年产6万吨铜电解槽设计

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毕业设计          第34页年产6万吨铜电解槽设计摘要本文主要设计了一座年产6万吨铜的铜电解精炼电解槽及电解工艺。根据已知条件，选定操作技术条件、经济技术指标、主体设备设计及冶金计算等内容。根据已知条件及结合铜电解槽工艺的实际条件，通过计算得出本设计共需要660个电解槽，38个阳极板，尺寸为1000×960mm2，37个阴极板，尺寸为1020×1000mm2，电解槽尺寸为4000×1120×1320mm2等主体电解槽数据。然后根据冶金计算得出铜电解槽的阳极泥成分、阴极铜的成分、物料平衡、有害杂质在电解液中的允许含量以及净化过程中杂质的脱除效率及热平衡等重要数据。绘制出铜电解精炼电解槽安装图。最后以“铜电解液净化方法的研究进展”专题展开论述。关键词：铜电解精炼；工艺设计；物料平衡；热平衡 毕业设计          第34页AbstractMythesisprojectsthecopperelectrolyticcellofsixtytonvolumeofproductionandiselectrolysisprocess.Iamaccordingtothegivenconditions,Selectoperationtechnologyconditions,technicalandeconomicindexes,themainequipmentdesignandmetallurgicalcalculation,etc.Iwasaccordingtotheknownconditionandcombinedwiththeactualconditionsofthecoppercelltechnology.Throughthecalculationthedesignneeds660cell、38anodeplates、37cathodeboards.Thesizeofanodeplatesis1000×960mm2.Thesizeofcathodeboardis1020×1000mm2.Thesizeofcellis4000×1120×1320mm3.Andthencalculatedbasedonmetallurgicalelectrolyticcellcopperanodeslimecomposition,cathodecopperthecomposition,thematerialbalance,harmfulimpuritiesinelectrolytepurificationprocessandallowscontentofimpuritiesintheremovalefficiencyandthermalequilibrium,andotherimportantdata.AnditdrawsInstallationdrawingofthecopperelectrolyticcell.Onthe"copperelectrolytepurificationmethodresearchprogressof"specialdiscussed.Keywords:Electrolyticrefiningofcopper,；technologicalprocessdesign,；materialbalance；heatbalance 毕业设计          第34页 毕业设计          第34页年产6万吨铜电解槽设计IAbstractII1．绪论11.1铜的性质11.2铜的用途11.2.1铜的导电性11.2.2铜的导热性11.2.3铜的耐蚀性21.3铜工业的现状21.4铜市场分析及展望21.5铜的冶炼方法31.6铜的电解精炼31.6.1铜电解精炼概述31.6.2铜电解精炼的目的31.6.3铜电解精炼的化学反应31.7电解铜的工艺流程41.8本设计的内容及意义51.8.1本设计的内容51.8.2本设计的意义52．技术条件及经济技术指标的选择62.1操作技术条件62.1.1电流密度62.1.2电解液成分62.1.3电解液温度72.1.4电解液循环72.1.5添加剂82.1.6极距82.1.7阳极寿命和阴极周期92.2铜电解精炼经济技术指标92.2.1电流效率92.2.2残极率92.2.3铜电解回收率92.2.4槽电压102.2.5直流单耗102.2.6蒸汽单位消耗102.2.7硫酸单耗10 毕业设计          第34页2.2.8水单耗103.设备的主体设计113.1电解槽材质113.2电解槽总数113.3阳极、阴极和种板和始极板与计算113.3.1阳极、阴极和种板的尺寸113.3.2电解槽中阴极、阳极的片数123.3.3电解槽尺寸的确定123.3.4种板槽数的确定133.3.5脱铜槽数的确定133.3.6槽边导电排、槽间导电板、阴极导棒134冶金计算154.1物料平衡计算154.2净量液的计算184.3槽电压组成计算194.4电解槽热平衡计算194.4.1热支出204.4.2热收入214.4.3全车间需补充的热量225．专题铜冶炼工艺研究进展225.1概述225.2闪速炉熔炼的特点235.2.1生产能力大235.2.2环境保护好235.2.3自热熔炼235.2.4生产稳炉龄长245.2.5闪速吹炼245.2.6一步炼铜245.3Comop工艺255.3.1工艺特点255.3.2优点255.4用碳酸钠作助熔剂的粗铜精炼新方法255.4.1工业应用潜力265.4.2与传统火法精炼比较265.4.3还需研究的问题275.5不锈钢阴极电解技术27 毕业设计          第34页5.6因泰克炼铜工艺285.6.1工艺过程描述285.6.2经济分析28致谢30参考文献31 毕业设计          第34页1．绪论1.1铜的性质铜在元素周期表中，原子序数为29，属第一副族，元素符号Cu，原子量63.54，比重8.92g/cm3，熔点1083℃。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色。铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。铜热导率高，抗张强度大，易熔接，且抗蚀性强，可塑性、延展性好。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。铜在干燥的空气中不起变化，但在含有二氧化碳的潮湿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350℃氧化生成Cu2O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[6]。