,比重8.92，熔點1083℃。純銅呈淺玫瑰色或淡紅色。銅具有許多可貴的物理化學特性，例如其熱導率都很高，化學穩(wěn)定性強，抗張強度大，易熔接，且抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細的銅絲，制成很薄的銅箔。能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬形成合金，形成的合金主要分成三類：黃銅是銅鋅合金，青銅是銅錫合金，白銅是銅鈷鎳合金。</p>

30、;<p>　　銅在地殼中的克拉克值為0.01%，世界銅儲量約5000×104t，主要儲于智利、美國、俄羅斯、利比亞、加拿大、秘魯、波蘭、菲律賓等國家。此外洋底錳結(jié)核中亦有豐富的銅。全球主要產(chǎn)銅國家是智利、美國、俄羅斯。已知的含銅礦物有250多種，主要工業(yè)礦物如表1-1，其中最重要的是黃銅礦、斑銅礦和輝銅礦。</p><p>　　表1-1 含銅主要供應(yīng)礦物</p><p&

31、gt;　　除了主要礦物外，銅礦中還含有少量的其他金屬，如鉛、鋅、鎳、鐵、砷、銻、鉍、硒、銻、鎢、鉬、鈷、錳等，并含有金銀等貴金屬和稀有金屬，它們在冶煉過程中分別進入不同的產(chǎn)品中，所以煉銅工廠通常設(shè)有綜合回收這些金屬的車間。</p><p>　　進入冶煉廠的銅礦都為浮選產(chǎn)出的銅精礦，品位10～35%。硫化銅精礦是煉銅的主要原料。有時也處理自然銅精礦，但很次要。氧化礦可與硫化礦一起處理。未經(jīng)選礦的氧化礦可直接用濕法或

32、離析法等方法處理。</p><p>　　我國銅資源分布很廣，幾乎遍及全國各地。一般來說，我國硫化礦的品味較低。礦物的性質(zhì)也比較復(fù)雜，原生礦與次生礦交錯混亂，并有大量多金屬伴生，處理也比較復(fù)雜，且需特別重視綜合回收問題。</p><p>　　銅的蒸汽壓很小，在熔點溫度下僅為9×10-5Pa。高溫下，液體銅能溶解、氧、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等氣體。凝固時，溶解的氣體又從銅中放出

33、，造成銅鑄件內(nèi)帶有氣孔，影響銅的機械性能和電工性能。</p><p>　　1.2.2銅的化學性質(zhì)</p><p>　　銅在干燥的空氣中不起變化，但在含有二氧化碳的潮濕空氣中則能氧化形成堿式碳酸銅（銅綠）的有毒薄膜。加熱至150℃，銅在空氣中開始氧化，高于350℃氧化生成Cu2O和CuO。因銅為正電性元素，故不能置換酸（鹽酸和硫酸）中的氫，而僅能溶于有氧化作用的酸如硝酸和有氧化劑存在時的硫酸

34、中。銅能溶于氨水及與氧、硫、鹵素等化合。</p><p>　　1.2.3銅的主要化合物的性質(zhì)</p><p>　　(1) 硫化銅CuS，天然硫化銅為綠色或棕黑色無定形不穩(wěn)定化合物銅藍，比重為4.68，中性或還原性氣氛中加熱即分解為Cu2S和S2。Cu2S不溶于水、稀硫酸和苛性鈉中，但能溶于氰化鉀和熱硝酸中。</p><p>　　(2) 硫化亞銅Cu2S，天然的硫化亞

35、銅為輝銅礦，藍黑色無定形或結(jié)晶形，比重為5.76，熔點為1135℃.它在高溫下穩(wěn)定或氧化成金屬銅，常溫下不被空氣氧化，430-680℃下則氧化放出SO2。赤熱Cu2S的可逐漸被CO2氧化和緩慢地但能完全的被H2分解。CO能氧化Cu2S。</p><p>　　以Cu2S和FeS為主的共熔體稱為冰銅。由于銅對硫的親和力大，故在冰銅吹煉時FeS先氧化造渣，剩下的Cu2S（稱白鈹）被吹煉成粗銅。</p>&

36、lt;p>　　Cu2S不溶于水和幾乎不溶于稀硫酸，與濃硫酸作用生成CuSO4、CuS和SO2，溶解于濃鹽酸時放出H2S。Cu2S可溶于NH4OH、HNO3、Fe2(SO4)、FeCl3、CuCl2中。</p><p>　　(3) 氧化銅CuO，天然氧化銅為黑色無光澤的黑銅礦，比重為6.3～6.4。它不穩(wěn)定，遇熱即分解。CuO易被H2、C、CO、CxHy和較負電性的Zn、Fe、Ni等所還原。它不溶于水，但可溶

37、于FeCl2、FeCl3、NH4OH、Fe2(SO4)、(NH4)2CO3及各種稀酸中。</p><p>　　(4) 氧化亞銅CuO、CuO2，天然氧化亞銅稱為赤銅礦，比重為6.11，熔點為1235℃。它高溫穩(wěn)定，在2200℃以上才完全分解，在1060℃以下時則部分或全部變?yōu)?。CuO2也易被H2、C、CO、CxHy和Zn、Fe或其它對氧親和力強的元素所還原。高溫時進行的反應(yīng)：2Cu2O+Cu2S=6Cu+ SO2

38、是冰銅吹煉成粗銅的理論基礎(chǔ)。該反應(yīng)在450℃開始至1100℃完成。吹煉時，由于銅對硫的親和力大于鐵，而鐵對氧的親和力大于銅，是反應(yīng)CuO2+FeS=Cu2S+FeO向右進行到底。因此在冰銅中的FeS未完全氧化造渣以前，理論上Cu2S是不會被氧化的。</p><p>　　CuO2也不溶于水，但溶于HCl、H2SO4、FeCl2、FeCl3、Fe2(SO4)、NH4OH、等溶劑中，這些反應(yīng)為濕法冶金所應(yīng)用。</

