年產(chǎn)20萬(wàn)噸銅電解槽設(shè)計(jì)

1、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 53 頁(yè)年產(chǎn)20萬(wàn)噸銅電解槽設(shè)計(jì)摘 要本文主要設(shè)計(jì)了一座年產(chǎn)20萬(wàn)噸銅的電解銅精煉車間，根據(jù)已知條件，選定操作技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、主體設(shè)備設(shè)計(jì)及冶金計(jì)算等內(nèi)容。根據(jù)已知條件及結(jié)合銅電解槽工藝的實(shí)際條件，本設(shè)計(jì)所生產(chǎn)的電銅純度為99.9941%，電解過(guò)程所使用電流強(qiáng)度為25000A，槽電壓為0.3V，電流密度為320A/m2，電解液溫度是60，電解液循環(huán)速度為30L/min，電解槽設(shè)計(jì)內(nèi)尺寸為415011201430mm，電解槽數(shù)為860個(gè)，車間采用雙跨布置。然后根據(jù)冶金計(jì)算得出銅電解槽的陽(yáng)極泥成分、陰極銅的成分、物料平衡、有害雜質(zhì)在電解液中的允許含量

2、以及凈化過(guò)程中雜質(zhì)的脫除效率及熱平衡等重要數(shù)據(jù)。繪制出銅電解精煉電解槽安裝圖。關(guān)鍵詞：銅電解精煉，工藝設(shè)計(jì)，物料平衡，熱平衡Design of Annual Output of 200000 Tons Copper Electrolytic TankAbstractThis paper mainly designs a refining workshop with an annual output of 200000 tons of copper electrolytic copper, under the given conditions, the selected operation te

3、chnical conditions, economic and technical indicators, the main equipment design and metallurgical calculation etc. On the basis of the known conditions and combining with the actual conditions of copper electrolysis process, the design of the production of electrical copper purity 99.9941%, electro

4、lytic process by using the strength of the current 25000A, slot voltage 0.3V, the current density for the 320A/m2, electrolyte temperature is 60 , electrolyte circulation rate was 30L / min, design of aluminium electrolytic cell size is 4150 x 1120 x 1430mm, electrolytic cell number for 860 workshop

5、 features double span arrangement. And then calculated based on Metallurgical electrolytic trough of copper anode slime composition, cathode copper the composition, the material balance, harmful impurities in the electrolyte and allows content purification impurity removal efficiency and thermal equ

6、ilibrium, and other important data. Draw out the electrolytic refining of copper electrolysis installation drawing.Key Words: Copper electrolysis refining, Process design, Material balance, Heat balance目錄1 緒論11.1 銅的基本性質(zhì)11.2 銅的用途11.3 銅資源的分部21.3.1 世界銅礦分部狀況21.3.2 中國(guó)銅礦種類及分部狀況31.4 銅的生產(chǎn)方法41.4.1 火法煉銅41.4.2

7、 濕法煉銅51.5 現(xiàn)代煉銅新技術(shù)61.5.1 閃速熔煉71.5.2 艾薩煉銅法71.5.3 白銀煉銅法71.5.4 奧斯麥特?zé)掋~法81.5.5 水口山煉銅法81.6 電解精煉的目的91.7 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及意義91.7.1 設(shè)計(jì)的內(nèi)容91.7.2 設(shè)計(jì)的意義102 銅的電解精煉的工藝流程及基本原理112.1 銅的電解精煉的工藝流程112.2 銅電解精煉的基本原理112.2.1 電解過(guò)程的電極反應(yīng)122.2.2 一價(jià)銅離子的形成與影響132.2.3 陽(yáng)極雜質(zhì)在電解過(guò)程中的行為133 技術(shù)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇163.1 操作技術(shù)條件163.1.1 電流密度163.1.2 電解液成分163.1.3

8、 電解液溫度173.1.4 電解液循環(huán)173.1.5 添加劑193.1.6 同極中心距203.1.7 陽(yáng)極溶解周期和陰極周期213.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)213.2.1 電流效率213.2.2 殘極率213.2.3 電解回收率223.2.4 槽電壓223.2.5 直流電耗223.2.6 蒸汽單位消耗量233.2.7 硫酸單位消耗233.2.8 水單位消耗234 產(chǎn)物244.1 電解銅244.2 陽(yáng)極泥245 主體設(shè)備的選擇與計(jì)算265.1電解槽265.1.1 電解槽的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)265.1.2 電解槽的排列265.1.3 電解槽的安裝275.2 電解槽的計(jì)算285.2.1 商品電解槽總數(shù)295.2.2

9、 電解槽中陰極、陽(yáng)極的片數(shù)305.2.3 電解槽尺寸305.2.4 種板槽數(shù)確定315.2.5 槽邊導(dǎo)電排、槽間導(dǎo)電板、陰極導(dǎo)棒316 冶金計(jì)算346.1 物料平衡計(jì)算346.2 凈液量計(jì)算376.3 槽電壓組成計(jì)算396.4 電解槽熱平衡計(jì)算406.4.1 熱支出406.4.2 熱收入436.4.3 全車間需補(bǔ)充的熱量447 車間環(huán)保457.1 廢水處理457.2 廢氣處理467.2.1 電解工段廢氣治理措施467.2.2 凈液工段廢氣治理措施477.3 節(jié)能降耗477.4 車間防腐477.4.1 電解槽487.4.2 電解液輸送管道48致謝49參考文獻(xiàn)501 緒論1.1 銅的基本性質(zhì)銅在化

10、學(xué)元素周期表中屬第一族元素，原子量是63.54，原子序數(shù)是29，密度8.92，熔點(diǎn)1083，沸點(diǎn)2567。銅在熔點(diǎn)的蒸氣壓僅為1.5996 Pa，因此在冶煉溫度下，銅幾乎不揮發(fā)。銅有一價(jià)和二價(jià)兩種原子價(jià)。純銅呈玫瑰紅色，有金屬光澤，質(zhì)地柔軟。銅的化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率很高，抗張強(qiáng)度大，易熔接，具有耐蝕性、耐磨性、可塑性和良好的延展性。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、鐵等金屬制成合金。1.2 銅的用途銅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防以及人們?nèi)粘Ｉ钪杏兄鴱V泛的應(yīng)用，其應(yīng)用范圍僅次于鋼鐵。一般工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，每一百噸鋼鐵大約需要1.5噸銅與之相適應(yīng)。由于銅的導(dǎo)電率高

