火法—銅電解畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)書(shū)主體思路是圍繞著“火法煉銅—銅電解精煉”來(lái)寫(xiě)的，通過(guò)對(duì)本書(shū)的學(xué)習(xí)，會(huì)讓你更加的了解銅電解精煉工藝。</p><p>　　本設(shè)計(jì)書(shū)的主要內(nèi)容為：第1章為銅的發(fā)展史、銅的性質(zhì)、用途以及銅生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)述；第2章為：銅冶煉工廠選擇的因素；第3章為：火法煉銅—銅電解精煉工藝的概述；第4章為：火法煉銅—銅電解

2、精煉“三大平衡和主體設(shè)備”計(jì)算；第5章為：設(shè)備的選擇；第6章為：電解液的循環(huán)方式，電解液的凈化，電解液加入的添加劑種類；第7章為：“廢水、廢渣、廢氣”的處理。</p><p>　　關(guān)鍵字：銅 性質(zhì) 發(fā)展史 火法 濕法 計(jì)算 三廢 廠址選擇 電解設(shè)備 </p><p><b>　　銅電解精煉</b></p><p><b>　　目錄&l

3、t;/b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 銅冶金發(fā)展史1</p><p>　　1.2 銅的性質(zhì)及用途2</p><p>　　1.2.1 銅的物理性質(zhì)2</p><p>　　1.2.2 銅的化學(xué)性質(zhì)3</p><p&g

4、t;　　1.2.3 銅的用途4</p><p>　　1.3 銅的市場(chǎng)情況4</p><p>　　1.3.1 國(guó)際銅市場(chǎng)生產(chǎn)狀況5</p><p>　　1.3.2 國(guó)際銅市場(chǎng)消費(fèi)狀況5</p><p>　　1.3.3 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)生產(chǎn)狀況6</p><p>　　1.3.4 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)消費(fèi)狀況7</p>

5、<p>　　1.3.5 供應(yīng)及消費(fèi)對(duì)比表8</p><p>　　1.4 銅的冶煉工藝8</p><p>　　1.4.1 火法煉銅9</p><p>　　1.4.2 濕法煉銅10</p><p>　　1.4.3 火法和濕法的特點(diǎn)12</p><p>　　1.5 國(guó)內(nèi)主要廠家14</p>

6、<p><b>　　2 廠址選擇15</b></p><p>　　2.1 廠址選擇原則15</p><p>　　2.2 廠址地點(diǎn)——江西省九江市15</p><p>　　2.2.1 原料供應(yīng)16</p><p>　　2.2.2 交通運(yùn)輸條件18</p><p>　　2.2.

7、3 水資源和電力資源19</p><p>　　2.2.4 氣候條件20</p><p>　　2.2.5 消費(fèi)市場(chǎng)21</p><p>　　2.2.6 選擇原由21</p><p>　　3 火法—銅電解精煉22</p><p>　　3.1 電解精煉工藝22</p><p>　　3.2

8、電解精煉的理論基礎(chǔ)23</p><p>　　3.2.1 陽(yáng)極反應(yīng)23</p><p>　　3.2.2 陰極反應(yīng)23</p><p>　　3.2.3 一價(jià)銅離子的形成及其影響24</p><p>　　3.2.4 陽(yáng)極中雜質(zhì)行為24</p><p>　　3.3 銅電解精煉的分類26</p><

9、;p>　　3.3.1 常規(guī)電解26</p><p>　　3.3.2 周期反向電流電解27</p><p>　　3.3.3 永久陰極電解27</p><p><b>　　4 計(jì)算29</b></p><p>　　4.1 銅電解精煉物料平衡計(jì)算29</p><p>　　4.2 電解液凈

10、化機(jī)硫酸鹽生產(chǎn)冶金計(jì)算32</p><p>　　4.2.1 凈液量計(jì)算32</p><p>　　4.2.2 硫酸鹽生產(chǎn)物料平衡計(jì)算32</p><p>　　4.3 電解槽熱平衡計(jì)算36</p><p>　　4.3.1 熱收入36</p><p>　　4.3.2 熱支出36</p><p&

11、gt;　　4.4 銅電解精煉電解槽的計(jì)算38</p><p>　　4.4.1 陰、陽(yáng)極的選擇38</p><p>　　4.4.2 電解槽數(shù)量及尺寸計(jì)算38</p><p><b>　　5 設(shè)備選擇41</b></p><p>　　5.1 電解槽41</p><p>　　5.2 水溶液電解

12、槽42</p><p>　　5.3 陰、陽(yáng)極加工設(shè)備43</p><p>　　5.3.1 陽(yáng)極加工設(shè)備43</p><p>　　5.3.2 始極片加工設(shè)備43</p><p>　　5.3.3 陰極剝片機(jī)44</p><p>　　5.4 供電設(shè)備44</p><p>　　5.4.1 整

13、流器44</p><p>　　5.4.2 輸入電路45</p><p>　　5.5 電解液循環(huán)設(shè)備46</p><p>　　5.5.1 貯液槽46</p><p>　　5.5.2 高位槽46</p><p>　　5.5.3 電解液加熱器46</p><p>　　5.5.4 電解液循環(huán)

14、泵47</p><p>　　5.6 運(yùn)輸設(shè)備48</p><p>　　5.6.1 叉車48</p><p>　　5.6.2 行車49</p><p>　　5.7 設(shè)備一覽表50</p><p><b>　　6 專題51</b></p><p>　　6.1 電解液

15、51</p><p>　　6.1.1 H2SO451</p><p>　　6.1.2 Cu2+濃度51</p><p>　　6.2 添加劑52</p><p>　　6.2.1 骨膠52</p><p>　　6.2.2 硫脲【（NH2）2CS】53</p><p>　　6.2.3 鹽酸

16、54</p><p>　　6.3 電解液的凈化54</p><p>　　6.3.1 中和結(jié)晶—回收銅55</p><p>　　6.3.2 除去砷、銻、鉍56</p><p>　　6.3.3 生產(chǎn)硫酸鎳、鐵、鈷56</p><p>　　6.4 電解液的循環(huán)方式56</p><p>　　

17、6.4.1 上進(jìn)下出循環(huán)方式56</p><p>　　6.4.2 下進(jìn)上出循環(huán)方式57</p><p>　　6.4.3 新式下進(jìn)上出循環(huán)方式57</p><p>　　6.5 銅電解精煉重要技術(shù)參數(shù)58</p><p><b>　　7 三廢處理59</b></p><p>　　7.1 三廢

18、的危害59</p><p>　　7.2 廢水處理59</p><p>　　7.3 廢渣處理61</p><p>　　7.4 廢氣處理62</p><p><b>　　總結(jié)65</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)66</b></p><

19、p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 銅冶金發(fā)展史</p><p>　　銅是人類最早使用的金屬。早在史前時(shí)代，人們就開(kāi)始采掘露天銅礦，并用獲取的銅制造武器、式具和其他器皿，銅的使用對(duì)早期人類文明的進(jìn)步影響深遠(yuǎn)。銅是一種存在于地殼和海洋中的金屬。銅在地殼中的含量約為0.01%，在個(gè)別銅礦床中，銅的含量可以達(dá)到3%～5%。自然界中的銅，多數(shù)以