39、p><p>　　(5) 硅酸銅xCun·ySi2·zH2O自然界中的硅酸銅有硅孔雀石CuO·SiO·2H2O和透視石CuO·SiO·H2O。它們在高溫下分解成穩(wěn)定的2Cu2O·SiO2，后者易被H2、C、CO等還原，也易被FeO、CaO等強堿性氧化物和銅、鐵硫化物分解，并能溶于濃硝酸、稀醋酸、鹽酸和硫酸中。</p><p>

40、　　(6) 硫酸銅CuSO4，自然界的硫酸銅為天藍色三斜晶體系結(jié)晶的膽礬。無水硫酸銅為白色粉末，加熱時分解成CuO和SO3(SO2+O2)。</p><p>　　硫酸銅易溶于水,鐵、鋅等可從硫酸銅中置換出銅。</p><p>　　(7) 氯化銅CuCl2，氯化銅無天然礦物，人造氯化銅為褐色粉末。熔點為498℃。沸點低，易揮發(fā)，也溶于水。氯化銅不穩(wěn)定，加熱至340℃即分解生成白色粉末的氯化亞

41、銅：CuCl2=Cu2Cl2+Cl2。</p><p><b>　　1.3銅的用途</b></p><p>　　(1) 銅的導電性 銅最重要的特性之一便是其具有極佳的導電性，其電導率為58m/(Ωmm2)。這一特性使得銅大量應(yīng)用于電子、電氣、電信和電子行業(yè)。銅的這種高導電性與取原子結(jié)構(gòu)有關(guān)；當多個單獨存在的銅原子結(jié)合成銅塊時，其價電子將不再局限于銅原子之中，因

42、而可以在全部的固態(tài)銅中自由移動，其導電性僅次于銀。銅的導電性國際標準為：長1m重1g的銅在20℃時的導電量公認為100%?，F(xiàn)在的銅煉技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出同品級銅的導電量比這個國際標準高出4%~5% 。</p><p>　　(2) 銅的導熱性　 固體銅中含有自由電子所產(chǎn)生的另一重要效應(yīng)就是其擁有極高的導熱性，其熱導性為386W/(m.K)，導熱性僅次于銀。加之銅比金、銀儲量更豐富,價格更便宜，因此被制成電線電

43、纜、接插件端子、匯流排、引線框架等各種產(chǎn)品，廣泛用于電子電氣、電訊和電子行業(yè)。銅還有各種換熱設(shè)備如熱交換器、冷凝器、散熱器的關(guān)鍵材料，被廣泛應(yīng)用于電站輔機、空調(diào)、制冷、汽車水箱、太陽能集熱器柵板、海水淡化以及醫(yī)藥、化工、冶金等各種換熱場合。</p><p>　　(3) 銅的耐蝕性　 銅具有良好的耐蝕性能，優(yōu)于普通鋼材，在堿性氣氛中優(yōu)于鋁。銅的電位序中是+0.34V，比氫高，是電位較正的金屬。銅在淡水中的腐

44、蝕速度也很低(約0.05mm/a)。并且銅管用于運送自來水時，管壁不沉積礦物質(zhì)，這點是鐵制水管所遠不能及的。正因為這一特性，高級衛(wèi)浴給水裝置中大量使用銅制水管、龍頭及有關(guān)設(shè)備。銅極耐大氣腐蝕，其在表面可形成一層主要有堿式硫酸銅組成的保護薄膜，即銅綠，其化學成分為CuS04·Cu(OH)2及CuSO4·3Cu(OH)2。因此銅材被用于建筑屋屋面板、雨水管、上下管道、管件;化工和醫(yī)藥容器、反應(yīng)釜、紙漿濾網(wǎng);艦船設(shè)備、螺旋

45、槳、生活和消防管網(wǎng)；沖制種類硬幣(耐腐蝕性)、裝飾、獎牌、獎杯、雕塑和工藝品(耐蝕性色澤典雅)等。</p><p><b>　　1.4銅資源狀況</b></p><p>　　1.4.1世界銅資源</p><p>　　全球陸地上的銅礦資源量可能要比先前公布的16億噸多。在深海中也蘊藏著豐富的銅礦資源，資源量可能達7億噸。據(jù)2005年統(tǒng)計數(shù)字，全球

46、銅礦儲量4.7億噸，基礎(chǔ)儲量為9.4億噸。生產(chǎn)銅礦最多的前5個國家是，智利、美國、印度尼西亞、秘魯和澳大利亞，2003年分別出產(chǎn)銅礦490萬噸、112萬噸 、97.9萬噸、83.1萬噸 、83.0萬噸，全球銅礦資源分布及主要國家產(chǎn)量見表1-2。</p><p>　　表1-2全球銅礦資源分布及主要國家產(chǎn)量</p><p>　　注：e為估計值。資料來源：U.S．G910gimlSurvey，M

47、inerdCommtySuImlmries，January 2005．</p><p>　　按照銅的證實儲量，俄羅斯僅次于智利和美國，居世界第三位。諾里爾斯克地區(qū)和科拉半島的銅鎳礦床（占俄羅斯總儲量的40%多）、烏拉爾和西西伯利亞地區(qū)54個黃鐵礦型銅鋅與多金屬礦床（占俄羅斯總儲量的28.6%)，是俄羅斯的主要銅原料基地，含銅砂巖型烏多坎礦床（23%）目前尚未開發(fā)，其余銅儲量（75%）作為伴生組分產(chǎn)于其他礦床中。（

48、占世界銅儲量的60%以上）主要分布在美洲、大洋洲和東南亞諸國，層狀銅礦床（大約20%)多分布在非洲國家（贊比亞、剛果）以及波蘭、澳大利亞和阿富汗，含銅黃鐵礦和黃鐵礦多金屬礦床（10%以上），往往分布在加拿大、日本、哈薩克斯坦、澳大利亞、阿富汗、俄羅斯。  </p><p>　　1.4.2國內(nèi)銅資源</p><p>　　目前，中國己發(fā)展成為全球最大的銅消費國、銅加工制造業(yè)基地、銅基