11、和延展性好，因此廣泛應(yīng)用于電器、電子技術(shù)上，電器制造用量最大。據(jù)統(tǒng)計(jì)世界上生產(chǎn)的銅約一半用于電器工業(yè)。世界上生產(chǎn)的銅的40%用于與其他金屬制成各種合金，廣泛用于在機(jī)械、造船、飛機(jī)、交通器材、國(guó)防以及其他工業(yè)部門。如：黃銅（銅鋅合金）和青銅（銅錫合金）大多應(yīng)用在機(jī)械工業(yè)中制造各種軸承、活塞、開關(guān)、油罐、熱交換器等。在國(guó)防工業(yè)上用在彈殼制造。鋁青銅（銅鋁合金）抗震能力強(qiáng)，可應(yīng)用于制造一定強(qiáng)度和韌性的鑄件。銅鎳合金中的蒙乃爾合金以抗蝕性著稱，多應(yīng)用于制造閥、泵、高壓蒸汽設(shè)備及其他器材。鉭銅合金是最耐腐蝕的合金之一，可用來(lái)制造耐高腐蝕的部件和器械。世界上生產(chǎn)的銅大約10%用于化學(xué)和建筑等。硫酸銅（Cu

12、SO4H2O）在農(nóng)業(yè)上用做除蟲劑。銅具有較強(qiáng)的的耐蝕性和抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，在建筑上用來(lái)做自來(lái)水管道。1.3 銅資源的分部1.3.1 世界銅礦分部狀況總體來(lái)看，全世界的銅資源比較豐富，世界陸地銅資源量估計(jì)約為30億噸，深海結(jié)核中銅資源量估計(jì)約為7億噸，主要分部在太平洋，另外洋底或海底熱泉形成的賤金屬硫化物礦床中也含有大量的銅資源。世界銅資源的分布從地理上來(lái)看極其不平衡，主要集中在南北美洲西海岸、非洲中部、中亞地區(qū)以及俄羅斯的西伯利亞，其次是阿爾卑斯山脈和中東、美國(guó)東南部、西南太平洋沿岸等。世界上銅儲(chǔ)量最多的國(guó)家是智利和秘魯，分別占世界銅基礎(chǔ)儲(chǔ)蓄量的36%和12%，其他儲(chǔ)蓄較多的國(guó)家有美國(guó)、中國(guó)、波

13、蘭、澳大利亞、墨西哥、印度尼西亞、贊比亞、俄羅斯和加拿大等國(guó)家。1詳見(jiàn)圖1.1圖1.1 各國(guó)銅資源儲(chǔ)量1.3.2 中國(guó)銅礦種類及分部狀況中國(guó)地域遼闊，銅礦類型相對(duì)比較齊全。其中最重要的有斑巖型、矽卡巖型、層狀型（包括變質(zhì)巖層狀型和含銅砂頁(yè)巖型）、火山沉積型（黃鐵礦型銅礦）和銅鎳硫化物型。這5種類型的銅儲(chǔ)存量占全國(guó)銅礦總量的90%以上。2中國(guó)銅礦多為綜合性礦床，伴生組分多。在已經(jīng)探明的銅儲(chǔ)量中，單一的銅礦床占全國(guó)總儲(chǔ)量的5%，而與銅礦伴生的金占中國(guó)伴生金儲(chǔ)量的78%，與銅礦伴生的銀占中國(guó)伴生銀總儲(chǔ)量的26%，與銅礦伴生的鈷約占全國(guó)總儲(chǔ)量的一半。中國(guó)銅礦的平均品位為0.8%，而品位大于1%的富銅礦

14、儲(chǔ)量為2196.41萬(wàn)t。僅占總保有儲(chǔ)量的35%，大型斑巖銅礦的礦石品位普遍較低，一半約為0.5%，僅占總保有儲(chǔ)量的35%。從礦石類型來(lái)看，中國(guó)的銅礦以硫化礦為主。已探明儲(chǔ)量中，硫化礦約占87%，氧化礦約占10%，混合礦約占3%。在中國(guó)銅礦的開發(fā)利用上，雖然有上述有利條件，但超大型的銅礦床少，礦石品位低，貧礦多，富礦少，一些銅礦床地處邊遠(yuǎn)、海拔高、交通不便，影響了開發(fā)利用3。中國(guó)銅礦分部廣泛，在已經(jīng)探明的礦產(chǎn)地除天津以外，各省、自治區(qū)、直轄市均有不同程度的分布。其中，江西、云南、西藏三省查明的銅礦資源儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的51%。此外，銅儲(chǔ)量較多的還有甘肅、安徽、內(nèi)蒙古、山西、湖北、黑龍江等6%4

15、。詳見(jiàn)圖1.2從六大行政區(qū)分布來(lái)看，華東區(qū)和西南區(qū)的儲(chǔ)存占全國(guó)銅礦總儲(chǔ)量的60.9%，各大行政區(qū)的銅礦儲(chǔ)量分布比例為：華北區(qū)11.4%、東北區(qū)6%、華東區(qū)31.4%、中南區(qū)9.8%、西南區(qū)29.5%、西北區(qū)11.9%4。詳見(jiàn)圖1.3圖1.2 各省銅資源儲(chǔ)量分布比例圖1.3 各行政區(qū)的銅礦儲(chǔ)量分布比例1.4 銅的生產(chǎn)方法用銅礦石或者銅精礦生產(chǎn)銅的方法有很多，概括起來(lái)主要有兩種：濕法煉銅和火法煉銅。1.4.1 火法煉銅銅冶煉技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程，但至今仍以火法煉銅為主，其產(chǎn)量約占世界銅總量的85%?；鸱掋~是通過(guò)熔融冶煉和電解精火煉生產(chǎn)出陰極銅，即電解銅，一般適用于高品位的硫化銅礦。火法煉銅

16、最突出的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，能耗低，生產(chǎn)率高。硫化銅精礦的火法熔煉，一般包括三個(gè)過(guò)程：第一，將銅礦熔煉成冰銅；第二，將冰銅吹煉成粗銅；第三，把粗銅精煉成純銅（精煉分為火法精煉和電解精煉）。火法煉銅的流程圖如圖1.4所示。圖1.4 火法煉銅工藝流程圖1.4.2 濕法煉銅隨著銅礦石開采品位逐年降低，難處理的礦石增加以及對(duì)SO2所造成的污染的關(guān)注，銅價(jià)近年來(lái)大幅度波動(dòng)，使人們對(duì)濕法煉銅給予了很大關(guān)注。濕法煉銅是采用各種浸出手段，直接從銅礦石或銅精礦中提取銅，然后用特效的萃取劑將銅選擇性地提取、富集，再用電積技術(shù)生產(chǎn)陰極銅，即通常指的浸出萃取電積。2 濕法煉銅流程圖如圖1.5所示圖1.5 濕法煉銅流程圖1