1.2铜的用途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。根据铜不同的物化性质，用途不同。1.2.1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/(Ωmm2)。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其原子结构有关；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[8]。1.2.2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) 毕业设计          第34页，导热性仅次于银。加之铜比金、银储量更丰富，价格更便宜，因此被制成电线电缆、接插件端子、汇流排、引线框架等各种产品，广泛用于电子电气、电讯和电子行业。铜还有各种换热设备如热交换器、冷凝器、散热器的关键材料，被广泛应用于电站辅机、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、冶金等各种换热场合[8]。1.2.3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。铜在淡水中的腐蚀速度也很低（约0.05mm/a）。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。铜极耐大气腐蚀，其在表面可形成一层主要有碱式硫酸铜组成的保护薄膜，即铜绿，其化学成分为CuSO4·Cu(OH)2及CuSO4·3Cu(OH)2。因此铜材被用于建筑屋屋面板、雨水管、上下管道、管件；化工和医药容器、反应釜、纸浆滤网;舰船设备、螺旋桨、生活和消防管网；冲制种类硬币(耐腐蚀性)、装饰、奖牌、奖杯、雕塑和工艺品(耐蚀性色泽典雅)等[8]。1.3铜工业的现状铜是国民经济发展的重要原材料，特别是在电气工业方面应用更是广泛。2005年，在中国消费快速增长的带动下，世界铜矿和精铜的产量均出现了一定的增长，产量分别为1498万t和1634万t，增幅均为3．1％。中国铜产量和消费量均出现了快速的增长，2005年中国铜产量为253万t，同比增长23％。2006年，中国铜产量为290万t左右，由此可见，中国铜工业在飞速发展。【11】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；阴极铜消费量也呈快速增长态势，2000年阴极铜消费量为190万吨，2005年达到368万吨，居世界第一位。在中国国内铜产品需求增长和产量增加的带动下，中国铜产品进口快速增长[10]。1.4铜市场分析及展望2011年 毕业设计          第34页中国铜冶炼行业新开工项目投资额比上年同期小幅回落，主要因新开工高峰期主要发生在前两年；而同期已完成固定资产投资额同比大幅增长，主要因前两年的新建产能已经开始逐步投产和达产，且预计这种国内铜冶炼投产进入高峰期情况将延续至2013年。据安泰科测算，2011年国内新增的铜冶炼和精炼产能分别为60万吨/年和115万吨/年。冶炼和精炼产能的扩张，成为推动国内精铜产量增长的主要驱动力以及压制铜精矿加工费的重要因素。预计2012年中国铜实际需求总量增加7%左右。考虑到2012年国内精铜产量增长将加快，2012年中国净进口需求将不会明显提高，预计在215万吨水平[9]。1.5铜的冶炼方法火法炼铜是将铜矿（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。湿法炼铜一般适于低品位的氧化铜矿，生产出的阴极铜称为电积铜。湿法炼铜目前主要用于处理氧化铜矿。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，氨浸限于处理含钙镁较高的结合性氧化矿[3]。1.6铜的电解精炼1.6.1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。1.6.2铜电解精炼的目的电解精炼的目的是：(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[1]。1.6.3铜电解精炼的化学反应传统的铜电解精炼是采用纯净的电解铜薄片作阴极，阳极铜板含有少量杂质（一般为0.3%~1.5%）。电解液主要为含有游离硫酸的硫酸铜溶液。 毕业设计          第34页阳极上进行的是铜和一些杂质的氧化反应。Cu-2e=Cu2+=+0.34VH2O-2e=1/2O2+2H+=+1.23V-2e=SO2+1/2O2=+2.42V式中M`为Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更负电性的元素。这些元素在铜中的含量低，其电极电位更负，因此将优先溶解进入电解液，同时铜也不断地溶解到电解液中。水和硫酸根离子的氧化电位比铜正得多，其反应不可能进行。金、银和铂族金属的电位更正，不能被氧化进入电解液，最后进入阳极泥中。阴极上进行的是铜的还原反应。Cu2++2e=Cu=+0.34V2H++2e=H2=0V氢的标准电极电位比铜负，且在铜阴极上的超电位，使氢的电极电位更负，所以在正常电解条件下不会析出氢。电极电位比铜负的元素，也不能在阴极上析出[4]。1.6.4阳极上杂质行为根据阳极上杂质在电解时的行为，可将它们分为三类：1、正电性金属和以化合物存在的元素金银和铂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是由于阳极泥机械夹带来的结果。Ag2SO4可溶于电解液中，但当加入少量氯离子（以HCl形式存在）时，则形成AgCl进入阳极泥。氧、硫、硒、碲、为稳定化合物存在的元素。它们以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、Ag2Se、Ag2Te等存在阳极板内，电解时亦进入阳极泥中。2、负电性的镍、铁、锌火法精炼很容易将铁和锌脱除，一般阳极铜中的铁和锌的含量仅0.001~0.003%，阳极中的铁以Fe2+形式进入电解液，在电解过程中部分被氧化成Fe3+进而降低阳极电流效率。当Fe3+移向阴极时，又被还原成Fe3+，降低阴极电流效率。铁在阴阳极间发生氧化还原反应使电流效率下降。同时，锌和铁在阳极的溶解会增加硫酸消耗，在电解液中积累导致电解液电阻增大，还会增大电解液的粘度。铅在阳极溶解时形成不容性的PbSO4沉淀。阳极中的锡首先以Sn2+形式进入电解液，之后逐渐被氧化成四价锡，再水解生成溶解度较小的碱式盐沉入槽底成为阳极泥。 毕业设计          第34页，阳极含氧量对镍的溶解有很大影响:阳极含氧低，则镍绝大部分溶解进入电解液;阳极含氧高，则由于生成难溶化合物，镍很大一部分进入阳极泥。