49、礎(chǔ)產(chǎn)品輸出國，實現(xiàn)了中國銅工業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，對促進國民經(jīng)濟發(fā)展、增加財政稅收及解決勞動就業(yè)等方而都取得了卓著的成績，并且在世界銅行業(yè)內(nèi)充當了重要角色。盡管如此，站在科學發(fā)展觀的高度，認真審視我國銅工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，就能夠清晰地發(fā)現(xiàn)，銅資源依然是制約我國銅產(chǎn)業(yè)順利發(fā)展的“瓶頸”因素。因此，對銅資源問題必須引起我們的高度關(guān)注。</p><p>　　長期以來，我國銅資源不能滿足國內(nèi)消費需求，供需缺口較大，需要通過國際市場加

50、以平衡，為此國家每年要花大量外匯。為了確保國民經(jīng)濟發(fā)展對銅產(chǎn)品的消費需要，保障銅資源的長期穩(wěn)定安全供應(yīng)，研究制定我國銅資源的發(fā)展戰(zhàn)略己勢在必行，但是在制定銅資源戰(zhàn)略之前必須了解我國的銅資源現(xiàn)狀，如表1-3所示。</p><p>　　表1-3 我國的銅資源現(xiàn)狀與國外的銅資源現(xiàn)狀比較</p><p>　　盡管我國銅礦資源的保障程度與世界銅礦資源的保障程度相仿，但是因資源的關(guān)系，我國銅礦資源的使

51、用成本普遍高于世界，競爭能力十分有限。在全球經(jīng)濟一體化的大趨勢下，應(yīng)充分考慮利用國外的銅礦資源，這不僅是平衡國內(nèi)銅市場供需缺口的需要，而且也是市場經(jīng)濟運行的必然選擇。</p><p>　　我國銅礦資源的特點是中小型礦床多，大型、超大型礦床少。該特點使得我國銅礦山建設(shè)規(guī)模普遍偏小，且經(jīng)過幾十年的強化開采，它們的資源儲量在大幅度減少，有的甚至己接近枯竭。雖然國家花大氣力發(fā)展銅礦業(yè)，但是銅精礦(金屬量)生產(chǎn)量并無顯著增

52、加;即使受國際上漲的影響，2004我國銅精礦(金屬量)產(chǎn)量也僅有60.7萬噸，比上年增長4.1%。另一方面，基于資源關(guān)系，我國銅精礦的生產(chǎn)主要來自安徽、江西、湖北、石南及甘肅。以2004年為例，這五個省的銅精礦產(chǎn)量約占到全國總量的75%與此對應(yīng)，這五個省的銅儲量也占到全國的58.50%，基礎(chǔ)儲量占到全國的59.84%，查明資源儲量將近占到全國的50%。因此，這五個省是我國銅工業(yè)的重要原料基地除湖北與石南外，其他三個銅精礦生產(chǎn)大省的共同特

53、點是：它們的銅儲量保障程度都比較高，且基礎(chǔ)儲量及查明資源儲量都不錯，具備資源儲量級別升級的資源基礎(chǔ)?？紤]到地質(zhì)勘查促進資源儲量級別升級情況，未來20年內(nèi)銅精礦生產(chǎn)大省的產(chǎn)能都能夠穩(wěn)住，甚至通過新建礦山及現(xiàn)有礦山產(chǎn)能的擴建，其銅精礦產(chǎn)量還有望擴張。但是也應(yīng)看到，我國銅儲量絕大部分都已被開發(fā)，在未來20年內(nèi)還有一部分產(chǎn)能要消失，估計近</p><p>　　1.5中國銅的生產(chǎn)狀況和消費</p><p

54、>　　1.5.1中國銅的生產(chǎn)狀況</p><p>　　據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會提供的統(tǒng)計資料顯示，2000年底中國精煉銅產(chǎn)量為137.11萬噸，2005年達260.04萬噸，5年間增長100余萬噸以上，居世界第二位；精銅消費量也呈快速增長態(tài)勢，2000年精銅消費量為190萬噸，2005年達到368萬噸，居世界第一位。 </p><p>　　中國銅產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造步伐明顯加快，裝備水平大幅提

55、高。江西銅業(yè)集團公司、銅陵有色金屬集團公司、云南銅業(yè)集團公司等骨干銅冶煉企業(yè)，先后引進了奧托昆普閃速熔煉、諾蘭達熔煉等一批先進工藝和裝備，使得中國銅企業(yè)的冶煉綜合能耗呈現(xiàn)相當幅度的下降。</p><p>　　目前，中國銅企業(yè)的經(jīng)濟實力不斷提高。2000年，中國銅冶煉企業(yè)(含礦山、冶煉聯(lián)合企業(yè)和獨立冶煉企業(yè))實現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入337億元人民幣。2005年，中國銅企業(yè)已實現(xiàn)銷售收入1098.6億元人民幣。</p&

56、gt;<p>　　在中國國內(nèi)銅產(chǎn)品需求增長和產(chǎn)量增加的帶動下，中國銅產(chǎn)品進口快速增長。其中銅原料部分增加顯著，特別是銅精礦和精銅的進口量增幅很大。2000年～2005年凈進口量平均分別增長了17.49%和12.86%。</p><p>　　在中國政府的大力支持下，中國銅工業(yè)在國際化經(jīng)營和境外投資取得初步進展。目前，中國國內(nèi)4家銅企業(yè)4個牌號的精煉銅產(chǎn)品已在倫敦金屬交易所(LME)注冊，成為國際認可的

57、品牌。目前，中國在境外已獲得投資權(quán)益銅金屬基礎(chǔ)儲量約650萬噸，形成了近8萬噸/年的礦銅精礦(金屬量)產(chǎn)能。</p><p><b>　　1.5.2銅的消費</b></p><p>　　我國既是銅資源較貧乏的國家又是世界上第二大銅消費國。從2001 年到2005 年，全球銅消費量增加了241.7 萬噸，而中國的消費增量就達到152.5 萬噸，占全球增量的63%。<