17、.5 現(xiàn)代煉銅新技術(shù)表1.1世界各種煉銅工藝生產(chǎn)能力主要煉銅工藝生產(chǎn)能力/（10m3t）采用此項(xiàng)技術(shù)廠家閃速爐610036反射爐280027鼓風(fēng)爐6007特尼恩特爐9007電爐7005三菱爐4002艾薩爐4003諾蘭達(dá)爐4003瓦紐柯夫爐4002白銀爐501濕法煉銅20001合計(jì)14750941.5.1 閃速熔煉閃速熔煉自從1949年芬蘭奧托昆普問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)完善，逐步取代了反射爐和鼓風(fēng)爐的地位。也成為當(dāng)今銅冶金所采用最具競(jìng)爭(zhēng)力的熔煉技術(shù)，被認(rèn)為是最標(biāo)準(zhǔn)的清潔煉銅工藝。閃速熔煉對(duì)爐料制備要求相當(dāng)苛刻，生產(chǎn)中精礦的干燥一般采用回轉(zhuǎn)窯干燥和氣流干燥。閃速熔煉的特點(diǎn)：閃速熔煉時(shí)一種懸浮熔煉，

18、氣液固三相在反應(yīng)塔內(nèi)12s就完成一系列反應(yīng)過(guò)程，富氧的應(yīng)用更加快了反應(yīng)的速度，所以生產(chǎn)能力大；閃速熔煉是一個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的過(guò)程，SO2濃度高，煙氣成分平穩(wěn)，有利于制酸和S的回收；閃速熔煉最大優(yōu)點(diǎn)是充分利用了銅精礦的巨大表面能，即最大限度的利用了精礦的自身反應(yīng)熱。自熱熔煉不僅可以降低能源消耗和提高生產(chǎn)能力，而且減少了煙氣量；自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)穩(wěn)定爐齡時(shí)間長(zhǎng)；1.5.2 艾薩煉銅法艾薩熔煉法是芒特艾薩礦業(yè)有限公司（MIM）和澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究機(jī)構(gòu)（CSIRO）在20世紀(jì)80年代聯(lián)合開發(fā)的。艾薩熔煉法銅閃速熔煉法、諾蘭達(dá)法等一樣，工藝過(guò)程可以用計(jì)算機(jī)控制。艾薩熔煉法工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，因而控制系

19、統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。艾薩煉銅法處理的原料范圍非常廣，包括MIM公司自產(chǎn)的黃銅精礦、轉(zhuǎn)爐渣精礦和其他外購(gòu)的各種銅精礦。艾薩熔煉法在熔煉過(guò)程中，只要控制好熔劑量和爐渣量，并且所產(chǎn)出的銅锍和爐渣混合物在保溫爐中有足夠的時(shí)間澄清，爐渣含銅小于0.6%。1.5.3 白銀煉銅法白銀煉銅法是一種新的熔煉銅精礦獲得冰銅的煉銅法。白銀煉銅法研究實(shí)驗(yàn)開始于1972年。1975年初開始進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的設(shè)計(jì)，先設(shè)計(jì)了一座每日能處理300t爐料的裝置，該裝置于1976年建設(shè)完成，連續(xù)生產(chǎn)122天。1980年，白銀有色金屬公司用白銀煉銅法取代了傳統(tǒng)的反射爐熔煉法，在原反射爐基礎(chǔ)上建立了一座每日能處理800t爐料的白銀煉銅爐，現(xiàn)

20、在已經(jīng)用于生產(chǎn)。白銀煉銅法的一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)燃料要求不嚴(yán)格。以前用重油作燃料，在爐頭和爐頂中部各設(shè)有一個(gè)燃燒器。白銀煉銅法的優(yōu)點(diǎn)有：對(duì)原料中的硫的利用率可達(dá)70%以上，產(chǎn)出煙氣的二氧化硫濃度比較高，爐子產(chǎn)出的煙氣二氧化硫濃度可達(dá)8%9%，到排煙機(jī)出口還可達(dá)5%7%，能滿足制酸要求，同時(shí)減輕了對(duì)環(huán)境的污染；熱利用率好燃料消耗較少，補(bǔ)加的熱量?jī)H為反射爐熔煉時(shí)的50%。該法對(duì)燃料要求不嚴(yán)格，符合中國(guó)能源政策；對(duì)原料水分要求不嚴(yán)格，原料無(wú)需充分干燥，原料準(zhǔn)備和運(yùn)料過(guò)程都比較簡(jiǎn)單煙塵率也較低；白銀煉銅法輔助設(shè)備少，因此基礎(chǔ)建設(shè)投資少，白銀煉銅爐系固定式爐子，構(gòu)造簡(jiǎn)單；白銀煉銅法不僅自身所產(chǎn)生的爐渣含銅比較低

21、，不需要貧化處理，而且可以貧化轉(zhuǎn)爐渣，較之其他強(qiáng)化熔煉法也是一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)；1.5.4 奧斯麥特?zé)掋~法當(dāng)今銅硫吹煉主要采用PS轉(zhuǎn)爐工藝，該工藝由于熔體需要用冶金包轉(zhuǎn)運(yùn)，爐口密閉性差，存在嚴(yán)重的SO2煙氣低空污染和安全問(wèn)題。奧斯麥特吹煉技術(shù)是三菱法和閃速吹煉技術(shù)之后的一項(xiàng)新技術(shù)，采用固定冶金爐代替轉(zhuǎn)爐，熔體采用溜槽轉(zhuǎn)運(yùn)，溜槽上有密閉煙罩，爐口密閉性好，操作過(guò)程中無(wú)組織排放的煙氣少，并且可以集中回收，環(huán)保問(wèn)題有效解決，同時(shí)自動(dòng)化控制水平高。其特點(diǎn)如下：采用連續(xù)吹煉模式能夠生產(chǎn)出合格的粗銅，該操作模式流程簡(jiǎn)單，工藝控制爐溫和煙氣SO2濃度相對(duì)穩(wěn)定，環(huán)保效果好；由于沒(méi)有液態(tài)銅锍相的存在，減少了噴槍燒損；

22、連續(xù)吹煉提高了吹煉爐鼓風(fēng)時(shí)率，為提高產(chǎn)能創(chuàng)造了條件；目前技術(shù)還存在渣含銅量高，直收率低等問(wèn)題；1.5.5 水口山煉銅法水口山礦務(wù)局在20世紀(jì)70年代初期，為了解決自產(chǎn)的含鈾銅精礦的冶煉問(wèn)題，自行設(shè)計(jì)和建設(shè)了年產(chǎn)5000t小規(guī)模的煉銅廠，當(dāng)時(shí)由于沒(méi)有新的適應(yīng)于小規(guī)模的煉銅工藝，選用了國(guó)內(nèi)普遍采用的密閉鼓風(fēng)爐流程。經(jīng)過(guò)兩年多的理論分析、小型實(shí)驗(yàn)、設(shè)備研究等充分準(zhǔn)備下，在日處理50t爐料的裝置下進(jìn)行了條件實(shí)驗(yàn)，19911992年進(jìn)行了較長(zhǎng)期的半工業(yè)實(shí)驗(yàn)，取得非常滿意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。1994年獲得中國(guó)專利權(quán)，1997年被中國(guó)專利局授予中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。水口山煉銅法屬于熔池熔煉煉銅法，熔煉爐為一臥式圓筒形