20、化合物即銅礦物存在。銅礦物與其他礦物聚合成銅礦石，開(kāi)采出來(lái)的銅礦石，經(jīng)過(guò)選礦而成為含銅品位較高的銅精礦。</p><p>　　我國(guó)是世界上四大文明古國(guó)之一，也是最早應(yīng)用銅的國(guó)家之一。我國(guó)在夏代就進(jìn)入了青銅時(shí)代，商、周時(shí)青銅文化的鼎盛時(shí)期，這一時(shí)期出土的大批文物表明，我國(guó)的煉銅技術(shù)已處于當(dāng)時(shí)世界的最高水平。在甘肅武威皇娘娘臺(tái)發(fā)現(xiàn)的紅銅銅刀和銅錐距今已達(dá)4000年，1976年在湖北大冶銅碌山古礦冶遺址發(fā)現(xiàn)了大群銅豎爐

21、，表明該遺址是我國(guó)已知的先秦時(shí)期規(guī)模最大、歷史最長(zhǎng)、遺存最豐富的銅冶煉中心。 </p><p>　　我國(guó)第一個(gè)近代銅冶煉廠是20世紀(jì)30年代沈陽(yáng)的奉天金制煉所（沈陽(yáng)冶煉廠前身），使用的工藝流程是“燒結(jié)鍋燒結(jié)——敞開(kāi)鼓風(fēng)爐熔煉——真空爐吹煉——電解精煉”，生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)陋，勞動(dòng)條件惡劣。自中華人民共和國(guó)成立后，我國(guó)銅工業(yè)才逐漸發(fā)展起來(lái)，不僅對(duì)老式冶煉廠進(jìn)行改造，還新建了許多大型冶煉廠（如云南昆明冶煉廠建成了大型電爐煉銅

22、）。從而是我國(guó)煉銅工業(yè)向前跨進(jìn)了一大步。特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的銅工業(yè)像其他工業(yè)一樣更是發(fā)生了翻天覆地的變化。</p><p>　　銅冶煉技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程，但至今銅的冶煉仍以火法冶煉為主，其產(chǎn)量約占世界銅總產(chǎn)量的85％。銅的火法冶煉一般是先將含銅原礦石通過(guò)選礦得到銅精礦，在密閉鼓風(fēng)爐、反射爐、電爐或閃速爐進(jìn)行造锍熔煉，產(chǎn)出的熔锍（冰銅）送入轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉成粗銅，再在反射爐內(nèi)經(jīng)過(guò)氧化精煉脫雜，或鑄成陽(yáng)極板

23、進(jìn)行電解，獲得品位高達(dá)99.9％的電解銅。該流程簡(jiǎn)短、適應(yīng)性強(qiáng)，銅的回收率可達(dá)95％。但因礦石中的硫在造锍和吹煉兩階段作為二氧化硫廢氣排出，不易回收，易造成污染。近年來(lái)出現(xiàn)如白銀法、諾蘭達(dá)法等熔池熔煉以及日本的三菱法等，火法冶煉逐漸向連續(xù)化、自動(dòng)化發(fā)展。</p><p>　　1.2 銅的性質(zhì)及用途</p><p>　　銅是一種化學(xué)元素，它的化學(xué)符號(hào)是Cu,它的原子序數(shù)是29，是一種過(guò)渡金屬

24、。 銅呈紫紅色光澤的金屬，密度8.92克/立方厘米。熔點(diǎn)1083.4±0.2℃，沸點(diǎn)2567℃。常見(jiàn)化合價(jià)+1和+2。在干燥的空氣里很穩(wěn)定。但在潮濕的空氣里在其表面可以生成一層綠色的堿式碳酸銅Cu2（OH）2CO3，這叫銅綠。</p><p>　　1.2.1 銅的物理性質(zhì)</p><p>　　銅具有許多可貴的物理化學(xué)特性，例如其熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率都很高，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，抗張強(qiáng)度大，易熔

25、接，具有抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細(xì)的銅絲，制成很薄的銅箔。銅能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬形成合金。</p><p><b>　?。?）導(dǎo)電性</b></p><p>　　銅最重要的特性之一便是其具有極佳的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率為58m/(Ω.mm2)。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)。</p><p><

26、;b>　?。?）導(dǎo)熱性</b></p><p>　　導(dǎo)熱性僅次于銀。銅比金、銀儲(chǔ)量更豐富，價(jià)格更便宜，因此被制成電線電纜、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(jī)、空調(diào)、制冷、汽車水箱、太陽(yáng)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(chǎng)合。</p><p&g

27、t;<b>　?。?）耐蝕性</b></p><p>　　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。銅管用于運(yùn)送自來(lái)水時(shí)，管壁不沉積礦物質(zhì)，這點(diǎn)是鐵制水管所遠(yuǎn)不能及的。高級(jí)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。</p><p>　　1.2.2 銅的化學(xué)性質(zhì)</p><p>　　銅原子容易失去一個(gè)電子形成亞銅離子(Cu+)

28、或失去兩個(gè)電子形成銅離子(Cu2+)，故銅形成化合物是以呈現(xiàn)一價(jià)或二價(jià)的氧化狀態(tài)進(jìn)行，但由正二價(jià)氧化狀態(tài)形成的化合物比由正一價(jià)氧化狀態(tài)形成的化合物穩(wěn)定。</p><p>　　銅是不太活潑的重金屬元素。在常溫下不與干燥空氣中的氧反應(yīng)。但加熱時(shí)能與氧化合成黑色的氧化銅CuO；繼續(xù)在很高的溫度下燃燒就紅色的氧化亞銅Cu2O，Cu2O有毒，廣泛應(yīng)用于船底漆，防止寄生的動(dòng)植物在船底生長(zhǎng)。在潮濕的空氣里，銅的表面慢慢生成一層

29、綠色的銅銹，其成分主要是堿式碳酸銅；在電位順序中，銅在氫之后，所以銅不能與稀鹽酸或稀硫酸作用放出氫氣。但在空氣中銅可以緩慢溶解于稀酸中生成銅鹽；銅容易被硝酸或熱濃硫酸等氧化性酸氧化而溶解。</p><p>　　1.2.3 銅的用途</p><p>　　表1-1 銅的用途</p><p>　　1.3 銅的市場(chǎng)情況</p><p>　　1.3.

30、1 國(guó)際銅市場(chǎng)生產(chǎn)狀況 </p><p>　　全球精煉銅產(chǎn)量在2010年維持了擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，但產(chǎn)能利用率卻有所回落。2010年全球精銅產(chǎn)量整體增幅為1.4%，其中非洲產(chǎn)能增長(zhǎng)迅速，同比增長(zhǎng)22.7%，這主要源于剛果及贊比亞高速的冶煉擴(kuò)張計(jì)劃。亞洲整體增幅達(dá)7.1%，其中中國(guó)、哈薩克斯坦及土耳其同比增幅較大，但由于土耳其的低基數(shù)效應(yīng)（去年同期為4.1萬(wàn)噸），對(duì)銅市場(chǎng)的影響相對(duì)有限。歐洲方面，各個(gè)主要?dú)W盟國(guó)家的精銅產(chǎn)能均

31、維持了擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，但瑞典是個(gè)意外，其產(chǎn)能環(huán)比下滑了-14.5%。北美的加拿大和墨西哥產(chǎn)能同比分別增加了4.8%及1.4%，但美國(guó)的精銅產(chǎn)出卻下降了-9.8%。南美的智利和秘魯因?yàn)樽匀灰蛩丶傲T工事件使得產(chǎn)能同比出現(xiàn)回撤，智利產(chǎn)能降幅-1.6%而秘魯降幅則至-5.8%。在產(chǎn)能利用率方面，自2008年其全球產(chǎn)能利用率出現(xiàn)了緩慢回落的局面，其中產(chǎn)能利用率由08年的73.1%下降至09年的69.1%，而后至10年回落到68.3%。盡管現(xiàn)階段產(chǎn)能利用