58、;/p><p>　　中國銅消費行業(yè)主要是帶動了電力、電纜行業(yè)的發(fā)展。發(fā)電情況在80年到90年年平均增長速度是7.5%，90-2000年增長是8.2%，2000年到2005年是12%，也就是說中國電力發(fā)展在近五年發(fā)展速度逐漸加快。裝機容量應(yīng)該從2005年9月份發(fā)電裝容量突破5萬億千瓦。推動電力發(fā)展主要是電線、電纜主要大產(chǎn)品，其中中國電線、電纜在全球占的份額是20%。電信、電纜行業(yè)的用銅量是銅的絕對量，去年大概算下來是3

59、10萬，這樣一算國內(nèi)電線、電纜行業(yè)占了將近60%，這是國內(nèi)目前最大的用銅的情況。 對于未來的情況來看，電線、電纜未來用銅情況怎么樣，主要看中國電力發(fā)展情況。十一五期間電力投資還是比較大，根據(jù)電力行業(yè)資料，未來五年的投資在3萬億左右，其中是電網(wǎng)、電站一半的格局。裝機容量未來增長7-8%，這個速度未來電力發(fā)展增長速度應(yīng)該比過去五年要放慢了。總體來說是增長，所以對電線、電纜行業(yè)發(fā)展情況來看，這個也是發(fā)展相對匹配的。7-8%的樣子，所以

60、電線、電纜這個行業(yè)有一個電力行業(yè)大概在增長9%。 </p><p><b>　　1.6銅的冶煉方法</b></p><p>　　從銅礦石中或精礦提取煉銅的方法較多，總括起來分火法和濕法兩大類。</p><p>　　1.6.1銅的濕法冶金</p><p>　　一般適于低品位的氧化銅，生產(chǎn)出的精銅稱為電積銅。濕法煉銅目前主要

61、用于處理氧化銅礦。有氧化銅礦直接酸浸和氨浸（或還原焙燒后氨浸）等法；酸浸應(yīng)用較廣，氨浸限于處理含鈣鎂較高的結(jié)合性氧化礦。處理硫化礦多用硫酸化焙燒-浸出或者直接用氨或氯鹽溶液浸出等方法。①硫酸化焙燒-浸出法是將精礦中的銅轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄粤蛩徙~溶出；②氨液浸出法是將銅轉(zhuǎn)變?yōu)殂~氨絡(luò)合物溶出，浸出液在高壓釜內(nèi)用氫還原，制成銅粉，或者用溶劑萃取-電積法制取電銅；氯鹽浸出法是將銅轉(zhuǎn)變?yōu)殂~氯絡(luò)合物進入溶液，然后進行隔膜電解得電銅。</p>

62、<p>　　(1)氧化銅礦酸浸法流程</p><p>　　氧化銅礦一般不易用選礦法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出，所得溶液含銅一般為1～5g/L，可用硫化沉淀、中和水解、鐵屑置換以及溶劑萃取-電積等方法提取銅。近年來，萃取-電積法發(fā)展較快。其主要過程包括：①用對銅有選擇性的肟類螯合萃取劑（LiX64 N，N510，N530等）的煤油溶液萃取銅，銅進入有機相而與鐵、鋅等雜質(zhì)分離。②用濃度較高的 H2SO4溶

63、液反萃銅，得到含銅約50g/L的溶液。反萃后的有機溶劑，經(jīng)洗滌后，返回萃取過程使用。③電積硫酸銅溶液得電銅，電解后液返回用作反萃劑。生產(chǎn)流程見圖1.4。</p><p>　　圖1.4氧化銅礦酸浸法流程 </p><p>　　(2)硫化銅精礦焙燒浸出法 </p><p>　　硫化銅精礦經(jīng)硫酸化焙燒后浸出，得到的含銅浸出液，經(jīng)電積得電銅。此法適于處理含有鈷、鎳、鋅等金

64、屬的硫化銅精礦，但銅的回收率低，回收貴金屬較困難，電能消耗大，電解后液的過剩酸量須中和處理，所以一般不采用。</p><p>　　(3) 從貧礦石和廢礦中提取銅 </p><p>　　銅礦開采后坑內(nèi)的殘留礦、露天礦剝離的廢礦石和銅礦表層的氧化礦，含銅一般較低，多采用堆浸、就地浸出和池浸等方法，浸出其中氧化形態(tài)的銅，而所含硫化銅則利用細菌的氧化作用，使之溶解。浸出液中的銅可用鐵置換得海綿銅，

65、或者用溶劑萃取-電積法制取電銅。</p><p>　　1.6.2銅的火法冶金</p><p>　　火法煉銅是將銅礦（或焙砂、燒結(jié)塊等）和溶劑一起在高溫下熔化，或直接煉成粗銅，或先煉成冰銅（銅、鐵、硫為主的熔體）然后在煉成粗銅。該法除部分預(yù)備作業(yè)及電解精煉作業(yè)外，均在高溫下進行。其一般流程如圖1.5：</p><p>　　圖1.5銅火法冶金的一般流程</p>

66、;<p>　　火法流程最大的優(yōu)點是適應(yīng)性廣，對各種不同的銅礦均能處理，特別是對一般硫化礦和富氧化礦很適用。</p><p>　　火法和濕法兩種工藝的特點 比較火法和濕法兩種銅的生產(chǎn)工藝，有如下特點： (1)后者的冶煉設(shè)備更簡單，但雜質(zhì)含量較高，是前者的有益補充。 (2)后者有局限性，受制于礦石的品位及類型。 (3)前者的成本要比后者高。 可見，濕法冶煉技術(shù)具有