23、爐，鋼板外殼內(nèi)襯鉻鎂磚，爐身有傳動(dòng)裝置，可旋轉(zhuǎn)90舍友加料口、排煙口、放渣口、放硫口、底部裝有氧槍，氧槍及套磚可更換，端墻燃油燒咀供開爐及保溫時(shí)使用。物料在爐內(nèi)同時(shí)完成加熱、熔化、氧化、造渣、造锍等過(guò)程，傳質(zhì)和傳熱效率高。水口煉銅法采用底部吹锍和射流式氧槍技術(shù)，能夠高速回收砷。1.6 電解精煉的目的火法精煉產(chǎn)出的陽(yáng)極銅的品位一般在99.2% 99.7%，其中還含有0.3% 0.8%的雜質(zhì)，（雜質(zhì)主要為：砷、銻、鉍、鎳、鈷、鐵、鋅、鉛、氧、硫、金、銀、硒、碲等）有些雜質(zhì)雖然含量不高，但能使銅的使用性能和加工性能變壞。如：銅中砷含量只要達(dá)到0.0013%就會(huì)使銅的導(dǎo)電率降低1%；鉛含量只要達(dá)到0.

24、05%，即變熱脆，難以加工；火法精煉難以把這些雜質(zhì)去除到能滿足各種應(yīng)用的要求。有些雜質(zhì)，其本身具有回收價(jià)值，如：金、銀、硒、碲等，而火法精煉時(shí)難以回收。為了提高銅的性能，使其達(dá)到各種應(yīng)用的要求，同時(shí)回收其中的有價(jià)值金屬，必須進(jìn)行電解精煉。電解精煉的目的就是把火法煉銅中的有害雜質(zhì)進(jìn)一步除去，得到易加工又有良好使用性能的電解銅，同時(shí)回收金、銀、硒、碲等有價(jià)值的金屬。1.7 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及意義1.7.1 設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括銅電解精煉工藝的確定，銅電解精煉主要設(shè)備尺寸及冶金計(jì)算，主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（陽(yáng)極板及電解精煉槽）的繪制等。銅電解精煉工藝流程的確定通過(guò)比較，選擇合理、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)工藝流程。銅電

25、解精煉冶金計(jì)算包括：電解過(guò)程物料平衡、凈液量、槽電壓和電解槽熱平衡。重要設(shè)備的選擇及尺寸計(jì)算：根據(jù)工藝流程的主要過(guò)程，合理地選擇冶煉設(shè)備，確定設(shè)備的個(gè)數(shù)、容量，對(duì)所選設(shè)備的尺寸加以計(jì)算。主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖的繪制：電解槽結(jié)構(gòu)圖及陰極板和銅電解精煉車間設(shè)計(jì)的圖。1.7.2 設(shè)計(jì)的意義設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)電解槽主體設(shè)備的設(shè)計(jì)和冶金計(jì)算，結(jié)合實(shí)際情況，提高自己對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用以及了解并掌握生產(chǎn)中的各項(xiàng)技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。了解銅電解精煉的工藝流程，通過(guò)對(duì)銅電解槽的物料平衡、有害雜質(zhì)在電解液中的允許含量以及槽電壓和熱平衡等內(nèi)容的計(jì)算，來(lái)對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪圖。最終得到完整的設(shè)計(jì)方案，對(duì)建設(shè)新的銅電解車間和提高

26、銅電解精煉的效率有很大的幫助。2 銅的電解精煉的工藝流程及基本原理2.1 銅的電解精煉的工藝流程在銅的電解精煉中，陽(yáng)極是火法精煉得到的銅，陰極是純銅，電解液的成分是硫酸銅和硫酸銅水溶液。陽(yáng)極在通入直流電后，陽(yáng)極銅和其夾雜的一些貴金屬電化溶解進(jìn)入電解液，一些難以電離的金屬和一些難容化合物從陽(yáng)極脫落，不溶于電解液而沉降到電解槽底部形成陽(yáng)極泥，從陽(yáng)極中電離的銅離子，在陰極上電化析出得到電銅，從而實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極上的銅與雜質(zhì)的分離完成銅的電解精煉。一些從陽(yáng)極銅上電離的離子，由于其電負(fù)性比銅更負(fù)不能在陰極電解析出而聚集在電解液中，在凈液時(shí)除去。陽(yáng)極泥從槽底排出并回收其中有價(jià)金屬。殘極回收送去重熔。銅的電解工藝流

27、程圖如2.1所示。圖2.1 通電解精煉工藝流程圖2.2 銅電解精煉的基本原理銅電解精煉的基本原理是根據(jù)陽(yáng)極銅和其雜質(zhì)的電位不同，在電流的作用下，陽(yáng)極銅電離成銅離子進(jìn)入電解液中，部分雜質(zhì)也發(fā)生電離進(jìn)入電解液中，另一部分雜質(zhì)不能電離，從而脫落到陽(yáng)極泥中。游離的銅離子在陰極處電化析出。銅的電解精煉過(guò)程示意圖如圖2.2所示。5圖2.2 銅電解精煉過(guò)程示意圖2.2.1 電解過(guò)程的電極反應(yīng)銅電解精煉時(shí)，電解槽可近似地用下列電化學(xué)系統(tǒng)表示：電解液中各組分部分或者全部電離。在電解液中，處于無(wú)規(guī)則游離狀態(tài)的銅離子，在電流作用下做定向運(yùn)動(dòng)，陽(yáng)離子運(yùn)動(dòng)向陰極并在陰極表面發(fā)生電化反應(yīng)，同樣陰離子運(yùn)動(dòng)向陽(yáng)極并在陽(yáng)極界面

28、上發(fā)生相應(yīng)的電化反應(yīng)。陽(yáng)極反應(yīng)：銅電解時(shí)，陽(yáng)極銅失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)如下：Cu 2e Cu2+Me 2e Me+式中Me指電位比銅更負(fù)的金屬雜質(zhì)。比銅電位更正的金屬（Au、Ag以及Pt族元素）未能氧化，從而脫落至陽(yáng)極泥中。陰極反應(yīng)：銅電解時(shí)，在陰極處發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)如下：Cu2+ + 2e CuMe+ + 2e Me純銅主要在陰極析出，當(dāng)電解液中Cu2+濃度低于一定值時(shí)，溶解在電解液中的雜質(zhì)在陰極析出。2.2.2 一價(jià)銅離子的形成與影響在銅電解精煉過(guò)程中，除了上面兩個(gè)主要電解反應(yīng)外，還要注意幾個(gè)反應(yīng)：陽(yáng)極一價(jià)銅離子的形成：Cu e Cu+陰極一價(jià)銅離子的形成：Cu2+ + e Cu+由