32、率并沒(méi)有恢復(fù)到金融危機(jī)爆發(fā)前的水平，但未來(lái)隨著新的冶煉技術(shù)的不斷推廣（如閃速冶煉技術(shù)等）及隨著銅價(jià)走高帶來(lái)的利潤(rùn)效應(yīng)，相信產(chǎn)能利用率在2011-2014年會(huì)緩慢上漲。</p><p>　　1.3.2 國(guó)際銅市場(chǎng)消費(fèi)狀況</p><p>　　全球精煉銅的需求在近3年里已逐漸走出金融危機(jī)的晦影，呈現(xiàn)出先低后高的態(tài)勢(shì)，而后期全球精銅消費(fèi)有望延續(xù)擴(kuò)張。08年發(fā)生的次貸危機(jī)對(duì)全球精銅消費(fèi)起到較為嚴(yán)重

33、的打壓，其中歐洲及北美受災(zāi)嚴(yán)重區(qū)回撤跡象明顯。這種消費(fèi)的不景氣在09年出現(xiàn)了集中釋放，歐洲精銅消費(fèi)同比下降22.8%，北美消費(fèi)同比下滑22.3%，而全球除中國(guó)外的精通消費(fèi)量回撤幅度高達(dá)16.3%。轉(zhuǎn)至2010年，隨著全球經(jīng)濟(jì)的逐漸企穩(wěn)，精銅消費(fèi)亦出現(xiàn)了回暖跡象。歐洲及北美的精銅需求分別同比增加了4.7%及2.1%，而亞洲需求則沖至9.5%的歷史新高。在亞洲需求增長(zhǎng)的強(qiáng)勁帶動(dòng)下，全球精銅消費(fèi)出現(xiàn)了7.6%的年增長(zhǎng)率。從歷史數(shù)據(jù)可以看出，全

34、球精銅需求的寒冬正逐漸過(guò)去。</p><p>　　1.3.3 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)生產(chǎn)狀況</p><p>　　中國(guó)銅冶煉行業(yè)利潤(rùn)的復(fù)蘇吸引了國(guó)內(nèi)銅冶煉企業(yè)數(shù)維持在歷史高位。2010年1-5月全國(guó)銅冶煉行業(yè)累積利潤(rùn)額高達(dá)411億元人民幣，較09年1-5月的115億元同比增加了259%。盡管該數(shù)據(jù)仍未達(dá)到金融危機(jī)爆發(fā)前，如08年540億元的利潤(rùn)高點(diǎn)，但利潤(rùn)的穩(wěn)步提高仍帶動(dòng)了企業(yè)生產(chǎn)的積極性。據(jù)世華財(cái)訊的

35、數(shù)據(jù)顯示，至2010年8月，全國(guó)銅冶煉企業(yè)總數(shù)為340個(gè)，全部從業(yè)人員平均人數(shù)為14.9萬(wàn)人，顯示出冶煉行業(yè)的高活躍度。而隨著后期市場(chǎng)環(huán)境的逐漸轉(zhuǎn)好，預(yù)估參與冶煉的企業(yè)數(shù)及從業(yè)人員將會(huì)繼續(xù)維持增長(zhǎng)勢(shì)頭，從而對(duì)精銅供應(yīng)提供了基本的支持。</p><p>　　從中國(guó)銅相關(guān)品種的供給量來(lái)看，中國(guó)的精煉銅產(chǎn)量、銅管產(chǎn)量及銅棒與合金產(chǎn)量均維持了較好的增長(zhǎng)勢(shì)頭。就精銅產(chǎn)量來(lái)看，CRU統(tǒng)計(jì)今年中國(guó)精銅產(chǎn)量同比增加了12.4%，

36、由09年的402萬(wàn)噸上漲至10年的452萬(wàn)噸。而安泰科的數(shù)據(jù)則預(yù)計(jì)全年精煉銅產(chǎn)量由09年的412萬(wàn)噸增長(zhǎng)10.4%至455萬(wàn)噸。銅管及銅棒與合金方面，CRU預(yù)計(jì)中國(guó)銅管產(chǎn)量同比增加18.2%，而銅棒與合金產(chǎn)量同比上漲27.9%。盡管銅管在年內(nèi)維持了高生產(chǎn)態(tài)勢(shì)，但2010年9月美國(guó)商務(wù)部對(duì)無(wú)縫精煉銅管的反傾銷終裁還是會(huì)影響到后期國(guó)內(nèi)銅管的產(chǎn)量。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦公報(bào)，中國(guó)一共8家企業(yè)所征稅率由11.25%至60.85%不等，其中金龍精密銅管集團(tuán)

37、股份有限公司稅率為11.25%，而浙江海量及海量銅貿(mào)易公司則為60.85%，另有5家中國(guó)企業(yè)被征收36.05%的反傾銷稅。故預(yù)計(jì)在后期向美國(guó)輸出銅管受阻的情況下，國(guó)內(nèi)銅管產(chǎn)量或不會(huì)維持高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。</p><p>　　1.3.4 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)消費(fèi)狀況</p><p>　　中國(guó)精銅需求維持著穩(wěn)定的增長(zhǎng)勢(shì)頭。2010年中國(guó)全年銅消費(fèi)量近700萬(wàn)噸，同比上漲幅度超過(guò)11%。若回顧歷史，中國(guó)的精銅需求

38、自2000年以來(lái)平均增長(zhǎng)速度達(dá)到15%（而全球精銅需求增長(zhǎng)率僅為2%），這帶動(dòng)了中國(guó)的年度需求總量由2000年的188萬(wàn)噸大幅上漲至今年的700萬(wàn)噸，拉動(dòng)中國(guó)銅消費(fèi)占世界消費(fèi)比例由12%升至37%。中國(guó)銅需求的大幅擴(kuò)張?jiān)谝欢ǔ潭壬戏从沉巳蛏a(chǎn)力由成熟經(jīng)濟(jì)體向中國(guó)的轉(zhuǎn)移，“世界工廠”對(duì)“中國(guó)需求”具有部分提振作用。</p><p>　　除了國(guó)際生產(chǎn)力資本的輸入外，中國(guó)自身經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展亦對(duì)銅消費(fèi)起到?jīng)Q定性作用。中

39、國(guó)銅消費(fèi)的增長(zhǎng)點(diǎn)比較特別，其很大程度上取決于國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。電力行業(yè)、建筑行業(yè)及交通運(yùn)輸業(yè)合計(jì)對(duì)中國(guó)銅消費(fèi)的貢獻(xiàn)率超過(guò)70%，而家用電器、電子消費(fèi)品亦占國(guó)內(nèi)銅消費(fèi)的一席之地。</p><p>　　1.3.5 供應(yīng)及消費(fèi)對(duì)比表</p><p>　　表1-2 未來(lái)30年我國(guó)銅工業(yè)主要技術(shù)參數(shù)預(yù)測(cè)表</p><p>　　資料來(lái)源：世界金屬研究，ICSG，2005&l

40、t;/p><p>　　表1-3 全球精銅供應(yīng)消費(fèi)平衡表</p><p>　　表1-4 2001-2030年全球精銅供需歷史和預(yù)測(cè)表（單位：萬(wàn)噸）</p><p>　　1.4 銅的冶煉工藝</p><p>　　銅冶金技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程，但至今銅的冶煉仍以火法治煉為主，其產(chǎn)量約占世界銅總產(chǎn)量的85%，現(xiàn)代濕法冶煉的技術(shù)正在逐步推廣，濕法冶

