设计年产8万吨高级阴极铜的电解车间毕业设计(编辑修改稿)

设计年产8万吨高级阴极铜的电解车间毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

mm 年最小降雨量 1800 mm 年平均降雨量 2258 mm 年最大日降雨量 733 mm 蒸发量： 年平均蒸发量 湿度： 年平均相对湿度 78% 年平均最大相对湿度 77% 冰雪： 每年无霜期平均 天 风： 常年主导风向 东北风向 设计（论文）专用纸 第 1 页 年最大风速 年平均 日照 ： 小时 交通条件 清远市石角镇拥有发达的交通通讯网络，清三公路、原清广公路以及水深开阔的北江河贯穿全镇东西南北，镇内道路纵横交错，四通八达，水陆交通相当便利。 京广铁路途经区内银盏、源潭两站，营运线长 30 公里；北有 107 国道纵贯全区，至广州花都新国际机场仅有 28 公里，东有清佛公路，西有清三公路，自然村之间全部铺上水泥路面，畅通无阻；北江河东西流向可长年通航 100 吨轮船，有专用深水码头和直通港澳地区、黄埔港的定期航班。 发达的水陆空通道，使清城区交通形成水、陆、空立体交通网络，与广州、佛山及珠三角地区形成 ―一小时生活圈 ‖。 水利及电力资源 清城区境内河流属珠江流域北江水系。 区境内的北江一级支流有大燕河、笔架河、乐排河、文洞河，二级支流有迎咀河、银盏河、高桥水。 石角镇 东南部有依山傍水， 石角镇水电站为全镇人民生活和工业用水提供充足的水资源。 全镇建有设施完善、功能齐全的邮电所三所，装机容量达 40000 门，供电供水设施也相当完善，建有 110 千伏的变电站 1 个，全镇农网改造已于 99 年全面完成，镇自来水厂日供水 量达 10000 吨，较好地满足城镇居民及工业用水。 人力资源 全镇总面积 平方公里，耕地总面积 6 万亩，常住人口约 67000 人。 侨胞众多，劳动力资源丰富。 清城区有海外华侨和港澳同胞 10 多万人，是省重点侨乡之一。 现有劳动力 20 多万人，在发展劳动密集型出口加工等行业具有劳 设计（论文）专用纸 第 1 页 动力成本优势。 再有企业与高校之间有良好的合作，企业每年都要从昆明、湖南等地区引入各类人才，同时企业也提供机会让员工继续深造，为企业长远发展提供保障。 概括以上条件可知，清远石角镇 的地理环境、气候条件、交通运输方面、水电供应条件以及人力物力和资源条件都为铜冶炼厂、铜电解车间的设计和生产提供有利的保障。 设计规模及产品方案 根据设计任务书，本次设计的规模是：年产 8 万吨高纯阴极铜的电解车间。 为了完成年产量生产任务，每年所需要的阳极板铜量为 t /a。 本设计采用外尺寸 长 宽 深： 586013301520mm 的电解槽 364 个，材质为钢筋混泥土内衬玻璃钢，同时采用相应的一套生产设备及管理机构。 本世纪的主要产品是高纯阴极铜。 此外，还产出阳极泥、硫酸铜、硫酸镍、砷锑渣。 而其中的阳极泥送往稀贵车间可回收金、银、硒、碲等贵金属。 综合综合技术指标 表 16 技术指标 名称 单位 数量 名称 单位 数量 电 解 液 组 成 Cu g/L 50 添加剂用量 硫脲 g/ t 铜 50 H2SO4 g/L 175 盐酸 g/ t 铜 600 Ni g/L 15 明胶 g/ t 铜 65 As g/L 4 阳极周期 天 21 Sb g/L 阴极周期 天 7 Bi g/L 直流电耗 Fe g/L 3 电解直收率 % 电流密度 A/m2 260 蒸汽消耗 t/ t 铜 电解液温度 ℃ 61 硫酸消耗 kg/ t 铜 5 同极中心距 mm 95 电流效率 % 98 每槽循环速度 L/ 1 30 残极率 % 17 循环方式 下进上出 槽电压 V 电解方式 传统电解法 电解回收率 % 存在的问题和建议 设计（论文）专用纸 第 1 页 第二章 铜电解车间生产工艺流程图简述 工艺流程图简述 电解精炼过程通常包括 :阳极加工、始极片制作、电解、净液及阳极泥加工等工序。 