29、于不穩(wěn)定，有兩種反應(yīng)可能發(fā)生：自行分解析出銅粉2Cu+ Cu2+ + Cu與電解液中的氧反應(yīng)Cu2SO4 + O2 + H2SO4 2CuSO4 + H2OCu和Cu2+、Cu+三者的平衡關(guān)系：Cu2+ + Cu 2Cu+溫度升高，平衡向正方向移動(dòng)，在298K時(shí)平衡常數(shù)為可見(jiàn)Cu+的平衡濃度很小時(shí)，其值隨著溫度升高而增大，一般平衡不易向生成Cu+的方向進(jìn)行。2.2.3 陽(yáng)極雜質(zhì)在電解過(guò)程中的行為一般陽(yáng)極銅雜質(zhì)含量在0.5%左右。雜質(zhì)在陽(yáng)極銅中的含量多少與種類與煉銅原料有關(guān)。此外，雜質(zhì)的含量還與精煉方法和技術(shù)有關(guān)。電解精煉的目的是希望銅盡可能多地轉(zhuǎn)入陰極中，稀貴元素盡可能的進(jìn)入陽(yáng)極泥中，其他雜質(zhì)

30、或留在電解液中或進(jìn)入陽(yáng)極泥，盡量不要進(jìn)入引進(jìn)銅中。陽(yáng)極各組分在電解時(shí)的分配見(jiàn)表2.1表2.1 陽(yáng)極各組分在電解精煉時(shí)的分配 （%）元素進(jìn)入電解液進(jìn)入陽(yáng)極泥進(jìn)入陰極Cu120.030.19899Ag297981.6Au1990.5鉑族約1000.05Se、Fe2約981Pb、Sn2約981Ni751000250.5Fe100Zn100AL約75約255As6080204010Sb1060409015Bi204060805S959735SiO2100根據(jù)雜質(zhì)在電解時(shí)表現(xiàn)出的性質(zhì)，這些雜質(zhì)可分為四大類：第一類 金、銀、鉑族及其化合物。這類雜質(zhì)電位比銅更正，不易電化溶解。在銅電解時(shí)，這些雜質(zhì)以顆粒狀落

31、入槽底形成陽(yáng)極泥，少量銀能生產(chǎn)Ag2SO4進(jìn)入電解液。第二類 鉛、錫。在銅電解時(shí)，鉛、錫都生成不溶性化合物。陽(yáng)極銅中的鉛在電解過(guò)程中與硫酸作用下生成硫酸鉛進(jìn)入陽(yáng)極泥。當(dāng)陽(yáng)極板中的鉛含量高于0.3%時(shí)，會(huì)使陽(yáng)極溶解不均勻造成鈍化。第三類 鎳、鐵、鋅等。這類雜質(zhì)的電位都比銅更負(fù)，在電解時(shí)優(yōu)先于銅從陽(yáng)極上溶解進(jìn)入電解液，并且在陰極不能放電析出而存留于電解液中。 鐵是雜質(zhì)中對(duì)電解危害最大的雜質(zhì)。鐵不僅降低電流效率，陽(yáng)極中的鐵在電化溶解以Fe2+進(jìn)入電解液，與電解液中的空氣接觸發(fā)生反應(yīng)：所形成的Fe3+遷移到陰極后，又按下列反應(yīng)還原為Fe2+：在兩極之間鐵離子反復(fù)上述反應(yīng)，使得陰極上析出的銅又溶解為Cu

32、2+，降低電流效率。但鐵經(jīng)過(guò)火法精煉后在陽(yáng)極含量甚微，只有積累到一定濃度才會(huì)發(fā)生上述反應(yīng)。第四類 砷、銻、鉍。這類元素對(duì)陰極銅質(zhì)量影響最大。它們電位與銅相近，電解時(shí)既能在陽(yáng)極上與銅一起電化溶解，又可能與銅離子一起在陰極上放電析出，還可以其他形式進(jìn)入陰極，從而大大降低陰極銅的質(zhì)量。3 技術(shù)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇3.1 操作技術(shù)條件3.1.1 電流密度電流密度是銅在電解精煉過(guò)程中最重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。一般范圍值選擇在200360A/m2之間，其具體數(shù)值根據(jù)實(shí)際電解槽生產(chǎn)能力決定。在電解槽數(shù)目不變的情況下，適當(dāng)提高電流密度有助于電銅質(zhì)量的提高，同時(shí)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在提高電流密度的同時(shí)，必須相應(yīng)

33、地改變添加劑的使用情況及其他技術(shù)，以適應(yīng)高電流的生產(chǎn)要求。但是電解槽電壓隨著電流密度的提高而增大，因此電能消耗增加。過(guò)高的電流密度會(huì)使電流效率降低，增加貴金屬及有價(jià)金屬的損失，同時(shí)影響陰極銅的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)運(yùn)用高電流密度，故采用周期反向電流的電解技術(shù)。周期反向電流電解的方法是，在通過(guò)較高電流的情況下，每隔一段時(shí)間，在瞬間內(nèi)將通過(guò)電解槽的電流反向通一段時(shí)間，即使陽(yáng)極變成負(fù)極，使陰極變成正極，然后再正向通電。由于電流周期性反向，就可以防止附近銅離子的飽和與過(guò)飽和狀態(tài)，有效解決陽(yáng)極鈍化現(xiàn)象。3.1.2 電解液成分電解液主要由H2SO4和CuSO4的水溶液組成。一般含銅4050g/L，含硫酸180240

34、g/L。實(shí)際電解液中的銅和硫酸的含量應(yīng)視電流密度，陽(yáng)極成分和電解液的純凈度等條件決定。由于電解液的電阻隨著酸度的增加而降低，隨著含銅量的增加而升高，所以采用高酸低銅電解液組分來(lái)降低電耗。表3.1 酸度對(duì)百分電阻的影響 （65）硫酸的濃度（g/L）100150175200250電解液百分電阻14010088.980.970.8隨著銅電解精煉的進(jìn)行，電解液中Cu2+的含量增多，因此電解液的阻值增大。當(dāng)電解液中的銅含量超過(guò)其溶解值時(shí)，或者因?yàn)闇囟冉档蜁r(shí)，CuSO4從電解液中結(jié)晶析出，致使電解槽不能正常工作。但當(dāng)Cu2+的含量過(guò)少時(shí)，部分雜質(zhì)可在陰極析出。表3.2 25時(shí)硫酸銅的溶解度與硫酸含量的關(guān)系