41、煉的推出使銅的冶煉成本大大降低。 火法冶煉與濕法冶煉（SX－EX）。</p><p>　　1.4.1 火法煉銅</p><p>　　通過(guò)熔融冶煉和電解精火煉生產(chǎn)出陰極銅，也即電解銅，一般適于高品位的硫化銅礦。火法冶煉一般是先將含銅百分之幾或千分之幾的原礦石，通過(guò)選礦提高到20－30％，作為銅精礦，在密閉鼓風(fēng)爐、反射爐、電爐或閃速爐進(jìn)行造锍熔煉，產(chǎn)出的熔锍(冰銅)接著送入轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉成粗銅，

42、再在另一種反射爐內(nèi)經(jīng)過(guò)氧化精煉脫雜，或鑄成陽(yáng)極板進(jìn)行電解，獲得品位高達(dá)99.9％的電解銅。該流程簡(jiǎn)短、適應(yīng)性強(qiáng)，銅的回收率可達(dá)95％，但因礦石中的硫在造锍和吹煉兩階段作為二氧化硫廢氣排出，不易回收，易造成污染。近年來(lái)出現(xiàn)如白銀法、諾蘭達(dá)法等熔池熔煉以及日本的三菱法等、火法冶煉逐漸向連續(xù)化、自動(dòng)化發(fā)展。</p><p>　　除了銅精礦之外,廢銅做為精煉銅的主要原料之一，包括舊廢銅和新廢銅，舊廢銅來(lái)自舊設(shè)備和舊機(jī)器，

43、廢棄的樓房和地下管道；新廢銅來(lái)自加工廠棄掉的銅屑(銅材的產(chǎn)出比為50％左右),一般廢銅供應(yīng)較穩(wěn)定，廢銅可以分為：裸雜銅:品位在90％以上；黃雜銅（電線）:含銅物料（舊馬達(dá)、電路板）；由廢銅和其他類似材料生產(chǎn)出的銅，也稱為再生銅。</p><p>　　圖1-1 火法煉銅工藝流程</p><p>　　1.4.2 濕法煉銅</p><p>　　濕法冶煉法可處理氧化銅礦，

44、硫化銅礦和含銅貧礦或廢礦。</p><p>　?。?）、氧化銅礦濕法提銅</p><p>　　一般適于低品位的氧化銅礦，生產(chǎn)出的陰極銅稱為電積銅。濕法煉銅目前主要用于處理氧化銅礦。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。</p><p>　　氧化銅礦一般不宜用選礦法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出，所得溶液含

45、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(lái)，萃取—電積法發(fā)展較快。</p><p><b>　　其主要過(guò)程包括：</b></p><p>　　用對(duì)銅有選擇性的萃取劑（如LiX－64 N，N－510，N－530等）的煤油溶液萃取銅，銅進(jìn)入有機(jī)相而與鐵、鋅等雜質(zhì)分離。</p><p>　　用濃度較高

46、的H2SO4溶液反萃銅，得到含銅約50g/L的溶液。反萃后的有機(jī)溶劑，經(jīng)洗滌后，返回萃取過(guò)程使用。</p><p>　　電積硫酸銅溶液得電銅，電解后液返回用作反萃劑。</p><p>　　圖1-2 氧化銅礦酸浸—萃取—電積提銅流程 </p><p>　　（2）、硫化銅礦濕法提銅</p><p>　　硫化礦多用硫酸化焙燒—浸出或者直接用氨或

47、氯鹽溶液浸出等方法。</p><p>　　A、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；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(guò)剩酸量須中和處理，所以一般不采用。</p><p>　　B、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，

48、制成銅粉，或者用溶劑萃取—電積法制取電銅；</p><p>　　C、氯鹽浸出法是將銅轉(zhuǎn)變?yōu)殂~氯絡(luò)合物進(jìn)入溶液，然后進(jìn)行隔膜電解得電銅。</p><p>　?。?）、貧礦石和廢礦濕法提銅 </p><p>　　銅礦開(kāi)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(xì)菌的氧化

49、作用，使之溶解。浸出液中的銅可用鐵置換得海綿銅，或者用溶劑萃取-電積法制取電銅。</p><p>　　1.4.3 火法和濕法的特點(diǎn)</p><p>　　比較火法和濕法兩種銅的生產(chǎn)工藝，有如下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）后者的冶煉設(shè)備更簡(jiǎn)單，但雜質(zhì)含量較高，是前者的有益補(bǔ)充；由于雜質(zhì)含量較高，工藝要求較高，設(shè)備技術(shù)含量較高。</p><p&g

50、t;　?。?）后者有局限性，受制于礦石的品位及類型。</p><p>　?。?）前者的總體成本要比后者高，單一設(shè)備較便宜，前期投資效益好；前者設(shè)備供應(yīng)面廣，設(shè)備維護(hù)方便。</p><p>　?。?）后者是新發(fā)展起來(lái)的工藝，和前者相比，前者工藝比較完善，國(guó)內(nèi)目前前者應(yīng)用相當(dāng)完善，有利于工廠前期建設(shè)。</p><p>　　可見(jiàn)，濕法冶煉技術(shù)其適用范圍有局限性，并不是所有

51、銅礦的冶煉都可采用該種工藝。和火法冶煉技術(shù)相比濕法冶煉技術(shù)降低了銅的生產(chǎn)成本，提高了銅礦產(chǎn)能，但是其工藝要求較高，設(shè)備維護(hù)困難，這些都制約這濕法冶煉技術(shù)的發(fā)展，但火法恰恰相反，工藝相當(dāng)完善，設(shè)備面廣，冶煉技術(shù)不斷改善，銅礦范圍廣。所以，當(dāng)前火法相對(duì)于濕法來(lái)說(shuō)跟適應(yīng)工廠的需求。</p><p>　　1.5 國(guó)內(nèi)主要廠家</p><p>　　表1-5 2006年我國(guó)精銅產(chǎn)量超過(guò)5萬(wàn)噸的銅生產(chǎn)

52、企業(yè)產(chǎn)量（單位：萬(wàn)噸）</p><p><b>　　2 廠址選擇</b></p><p>　　廠址選擇不僅關(guān)系到工業(yè)布局的落實(shí)、投資的地區(qū)分配、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生態(tài)平衡等具有全局性、長(zhǎng)遠(yuǎn)性的重要問(wèn)題，還將直接或間接地決定著項(xiàng)目投產(chǎn)后的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，直接或間接地決定著項(xiàng)目投產(chǎn)后的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　2.1 廠址選擇原則</p>&

53、lt;p>　　應(yīng)符合工業(yè)布局及區(qū)域性總體規(guī)劃和城市建設(shè)規(guī)劃的要求；要盡可能利用城鎮(zhèn)設(shè)施，節(jié)約資源；要靠近原材料、水、電供應(yīng)充足和產(chǎn)品銷售便利的地方，有較好的交通運(yùn)輸條件；要注意節(jié)約用地，盡量不占或少占農(nóng)田，留有發(fā)展余地；要有適當(dāng)?shù)淖匀坏匦魏瓦m宜的工程地質(zhì)、水文、地震等級(jí)條件及較好的協(xié)作條件等。</p><p>　　2.2 廠址地點(diǎn)——江西省九江市</p><p>　　九江市（簡(jiǎn)稱“潯