3、电位与铜相近的砷、锑、铋电解时，它们可能在阴极上析出。它们还生成极细的絮状SbAsO4和BiAsO4砷酸盐，漂浮在电解液中，机械地粘附在阴极上，其粘附量相当于砷锑放电析出的两倍，而且锑进入阴极的数量比砷大，因此锑的危害更为突出。1.7电解铜的工艺流程火法精炼产出的阴极铜品位一般为99.2~99.7%，其中还含有0.3~0.8%的杂质。为了提高铜的性能，使其达到各种应用的要求，同时回收其中的有价金属，特别是贵金属、铂族金属和稀散金属，必须对其进行电解精炼。粗铜电解精炼是以铜阳极板为阳极，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，阳极不断溶解，便在阴极上析出电解铜。电解过程中，阳极铜中的贵金属和硒、碲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。镍、砷、锑、铋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。工艺流程包括电解精炼和电解液净化两部分。以纯铜始极片为阴极，电源为恒向直流电，电流密度为220～280A/m2。该法在世界各国均已有多年生产历史，工艺成熟可靠，电耗低。特别是采用了机械化、自动化水平高的阴阳极加工机组，并采用新技术适当提高了阴阳极板的垂直度以后，阴极铜产品质量得到显著的改善。是传统法的始极片制作工艺复杂，不仅需要独立的生产系统，而且制作过程中劳动强度过大。除此之外，这种工艺流程自身还存在两个难以克服的缺点： 毕业设计          第34页（l）电解精炼过程中存在“极限电流密度”，电解精炼时的实际电流密度必须低于极限电流密度，否则就会使阴极铜沉积表面粗糙，甚至形成“枝晶”，造成电解槽短路，使电解过程能耗大大增加，并且影响正常生产过程和产品质量。（2）容易形成“阳极钝化”，在正常电压下阳极不能溶解，必须提高电压使钝化膜在更高的电压下被破坏并溶解，不仅影响正常生产，还会造成电能浪费和阴极铜的化学成分不稳定，进而影响产品的质量和物理性能。图1-1电解铜的工艺流程1.8本设计的内容及意义1.8.1本设计的内容本设计的内容包括电解工艺的确定，铜电解精炼冶金计算，主要设备结构图的绘制等。铜电解精炼工艺流程的确定通过比较，选择先进、经济、合理的铜电解精炼的工艺流程。冶金计算：铜电解精炼冶金计算包括：电解过程金属平衡和物料平衡。重要设备尺寸计算及选择：根据工艺流程各个主要过程，合理地选择主要冶炼设备和确定个数、容量、对其主要尺寸加以计算。主要设备结构图的绘制：铜电解精炼车间设计的图纸 毕业设计          第34页主要为电解槽构造图。1.8.2本设计的意义本设计通过电解槽主体设计和冶金计算，结合实际情况提高对知识的运用以及生产中的各项技术条件及经济技术指标。了解铜电解精炼的工艺流程，以及对铜电解槽的物料平衡、有害杂质在电解液中的允许含量以及净化过程中杂质的脱除效率及热平衡等内容的计算，对主体设备进行设计和绘图。最终得到完整的设计方案，对于建设新铜电解车间及提高铜电解的效率有很大的帮助。2．技术条件及经济技术指标的选择2.1操作技术条件铜电解精炼技术条件的控制，对操作过程的正常进行，技术经济指标的改善和保证电铜的质量都具有决定性的意义。2.1.1电流密度提高电流密度可以提高电解槽的生产能力。随着电流密度的提高，电解过程中电流产生的热量增加，因而用来加热电解液的蒸汽耗量可相对减少。然而，随着电流密度的提高，槽电压上升，电能消耗也相应增大。如果电流密度过高，有可能引起电流效率下降、贵金属损失增加一级影响电铜质量。电流密度的大小可根据具体情况加以确定，电流密度范围为200~360A/m2。随着生产技术和管理水平的提高，各厂家采用的电流密度有提供的趋势。周期反向电流电解，有效地解决了由于高电流密度而出现的阳极钝化问题，因而，采用周期反向电流电解技术的厂家都选用较高的电流密度。2.1.2电解液成分 毕业设计          第34页电解液成分主要由硫酸和硫酸铜水溶液组成。一般含铜40~50g/L，含硫酸180~240g/L。实际电解液中铜和硫酸的含量应视电流密度，阳极成分和电解液的纯净度等条件而定。由于电解液的电阻随着酸度的增加而降低，随含铜量的增加而升高，所以，为了降低电耗，一般采用高酸低铜电解液组分比较有利。然而，由于硫酸铜的溶液浓度随着硫酸浓度的增加而降低，如果硫酸含量过高，硫酸铜含量过高，硫酸铜容易从电解液中结晶析出，同事加剧了阳极钝化。随着阳极的溶解，电解液中的杂质不断积累，杂质的积累使硫酸铜的溶解度降低。因此在杂质含量高的电解液中，硫酸含量也应适当减小。电解液中铜含量的不断上升和下降，都是不希望的现象。含铜量不断上升，电解液的电阻不断增加。当铜量超过其溶解度时，或因电解液的温度下降是，硫酸铜会从溶液中结晶析出，从而使电解作业不能正常进行。电解液的含铜量不断下降，则杂质可能在阴极上析出，故必须根据各种具体条件加以掌握，以控制电解液的含铜量处于规定的范围。镍、铁、砷、锑、铋等杂质浓度过高会增大电解液的电阻和浓度，降低硫酸铜的溶解度，且砷、锑和铋浓度过高造成的漂浮阳极泥会严重影响阴极铜的质量。元素NiAsSbBiFe含量/（g/L）<15<7<0.6<0.5<3表2-1铜电解液中有害杂质允许含量2.1.3电解液温度电解液温度是影响电解过程技术经济指标和产品质量的因素。实验证明，提高电解液的温度可使电解液粘度大幅度下降，电解液中悬浮的微粒得以沉降，保证不和阴极铜机械吸附。同时电解液的温度越高Cu2+的迁移速度大大增加；有利于Cu2+的传质，使阳极钝化和阴极区Cu2+浓度的贫化明显消除，从而使铜在阴极上均匀析出（如图2-2）。温度（℃）455055606570百分电阻108.2103.8100.096.694.091.4表2-2温度对电解液百分电阻的影响（硫酸200g/L）但温度过高，蒸汽的耗量却异常地增加。累计总能偏高，从而使经济效益降低。更重要的是，车间酸的蒸发量增加，使操作环境恶化。同时铜的化学溶解速度显著增加Cu2+浓度增大，影响Cu2+和Cu+的平衡，相应铜粒子的数量增加。其次，对设备、厂房的腐蚀加重，对塑料设备的老化影响更大。我国一般将电解液温度控制在58～60℃。2.1.4电解液循环 毕业设计          第34页电解液的循环可使电解液的组成和温度均匀一致，降低浓差极化，改善阴极铜质量。电解液的循环方式有两种：下进上出和上进下出。这两种方式各有优缺点：下进上出方式有利于溶液的充分混合，但与阳极泥沉降方向相反，造成阳极泥沉降困难。上进下出方式对阳极泥沉降有利，但对电解液混合不利，电解液上下层浓差较大。电解液循环量过大，不仅增加动力消耗，而且影响电解液中悬浮杂质和阳极泥离子的下沉，甚至冲起阳极泥，影响电铜质量，增加贵金属的损失。循环量的选择主要取决于循环方式、电流密度、电解槽容积、阳极成分等。