67、相當大的優(yōu)越性，但其適用范圍卻有局限性，并不是所有銅礦的冶煉都可采用該種工藝。不過通過技術(shù)改良，這幾年已經(jīng)有越來越多的國家，包括美國、智利、加拿大、澳大利亞、墨西哥及秘魯?shù)龋瑢⒃摴に噾?yīng)用于更多的銅礦冶煉上。濕法冶煉技術(shù)的提高及應(yīng)用的推廣，降低了銅的生產(chǎn)成本，提高了銅礦產(chǎn)能，短期內(nèi)增加了社會資源供給，造成社會總供給的相對過剩，對價格有拉動作用。</p><p>　　總之，火法和濕法煉銅都各有利弊，選用哪種方法，應(yīng)根

68、據(jù)礦物的特點，當?shù)氐慕?jīng)濟情況，交通運輸情況，地理條件，氣候條件，特別是應(yīng)根據(jù)礦物特點（化學成分，物相組成，含銅量，脈石組成等）和當?shù)亟?jīng)濟條件（燃料，水，電等）。</p><p><b>　　1.7設(shè)計的內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計之初，在老師的指導下進行資料收集，了解銅的性質(zhì)、生產(chǎn)工藝以及我國現(xiàn)有的銅生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝。在做了深入的學習后，我們?nèi)チ松綎|陽谷祥

69、光現(xiàn)場實習，實地考察該公司的成熟生產(chǎn)工藝、廠區(qū)布置、有關(guān)技術(shù)參數(shù)等等。為本次設(shè)計收集了大量的資料數(shù)據(jù)，為我們的設(shè)計也提供了良好的借鑒作用。實習結(jié)束后，回校進行論文的撰寫及繪圖等相關(guān)工作。</p><p><b>　　1.7.1冶金計算</b></p><p>　　銅電解精煉冶金計算包括：電解過程金屬平衡和物料平衡，凈液量的計算。硫酸鹽生產(chǎn)物料平衡計算。硫酸耗量，電解槽

70、熱平衡及蒸汽消耗等。</p><p>　　1.7.2重要設(shè)備及輔助設(shè)備計算</p><p>　　根據(jù)工藝流程各個主要過程，合理地選擇主要冶煉設(shè)備和確定個數(shù)、容量、對其主要尺寸加以計算，計算中采用的數(shù)據(jù)應(yīng)當有根據(jù)地引用文獻和生產(chǎn)實踐資料。</p><p>　　輔助設(shè)備應(yīng)進行選擇和計算，確定其規(guī)格和數(shù)量。</p><p>　　運輸設(shè)備的選擇和計算

71、時，應(yīng)說明冶煉工藝流程各主要工序的聯(lián)系，物料運輸方式，運輸及提升設(shè)備型號選擇依據(jù)及采用的運輸方法并進行計算。</p><p>　　銅電解精煉主要設(shè)備和輔助設(shè)備計算包括：電解槽的計算（普通槽和種板槽）。整流器及導電材料的計算和選擇，電解液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備及管道計算，車間運輸設(shè)備計算與選擇，其他設(shè)備及設(shè)施。</p><p>　　1.7.3制圖內(nèi)容和要求</p><p>　　

72、銅電解精煉車間設(shè)計的圖紙包括：工藝流程圖、電解槽構(gòu)造圖、設(shè)備連接圖和車間平面布置圖共三張，其中包括CAD和手工繪制。</p><p><b>　　第二章 銅電解精練</b></p><p>　　2.1銅電解精煉流程簡述</p><p>　　火法精煉產(chǎn)出的精銅品位一般為99.2~99.7%，其中還含有0.3~0.8%雜質(zhì)。為了提高銅的性能，使其達

73、到各種應(yīng)用的要求，同時回收其中的有價金屬，特別是貴金屬、鉑族金屬和稀散金屬，必須進行電解精煉。</p><p>　　以火法精煉產(chǎn)出的陽極板為原料，經(jīng)電解精煉，生產(chǎn)電解銅，并富集貴金屬和其它有價元素的銅冶煉廠車間設(shè)計。設(shè)計主要內(nèi)容包括：工藝流程、設(shè)備選擇和主要技術(shù)經(jīng)濟指標。中國在銅電解精煉設(shè)計中采用了大型電解槽、全套機械化極板作業(yè)線、大型可控硅整流器、多功能專用起重機和鈦板換熱器等新型設(shè)備，以及電解液平行流動循環(huán)、

74、誘導法脫砷等新技術(shù)。</p><p>　　工藝流程包括電解精煉和電解液凈化兩部分。以銅陽極板為陽極，純銅始極片或不銹鋼板為陰極，以硫酸銅和硫酸溶液為電解液，將極板按一定的極距相間排列于電解槽內(nèi)，通入直流電，陽極不斷溶解，便在陰極上析出電解銅。電解過程中，陽極銅中的貴金屬和硒、碲等有價元素進入陽極泥，沉積于電解槽底，定期排出，送陽極泥車間提取貴金屬。鎳、砷、銻、鉍等雜質(zhì)大部分進入電解液，需從循環(huán)液中抽取一部分進行凈

75、化處理。</p><p>　　電解精煉有常規(guī)電解、周期反向電流電解和永久陰極電解可供選用。</p><p>　　(1)常規(guī)電解。以純銅始極片為陰極，電源為恒向直流電，電流密度為220～280A／m2。其特點是技術(shù)成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，電耗低。</p><p>　　(2)周期反向電流電解。周期性短時間改變直流電流方向的電解方法。電解陰極及陽極和常規(guī)電解相同，周期性短暫反

76、向，是為了克服陽極鈍化，電流密度達300～350A／m2?？蓮娀a(chǎn)，節(jié)省投資，縮短電解銅在產(chǎn)周期。缺點是電流效率低，電耗高于常規(guī)電解。適于老廠擴大生產(chǎn)能力和電價低廉地區(qū)采用。銅電解精煉于1869年在英國首先用于工業(yè)生產(chǎn)，隨后在世界上得到廣泛應(yīng)用。20世紀70年代出現(xiàn)周期反向電流電解和不銹鋼永久陰極電解等新的電解法。隨著生產(chǎn)技術(shù)不斷完善，電解極板作業(yè)等機械化和自動化程度逐步提高，銅電解精煉生產(chǎn)規(guī)模日趨大型化。到80年代，世界上最大單一生