54、”）是中國(guó)江西省下轄的一個(gè)地級(jí)市，位于該省北部，長(zhǎng)江南岸（圖2-1）。古稱江州、潯陽(yáng)、柴桑、汝南、湓城、德化，有江西北門(mén)之稱，北隔長(zhǎng)江、幕阜山與安徽、湖北相鄰。地勢(shì)東西高，中部低，南部略高，向北傾斜，平均海拔32米，全境東西長(zhǎng)270公里，南北寬140公里，總面積1.88萬(wàn)平方公里，占江西省總面積的11.3%，其中市區(qū)規(guī)劃面積300平方公里，建成區(qū)面積90.14平方公里。全市流行方言有江淮官話、贛語(yǔ)等。</p><p&

55、gt;　　圖2-1 九江地理位置</p><p>　　所屬地區(qū)：中國(guó)江西??；</p><p>　　地理位置：江西北部；</p><p>　　面積：18796.79平方公里；</p><p>　　人口：475萬(wàn)（2010年）</p><p>　　氣候條件：亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候</p><p>　

56、　2.2.1 原料供應(yīng)</p><p>　　從下圖可以看出江西是一個(gè)銅礦大省，江西省銅礦主要分布于德興、城門(mén)山、武山、水平，銅資源豐富，在原精礦上可以自足。</p><p>　　國(guó)外銅精礦：由于九江市位于長(zhǎng)江邊上，在水路上可以直接運(yùn)送到九江，而且鐵路與公路四通八達(dá)，不管是那種運(yùn)輸方式都能在短時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸?shù)轿弧?lt;/p><p>　　圖2-2 我國(guó)銅礦分布圖</p

57、><p>　　圖2-3 為我國(guó)主要資源分布圖</p><p>　　2.2.2 交通運(yùn)輸條件 </p><p>　　有色金屬冶煉是連續(xù)性的，物料吞吐量一般很大。因此在進(jìn)行廠址選擇時(shí)必須充分考慮交通運(yùn)輸問(wèn)題。為了減少運(yùn)輸費(fèi)用，在保證良好的運(yùn)輸條件下，進(jìn)行廠址盡可能接近原材料基地和銷售市場(chǎng)。</p><p>　　圖2-4 九江交通情況</p

58、><p>　　圖2-5 全國(guó)鐵路運(yùn)輸網(wǎng)</p><p>　　2.2.3 水資源和電力資源</p><p>　　工廠位于長(zhǎng)江邊上，水力資源就不說(shuō)了。由于有長(zhǎng)江邊上，水資源豐富，水力發(fā)電廠較多，從下圖可以看出九江周圍電廠較多，電力資源較為充沛。</p><p>　　圖2-6 華電全國(guó)電廠分布</p><p>　　圖2-7

59、 大唐集團(tuán)電廠分布圖</p><p>　　2.2.4 氣候條件</p><p>　　從下圖我們可以看出工廠應(yīng)選建在市區(qū)的西郊區(qū)、西北郊區(qū)和西南郊區(qū)。</p><p>　　圖2-8 全國(guó)季風(fēng)氣候分布圖</p><p>　　2.2.5 消費(fèi)市場(chǎng)</p><p>　　消費(fèi)市場(chǎng)廣闊，由于位于常見(jiàn)中下游，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，市場(chǎng)需求大

60、，由于交通方便向北可以滿足北方市場(chǎng)（如北京、天津等）；向南可以滿足珠江三角洲市場(chǎng)；向東可以滿足上海經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)；向西可以滿足四川和重慶市場(chǎng)。</p><p>　　圖2-9 主要消費(fèi)城市分布圖</p><p>　　2.2.6 選擇原由 </p><p>　　綜上所述，考慮九江的地理環(huán)境，市場(chǎng)需求，選擇九江為建廠地點(diǎn)是合理的，在九江建廠利遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弊。</p>

61、<p>　　3 火法—銅電解精煉</p><p>　　銅的電解精煉，是將火法精煉的銅澆鑄成陽(yáng)極板，（現(xiàn)在普遍的工藝）用永久性不銹鋼陰極作為陰極片，相間的放入電解槽中，用硫酸銅和硫酸的水溶液作為電解液，在直流電的作用下，陽(yáng)極上的銅會(huì)失去兩個(gè)電子生成-2價(jià)銅離子，而貴金屬和某些金屬不溶，成為陽(yáng)極泥沉淀于電解槽低。溶液中的-2價(jià)銅離子會(huì)在陰極上優(yōu)先析出，而其他電位較負(fù)的賤金屬不能在陰極上析出，留在電解液中

62、，待電解液定期凈化時(shí)除去。這樣，得到的銅純度很高，稱電銅。</p><p>　　3.1 電解精煉工藝</p><p>　　電解精煉工藝（圖3-1）：電解液由循環(huán)槽經(jīng)電解液循環(huán)泵泵至板式換熱器，加熱至65℃左右以穩(wěn)定的流量供到各個(gè)電解槽。電解槽供液采用底部給液（也有的采用側(cè)面給液）、兩端溢流出液的方式，槽兩端溢流出的電解液匯總后返回循環(huán)槽。為保證電解液的潔凈度，配備了專用的LAROX凈化過(guò)濾

63、機(jī)，循環(huán)系統(tǒng)每天抽取電解液循環(huán)量的約25%進(jìn)行凈化過(guò)濾。根據(jù)電解液中雜質(zhì)的情況，每天抽取部分電解液進(jìn)行脫銅、脫雜處理，保證電解液中銅、酸及雜質(zhì)濃度不超過(guò)極限值。為保證電解液成分，調(diào)節(jié)陰極銅的物理性能，需在電解液中加入硫酸、添加劑。</p><p>　　3.2 電解精煉的理論基礎(chǔ)</p><p>　　3.2.1 陽(yáng)極反應(yīng)</p><p>　　陽(yáng)極上進(jìn)行的是銅和一些雜質(zhì)

64、的氧化反應(yīng)。</p><p>　　式中M`為Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更負(fù)電性的元素。優(yōu)先溶解進(jìn)入電解液，同時(shí)銅也不斷地溶解到電解液中。水和硫酸根離子的反應(yīng)不可能進(jìn)行。金、銀和鉑族金屬不能進(jìn)入電解液，最后進(jìn)入陽(yáng)極泥中。</p><p>　　3.2.2 陰極反應(yīng)</p><p>　　陰極上進(jìn)行的是銅的還原反應(yīng)。</p><p>　　氫

65、的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比銅負(fù)，且在銅陰極上的超電位，使氫的電極電位更負(fù)，所以在正常電解條件下不會(huì)析出氫。電極電位比銅負(fù)的元素，也不能在陰極上析出。</p><p>　　3.2.3 一價(jià)銅離子的形成及其影響</p><p>　　Cu – e = Cu+ E0Cu/Cu+=0.51V</p><p>　　Cu+ - e = Cu2+ E0Cu+/Cu2+=0.