当操作电流密度高时，必须采用较大的循环量，以减少浓差极化。一般中小型电解槽循环量取20~30L/（min·槽）。2.1.5添加剂为了获得优质的阳极铜，除了严格控制各工序电解技术条件外，还应添加适量胶质物质和表面活性物质，以改善阳极表面质量。一般采用的添加剂及其作用分述如下。(1)动物胶。动物胶是铜电解精炼过程中的主要添加剂。加入适量的动物叫能使析出的阴极沉积物致密光洁，改善阴极表面的物理状态。阳极铜杂质含量高，且电流密度也高时，加入动物胶量要稍多些。但加入量过多时，电解液的电阻增大，阳极铜易产生分层，质脆现象。(2)硫脲。硫脲是表面活性物质，与动物胶混合使用，可在高电流密度下获得结构致密的阴极铜。当加入量过高时，硫脲会促进疙瘩的形成和粗糙的沉积。有研究认为，硫脲可能与同生成化合物，造成电铜含硫过高。(3)干酪素。干酪素与动物胶混合使用，能抑制阴极表面粒子的生长和改善粒子的形状。(4)盐酸。盐酸用来维持电解液中氯离子的含量。电解液中的氯离子可使溶入电解液中的银生成氯化银沉淀，降低银的损失。氯离子的存在有利于消除阳极钝化，有利于消除阴极树枝状结晶，降低阴极沉积的内应力。阴极中砷锑过高时，电铜发脆，氯离子的存在有抑制作用。电解液中氯离子浓度过高时，阴极上会产生针状结晶。添加剂对改善阴极表面质量有明显的作用，但加入量过多会产生副作用。必须根据阳极铜成分、电流密度、电解液杂质含量等条件选用合适的和适量的添加剂。 毕业设计          第34页种类动物胶硫脲干酪素盐酸(ml/t电铜)用量/(g/t电铜)25~5020~5015~40300~500表2-2常用添加剂种类和用量2.1.6极距极距一般指同极中心距。缩短极距能降低槽电压，减小电能消耗，还能提高电解槽利用系数，提高劳动生产率。但极距过小会引起阳极短路及阳极泥对阴极的污染，使电铜表面粗糙，贵金属损失增加。如管理不善，还会降低电流效率。极距的大小与极板的尺寸、加工精度有关，小型极板的同极中心距一般为75-90mm，大型极板则为100-110mm。2.1.7阳极寿命和阴极周期阳极寿命根据电流密度、阳极质量及残极率来确定，一般为18~24天。阴极周期与电流密度、阳极寿命及劳动组织等因素有关，一般为阳极寿命的1/3.为获得致密、平整的阴极铜，始极片必须结构致密，表面光滑。所以种板电解槽的技术条件控制比普通电解槽更为严格，为此，大、中型电解厂种板槽的电解液循环系统及添加剂加入装置和直流供电装置宜单独设置。2.2铜电解精炼经济技术指标2.2.1电流效率电流效率是指铜电解精炼过程中，阴极实际析出量与理论析出量的百分比。铜电解精炼的电流效率一般为94%~98%左右。影响电流效率的主要因素有：1、短路。由于电极放置不正或阴极上产生树枝状结晶而引起短路。2、漏电。由于电解槽与电解槽之间、电解槽与地之间、溶液循环系统等绝缘不良而引起的漏电。3、化学溶解。阴极铜在硫酸中的化学溶解速度决定于溶液温度、硫酸浓度、铜离子浓度、三价铁离子浓度以及溶液氧含量。由于上述因素的影响，通常铜的化学溶解能使电流效率降低0.25-0.75%。 毕业设计          第34页2.2.2残极率残极率是指生产出残极量占消耗阳极量的百分比。残极率低可以减少重熔的费用和金属损失，提高直接回收率；但是，残极率过低又会造成槽电压升高，电能消耗增加，电能效率降低，甚至还会使残极碎片跌落槽底，损坏槽衬。因此，残极率以选择14-18%为宜。2.2.3铜电解回收率铜电解回收率反映铜电解过程中铜的回收程度，其计算方法如下：铜电解回收率（%）=电铜含铜量∕（装入原料含铜量-回收品含铜量）回收品是指残极、铜屑、碎铜、制取硫酸铜溶液及阳极泥等含铜物料铜电解回收率一般为99.6-99.8%左右。2.2.4槽电压槽电压由下列各项电位降组成：电解液的电位降、各接触点和克服阳极泥电阻的电位降、浓差极化所引起的电极电位降等项相加所得之和。工厂普通电解槽的槽电压一般为0.2-0.3伏，种板电解槽则稍高一般为0.3-0.4伏。2.2.5直流单耗直流单耗是指生产一吨电铜所消耗的直流电量。消耗的直流电量包括普通电解槽、种板电解槽、脱铜电解槽及线路损失等全部直流电流消耗量。一般的直流单耗为230~280kW?h/t。2.2.6蒸汽单位消耗蒸汽单耗为生产一吨电铜所消耗的蒸汽量。蒸汽单耗与电解液温度，电流密度及电解槽覆盖等保温措施 有关。近年来，随着节能措施的采用，铜电解精炼过程的蒸汽单耗大幅度的下降。降低蒸汽单耗的措施主要包括电解槽覆盖，电解槽体、高位槽、供液箱及管道保温，选用先进的加热器等。在无保温措施的条件下，蒸汽单耗一般为 毕业设计          第34页1~1.5t/t电铜；在现代有保温措施的的铜电解过程中，蒸汽单耗一般为0.2~0.6t/t电铜。2.2.7硫酸单耗生产一吨电铜消耗的硫酸量一般为4~10kg/t电铜2.2.8水单耗生产一吨电铜消耗的水量一般为3~5m3/t电铜3.设备的主体设计3.1电解槽材质现在普通采用的钢筋混凝土槽体,内衬造价低廉、耐热、耐腐蚀和电绝缘性能良好的材料，一般为铅或含锑3%~6%的铅锑合金板、软板聚氯乙烯和玻璃钢。新建工厂及老长的改造中逐渐推广使聚氯乙烯衬里和玻璃钢衬里。通常电解槽由长方形槽体和附设的供液管，排液斗，出液斗的液面调节堰板等组成。槽底部通常做成一端向另一端或由两端向中央倾斜，倾斜度3%，最低处开设排泥孔，较高处有清槽用的放液孔，分别供刷槽时排放阳极泥和电解液用。此外，钢筋混凝土槽体底部还开设检漏孔，以观察内衬是否破损。钢筋混凝土电解槽壁厚一般为80~120mm。电解槽安装在钢筋混凝土横梁上，槽底四角以橡胶板（或塑料板）和瓷砖，用以绝缘。两个相邻电解槽之间留20~30mm的空隙，用以槽间绝缘。钢筋混凝土电解槽内衬选择原则：造价低廉、耐高温、耐腐蚀和电绝缘性能良好的材料，一般为铅或含锑3～6%的铅锑合金板、软板聚氯乙烯和玻璃钢、铅衬厚一般为3～5mm；聚氯乙烯衬里通常为二层，每层厚4～5mm；内层塑料衬里一般不正槽铺设；玻璃钢衬里一般为6～10层，厚约3～5mm。3.2电解槽总数电解槽总数包括普通电解槽、种板电解槽。电解槽总数可按下式计算：（3-1） 毕业设计          第34页式中：N—电解槽总数，个；M—年产电解铜量，t；350—年工作日，日；33.5—日通电时数，h；η—电流效率，%；I—电流强度，A；1.186—铜的电化当量，g/（Ah）。641个根据实际情况取660个3.3阳极、阴极和种板和始极板与计算3.3.1阳极、阴极和种板的尺寸阳极尺寸的选择与生产规模，操作的机械化程度及其他一些技术条件有关。机械化程度较高的大型工厂采用大型阳极板，其质量范围一般在300kg以上。中、小型工厂，机械化程度较低，常采用小型阳极板。因此，本结合本设计的实际情况阳极板的尺寸为1000×960mm。为了避免阴极边缘生产树枝状结晶，通常阴极尺寸比阳极稍大，宽度大约为35~55mm。