77、產(chǎn)電解銅的工廠生產(chǎn)規(guī)模已達到40萬t／a。</p><p>　　(3)永久陰極電解。和常規(guī)電解不同，陰極是永久性的不銹鋼板，在不銹鋼陰極板上析出的電解銅定期取出剝離作為成品。1979年澳大利亞精煉銅公司(Coppei refinet iesplyLtd．CRL)首先將此法用于銅電解精煉工業(yè)生產(chǎn)，又名艾薩(ISA)電解法。以后美國、加拿大和聯(lián)邦德國等精煉廠也應(yīng)用了這一方法。它的優(yōu)點是可省掉銅始板片生產(chǎn)系統(tǒng)，不銹鋼陰

78、極平直，短路發(fā)生率低，陰極質(zhì)量高。</p><p>　　電解液凈化為除去電解液中的雜質(zhì)，并調(diào)整其銅成分而進行的作業(yè)。凈化流程通常依陽極板的雜質(zhì)含量、需脫除的雜質(zhì)種類和產(chǎn)品方案確定。一般包括脫銅，脫砷、銻、鉍和脫鎳等。</p><p>　　脫銅方案有兩個。一是硫酸銅結(jié)晶脫銅電解。根據(jù)硫酸銅需要量，選用直接濃縮或加銅中和工藝生產(chǎn)硫酸銅。結(jié)晶后液再經(jīng)電解產(chǎn)出黑銅粉。二是二段脫銅電解。第一段電解產(chǎn)

79、出含銅99.5%的二級電解銅；第二段電解產(chǎn)出黑銅板和黑銅粉，返回熔煉工序處理，本設(shè)計采用第二個方案。</p><p>　　電解液中的砷、銻、鉍等雜質(zhì)常在脫銅電解后期進入黑銅粉。采用誘導法脫砷技術(shù)，砷的脫除率可達90％，此法還可抑制砷化氫氣體發(fā)生。也可采用萃取和離子滲析等方法直接從電解液中除去砷、銻和鉍等雜質(zhì)。</p><p>　　脫銅后的溶液生產(chǎn)粗硫酸鎳結(jié)晶，可選用蒸發(fā)濃縮法或冷凍結(jié)晶法，

80、母液返回電解液中。蒸發(fā)濃縮法鎳的脫除率高，但硫酸損失大，勞動條件差，一般適用于規(guī)模小的工廠；冷凍結(jié)晶法無廢氣排放，但投資較大，適于規(guī)模大的工廠選用。根據(jù)上面的理論依據(jù)選用如下圖2.1銅電解精煉的工藝流程圖</p><p>　　圖2.1 銅電解精煉的工藝流程圖</p><p>　　2.2銅電解精煉的基本原理</p><p><b>　　2.2.1陽極過程&l

81、t;/b></p><p>　　銅電解精煉，在陽極上進行氧化反應(yīng)：</p><p>　　Cu-2e=Cu2+ E0cu/cu2+=0.34V</p><p>　　M、-2e=M、2+ E0 M、/ M、2+＜0.34V</p><p>　　H2O-2e=2H++1/2O2 E0 H

82、2O/ O2=1.229V</p><p>　　SO4 2--2e=SO3+1/2O2 E0 SO4 2-/O2=2.42V</p><p>　　式中M′只指Fe、Ni、Pb、As、SB等比Cu更負電性的金屬。因其濃度很低，其電極電位將進一步降低，從而它們將優(yōu)先進入電解液。由于陽極主要成分是銅，所以陽極的主要反應(yīng)將是銅溶解形成Cu2+的反應(yīng)。至于H2O和SO42-失去電子的氧化反應(yīng)

83、，由于其電極電位比銅正的多，故在陽極上是不可能進行的。另外，如Ag、Au、Pt等電位更正貴金屬、鉑族金屬和稀有金屬，更是不能溶解，而落到電解槽底部。</p><p><b>　　2.2.2陰極過程</b></p><p>　　在陰極上進行的還原反應(yīng)：</p><p>　　Cu2+ + 2e=Cu E0cu/cu2+=0.3

84、4V</p><p>　　2H+ + 2e= H2 E0H2/ H+=0V </p><p>　　M、2+ +2e= M、 E0 M、/ M、2+＜0.34V </p><p>　　氫的標準電位較銅負，且在銅陽極上的超電壓使使氫的電極電位更負，所以在正常的電解精煉條件下，陰極不會析出氫，而只有銅的析出。同樣，

85、標準電位比銅低而濃度又小的負電性金屬M′，不會在陰極析出。</p><p>　　電解過程中還形成一價銅離子Cu+并建立下列平衡：</p><p>　　2Cu+=Cu2++Cu</p><p>　　上式在不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列在表2-1中。</p><p>　　表2-1 2Cu+=Cu2++Cu的平衡數(shù)據(jù)</p><p>

86、;　　可見，平衡的Cu+濃度使很小的。但是它的存在，與硫酸作用進行Cu2SO4+1/2O2+H2SO4=2CuSO4+H2O反應(yīng)，結(jié)果使電解液中的H2SO4不斷減少，而Cu2+又不斷增加，并按Cu2SO4= CuSO4+Cu反應(yīng)生成銅粉進入陽極泥，使其中的貴金屬含量下降。</p><p>　　在電極與電解液界面上還進行銅的化學溶解反應(yīng)：</p><p>　　Cu+1/2O2+H2SO4=

87、CuSO4+Cu</p><p>　　2.2.3雜質(zhì)在電解中的行為</p><p>　　根據(jù)陽極上雜質(zhì)在電解時的行為，可將它們分為四類：</p><p>　　(1) 正電性金屬和以化合物存在的元素，金銀和鉑族金屬為正電性金屬。它們不進行電化學溶解而落入槽底。陰極銅中含有這些金屬使由于陽極泥機械夾帶來的結(jié)果。Ag2SO4可溶于電解液中，但當加入少量氯離子（HCl）時則