当然若是采用改进的永久性阴极工艺就免去了始极片的制作。 在实际生产中，首先要生产始极片，即在种板槽中用火法精炼或熔炼产出的阳极铜作为阳极，用钛母板作为阴极，用硫酸、硫酸铜水溶液作电解液，通过一定电流密度的直流电，使阳极的铜电化学溶解，并在母板上析出纯铜薄片（始极片）。 将始极片从母板上剥离后经过整平、压纹、 铆耳 、 穿铜棒 、包边等工序加工后可作为生产槽所用的阴极。 然后在生产槽中用同样的阳极板和始极片进行电解，电解好的阴极通过剥离机组把铜片剥离下来，从而产出最终产品 ——阴极铜。 再有电解液需要定期定量经过净液系统，以保证电解液中铜离子浓度稳定，并脱除过高的镍离子和砷、锑、 铋等杂质。 随着冶炼技术的进步，生产设备的不断改进，除了传统方法之外，出现了两种新的电解生产技术：周期反向电流法（ PCR）电解，永久性不锈钢阴极（ ISA）电解。 下面将对这三种电解生产方法进行简要的对比。 传统电解法 该法在世界各国均已有多年生产历史，工艺成熟可靠，操作简单、投资少、见效快、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，再有电解槽数量多、厂房占地面积大、工艺流程自身存在一些缺陷。 然而经过多年生 设计（论文）专用纸 第 1 页 产实践对传统法中存在的缺陷进行改造，比如 调整种板槽阳极更换周期和顺序 、阴阳极板加工机组的优化与改进、 板阳极优化、整种板槽阳极更换周期和顺序、更换贮液槽 ； 改造种板导电棒两端结构使钛母板与导电棒接触部位电流分配均匀；使 传统法的生产效率有较大的提高，环境污染程度大大减低。 表 2—1 云铜电解厂传统法的作业技术参数 电流密度 240A/m2 阴极周期 12 天 阳极尺寸 长 X 宽 X 高：840x900x45mm 电解液湿度 Cu:35—50g/L, H2SO4： 150—190g/L 极间距 85mm 电解液成分 60～ 65% 电解液温度 58～ 680C 阳极残极率 20%～ 24% 阳极重量 265kg/块 电流效率 98% 阳极周期 24 天 作业率 97%～ 98% 周期反向电流 周期性短时间改变直流电流方向的电解方法。 电解阴极及阳极和常规电解相同，周期性短暂反向，是为了克服阳极钝化，电流密度达 300～ 350A/m2。 ，可强化生产，节省投资，缩短电解铜在产周期。 缺点是电流效率低于传统电解法，电耗高于传统电解法 ,采用周期反向电流电解的电能消耗要比传统电解法高出 30%左右，因此不建议采用周期反向电流法。 ISA 法 永久阴极电解，又名艾萨（ ISA）电解法。 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（ Coppei refi iesplyLtd． CRL）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。 艾萨电解法是世界上最先进的铜电解技术，其成熟的永久性不锈钢阴极适用于电解精炼和电解沉积作业。 艾萨电解的技术关键是永久性可重复使用的阴极板，这是与使用铜始极片的传统种板工艺 设计（论文）专用纸 第 1 页 最主要的区别。 