66、17V</p><p>　　2Cu+ = Cu2++ Cu</p><p>　　盡管平衡時(shí)Cu+濃度不大，但它的存在會(huì)消耗金屬銅，降低電流效率。</p><p>　　3.2.4 陽(yáng)極中雜質(zhì)行為</p><p>　?。?)、正電性金屬和以化合物形態(tài)存在的元素。</p><p>　　Au、Ag和鉑族金屬為正電性金屬，進(jìn)入陽(yáng)

67、極泥。少量的Ag以Ag2SO4的形式溶解于電解液中，當(dāng)有少量Cl－存在時(shí)，形成AgCl進(jìn)入陽(yáng)極泥。O、S、Se和Te以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、AgSe和AgTe的形態(tài)進(jìn)入陽(yáng)極泥中。</p><p>　　(2）、在電解液中形成不溶性化合物的Pb和Sn。</p><p>　　Pb在溶解時(shí)形成PbSO4沉淀，并可進(jìn)一步氧化成PbO2覆蓋在陽(yáng)極上，使槽電壓升高。Sn進(jìn)入電解液后

68、氧化成四價(jià)，四價(jià)的硫酸錫易水解成堿式硫酸錫進(jìn)入陽(yáng)極泥中。 </p><p>　　SnSO4 + 1/2O2 + H2SO4 = Sn(SO4)2 + H2O</p><p>　　Sn(SO4)2 + 2H2O = Sn(OH)2SO4 + H2SO4</p><p>　　Sn(OH)2SO4沉淀時(shí)可吸附As、Sb的化合物，有利于電解，但過(guò)多會(huì)粘附在陰極上，降低

69、陰極質(zhì)量。</p><p>　?。?)、負(fù)電性金屬。</p><p>　　包括Ni, Fe, Zn。Fe Zn 在火法精煉后在陽(yáng)極中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)甚微,在陽(yáng)極溶解時(shí)全部進(jìn)入溶液.陽(yáng)極中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)波動(dòng)較大,可以電化學(xué)溶解進(jìn)入溶液,一些不溶化合物如NiO和鎳云母在陽(yáng)極表面形成不溶性的薄膜,引起陽(yáng)極鈍化,槽電壓升高.</p><p>　?。?）、電位與銅相近的砷、銻、鉍。

70、</p><p>　　電解時(shí)可以在陰極上放電.還可以形成飄浮陽(yáng)極泥SbAsO4 和BiAsO4絮狀物，黏附在陰極上，影響陰極質(zhì)量。銻的危害比砷大.</p><p>　　圖3-1 銅電解精煉工藝流程</p><p>　　3.3 銅電解精煉的分類</p><p>　　電解精煉工藝有常規(guī)電解、周期反向電流電解和永久陰極電解三種方法可供選用。<

71、;/p><p>　　3.3.1 常規(guī)電解</p><p>　　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。該法在世界各國(guó)均已有多年生產(chǎn)歷史，工藝成熟可靠，電耗低。特別是采用了機(jī)械化、自動(dòng)化水平高的陰陽(yáng)極加工機(jī)組，并采用新技術(shù)適當(dāng)提高了陰陽(yáng)極板的垂直度以后，陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著的改善。常規(guī)電解精煉工藝流程見(jiàn)下圖。</p><p>　　圖3-2

72、 常規(guī)銅電解精煉工藝流程圖</p><p>　　但是傳統(tǒng)法的始極片制作工藝復(fù)雜，不僅需要獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng)，而且制作過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大。除此之外，這種工藝流程自身還存在兩個(gè)難以克服的缺點(diǎn)：</p><p>　?。╨）電解精煉過(guò)程中存在“極限電流密度”，電解精煉時(shí)的實(shí)際電流密度必須低于極限電流密度，否則就會(huì)使陰極銅沉積表面粗糙，甚至形成“枝晶”，造成電解槽短路，使電解過(guò)程能耗大大增加，并且影響

73、正常生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　容易形成“陽(yáng)極鈍化”，在正常電壓下陽(yáng)極不能溶解，必須提高電壓使鈍化膜在更高的電壓下被破壞并溶解，不僅影響正常生產(chǎn)，還會(huì)造成電能浪費(fèi)和陰極銅的化學(xué)成分不穩(wěn)定，進(jìn)而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和物理性能。</p><p>　　3.3.2 周期反向電流電解</p><p>　　周期性短時(shí)間改變直流電流方向的電解方法。電解陰極及陽(yáng)極和常規(guī)電解

74、相同，周期性短暫反向，是為了克服陽(yáng)極鈍化，電流密度達(dá)300～350A/m2。，可強(qiáng)化生產(chǎn)，節(jié)省投資，縮短電解銅在產(chǎn)周期。缺點(diǎn)是電流效率低，電耗高于常規(guī)電解。適于老廠擴(kuò)大生產(chǎn)能力和電價(jià)低廉地區(qū)采用。</p><p>　　3.3.3 永久陰極電解</p><p>　　又名艾薩（ISA）電解法。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

75、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)，以后美國(guó)、加拿大和聯(lián)邦德國(guó)等精煉廠也應(yīng)用了這一方法。它的優(yōu)點(diǎn)是可省掉銅始板片生產(chǎn)系統(tǒng)，不銹鋼陰極平直，短路發(fā)生率低，陰極質(zhì)量高。</p><p>　　不銹鋼陰極電解精煉工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　?。?）、高電流密度</b></p>

76、<p><b>　　（2）、極間距小 </b></p><p><b>　　（3）、殘極率低 </b></p><p>　?。?）、陰極周期短 </p><p>　?。?）、蒸汽耗量低、</p><p>　?。?）、機(jī)械化程度高，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。 </p><p&

77、gt;<b>　　4 計(jì)算</b></p><p>　　4.1 銅電解精煉物料平衡計(jì)算</p><p>　　計(jì)算條件100000t電解銅/a</p><p><b>　　原始數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　表4-1 陽(yáng)極成分（％）</p><p>　　表4-2 假設(shè)數(shù)

78、據(jù)</p><p>　　表4-3 銅電解過(guò)程中各元素的分配率（％）</p><p>　　表4-4 銅電解液中有害雜質(zhì)允許含量（克 / 升）</p><p><b>　　物料平衡計(jì)算：</b></p><p>　?。?）1t陽(yáng)極銅需要溶解陽(yáng)極量:</p><p>　?。?）陽(yáng)極實(shí)際需要量：<

79、;/p><p>　?。?）實(shí)際溶解陽(yáng)極量：</p><p>　?。?）陽(yáng)極的含銅量：</p><p><b>　?。?）殘極量：</b></p><p>　　125352×18%＝22563.36 t/a</p><p><b>　　殘極含銅量：</b></p&

80、gt;<p>　　22563.36×99.5%=22450.54 t/a</p><p>　?。?）計(jì)算陽(yáng)極泥量：</p><p>　　100000×0.6%=600 t/a</p><p>　　陽(yáng)極泥含銅量：71.54 t/a</p><p><b>　　電解液中銅含量：</b>

81、</p><p>　　102788×99.5%×1.93=1973.89 t/a</p><p>　　表4-5 陽(yáng)極泥中各元素重量級(jí)百分比</p><p>　　表4-6 銅電解精煉主要元素物料平衡</p><p>　　4.2 電解液凈化機(jī)硫酸鹽生產(chǎn)冶金計(jì)算</p><p>　　4.2.1 凈液

82、量計(jì)算</p><p>　　假設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)電解銅100000t，陽(yáng)極泥成分為Cu:99.5% Ni:0.146% As:0.05% Sb:0.028% Bi:0.007%,生產(chǎn)1t電銅所溶解的陽(yáng)極板量為1.0248t，在凈化過(guò)程中砷、銻、鉍的脫出率均為85%，根據(jù)本例陽(yáng)極銅中含鎳量，鎳的脫出率定位75%。</p><p>　　按主要元素分別計(jì)算凈液量如下：</p&g

83、t;<p>　　QCu= m3/a</p><p>　　QNi= m3/a</p><p>　　QAs= m3/a</p><p>　　QSb= m3/a</p><p>　　QBi= m3/a</p><p>　　從計(jì)算結(jié)果看，需凈液液最大的是銅，其次是銻。銅的脫出采用在電解工序電解槽中增加不

84、溶陽(yáng)極的方法脫除，故凈液量以銻元素所需的量計(jì)算，取19000 m3/a</p><p>　　按19000m3/a的凈液量推算出電解液的實(shí)際成分為（%）：Cu 50,Ni 4,As 1.87, Sb 0.59, Bi 0.15,H2SO4 180.</p><p>　　4.2.2 硫酸鹽生產(chǎn)物料平衡計(jì)算</p><p>　?。?）硫酸銅的物料平衡計(jì)算<