88、形成AgCl進入陽極泥。</p><p>　　氧、硫、硒、碲、為穩(wěn)定化合物存在的元素。它們以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、Ag2Se、Ag2Te等存在陽極板內(nèi)，電解時亦進入陽極泥中。</p><p>　　(2) 在電解液中形成不溶化合物的鉛和錫，電解時鉛以PbSO4沉淀。錫以Sn2+進入電解液后氧化成Sn4+。</p><p>　　SnSO4+1/2O

89、2+H2SO4=Sn(SO4)2+H2O</p><p>　　并按Sn(SO4)+2H2O=Sn(OH)2SO4+H2SO4水解沉淀進入陽極泥中。</p><p>　　(3) 負電性的鎳、鐵、鋅，陽極中的鐵和鋅含量極微，電解時它們與金屬鎳一道溶入電解液中。一些不溶性化合物如氧化亞鎳和鎳云母會在陽極表面形成不溶薄膜，使槽電壓升高或引起陽極鈍化。</p><p>　　(

90、4) 電位與銅相近的砷、銻、鉍電解時，它們可能在陽極上析出。它們還生成極細的絮狀SbAsO4和BiAsO4砷酸鹽，漂浮在電解液中，機械的粘附在陰極上。其粘附量相當于砷銻放電析出的兩倍，而且銻進入陰極的數(shù)量比砷大，因此銻的危害更為突出。</p><p>　　電解液需要凈化，以除去它在電解過程中積累的雜質(zhì)。</p><p><b>　　2.3電解液的凈化</b></

91、p><p>　　從上面的討論得知，隨著電解過程的進行，電解液內(nèi)的銅和負電性元素逐漸增加，硫酸逐漸減少，添加劑逐漸積累。為此，每天抽出一定量的電解液進行凈化處理，同時補充等量新液，以保持電解液原有的組成范圍。凈化的目的在于回收其中的銅、鈷、鎳，除去有害的砷和銻，以及能使硫酸返回適用。凈化過程的順序如下：</p><p>　　(1) 中和結(jié)晶 它是用銅粉中和電解液中的硫酸以產(chǎn)出硫酸銅：</p

92、><p>　　Cu+ H2SO4+1/2O2=CuSO4+ H2O</p><p>　　中和設(shè)備為間斷的中和槽或連續(xù)的鼓泡塔。將中和液蒸發(fā)濃縮為高溫（80～90℃）飽和硫酸銅溶液，冷卻即析出膽礬結(jié)晶。結(jié)晶設(shè)備有帶式水冷連續(xù)結(jié)晶機和水冷機械攪拌間歇結(jié)晶機。</p><p>　　用電積法可直接產(chǎn)出硫酸和銅。</p><p>　　(2) 脫銅和砷銻，結(jié)

93、晶后的母液用不溶陽極電解回收銅和處砷銻：</p><p>　　CuSO4+ H2O= Cu+ H2SO4+1/2O2</p><p>　　同時也再生了硫酸。至電解后期，Cu2+低至8g/l下，砷、銻、鉍與銅一起放電得含砷黑銅，并有大量氫放出。黑銅須返回到火法精煉中處理。除砷銻液可用萃取法或化學法。</p><p>　　(3) 生產(chǎn)粗硫酸鎳，脫銅和脫砷銻的母液含有40

94、～50g/lNi和300g/lH2SO4，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮使NiSO4達飽和，然后冷卻結(jié)晶分離。結(jié)晶后液含7～10g/lNi和約400g/lH2SO4，若雜質(zhì)含量低時，可將其加熱和過濾，然后返回電解車間是使用；若含砷銻等雜質(zhì)高，則須再蒸發(fā)濃縮，使其以無水硫酸鹽析出，分離后溶液返回電解車間使用。</p><p>　　第三章 電解工藝計算</p><p>　　3.1銅電解精煉的主要設(shè)備選擇<

95、/p><p>　　銅電解精煉的主要設(shè)備是電解槽（如圖3-1）。它長為3.0～5.0m、寬為0.85～1.2m、高為1.0～1.5m的鋼筋混凝土的長方形無蓋槽子，內(nèi)襯鉛皮或聚氯乙烯塑料板。電解槽放在鋼筋混凝土立柱架起的橫梁上，槽底四角墊有電絕緣的瓷磚或橡膠板。槽側(cè)壁的槽沿上敷有瓷磚或塑料板，于其上再放槽間導電銅板。陰極和陽極的耳朵塔在此導電板上。相鄰槽間留有20～40㎜的槽間絕緣空隙。輸電電路用復(fù)聯(lián)法，即槽內(nèi)極間電路并

96、聯(lián)、槽間電路串聯(lián)。</p><p><b>　　圖 銅電解槽</b></p><p>　　陽極寬為650～1000mm，長為700～1000mm，厚為35～50mm。上方的兩耳分別搭在導電板和槽沿的瓷磚上。陽極表面要平整無毛刺，厚度要均勻，對會引起的陽極鈍化和嚴重影響陰極質(zhì)量的鉛、砷、銻等雜質(zhì)的含量要嚴格控制。</p><p>　　陰極是在

97、始極槽（即種板槽)內(nèi)電解制成，稱始極片，厚為0.4～0.7mm。其尺寸比陽極稍大，結(jié)晶致密且平整光潔。始極槽的母板為厚3～4mm的紫銅板或鈦板。用鈦板時不用涂板，因它的傳熱率和膨脹系數(shù)與銅板相差很大。放入0～20℃的水中時，始極片即從鈦板上脫落。</p><p>　　槽內(nèi)陽極比陰極多一塊。陽極壽命為20～30天，陰極壽命是陽極的1/2～1/3。電極邊緣離電解槽壁50～70mm，離槽底200～300mm。同極中心距

98、80～11mm。</p><p><b>　　根據(jù)上述依據(jù)：</b></p><p>　　本設(shè)計的陽極寬為960mm，寬1000mm，厚為44mm：</p><p>　　陰極寬為1010mm，長1029mm，厚為3.25mm；</p><p>　　電解槽內(nèi)尺寸長×寬×高=5844×1170&