比阳极长25~45mm。本设计阴极板的尺寸为1020×1000mm。3.3.2电解槽中阴极、阳极的片数每槽阴极片数（3-2）式中：—每槽阴极片数，片；I—电流强度，A；—电解槽电流密度，A/㎡—每片始极板的面积，㎡。每槽阳极数为+1.这种情况下，电解槽两端放阳极，每槽内阳极比阴极多一片、在采用铅板做槽衬时，为了防止电解槽两端结铜，也可在电解槽两端结铜，也可以在电解槽两端放阴极。此时每槽阴极片数为+1，阳极片数为。本设计电流密度取260A/。38个因此，本设计两端放阳极板，阴极板比阳极板多一片，所以阳极板为37片。 毕业设计          第34页3.3.3电解槽尺寸的确定电解槽长度：设电解槽两端各留一定距离A（一般A取100~150mm），则电解槽长度为：阳极片数（或阴极片数）×极距+2A38×100+2×100=4000mm电解槽的宽度：设阴极两侧距槽边各留一定距离B(B一般取50~55㎜，则电解槽宽度为：阴极长度+2B1020+2×50=1120mm电解槽的深度：设阴极下端距槽底各留一定距离C（C一般取250~300mm），阴极上端距槽底各留一定距离D（一般D取50~100mm），则电解槽深度为阴极长度+C+D1020+200+100=1320mm3.3.4种板槽数的确定铜点解精炼过程所需种板槽数可按以下式计算：（3-2）式中：X——种板电解槽数，个；N——车间电解槽总数；nc—一个商品电解槽的阴极数；p—一个阴极所需始极片量，取1.06；a——种板周期；A——阴极周期；B—一个种板电解槽的种板数,片=57个 毕业设计          第34页3.3.5脱铜槽数的确定在铜电解精炼过程中，电解液中的铜离子浓度会不断上升。为了保持铜离子浓度的稳定，可采用脱铜措施。脱铜有两个途径，一是每天抽取一定的电解液，由净液过程脱除一部分；二是在普通电解槽系统设置脱铜槽。脱铜槽中的电解过程属于电解提取过程，槽电压为2.0V左右，电流效率一般在90%~95%范围之内。本设计电流效率定位95%3.3.6槽边导电排、槽间导电板、阴极导棒槽边导电排与整流机供电导线相连，通过的电流为电解槽的总电流。导电排的允许电流密度可取1～1.1A/；对小型精炼厂，由于电流强度不大，导电排的允许密度还可适当提高到1.4～1.6A/。导电排截面积可按下式计算：（3-3）式中F1—导体截面积，；A—总电流，A；D1—允许电流强度，A/。本设计电流密度取1A/m2=导电排的温度不应高于周围空气40℃，当计算出导体截面积后，还应用下式进行温升演算：(3-4)式中：Q—导体与周围空气温度差，℃K—散热系数，在露天取25，在室内取85；I—电流强度，A；—导体比电阻，，铜为0.0175；S—导体横断面积，；n—导体断面的周长，mm。导电排通常采用多块铜板叠成，每块尺寸100×10mm²。槽间导电板由紫铜制作，其断面一般采用圆形、半圆形、三角形等，使接触点保持清洁；槽间导电板允许电流密度可取0.3～0.9A/，其截面积可按下式计算：(3-5)式中 毕业设计          第34页—槽间导电板的截面积，；A—总电流，A；n—每槽阴极数；—槽间导电体允许电流强度，A/结合实际取0.5A/==326阴极导电棒一般以紫铜制作，其断面有方形、圆形、中空方形及钢芯铜皮方形等，视阴极的大小和重量决定。考虑到强度及加工的方便，中、小极板一般选用中空方形导电棒；大极板则选用钢芯包铜方形导电棒。阴极导电棒允许电流密度可取1～1.25A/。结合实际取1A/其截面积可按公式计算。中空方形导电棒的壁厚通常采用4mm。=2634冶金计算4.1物料平衡计算(1)电解过程中阳极中各元素的分配。铜电解精炼过程中阳极所含个元素在阴极铜阳极泥和电解液三者之间的分配主要取决于阳极的化学组成和一些技术条件。根据有关文献资料，表4-1给出了阳极中各元素分配率的范围。(2)阳极泥率和阳极成分的计算。根据所给阳极成分和电解过程中个元素的分配率，计算出阳极泥率和阳极泥成分。(3)阴极铜化学成分的计算。根据所给阳极成分和确定个元素的分配率，计算出阴极铜的化学组成。(4)物料平衡表。根据铜的回收率、残渣率和以上计算结果，计算和编制出铜的物料平衡表。阳极铜成分级阳极中各元素的分配率见表4-1和表4-2所示：计算条件：年产电解铜6万吨电流效率：96%残极率：16% 毕业设计          第34页铜电解回收率：99.5%年工作日：350d日通电时数：23.5h电解槽作业率：95.5%始极片尺寸：0.78×0.73×2电流强度：10000A元素CuNiPbAsSbBiZnFeSnOAuAg其他含量/%99.40.10.10.0160.040.0030.0010.0040.0010.020.0030.0850.227表4-1阳极成分元素进入溶液%进入阳极泥%进入阴极%Cu1.930.0798Au——991Ag——982As63307Sb256510Bi15805Pb——96.53.5Sn58510Fe721018Ni89.5100.4Zn9343S——964O——100——其他5905表4-2电解过程中各元素的分配率元素进入阳极泥的量占阳极溶解量的百分数%阳极泥成分%Cu99.4×0.0007=0.0695813.3Au0.003×0.99=0.002970.5Ag0.085×0.98=0.083315.9As0.016×0.30=0.00480.09Sb0.04×0.65=0.0265.0Bi0.003×0.80=0.00240.5Pb0.1×0.965=0.096518.5Sn0.001×0.85=0.000850.2 毕业设计          第34页Fe0.004×0.10=0.00040.1Ni0.1×0.10=0.011.9Zn0.001×0.04=0.00040.1S0.002×0.96=0.001920.3O0.02×1.0=0.023.8其他0.227×0.9=0.204339阳极泥率0.523100表4-3阳极泥率和阳极泥成分计算元素阴极析出量占阳极溶解量百分比%阴极铜成分%Cu99.4×0.98=97.41299.98973Au0.003×0.01=0.000010.00008Ag0.085×0.02=0.00170.00174As0.016×0.07=0.001120.00115Sb0.04×0.1=0.0010.00102Bi0.003×0.05=0.000150.00015Pb0.1×0.035=0.00350.00359Sn0.001×0.1=0.00010.00010Fe0.004×0.18=0.000720.00073Ni0.1×0.004=0.00040.00041Zn0.001×0.03=0.000030.00003S0.002×0.04=0.000080.00008其他0.227×0.005=0.0.00117合计97.422100表4-4阴极铜成分计算（1）1t阴极铜需要溶解阳极量：60000×99.989%=59993.4t（2）阳极实际需要量：59993.4/99.5%=60294.8t（3）实际溶解阳极量：60294.8/98%×0.07%=4306.8t（4）阳极泥量：4306.8/13.3%=32382.0t(5)生产60000t电铜要进入溶液中的铜量：59993.4/98%×1.93%=1181.5t(6)生产60000t电铜所需阳极的数量：（60294.8+4306.8+1181.5）/(84%×99.4%)=78785.9t阳极含铜量：78785.9×99.4%=78913.2t（7）残极量：78785.9×16%=12605.7t残极含铜量：12605.7×99.4%=12530.1t用上述结果编制物料平衡表： 