35、H2SO4含量（g/L）406090100150180Cu含量78.7374.8269.6167.3358.5152.22鎳、鐵、砷、銻、鉍等雜質(zhì)濃度過(guò)高會(huì)增大電解液的粘度和電阻，降低硫酸銅的溶解度，而且砷、銻和鉍的濃度過(guò)高造成的漂浮陽(yáng)極泥嚴(yán)重影響陰極銅的質(zhì)量。有害雜質(zhì)在電解液中的含量見(jiàn)表3.3表3.3 有害雜質(zhì)在電解液中的含量元素NiAsSbBiFe含量（g/L）1570.60.533.1.3 電解液溫度電解液溫度一般控制在5565。電解液溫度適當(dāng)提高，一方面有利于電解液的粘度和密度的降低，從而有利于陽(yáng)極泥的沉降，提高電銅質(zhì)量；另一方面，能夠增大硫酸銅的溶解度，提高Cu2+擴(kuò)散速度，降低濃差

36、極化，降低槽電壓，消除Cu2+在陰極附近的貧化，促使銅在陰極上均勻析出。電解液的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而增大，在5060之間，溫度每升高1，電解液電阻減小0.7%，因而槽電壓有所下降，對(duì)降低電耗有利。表3.4 溫度對(duì)電解液百分電阻的影響（硫酸200g/L）溫度(）455055606570百分電阻108.2103.8100.096.694.091.43.1.4 電解液循環(huán)在電解精煉過(guò)程中產(chǎn)生電極極化和濃度差極化，由于極化作用，產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，使槽電壓升高，電能消耗增加。另外，在電解過(guò)程中，由于陽(yáng)極附近電解液銅含量過(guò)高，酸度低，密度增大而下降；陰極附近的電解液酸度高濃度高，銅含量低，密度小二上浮。上下

37、層電解液的成分差異大，上層電解液導(dǎo)電性良好，電流通過(guò)的多，析出疏紅、發(fā)紅，甚至形成黑色沉積物。下部電解液銅離子濃度較大，易在陽(yáng)極下部出現(xiàn)硫酸銅結(jié)晶。6上述問(wèn)題主要通過(guò)電解液循環(huán)來(lái)解決，適當(dāng)提高電解液溫度也可以解決部分問(wèn)題。電解液循環(huán)能夠使電解液的成份和溫度保持均勻恒定，降低濃差極化。同時(shí)能夠?qū)崃亢吞砑觿﹤鬟f到槽中，改善陰極銅的質(zhì)量。電解槽容積越大，電解液循環(huán)一次所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，同一槽內(nèi)溶液的溫度梯度就越大，添加劑補(bǔ)充遲緩，一般每槽電解液更換一次的時(shí)間在1.53.0h之間，循環(huán)量為1530L/（min槽)。一般電流密度與電解液循環(huán)速度關(guān)系見(jiàn)表3.5。表3-5 一般電流密度與電解液循環(huán)速度的關(guān)

38、系電流密度（Am-2環(huán)速度（Lmin-1）15181820.522.527在國(guó)內(nèi)，電解液的循環(huán)方式分為兩種：上進(jìn)液下出液方式和下進(jìn)液上出液方式。見(jiàn)圖3.1和圖3.2上進(jìn)液下出液方式雖然有利于陽(yáng)極泥沉降，但對(duì)電解液混合不利，電解液上下層濃度差較大，液面懸浮物不能流走。電解液循環(huán)量過(guò)大，增加動(dòng)力消耗，影響懸浮雜質(zhì)和陽(yáng)極泥的沉降，甚至沖起陽(yáng)極泥影響電銅質(zhì)量，增加貴金屬損失。圖3.1 上進(jìn)液下出液循環(huán)方式示意圖下進(jìn)液上出液方式有利于溶液的充分混合，減少濃差極化，浮在液面上的懸浮物易從流口溢出。但電解液流動(dòng)方向與陽(yáng)極泥沉降方向相反，陽(yáng)極泥沉降困難，影響陰極銅質(zhì)量。

39、圖3.2 下進(jìn)液上出液循環(huán)方式示意圖3.1.5 添加劑為了獲得高質(zhì)量的陰極銅，在銅電解時(shí)一般加入添加劑。添加劑的作用機(jī)理目前有兩種觀點(diǎn)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為：添加劑和放電的金屬離子形成一種膠體的絡(luò)合物，金屬離子在這種絡(luò)合物中放電受到阻滯，因此提高了陰極的極化作用12。另外一種觀點(diǎn)認(rèn)為：添加劑能夠在陰極表面形成局部或整個(gè)連續(xù)的吸附性薄膜，使金屬離子擴(kuò)散到陰極表面的電極反應(yīng)困難，產(chǎn)生一定的濃差極化和化學(xué)作用，促使結(jié)晶細(xì)化12。因?yàn)樘砑觿?huì)污染電解液使電解液的性質(zhì)變差,一般添加劑種類及其作用分述如下：（1）膠（骨膠和明膠）。膠是主要添加劑，其作用是使銅能夠獲得細(xì)小的結(jié)晶，從而使電銅表面光滑，有效地抑制疙瘩。

40、膠在酸性介質(zhì)中，被電離分解成陽(yáng)離子（膠質(zhì)根），在電源的作用下移向陰極并在陰極上放電，然后吸附在陰極上。膠在電力線集中的地方易被吸附，使其電阻增大，阻礙Cu2+析出。此外，由于其表面的吸附作用，降低了微晶的增長(zhǎng)速度，有利于新晶核的產(chǎn)生，從而獲得致密平整結(jié)晶極為細(xì)小的陰極銅。（2）硫脲。硫脲是表面活性物質(zhì)，在電解過(guò)程中，加入適量的硫脲，可在高電流密度下獲得結(jié)構(gòu)致密的陰極銅。但加入量過(guò)多，其條紋明顯增粗，促進(jìn)疙瘩的形成和粗糙的沉積，顏色發(fā)暗，缺乏金屬光澤。（3）干酪素。干酪素是一種良好的表面活性有機(jī)高分子蛋白質(zhì)添加劑，易溶于酸堿性溶液，不溶于水。它是一種良好的緩沖添加劑，用它可以來(lái)減少骨膠、硫脲的加

41、入量。12干酪素與膠混合使用，能夠有效地抑制陰極表面粒子的生長(zhǎng)，并且改善粒子的形狀。（4）鹽酸。鹽酸是用來(lái)保持電解液中氯離子的含量穩(wěn)定。電解液中的氯離子可以其中的銀離子生成氯化銀沉淀而進(jìn)入陽(yáng)極泥，減少貴金屬的損失。氯離子的存在有利于消除陰極樹枝狀結(jié)晶，降低陰極內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)還可以消除陰極鉛含量過(guò)高而引起的鈍化。適量加入添加劑，能夠提高陰極銅表面質(zhì)量，加入量過(guò)多則會(huì)引起其他反應(yīng)，影響陰極銅質(zhì)量。一般的加入方法是：將膠、硫脲、干酪素充分溶于水混合后加入電解液回流管進(jìn)入循環(huán)槽，鹽酸單獨(dú)加入回流管或循環(huán)槽。添加劑的加入量必須根據(jù)陽(yáng)極銅成分、電流密度、電解液雜質(zhì)含量等條件添加。添加劑用量表如3.6和表3.