99、#215;1400mm;</p><p>　　外尺寸長×寬×高=6044×1410×1720mm；</p><p>　　每槽陰極片數(shù)位54個，陽極55個，同極中心距100mm；</p><p>　　陽極壽命為20天，陰極壽命為10天。</p><p>　　陰陽極和電解液組成見表3-1。</p>

100、;<p>　　表3-1 陰陽極和電解液組成</p><p>　　電解液中Cu2+過低時可能有其他雜質(zhì)析出；Cu2+過高時又會增大電解液電阻和可能在陽極表面出現(xiàn)CuSO4·5H2O結(jié)晶。電解液還加入添加劑以改善陰極質(zhì)量。每噸電銅耗添加動物膠25～50g、硫脲20～50g、干酪素15～40g。</p><p>　　H2SO4可提高電解液的導電性，但硫酸濃度的升高，會使電

101、解液中的CuSO4溶解度降低。</p><p>　　鎳、砷、銻、鐵等雜質(zhì)的含量增高時，會增加電解液的電阻、降低CuSO4的溶解度和影響陰極質(zhì)量，故對其含量需嚴格控制。</p><p>　　電解液溫度一般為55～60℃。適當提高溫度對Cu2+擴散和均勻電解液成分有利，但溫度夠高反而增大化學溶解和電解液蒸發(fā),本設(shè)計電解液溫度取60℃</p><p>　　添加劑的作用是抑

102、制陰極表面突出部分的晶粒繼長大，從而促使其電積物均勻致密。添加劑是導電性較差的表面活性物質(zhì)，它容易吸附在突出的晶粒表面上而形成分子薄膜，抑制陰極上活性區(qū)域的迅速發(fā)展，使電銅表面光滑，改善陰極質(zhì)量。</p><p>　　電解液中Cl-可使生成AgCl和PbCl2沉淀和防止陰極產(chǎn)生樹枝狀結(jié)晶。有時還在電解液中加入少量絮凝劑以加速懸浮的陽極泥沉淀。</p><p>　　為了減少電解液組成的濃度差

103、，電解液在電解槽內(nèi)必須循環(huán)。循環(huán)方式有上進下出和上出下進兩種，前者有利于陽極泥沉降且液溫比較均勻，故常被采用。隨著電流密度的增大，電解液Cu2+濃度差劇變，循環(huán)速度也需增大。</p><p>　　在循環(huán)系統(tǒng)中還設(shè)有加熱和過濾設(shè)備。輸液用鉛管或聚氯乙烯管。過去用蛇形鉛管加熱電解液，本次采用傳熱效率高和蒸汽消耗少的浮頭列管式石墨列管熱交換器。</p><p>　　電解精煉重要的技術(shù)參數(shù)是電流密

104、度。它與生產(chǎn)率、電耗和生產(chǎn)成本緊密相聯(lián)。電流密度Dk是指每平方米陰極表面上通過的電流安培數(shù)，即A/m2。提高電流密度可增大銅產(chǎn)量，但同時也會增大槽電壓和電能消耗，導致增大循環(huán)速度和金銀損失。其中將有一個在允許電流密度范圍內(nèi)經(jīng)濟上最合理的電流密度，長期實踐認為此值為220～230A/m2，本次取230 A/m2。</p><p>　　在高電流密度作用下，陰陽極間的Cu2+濃度差更加懸殊。這樣就可能在陽極上由于Cu2

105、+過飽和而沉淀CuSO4·5H2O，以及NiO和Cu2O等來不及脫落而使陽極鈍化；而在陰極上Cu2+由于貧化而出現(xiàn)粗超結(jié)晶，甚至沉積銅粉。</p><p>　　槽電壓也是電解的重要技術(shù)參數(shù)，它直接影響到電能消耗。電能消耗即生產(chǎn)一噸電銅的耗電量KW·h/t。電能消耗正比于槽電壓而反比于電流效率，且電流密度增大時槽電壓也相應(yīng)增大。正常的槽電壓為0.25～0.30V，其中主要是消耗在電解液的電阻上。

106、</p><p>　　另一個重要的技術(shù)參數(shù)是電流效率，它是實際沉淀銅量與理論沉積銅量之比,電流效率直接影響電耗。一般電流效率為92～98%，電耗為200～250KW·h/t銅,本設(shè)計電流效率為98%。</p><p>　　在銅和鉛的電解精煉中，已成功應(yīng)用了周期反向電流電解技術(shù)。它使通過電解槽的直流電周期性地短時間反向，從而消除或減輕陰陽極附近Cu2+濃度差，可大大提高電流密度和生

107、產(chǎn)率。周期反向電流電解的正反向通電時間為20:1，電流密度可提高到280～330 A／m2。</p><p>　　3.2銅電解技術(shù)指標</p><p>　　3.2.1銅電解的條件 </p><p><b>　　(1)電解液組成</b></p><p&

108、gt;　　電解液為硫酸銅的硫酸溶液，其組成的選擇與陽極成分，電流密度和電解的技術(shù)條件等因素有關(guān)，一般含銅40-50kg/m³，硫酸180-210kg/m³。電解液的電阻隨硫酸程度的增加而降低，隨含銅量的增加而升高。為節(jié)約電能，以采用高酸低銅的電解液組成較為有利，但必須同時對陽極及電解液純度提出較高的要求，操作的電流密度也不能過高，以免影響陰極銅的質(zhì)量。電解液中的硫酸含量也不能提的過高，因硫酸銅的溶解度隨著硫酸濃度的增

109、加而降低，因此硫酸的含量高不宜大于230kg/m³。當陽極和電解液的純度較低時，硫酸含量還應(yīng)適當降低。生產(chǎn)實踐表明，電解液中有害雜質(zhì)允許含量如下表3-2所示。</p><p>　　表3-2 銅電解液中的有害雜質(zhì)允許量</p><p><b>　　(2)添加劑</b></p><p>　　為了獲得致密、平整的陰極銅，在點擊過程中了除嚴格