毕业设计          第34页进料物料名称数量/t铜含量/%纯铜量/t阳极铜78785.9t99.478913.2合计78913.2出料物料名称数量/t铜含量/%纯铜量/t阴极铜6000099.98959993.4残极12605.799.412530.1阳极泥32382.013.34306.8电解液1181.5损失15.013合计78026.8表4-5物料平衡表4.2净量液的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净化过程中杂质的脱除效率。计算需要以下数据生产60000t电铜需要78913.2t阳极铜，其中残极量为12605.7t。阳极铜中铜及主要杂质含量：Cu:99.4%,Ni:0.1%,As:0.016%,Sb:0.04%,Bi:0.003%;进入溶液的百分数：Cu1.3%,Ni89.6%,As63%,Sb25%,Bi15%;电解液中铜和杂质的允许含量（g/L）:Cu45,Ni15,As7,Sb0.6,Bi0.5；采用冷却结晶法生产粗硫酸镍，这几种物质的脱除率：Cu98%，Ni75%，As85%，Sb85%，Bi85%。按主要元素分别计算净液量如下：18645/a5276/a1122/a9386/a 毕业设计          第34页701/a从计算结果来看，需净液最大的是铜元素，其次是镍。铜的脱除采用在电解工序电解槽中增加不溶阳极的方法脱除，故净液量以镍元素为所需量计算，取5276/a。净液量确定以后根据已知：电流效率：96%，电流强度：10000A，年工作日：350d，日通电时数：23.5h。所需脱铜脱除的铜量为：（18645-5276）×45×=601.6t所需脱铜槽数：6.4个确定脱铜槽数为7个。4.3槽电压组成计算铜电解精炼电解槽的槽电压一般为0.2-0.3V。槽电压主要由阴阳极电位差，电解液电阻产生的电压降以及导体、接点和阳极泥电阻产生的电压降三部分组成，其计算公式如下：(4-1)式中V---槽电压，V；------阳极电位，V；------阴极电位，V；I--------电流强度，A；------电解液电阻，r--------导电棒，电极，阳极泥及接点电阻，1.阴阳极电位差。铜电解精炼过程的阴阳极电位差主要是由于浓差极化造成的。浓差极化的程度与电流密度、电解液搅拌强度、电解液温度、电解液含铜量和含酸量以及添加剂浓度等因素有关。2电解液压降。电解液压降是指电流通过电解液时，由于电解液电阻造成的电压降。电解液电阻与电解液中的酸、铜和杂质有关。也与电解液温度和添加剂量有关。阴阳极间电解液电阻可按下式求出：(4-2)式中R-----阴阳极间电解液的电阻，-----阴阳极间电解液的比电阻，ml------阴阳极极间距离S-----电流由阳极到阴极通过的面积 毕业设计          第34页3.导体、接点和阳极泥降压。导体主要指导电棒和电极。导电棒和电极的电阻引起的电压降很小，而且变化不大。接点电阻主要与接点处接触面积大小、接触处压紧程度及接触处是否清洁等因素有关。4.4电解槽热平衡计算在电解过程中，电解液的热损失主要包括四部分：电解槽液面水分蒸发的热损失；电解液面辐射液对流的热损失；电解槽壁的辐射与对流的热损失；。电解过程中的热收入只有电流通过电解液所产生的热量。设定：电解槽尺寸4000×1120×1320，壁厚100mm；电解槽总数660个；电流强度10000A；槽电压0.28V电解液循环速度20电解槽电解温度63室温25槽壁温度354.4.1热支出（1）电解槽液面水蒸气蒸发热损失。对于无覆盖电解槽，电解液面水分蒸发量可根据表4-6和表4-7数据来确定。室温相对温度电解液温度///%48.550.051.553.555.057.060.065.022800.760.8350.840.8951.091.151.331.7424700.740.840.8550.901.101.1651.351.7626650.7550.830.840.891.081.141.321.73表4-6电解槽水分蒸发量本设计电解槽水分蒸发量为2.1kg/()。电解槽总表面积：4×1.12×660=2956.8mm²60水的气化热为2358.42kJ/kg则电解槽液面水蒸发热损失为：=2956.8×2.1×2358.42=kJ/h(2)电解槽液面辐射与对流热损失。电解槽液面的辐射与对流损失可用傅里叶公式计算；(4-3) 毕业设计          第34页式中K-----辐射与对流联合给热系数，kJ/()F-----传热表面积，m²----电解液温度，----车间空气温度，联合给热系数K可按下式求出：(4-4)式中和分别为和的绝对温度，所以=40.11kJ/()=kJ/h(3)电解槽壁的辐射与对流损失。槽壁的辐射与对流热损失的计算方法与槽液面的辐射与对流热损失一样。这里辐射与对流联合给热系数为：=34.94kJ/()电解槽壁的总面积为：F=[(4+0.1×2)(1.12+0.1×2)+2(4+0.1×2)(1.32+0.1)+2(1.12+0.1×2)(1.32+0.1)]×660=14006m²电解槽壁的辐射与对流热损失为：=34.94×14006×（35-25）=kJ/h(4)管道内溶液热损失。管道内溶液热损失可由下式计算：式中----电解液循环量，；----电解液密度，kg/---电解液比热容，---电解液在循环管内的温度降，可由每个电解槽的循环量求得：20×63×160×=192/h可由下式求出：(4-5)这里取[Cu]=4,[]=185,[Ni]=15,[Fe]=0.5,[As]=3.5,以上单位均为g/L。t=63 毕业设计          第34页则=1220kg/=3.49kJ/(kg)可根据车间的大小取2-4，结合实际本设计取3管道内溶液热损失为：=129×1220×3.49×3=kJ/h所以全车间热支出为=+++=kJ/h4.4.2热收入热收入为电流通过电解液时所产生的热，可用下式计算(4-6)式中------电流所生的热量，kJ/h;E-------电流通过电解液的电压，V；I-------电流强度,A;t-------时间，3600s；N------电解槽数。