85、/p><p>　　假設(shè)中和終夜含Cu120g/L；</p><p>　　中和過(guò)程溶液體縮率70%；</p><p>　　加入銅料的品位99.5%；</p><p>　　硫酸銅平均結(jié)晶率60%；</p><p>　　硫酸銅含銅24.4%；</p><p>　　一次結(jié)晶液體縮率81%；</p>

86、;<p>　　硫酸銅結(jié)晶洗水返回中和系統(tǒng)中；</p><p><b>　　銅回收率98%</b></p><p><b>　　A 計(jì)算銅料加入量</b></p><p>　　結(jié)晶洗水體積先取5880m3/a計(jì)算，成分根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取Cu40g/L，H2SO450g/L,則進(jìn)入中和過(guò)程的混合溶液成分為：</p&

87、gt;<p><b>　　Cu= g/L</b></p><p>　　H2SO4= g/L</p><p>　　加入銅料量（按噸銅計(jì)）</p><p>　　Q=12012488070%0.001-2488047.60.001=905.6 t</p><p>　　加入銅量耗酸：905.695/63.5=139

88、7.7 t</p><p>　　中和終液體積：248870%=17416 m3/a</p><p>　　中和終液溶液含酸： g/L</p><p>　　B 計(jì)算硫酸銅產(chǎn)品產(chǎn)量</p><p>　　硫酸銅結(jié)晶量： t </p><p><b>　　結(jié)晶水及成分</b></p><

89、;p>　　根據(jù)實(shí)踐，硫酸銅結(jié)晶的洗水量為每噸0.75-1m3，洗水含酸約50g/L，含Cu約為40g/L，則洗水量為：51390.8=4111 m3/a</p><p>　　洗水帶走銅量：4111400.001=164.44 t</p><p><b>　　硫酸銅產(chǎn)品產(chǎn)量：t</b></p><p>　　C 一次母液體積及銅、酸濃度<

90、;/p><p>　　一次母液體積：1741681%=14106.96 m3/a</p><p>　　母液含銅量： g/L</p><p><b>　　母液含酸： g/L</b></p><p>　　脫銅電解物料平衡計(jì)算</p><p>　　假設(shè)：一次脫銅終夜含銅30g/L</p><

91、;p>　　二次脫銅終夜含銅0.5g/L</p><p>　　三次電銅含銅99.9%</p><p>　　黑銅板、粉平均含銅70%</p><p><b>　　銅回收率98%</b></p><p>　　二級(jí)銅產(chǎn)量： t/a</p><p>　　黑銅板、粉量：t/a</p>&l

92、t;p>　　黑銅板、粉含雜質(zhì)質(zhì)量：</p><p><b>　　As=</b></p><p><b>　　Sb=</b></p><p><b>　　Bi=</b></p><p>　　脫銅電解過(guò)程增酸：(60-0.5)×98/63.591.8 g/L<

93、/p><p>　　脫銅終夜含酸：136.6+91.8=228.4 g/L</p><p><b>　　粗硫酸鎳生產(chǎn)計(jì)算</b></p><p>　　假設(shè)：在硫酸銅生產(chǎn)過(guò)程中鎳的回收率為98%</p><p>　　粗硫酸鎳含鎳23.5%</p><p>　　回收酸含鎳6g/L，銅0.3g/L，H2SO4

94、1100g/L。</p><p>　　進(jìn)入粗硫酸鎳生產(chǎn)中的鎳量：19000×4×0.001×98%=74.48 t/a</p><p>　　忽略蒸發(fā)過(guò)程的酸損失不計(jì)，回收酸的體積應(yīng)為：</p><p>　　V=（228.4×14106.96）/1100=2929.1 m3/a</p><p>　　粗硫酸

95、鎳產(chǎn)量為：74.48-29229.1×6×0.001/23.5%=242.2 t/a</p><p>　　凈液過(guò)程主要物料平衡表見(jiàn)表4-7：</p><p>　　表4-7 凈液過(guò)程主要物料平衡表</p><p><b>　　:</b></p><p>　　4.3 電解槽熱平衡計(jì)算</p>

96、<p>　　由電解槽計(jì)算得（4.4）</p><p>　　電解槽內(nèi)尺寸：7100×1110×1275</p><p>　　電解槽外尺寸：7300電解槽內(nèi)尺寸1310電解槽內(nèi)尺寸1375</p><p>　　電解槽共286個(gè),實(shí)際選用300個(gè)</p><p>　　假設(shè)：電流強(qiáng)度：40000A 槽電壓：0.3

97、V 電解液溫度：64℃ </p><p>　　電解車間室溫25℃ 電解槽外壁溫度35℃ </p><p>　　電解液循環(huán)速度25L/min</p><p><b>　　4.3.1 熱收入</b></p><p>　　熱收入為電流通過(guò)電解液時(shí)所產(chǎn)生的熱：</p><p>　　Q=EItN

98、×0.001 0.001=(10-3)</p><p>　　E：克服電解液阻力得到的電壓，為槽電壓的50%左右</p><p><b>　　I：電流強(qiáng)度</b></p><p><b>　　t:時(shí)間（S）</b></p><p><b>　　N：電解槽數(shù)&l

99、t;/b></p><p>　　Q=4.18×0.239×0.3×50%×40000×3600×300×0.001</p><p>　　=6473649.6 KJ/h</p><p><b>　　4.3.2 熱支出</b></p><p>　　電

100、解槽液面水蒸氣發(fā)熱損失Q1</p><p>　　電解槽總液面積：F=300×7.1×1.11=2364.3 m2</p><p>　　每平方電解槽液面在無(wú)覆蓋時(shí)的小時(shí)水蒸發(fā)量查表得1.35Kg/(m2.h).</p><p>　　64℃的水氣化熱為2358.42 KJ/Kg</p><p>　　Q1=2364.3×

101、;1.35×2358.42=1527616.748 KJ/h</p><p>　　電解槽液面輻射與對(duì)流熱損失Q2</p><p>　　根據(jù)博立葉公式：Q=K（t2-t1)F</p><p>　　K:輻射與對(duì)流導(dǎo)熱系數(shù)，這里取39.35KJ/（m2.h.℃)</p><p>　　Q2=39.35×(64-25)×2

102、364.3=3628372.995 KJ/h</p><p>　　電解槽外壁的輻射與對(duì)流熱損失Q3</p><p>　　槽壁總面積=300×（7.3×1.31+7.3×1.375×2+1.31×1.375×2）</p><p>　　=9972.15m2</p><p>　　Q=K（t

103、2-t1)F</p><p>　　Q3=35.17×（35-25）×9972.15=3507205.155 KJ/h</p><p>　　循環(huán)管道內(nèi)溶液熱損失Q4</p><p>　　電解液循環(huán)量=25×60×300×0.001=450m3/h</p><p><b>　　Q4=Vr

104、Cp△t</b></p><p>　　=450×1250×3.43×4=7717500 KJ/h</p><p>　　全車間不要補(bǔ)充熱量：</p><p>　　Q1+Q2+Q3+Q4-Q=7527616.748+3628372.995+3507205.155+7717500-6473649.6=9132145.298 KJ/

105、h</p><p>　　表4-8 電解精煉熱平衡</p><p>　　4.4 銅電解精煉電解槽的計(jì)算</p><p>　　4.4.1 陰、陽(yáng)極的選擇</p><p>　　陰極：1000×1000×3.5（mm)</p><p>　　陽(yáng)極：980×960（厚度有年產(chǎn)量算出）</p&g

