年产27万吨高纯阴极铜电解车间的设计(编辑修改稿)

年产27万吨高纯阴极铜电解车间的设计(编辑修改稿)内容摘要：

解成碱式硫酸锡进入阳极泥中。 SnSO4 + 1/2O2 + H2SO4 = Sn(SO4)2 + H2O Sn(SO4)2 + 2H2O = Sn(OH)2SO4 + H2SO4 Sn(OH)2SO4 沉淀时可吸附 As、 Sb 的化合物，有利于电解，但过多会粘附在阴极上，降低阴极质量。 第三类：负电性金属 Ni、 Fe、 Zn。 Fe 和 Zn 溶于电解液中， Ni 可电化学溶解于电解液中，但有一些不溶性化合物如 NiO 和镍云母等，易在阳极表面形成不溶性的薄膜，使槽电压升高，甚至会引起阳极钝化。 锌、铁和锡都是在火法精炼中容易除去的杂质，在阳极中含量很低。 锌在阳极溶解时，全部成为硫酸锌进入电解液；铁以 Fe2O3 形式存在于铜晶体间的缝隙中，阳极溶解时绝大部分以二价形式进入电解液；锡在阳极溶解时最终水解为溶解度不大的碱式盐，沉入槽底成为阳极泥。 铅主要生成 PbSO4 进入阳极泥。 镍是火法精炼时难以除去的杂质。 为了提高冶炼流程中镍的综 合利用率，火法精炼时，力求将镍最大限度地以金属镍的形式保存在阳极泥中，即调铜保镍。 实践表明，镍在阳极上的溶解与阳极含氧量有很大的关系。 阳极含氧量低，镍绝大部分进入溶液；阳极含氧量高，则镍很大部分进入阳极泥。 电位第四类：与铜相近的 As、 Sb 和 Bi 砷、锑、铋的电位与铜比较接近，在正常的电解过程中易形成 SbAsO4和 BiAsO4等漂浮阳极泥，一般很难在阴极析出。 阳极溶解时，这些元素一部分则在电解液中积累。 为了避免阳极铜中的杂质砷、锑、铋进入阴极，保证电解过程能产出合格的阴极铜特别是高纯阴极铜，应采取如下措施： 1)粗铜在火法精炼时，应尽可能地将这些杂质除去； 2)控制电解液中适当的酸度和铜离子浓度，防止杂质的水解和抑制杂质离子的放电。 3)维持电解液有足够高的温度（ 60～ 650C）以及适当的循环速度和循环方式。 4)电流密度不能过高。 目前采用的常规电解方法，电解密度以不能超过300A/m2为宜。 5)加强电解液的净化，保证电解液中较低的砷、锑、铋浓度。 一般维持电解液中砷为 1～ 5g/L，最高不超过 13g/L；锑为 ～ ，不超过 ；铋一般为 ～ ，不超过。 6)加强电解液的过滤。 实践证明，保证电解液中漂浮阳极泥含量低于 20～30mg/L，有利于高纯阴极铜的正常生产。 7)向电解液中添加配比适当的添加剂，保证阴极铜表面光滑、致密，减少漂浮阳极泥或电解液对阴极铜的污染。 第二章 厂址的选择与论证 [] 厂址选择要根据国民经济建设计划和工业布局的要求进行。 厂址选择适当与否，对企业的建设速度、建厂投资、生产发展、经济效益、环境保护及工农关系等会带来重大影响。 厂址选择的一般原则是：应符合工业布局及区域性总体规划和城市建设规划的 要求；要尽可能利用城镇设施，解约资源；要靠近原材料、水、电供应充足和产品销售便利的地方，有较好的交通运输条件；要注意节约用地，尽量不占或少占农田，留有发展余地；要有适当的自然地形和适宜的工程地质、水灾、地震等条件及较好的协作条件等。 在进行厂址选择时，应根据有色生产的特点，应充分论证以下几个问题： （ 1）环境保护和节约用地问题 有色冶金生产特点之一是无一例外地产出大量造成环境污染的“三废”物质，除必须有完善的“三废”治理工程设计外，在选择厂址时，必须尽量考虑在主导风向和主要水流的下游位置，安排好“三废”处理 场地和废渣堆放场地，要有良好的自然通风条件，并应考虑厂址附近居民点、城市发展规划、农牧渔业及旅游胜地、自然资源保护区等问题。 （ 2）供水、供电条件 有色冶炼厂一般是大量用水和耗电多的企业，因此希望厂址附近有充分的水源和电源。 以供电为例，厂址距离电源每增加 1km，就需增加外部高压输电线投资 3～ 4 万元，如自行建设火电站，每千瓦的投资达 1000 元以上，这不仅大大增加投资，而且影响建设进度，所以冶金企业应尽可能选择在供电网经济供电半径之内。 （ 3）原材料供应及交通运输条件 有色金属冶炼是连续性的，物料吞吐量一般较大，大型冶炼厂每昼夜要处理千吨物料，产出数百吨至上千吨产品，若不及时“吞吐”，势必影响生产，因此在选择厂址时，必须充分考虑交通运输问题。 为了减少运输费用，在保证良好的运输条件下，应使厂址尽可能接近原材料基地和销售市场。 我国铜、铅、锌、锡的生产， 50%以上的产量靠近原料基地，有的还组成了采、选、冶联合企业。 （ 4）工业布局 建设一座有色冶金厂，对全国的工业布局、一个区或一个城市的合理发展、各个工业区之间的经济协调以及农业发展等起着重要的作用，应根据工业布局“大分散、小集 中、多搞小城镇”的方针，按“工农结合，城乡结合，有利生产，方便生活”的原则，进行厂址选择和居住区规划，使之符合工业布局总体规划及城市建设规划的要求。 （ 5）厂址的工程地质及水文地质条件 冶炼厂的土建投资是相当大的，厂址地震等级的不同会对建筑结构以及基础工程的投资带来很大影响，所以厂址不能选在发震断层地区和基本烈度为 9级以上的地震区。 此外，所选厂址的地耐力应不低于 ～ ，地下水位最高也要低于基础地面 ，厂址最低洼处要高于历年最高洪水位 以上；不能选在厚度较大的 III 级自重湿 陷性黄土地区和有泥石流或滑坡等危害的山区，厂址底下不宜有用矿物藏或以开采的矿坑和溶洞等。 冶炼厂一般是机械化自动话水平比较高的现代化企业，为保证企业生产顺利进行，必须有充足的设备及备件供应，要有强有力的机械加工和维修能力。 若厂址附近具备这些条件，便可发挥专业协作的优越性，减少辅助设施投资和降低生产成本。 工厂在建设过程中的施工条件诸如砖瓦、砂石、石灰、水泥、木材等能否就地取材，施工力量和施工场地是否具备等，都对建设进度起着一定的作用。 在厂址选择时，应充分考虑厂址附近是否具备这些条件，那种片面强调“小而全”不重视专业化协作的做法是不恰当的。 厂址选择与论证 拟设计一铜电解精炼车间，年产量 26 万 t/a，冶炼厂也江西铜业集团贵溪冶炼厂，厂址为江西省贵溪市。 江铜集团贵溪冶炼厂 是 国内规模最大技术最先进的闪速炼铜工厂，经过 20年的消化吸收、跟踪发展和创新突破，不仅成为了国内最大炼铜厂，而且生产规模已经进入世界前 10 强，生产成本达到了世界最低。 江铜贵溪冶炼厂是国家 六五 期间 22 个成套引进项目之一，它的成功引进一举缩小了与世界先进炼铜国家 20 年的技术差距。 截至到 2020 年 12 月 31日， 20 年来，贵溪冶炼厂安全生产 7924 天，共生产阴极铜 万吨，黄金 吨，白银 吨，硫酸 万吨，三氧化二砷 吨。 贵溪市位于江西省东北部，信江中游。 区位优越，交通便利，其境内浙赣、皖赣、鹰厦三条铁路横穿东西，纵贯南北， 15 个火车站连珠成串，境内营运里程达 公里。 公路四通八达， 3 206 国道纵横境内，上海至瑞丽高速公路穿境而过，高速挂线一期工程已建成通车，乘车贵溪至南昌 小时，达上海 小时，到杭州 4 小时。 厂址接近原材料基地和销售市场，符合工业布局总体规划及城市建设规划的要求，并考虑厂址附近居民点、城市发展规 划、农牧渔业及旅游胜地、自然资源保护区等问题。 更有火力发电站 以供应 26万吨 /年电解铜生产的需要。 全市水运通畅，千里信江直通鄱阳湖。 它位于拥有丰富的铜矿石资源的德兴、铅山、东乡三者的中心地带，距离三者的路程的总和最短。 同时，贵溪还拥 有 华 东 地 区 重 要 的 火 电 厂 之 一 的 贵 溪 火 电 厂。 通过对贵溪的介绍 与了解 ， 因而可以得出 ，江铜集团将冶炼厂选址 在 贵溪市是合理且科学的 ， 其具备以下优势 ： (1) 交通优势，贵溪拥有便利的交通，这样就有利于基建时的设备运输和建成投产后的原材输送与产品的销售。 有利于产品生产与市场的销售的对接。 (2) 地利优势，贵溪处于中国最的露天铜矿 ——德兴铜矿等三大 铜矿的中心地带，又有便利的交通与之相接，非常便于铜精矿的运输且节约运输成本。 (3) 水资源优势，贵溪境内河流纵横，境内拥有江西第三大河流 ——信江横贯东西，为贵溪冶炼厂的生产提供了非常丰富的水资源支持。 （ 4）丰富的电力优势，我们知道铜冶炼是一个非常耗电的领域，特别是铜的电解工序。 因此，拥有丰富的电力资源是必不可少的，而处于贵溪市的贵溪火电厂就为其提供了丰富的电力资源来保障贵溪冶炼厂的正常生产。 综合整体 来 看 ，贵溪冶炼厂选址贵溪是一个 科学 的选址，它节约了投资成本，整合 优化 了资源的配置，为我国的铜行业 的健康发展做出了重大的贡献。 但是，它也存在一些问题， 例 如环保方面，由于其处 于 信江的中游的沿江地带，如果一旦发生事故，造成重 金属 泄露势必会造成非常严重的重金属污染。 第三章 电解精炼及净化流程的选择与论证 [4] 火法精炼产出的精铜品位一般为 % ～ %，另外还含有 % ～ %的杂质。 电解精炼的目的就是进一步脱除火法精炼难以除去的、对铜的导电性能和机械性能有损害的杂质，将铜的品位提高到 %以上，并且回收火法精炼铜中的有价元素，特别是贵，金属、铂族金属和稀散金属。 阳极铜（ %） 不锈钢阴极板 阴极铜阳极机组电解槽阴极 残极剥片机组 残极机组上清液 阳极泥浆上清液储槽Lorpx过滤机地坑浓密机溢流液 底泥浆手动压滤机 自动压滤机滤渣 滤液 滤液 阳极泥一车间净液工段净化后液加热器高位槽分配包循环储槽计量槽溶解槽添加剂滤液残极回收 图 铜电解精炼的工艺流程图 铜的电解精炼是将火法精炼铜铸成阳极板，以电解产出的薄铜片（始极片）作为阴极，二者相间地装入盛有电解液（硫酸铜与硫酸的水溶液）的电解槽中，在直流电的作用下，阳极铜进行电化学溶解，阴极上进行纯铜的沉积。 由于化学性质的差异，贵金属和部分杂质进人阳极泥，大部分杂质则以离子形态保留在电解液中，从而实现了铜与杂质的分离。 电解工序的流程选择与论证 铜电解工艺有三种方案可供选用，即传统电解法、永久阴极电解法和周期反向电流电解法。 传统电解法 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。 但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：（ 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。 周期反向电流电解法 周期性短时间地改变电解槽电流方向的一种铜电解精炼方法。 铜电解常用的电流密度为 200～ 250A／ m2，如为增加电解铜产量而采用更大的电流密度时，势必会发生阳极钝化 (见电解钝化 )，引起阴极沉积不良。 采用周期反向电解， 可在电流密度提高到 400A／ m电解铜产量增加 15％的条件下，得到质量合格的电解铜。 周期反向电解早在 1948 年就已用于电镀生产。 20 世纪 60 年代，由于市场对铜的需求量上升，日本、瑞典、赞比亚和中国等为了增加铜的产量，对此进行了深入研究，日本等国的一些炼铜厂已推广应用了这种方法。 周期反向电解 的核心是电流的反向。 直流电反向后，正常生产时的阳极板瞬间变成了阴极，极板附近的铜离子又重新电积到极板上，降低了这一区域的铜离子浓度，暂时消除了极板表面处硫酸铜饱和并结晶析出的趋向，避免发生阳极钝化现象；而在原来的阴极，由极性变化，已析出的铜又电化溶解，这种溶解最先出现在电流较集中的极板表面凸起处，使阴极变得光滑，起到了提高阴极板的物理性能和降低杂质含量的作用。 永久阴极电解法（ IAS） 和常规电解不同，阴极是永久性的不锈钢板，在不锈钢阴极板上析出的电解铜定期取出剥离作为成品。 1979 年澳大利亚精 炼铜公司首先将此法用于铜电解精炼工业生产，以后美国、加拿大和联邦德国等精炼厂也应用了这一方法。 它的优点是可省掉铜始板片生产系统不锈钢阴极平直，短路发生率低，阴极质量高。 永久阴极法 传统大极板法 技术指标 Norddeutsche Affinerie AG 格鲁波冶炼厂 国内某厂 精炼厂（ ISA 法） （ Kidd 法） 生产能力 /(万 t/a) 15 阳极板尺寸 /mm 905 950 54。