这里电流强度取10000A，根据槽电压组成计算E取0.145V，电解槽数N=660。=kJ/h4.4.3全车间需补充的热量全车间需补充的热量=热支出-热收入=-=kJ/h根据以上计算结果热平衡。热收入kJ/h%电流通过电解液产生13.05加热器补充86.95合计100热支出kJ/h%电解槽液面水蒸发热损失55.27电解槽液面辐射与对流热损失17.00 毕业设计          第34页电解槽外壁辐射与对流热损失18.47循环管道内溶液热损失9.26合计100表4-7铜电解精炼热平衡5．专题铜冶炼工艺研究进展5.1概述随着世界经济的全球化，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。5.2闪速炉熔炼的特点闪速熔炼自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争力的熔炼技术．被普遍认为是标准的清洁炼铜工艺。5.2.1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1～2S就完成一系列反应过程，富氧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17×10t。美国的BHP公司单台闪速炉能力已达30×10t／a，日本佐贺关冶炼厂单台闪速炉能力1999年突破了45×10t。闪速炉问世至今，生产规模基本是每10年以5×10t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50×10t。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[2]。 毕业设计          第34页5.2.2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。5.2.3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l3J，对一个年产10×10t铜的新厂来说，富氧含量每增加l0％，则可节省投资200万美元。5.2.4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l0年以上，即闪速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15～20年方向前进。5.2.5闪速吹炼 毕业设计          第34页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。5.2.6一步炼铜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厂内外冰铜和精矿混合起来直接生产粗铜。5.3Comop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ElBas0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。5.3.1工艺特点Comop(CONtinuousTop—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 毕业设计          第34页．阳极产量从100ooot／a增加到134000t／a。该项目1993年3月投产。在投产初期，ElPaso冶炼厂和A~Dco’s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[12]。5.3.2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。5.4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5.4.1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700～1000ppm之间的粗铜。那么，这个新方法用于熔炼转炉粗铜应该是可行的。因为在Peiree—Smith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500～1000ppm。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3000～5000ppm。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。5.4.2与传统火法精炼比较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残留的氧量， 毕业设计          第34页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95％～97％，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％-99．9％，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加必要，而新方法是以Na~so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。5.4.3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。试验人员认为，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。这两者在高温条件下更有利．三次试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，进一步的试验包括另外的实验室试验、中间试验、或者工业规模试验．来验证反应动力学。 毕业设计          第34页5.5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，项目投资相对较高，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。项目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。