42、7表3.6 常用添加劑種類和用量種類膠硫脲干酪素鹽酸/（mL/t電銅）用量（g/t電銅）255020501540300500表3.7 國(guó)內(nèi)外各廠噸銅添加劑用量添加劑國(guó)內(nèi)國(guó)外1廠2廠3廠1廠2廠3廠骨膠152030403040405030硫脲2030304020302030干酪素203015203.1.6 同極中心距同極中心距簡(jiǎn)稱極距，指槽內(nèi)相鄰陰極或陽(yáng)極中心之間的距離。適當(dāng)?shù)乜s短極距，有利于電解槽電壓的降低，提高電解槽的利用系數(shù)。但極距過(guò)小，容易使陽(yáng)極短路，陽(yáng)極泥附著在陰極上，不僅加大了貴金屬損失，也影響了陰極銅質(zhì)量。選擇極距的大小，應(yīng)根據(jù)陽(yáng)極的成分、規(guī)格、電流密度，極板的尺寸、加工精度等多方

43、面因素綜合考慮，小型極板的同極中心距一般為7590mm，大型極板則為100110mm。3.1.7 陽(yáng)極溶解周期和陰極周期火法精煉后的精銅，用來(lái)鑄成電解精煉的陽(yáng)極。陽(yáng)極溶解周期一般由電流密度、陽(yáng)極重量和殘極率來(lái)確定，一般為1824天。當(dāng)電流密度采用320A/m2時(shí)，陽(yáng)極壽命為1214天。陰極周期與電銅質(zhì)量、電流密度、陽(yáng)極溶解周期以及勞動(dòng)組織等因素有關(guān)，一般為陽(yáng)極壽命的1/3。3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)3.2.1 電流效率電流效率是指陰極實(shí)際析出銅量與按法拉第定律理論析出銅量之比。一般為94%98%。影響電流效率的因素很多，主要有下面幾點(diǎn)：（1）短路。由于陰、陽(yáng)極放置位置不當(dāng)，陽(yáng)極極板不平整，或者陰極長(zhǎng)

44、粒子引起短路，使得一部分電能不起電化析出作用而以其他形式損失，減少金屬銅的析出。（2）漏電。由于電解槽相互之間、電解槽與地面之間及溶液循環(huán)系統(tǒng)等絕緣不良而引起的漏電。正常生產(chǎn)時(shí)，車間均有較好的絕緣措施，總壓又不高，因此漏電不會(huì)太嚴(yán)重。（3）化學(xué)溶解。在陰極上已經(jīng)電化析出的金屬銅，由于電解液中游離酸、空氣的存在，部分又被溶解。在高酸、高溫、斷路及陰極周期較長(zhǎng)的條件下，這種溶解較為嚴(yán)重。5通常這些因素使電流效率降低0.25%0.75%。3.2.2 殘極率殘極率是指產(chǎn)出殘極量占投入陽(yáng)極量的百分比。其計(jì)算公式為： (3.1)式中N殘極率，%；M1殘極產(chǎn)出量，t；期初期末槽存陽(yáng)極量差額，t；m殘極產(chǎn)出量

45、，t。銅電解過(guò)后，殘極一般都重新熔鑄陽(yáng)極。降低殘極率可以減少重熔加工費(fèi)和金屬損失。但是過(guò)低的殘極率會(huì)造成殘極面積過(guò)小，電流密度增大，影響陰極銅質(zhì)量。一般殘極率控制在15%20%之間。3.2.3 電解回收率電解回收率是指在銅電解精煉過(guò)程中產(chǎn)出的陰極銅所含銅量占實(shí)際消耗物料所含銅量的百分比，計(jì)算方法如下： (3.2)銅電解精煉回收率是對(duì)金屬銅回收程度的標(biāo)志?；厥章侍岣呖稍谕辉牧锨闆r下增加陰極銅產(chǎn)量，減少金屬流失、降低成本、增加利潤(rùn)。銅電解回收率一般為99.6%99.8%。3.2.4 槽電壓槽電壓是影響電能消耗的重要因素，比電流效率影響還顯著。槽電壓由電解液電位降、金屬導(dǎo)體（包括導(dǎo)電板、陽(yáng)極、陰

46、極、陰極銅棒等）電位降、接觸點(diǎn)電位降、克服陽(yáng)極泥電阻的電位降、濃度極化引起的電位降等組成。6槽電壓主要與電流密度、電解液的比電阻以及極距等因素有關(guān)。普通槽電壓一般為0.20.3V。種板槽槽電壓為0.30.4V。降低槽電壓的措施如下：（1）粗銅雜質(zhì)盡可能的在火法精煉中去除，提高陽(yáng)極質(zhì)量。（2）合理的殘極率，一般在18%左右。（3）電解液的酸度、溫度、銅濃度不能過(guò)分提高，降低其他雜質(zhì)的含量和控制膠的加入量。（4）盡可能縮短極距。3.2.5 直流電耗直流電耗是指生產(chǎn)1t電銅消耗直流電能量，單位為。直流電消耗量包括商品槽、種板槽、脫銅槽、再用殘極槽耗電量。一般噸銅的直流電耗為230280kWh/t電銅

47、。影響直流電耗的因素大體可分為有效單耗和無(wú)效單耗兩部分。無(wú)效單耗為線路等損失，一般較小可忽略不計(jì)。有效電耗與槽電壓和槽電壓及每噸陰極銅所消耗電量有關(guān)。降低槽電壓、提高電流效率可有效降低電耗。3.2.6 蒸汽單位消耗量蒸汽單位消耗量（蒸汽單耗）是指單位產(chǎn)品陰極銅所消耗的蒸汽量。蒸汽單耗與電解液溫度，電流密度以及電解槽覆蓋等保溫措施有關(guān)。在無(wú)保溫措施下，一般蒸汽單耗為11.5t/t電銅；在有保溫措施的銅電解過(guò)程中，蒸汽單耗一般為0.20.6t/t電銅。3.2.7 硫酸單位消耗硫酸單耗指單位產(chǎn)品陰極銅在電解過(guò)程中所消耗的硫酸量。一般生產(chǎn)中，噸銅硫酸單耗一般為410kg。降低硫酸單耗的措施有：（1）防