106、t;<p>　　4.4.2 電解槽數(shù)量及尺寸計(jì)算</p><p><b>　　電解槽總數(shù)</b></p><p><b>　　N=（1-P)</b></p><p>　　A:晝夜產(chǎn)陰極銅量；</p><p><b>　　N：電解槽總數(shù)；</b></p>

107、<p><b>　　I：取定電流強(qiáng)度；</b></p><p>　　t：晝夜實(shí)際通電時(shí)間；</p><p><b>　　n1：電流效率；</b></p><p>　　P：電解槽備用系數(shù)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用以下技術(shù)條件：</p><p>　　電流密度

108、40000A，電流效率96%，晝夜通電量為23.5h,備用系數(shù)10%。</p><p>　　根據(jù)公式得：N==286個(gè)</p><p>　　由于車間內(nèi)電解槽按5列排列級(jí)合理性，取300個(gè)電解槽</p><p><b>　　電解槽尺寸</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)電流密度取300A/m，電解槽同極中心距取100mm，

109、采用的陰極尺寸為：1000×1000mm</p><p>　　陰極面積：2×1000×1000×10-6=2m2</p><p>　　陰極片數(shù)：n0=I/Dnfe=40000/300×2=66.7片=67片</p><p>　　陽(yáng)極片數(shù)：67+1=68片</p><p><b>　　

110、電解槽的長(zhǎng)、寬、深</b></p><p>　　壁端和電極表面間距離取200mm，陰極兩側(cè)距槽邊取55mm，電解液面至槽面距離取50mm，陰極底邊距槽底底距取220mm.陽(yáng)極厚度為42.5（計(jì)算得）,出液槽長(zhǎng)500mm,寬500mm.</p><p>　　電解槽的長(zhǎng)=67×100+2×200=7100mm</p><p>　　電解槽的

111、寬=1000+55×2=1110mm</p><p>　　電解槽的深=1000+220+50=1275mm</p><p><b>　　陽(yáng)極厚度</b></p><p>　　假設(shè)：陽(yáng)極周期為21天，陽(yáng)極殘疾率為10%，陽(yáng)極大耳系數(shù)為1.06，電流強(qiáng)度為40000A，電流效率為96%。</p><p>　　每塊陽(yáng)

112、極的重量m= Kg</p><p>　　陽(yáng)極厚度d=m/8.8fn</p><p>　　Fn：陽(yáng)極溶解部分的單位面積，cm2</p><p>　　8.8：陽(yáng)極銅比重g/cm2</p><p>　　d=427.25×103/8.8×98×96=4.25cm=42.5mm</p><p>　　

113、Y陽(yáng)極尺寸為：980×960×42.5</p><p>　　表4-9 電解槽主要尺寸級(jí)指標(biāo)</p><p><b>　　5 設(shè)備選擇</b></p><p><b>　　5.1 電解槽</b></p><p>　　電解槽由槽體、陽(yáng)極和陰極組成，多數(shù)用隔膜將陽(yáng)極室和陰極室隔開(kāi)。按

114、電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融鹽電解槽和非水溶液電解槽三類。當(dāng)直流電通過(guò)電解槽時(shí),在陽(yáng)極與溶液界面處發(fā)生氧化反應(yīng),在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應(yīng)，以制取所需產(chǎn)品。。</p><p>　　表5-1 電解槽的分類方式</p><p>　　5.2 水溶液電解槽</p><p>　　表5-2 水溶液電解槽分類方式 </p><p>　　圖5-

115、1 上進(jìn)下出式銅電解槽（主視、側(cè)視圖）</p><p>　　本設(shè)計(jì)銅電解精煉的電解槽選用上進(jìn)下出式無(wú)隔膜電解槽（圖5-1）。</p><p>　　5.3 陰、陽(yáng)極加工設(shè)備</p><p>　　5.3.1 陽(yáng)極加工設(shè)備</p><p>　　陽(yáng)極加工處理，有機(jī)械和人工兩種情況，國(guó)內(nèi)外一些先進(jìn)的工廠陽(yáng)極加工處理主要靠整形幾組來(lái)完成。陽(yáng)極整形機(jī)組完

116、成的作業(yè)包括平板、銑耳、排板上架幾個(gè)部分。陽(yáng)極板的機(jī)械化加工工藝流程如下：</p><p>　　火法產(chǎn)出合格陽(yáng)極—平板—銑耳—排板—上槽</p><p>　　5.3.2 始極片加工設(shè)備</p><p>　　銅電解陰極，通常稱為始極片。用不銹鋼板作為陰極，不銹鋼板下槽之前要進(jìn)行加工處理，加工處理后的種板裝入種板槽中，經(jīng)過(guò)12—24h的電解，可產(chǎn)出始極片。從種板張剝離下

117、來(lái)的始極片，需經(jīng)過(guò)剪切、壓紋、釘耳、穿銅棒等陰極制作過(guò)程。</p><p>　　機(jī)械化加工主要由壓紋、導(dǎo)電棒和吊耳安裝、平板、翻板、排板等工序組成。下圖為鋅始極片的加工示意圖，和銅的始極片有很多相同點(diǎn)。</p><p>　　圖5-2 始極片生產(chǎn)自動(dòng)線總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　5.3.3 陰極剝片機(jī)</p><p>　　目前世界上的ISA

118、法電解工廠一般采用一種由鋅陰極剝離機(jī)移植研制而成，大多數(shù)的規(guī)格有三種：大型（500塊/h）；中型（250塊/h）；小型（60塊/h)。本設(shè)計(jì)年產(chǎn)電解銅100000噸，所以采用一臺(tái)大型剝片機(jī)就可以。</p><p>　　圖5-2 陰極片剝機(jī)</p><p><b>　　5.4 供電設(shè)備</b></p><p><b>　　5.4.1

119、整流器</b></p><p>　　有色金屬電解要用直流電, 須用整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?</p><p>　　水溶液電解槽為槽間串聯(lián)，施加于系列槽的電壓，應(yīng)等于系列槽中的反電動(dòng)勢(shì)，即電解質(zhì)內(nèi)的電壓降，直流接電母線及接點(diǎn)的電壓降之和。</p><p>　　常用有色金屬的電壓與電流值如下表。整流器有固定型號(hào)供選用。</p><p&

120、gt;　　表5-3 幾種常見(jiàn)有色金屬電解系列電壓與系列電流值</p><p>　　5.4.2 輸入電路</p><p>　　圖5-3 電解槽陰、陽(yáng)極連接圖</p><p>　?、拧⒉圻厡?dǎo)電排：槽邊導(dǎo)電排與整流器供電導(dǎo)線相連，通過(guò)的電流為電解槽的總電流。導(dǎo)電排的允許電流密度可取 1 —1.1 A·mm-2。</p><p>　?、?/p>

121、、槽間導(dǎo)電板: 槽間導(dǎo)電板由紫銅制作，其斷面一般采用圓形，半圓形，三角形等，使接觸點(diǎn)保持清潔。</p><p>　?、恰㈥帢O導(dǎo)電棒: 陰極導(dǎo)電棒一般以紫銅制作，其斷面有圓形，方形，中空方形及鋼芯銅皮方形等，視陰極的大小和重量決定?？紤]到強(qiáng)度及加工的方便，中、小極板一般選用中空方形導(dǎo)電棒；大極板則選用鋼芯包銅方形導(dǎo)電棒。陰極導(dǎo)電棒允許電流密度可取 1-1.25 A·mm-2。 </p>