5.6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80～85℃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80～85~C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1000～1500_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。该产品适于用粉未冶金方法直接转化为铜线和铜带产品。其它所有湿法生产铜的方法，前人已有论述。该工艺可处理低品位和受污染的铜精矿，而无不良后果，并将给矿主带来更高的利润率．Ph、Zn和沁也可以金属形式回收，其电积液具有较高的氧化电位，可高效地提取Au，并用活性碳选择吸附沉积，仅含微量cu和杂质[11]。 毕业设计          第34页5.6.1工艺过程描述在多数电积工艺中，阳极(电解槽的正极)产生的氧气被排到空气中，造成阳极反应能的损失。而因泰克技术可以储存阳极能，溶解硫化物并产出元素硫，该工艺使用含阳极氧化物的高浓度氯化钠溶液浸出硫化铜矿物产出高纯铜产品，并附产Au、舡产品。原则的工艺流程，如图1所示。电解槽阳极产生的氧化物主要是卤素复合物(IL~LEX)和Cu2离子。该工艺在常压，温度80—85℃下，鼓人空气，采用三段逆流浸出，使铁以针铁矿复合物(正方针铁矿)形式沉淀。并可浸出Au，采用活性碳吸附，得到含少量cu和舷的高含量的_Au，也可以从浸出渣中回收金。在净化工序分离出金属银产品和各种杂质混合物。电积工序产出高纯cu，并再生浸出液。如果原料中的Ph和zn含量高时，该工艺也可以调整为产出金属Ph和Zn。5.6.2经济分析如前言所述，该工艺的主要的优点是低投资、低成本。下述优点阐明了矿主获得的大量的收益：(1)冶炼厂的进料品位无要求，可以是低品位受污染的原料，也可以在矿山就地生产，且回收较高。(2)由于该工艺具有处理低品位、受污染原料的能力，从而在相同的’情况下避免了矿山选择性的开采。(3)从某种角度讲，不需要高选别性的浮选，浮选工艺相对简单，减少了磨矿费用，由此可降低选矿厂的投资和运作费用。(4)可使大型冶炼厂避免因低品位、受污染的原料遭受的损失。(5)该工艺产出的铜粉适于压坯或采用成型粉未冶金技术，直接将铜粉制成线、带材，其能耗约为其它方法的一半。(6)可在矿山或城市中心采用该工艺，其规模可大、可小(7)与铜伴生的金属(包括Au、、Ph、zn)也可回收，并作为副产品销售. 毕业设计          第34页致谢本研究及学位论文是在我的导师李继东老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。李老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！大学四年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学四年学习的默默支持；感谢我的母校辽宁科技大学给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢老师和同学们四年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的四年充满了感动。这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师李继东老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题，我最先做的就是向李老师寻求帮助，而李 毕业设计          第34页老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。李老师平日里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来，李老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时，本篇毕业论文的写作也得到了包鸿宇、代宇、魏振宇等同学的热情帮助。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢！参考文献[1]蔡祺风.有色冶金工厂设计基础[M].北京：冶金工业出版社，1991[2]华宏全，黄太祥.云铜铜电解生产工艺控制的技术进步[J].中国有色冶金，2005，Vol.10,No.5:36～38[3]赵俊学.湿法冶金原理[M].西安：西北工业大学出版社，2002[4]潘统英.重有色金属冶炼设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1996[5]侯慧芬.铜电解精炼及阳极泥处理[M].上海：上海科学技术出版社,1961[6]朱祖泽，贺家齐.现代铜冶金学[M]北京市：科学出版社，2003[7]金荣涛.电解铜箔生产与技术讲座[R].覆铜板资讯，2005，Vol.5：10～40[8]华一新，有色冶金概论[M].北京市：冶金工业出版社，2007 毕业设计          第34页[9]李宇圣．从铜资源状况谈中国铜工业发展[J]．世界有色金属．2005．7：4—7;[10]谢文仕李忠生杨文栋.铜冶金行业技术现状与发展策略探讨[J].有色冶.2007.12,23:1-2;[11]S.Abe,B.W.Burrows,V.A.Ettel.Anodepassivationincopperrefining[J].Can.MetallQ.19(1980)：289–296[12]S.Abe,S.Goto,Effectofsulfuricacidconcentrationincopperelectrolyteuponanodepassivation—studiesofcopperanodepassivation[J],NipponKogyoKaishi98(1982)：41–46内部资料仅供参考9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^G89AmUE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNuGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89Amv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz84!z89Amv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNuGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK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毕业设计          第34页