48、止跑、冒、滴、漏；（2）加強(qiáng)廢液回收；（3）加強(qiáng)出裝槽兩極板上殘留電解液的回收；（4）加強(qiáng)液體轉(zhuǎn)移過(guò)程中的酸計(jì)量工作；（5）改進(jìn)電解液凈化工作，減小酸耗；（6）提高廢酸的再利用率。3.2.8 水單位消耗水單耗指單位產(chǎn)品陰極銅在電解過(guò)程中所消耗的水量。一般生產(chǎn)中，噸銅水消耗量一般為35m2。4 產(chǎn)物銅電解精煉的產(chǎn)物主要是電銅、陽(yáng)極泥，其次電解液凈化出的CuSO4和NiSO4。4.1 電解銅（1）電解銅的化學(xué)成分，應(yīng)符合銅的分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中一號(hào)銅的規(guī)定。表4.1為某些工廠電銅的化學(xué)成分。表4.1 電銅的化學(xué)成分元素廠別12345Cu99.96-99.9799.96-99.9899.96-99.979

49、9.9899.98Bi0.00010.0000.00030.00010.0005Sb0.00010.0000.00070.00010.0006As0.00050.0000.00080.00040.0006Fe0.0005-0.00120.0000.00080.00030.0007Ni0.0005-0.00080.0000.00080.00020.0004Pb0.00050.0000.00030.00010.0005Sn0.0005-0.00060.0000.00030.00060.0004S0.0022-0.00270.001-0.0030.0003Zn0.00050.0000.00080.0

50、0010.0005P0.00010.0003（2）電解銅的物理規(guī)格電銅表面潔凈，出銅時(shí)洗凈表面電解液，吊耳部分可除外；電銅表面綠色附著物面積的總和應(yīng)不大于單面積的5%；由于潮濕空氣作用，電銅表面氧化而生成一層綠色者不算廢品；電銅表面以及邊緣不得有開花形、樹枝形粒子，但允許修整。4.2 陽(yáng)極泥陽(yáng)極泥是在銅電解精煉時(shí)產(chǎn)出的一種副產(chǎn)品，由銅陽(yáng)極在電解精煉過(guò)程中不溶于電解液的各種成分組成。陽(yáng)極泥率和陽(yáng)極泥成分主要取決于陽(yáng)極成分、電解精煉的技術(shù)條件等。一般銅電解陽(yáng)極泥的產(chǎn)率為0.2%1%。陽(yáng)極泥中通常含有Au、Se、Te、Pb、Cu、As、Sb、Bi、Ni、Fe、Sn、S、SiO4、AL2O3和鉑族金屬

51、等，含水量一般在35%40%之間。銅陽(yáng)極泥率及化學(xué)成分見(jiàn)表4.2。表4.2 銅陽(yáng)極泥率及化學(xué)成分廠別陽(yáng)極泥率（%）化學(xué)成分（%）CuAuAgSe10.4-0.820-210.4-0.610-153-521.09.540.818.841.2531-1.5150.3-0.512-192-6412.80.17-0.2117.542.0950.518-200.5-0.710-204-660.4-1.128-300.61412.75陽(yáng)極泥呈灰黑色，粒度通常為100200目。陽(yáng)極泥中的有價(jià)金屬需要進(jìn)一步回收。5 主體設(shè)備的選擇與計(jì)算銅電解精煉車間通常裝有幾百甚至上千個(gè)電解槽，并包括變電、整流設(shè)備，電解液循

52、環(huán)、加熱設(shè)備，起重運(yùn)輸設(shè)備，始極片制作、平整設(shè)備以及其他輔助設(shè)備。5.1電解槽5.1.1 電解槽的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)電解槽是電解車間的主要設(shè)備。在本設(shè)計(jì)中，為了防止電解液對(duì)槽體的腐蝕，槽體為鋼筋混凝土材質(zhì)，電解槽內(nèi)壁采用襯耐酸、絕緣的材料，一般選用玻璃鋼。電解槽的外壁和槽底外部涂以瀝青等防酸涂料。用作內(nèi)襯的材料有鉛皮和塑料。鉛皮一般含銻3%，厚度為23mm。電解槽長(zhǎng)30005000mm，槽寬8501200mm，高10001500mm。不同工廠的電解槽尺寸稍有差異，但各種槽的具體尺寸可通過(guò)計(jì)算確定。電解槽一端設(shè)有進(jìn)液口，另一端設(shè)有出液口，出液口設(shè)有閘板用來(lái)調(diào)整液面高度。放液口設(shè)在出液口一端的槽底，孔高出

53、槽底100mm左右。出液口用來(lái)清理槽時(shí)，放出全部電解液而不放出陽(yáng)極泥。槽底另一端設(shè)有陽(yáng)極泥的放出口。5.1.2 電解槽的排列電解槽在車間的排列（即電解槽車間的布置），要考慮電路連接、電解液循環(huán)、運(yùn)輸線路和通風(fēng)采光等因素。電解槽的電路連接大多數(shù)采用復(fù)聯(lián)法，即電解槽內(nèi)的各個(gè)電極并聯(lián)裝槽，而各個(gè)電解槽之間的電路采用串聯(lián)相接。每個(gè)電解槽內(nèi)全部的陽(yáng)極并列相連，全部的陰極并列相連。電解槽的電流強(qiáng)度等于槽內(nèi)各同名電極電流的總和，槽電壓等于槽內(nèi)任何一對(duì)電極之間的電壓。圖5.1為復(fù)聯(lián)法連接示意圖。圖中每個(gè)小長(zhǎng)方形表示一個(gè)電解槽，粗線段表示陽(yáng)極，細(xì)線段表示陰極；每一組由四個(gè)電解槽組成，電解槽中交替地懸掛著陽(yáng)極和陰極。圖5.1 復(fù)聯(lián)法連接示意圖1陽(yáng)極導(dǎo)電排；24中間導(dǎo)電排；5陰極導(dǎo)電排電流從陽(yáng)極導(dǎo)電排1，通向電解槽的全部陽(yáng)極，該電解槽的陰極與中間電排2連接，中間導(dǎo)電排放在分隔電解槽和壁上。同一中間導(dǎo)電排2與電解槽的陽(yáng)極連接，故導(dǎo)電排2對(duì)電解槽而言為陰極，對(duì)電解槽而言為陽(yáng)極。電解槽的陰極接向?qū)щ娕?，對(duì)第一槽組而言為陰極，對(duì)第二槽組而言為陽(yáng)