ISA 电解法有如下几个优点： 阴极板坚硬耐用、使用寿命长，循环周期短，阴极铜的质量高，残极率低；电铜化学质量高；电解电流密度高，蒸汽消耗低；金属积压量少、流动资金周转快；生产机械化程度高，阴阳极机组可高效运作，生产效率高，人力成本低；生产车间清洁； 同时 ISA 电解法也存在许多缺点 ： 永久性不锈钢阴极比使用传统阴极铜造价高 ； 剥离机组及阳极机组占地面积大，并且成本价较高； ISA 法总的基建投资将高于常规电解的投资； ISA 法机械化程度高，并且连续作业，若是生产机组中某环节出现故整个生产过程将受到影响。 对于大型企业来说投资大，成本收回也快， ISA 法无疑将比传统法更有经济效益，更有容易实现清洁生产；但对于小规模生产电解车间来说， ISA 法投资成本过高，企业成本收回不容易，不利于盈利。 表 2—2 传统法与 ISA 法两种工艺的技术经济指标比较（ 10 万吨 /年） 项目 传统法 ISA 法 指标 单价 费用 指标 单价 费用 设备投资 15740 万元 22200 万元 建筑投资 21000 m2 3800 元 / m2 7980 万元 19580 m2 7440 万元 定员 180 人 3 万元 60 人 3万元 蒸汽单耗 电流密度 250A/ m2 280 A/ m2 残极率 % 12～ 16% 综合指 350 度 /tCu 400 度 / tCu 设计（论文）专用纸 第 1 页 项目 传统法 ISA 法 指标 单价 费用 指标 单价 费用 标 表 2—3 传统法与 ISA 法两种工艺设计的工厂参数和指标（ 20 万吨 /年） 项目 单位 指标 传统法 ISA 法 生产能力 万吨 /年 20 20 电解车间占地面积 m2 电解槽内尺寸 （长 X 宽 X 深） mm 5970x1170x1400 5840x1170x1400 电解槽数量 个 868 720 阳极尺寸 mm 1000x960 1000x960 阴极尺寸 mm 1020x980 1010x1029 同极中心距 mm 105 100 每槽阳极数 块 54 55 每槽阴极数 块 53 54 电流密度 A/ m2 240 280 阳极周期 d 24 21 阴极周期 d 12 7 残极率 % 18 15 槽电压 V ～ ～ 电流效率 % 96 96 交流电耗 KWh/ tCu 370 430 蒸汽单耗 t/ tCu 工程投资 万元 亿 亿 设计（论文）专用纸 第 1 页 综合比较三种方法的优缺点以及我国具体的工艺水平可知，三种方法各有优缺点，但是周期反向电流法生产电能消耗较高，不够经济。 传统工艺流程的使用时间久，对工艺的了解程度高，技术水平，维护水平都较为高，便于建厂之后的维护。 ISA 法的阴极质量高，生产量大，但是投入大。 从上面两表中比较可以看出如果企业电解生产规模年产大于 10 万吨，则选择 ISA 法有经济价值，综合指标高。 但对于本设计年产 8 万吨阴极铜的电解车间而言采用 ISA 法，投资成本大，不利于成本的回收及盈利。 因此综合考虑本设计采用传统电解法更有经济价值和更有利于做到节能减耗，充分利用二次资源来回收有价金属资源。 工艺流程图 电解铜的基本原理 电解精炼过程示意图 图 电解精练过程示意图 铜电解精炼原理 铜电解精练 ,是利用铜和 杂质的电位序不同 ,在直流电的作用下，阳极上的铜既能电化学溶解，又能在阴极上电化析出，杂质有的进入电解液，有的进入阳极泥。 这样使铜和杂质进一步分离。 电解过程的电极反应： 阴极精铜阳极粗铜 CuOHSOHCu |,C u S O| 2424 电解液中各组分部分或全部溶解。 未通电时，这些离子处于无序热运动状态；通 设计（论文）专用纸 第 1 页 电后，他们做定向运动，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。