1、東 北 大 學有 色 冶 金 課 程 設 計(銅 電 解)題目： 年產2.8萬噸銅電解車間設計 班級： 冶金工程1103 姓名： 馬林林 學號： 20110075 目錄1.概述- 3 -1.1電解精煉的目的和任務- 3 -1.2電銅的質量標準- 3 -1.2.1高純陰極銅(Cu-CATH-1)化學成分- 3 -1.2.2一號銅化學成分的質量分數- 4 -1.3銅電解一般工藝流程- 4 -2.冶金計算- 5 -2.1已知條件- 5 -2.2 計算- 5 -3.主體設備設計- 7 -3.1電解槽材質與結構- 7 -3.2商品電解槽總數- 8 -3.3電解槽的極板數- 8 -3.4電解槽尺寸的確定-

2、 9 -3.5種板電解槽數- 9 -3.6凈液量及脫銅槽數- 10 -3.6.1凈液量- 10 -3.6.2脫銅槽數- 11 -3.7槽邊導電排、槽間導電板和陰極導電棒的選擇與計算- 11 -3.7.1槽邊導電排- 11 -3.7.2 槽間導電板- 12 -3.7.3 陰極導電棒- 12 -3.8設計總結- 9 -4.圖紙- 12 -5.參考文獻- 12 -1.概述1.1電解精煉的目的和任務火法精煉產出的陽極銅中Cu的質量分數一般為99.2%99.7%，其中還有一定數量的雜質。這些雜質的存在會使銅的某些物理性質和機械性能變壞，因此，為了提高銅的性能，使其達到各種應用的要求，同時回收其中的有價金

3、屬，尤其是貴金屬和稀散金屬，必須進行電解精煉。電解精煉是以火法精煉產出的陽極板為陽極，以電解產出的薄銅片（始極片）為陰極，以硫酸銅和硫酸的水溶液為電解液，在直流電的作用下，陽極銅電化學溶解，溶液中銅離子在陰極上析出。1.2電銅的質量標準陰極銅按化學成分分為高純陰極銅(Cu-CATH-1)和標準陰極銅(Cu-CATH-2)兩個牌號。1.2.1高純陰極銅(Cu-CATH-1)化學成分表1高純陰極銅(Cu-CATH-1)化學成分%元素組雜質元素含量（不大于）元素組總含量（不大于）1Se0.000200.003000.0005Fe0.00020Bi0.000202Cr0.0015MnSb0.0004C

4、dAs0.0005P3Pb0.00050.00054S0.001500.00155Sn0.0020NiFe0.0010SiZnCo6Ag0.00250.0025雜質元素總含量0.00651.2.2一號銅化學成分的質量分數電解精煉的產品是電銅（即陰極銅），其標準見表2。表2一號銅化學成分的質量分數（GB466-82）%銅品號代號Cu+Ag不小于雜質（不大于）AsSbBiFePbSnNiZnSP總和一號銅Cu-199.950.0020.0020.0010.0040.0030.0020.0020.0030.0040.0010.051.3銅電解一般工藝流程2.冶金計算2.1已知條件年產電解銅2.8萬噸

5、電流效率：96%殘極率：16%銅電解回收率：99.9%年工作日：360d日通電時數：24h電解槽作業率：95%每片陰極面積：0.77×0.74×2m電流強度：10000A陽極成分及電解過程中各元素的分配率見表3和表4表3陽極成分元素CuNiPbAsSbBiZnFeSnOAuAg含量/%99.380.080.130.0160.040.0030.0010.0040.0010.020.0030.085表4電解過程中各元素的分配率元素進入溶液/%進入陽極泥/%進入陰極/%Cu1.930.0798Ni89.5100.4Pb96.53.5As63307Sb256510Bi15805Zn

6、9343Fe721018Sn58510O100Au991Ag9822.2 計算根據以上數據計算出陽極泥率，陽極泥成分，電銅成分，最后編制出銅電解精煉物料平衡表。表5陽極率和陽極泥成分計算元素進入陽極泥的量占陽極溶解量的百分數/%陽極泥成分/%Cu99.38×0.0007=0.06956620.24Ni0.08×0.10=0.0082.33Pb0.13×0.095=0.1254536.49As0.016×0.3=0.00481.40Sb0.04×0.65=0.0267.56Bi0.003×0.80=0.00240.70Zn0.001&#

7、215;0.04=0.000040.01Fe0.004×0.10=0.00040.12Sn0.001×0.85=0.000850.25O0.02×1.0=0.025.82Au0.003×0.99=0.002970.86Ag0.085×0.98=0.083324.23陽極泥率0.343776100.00表6陰極銅成分計算元素陰極析出量占陽極溶解量的百分數/%陰極銅成分Cu99.38×0.98=97.392499.98694Ni0.08×0.004=0.000320.00033Pb0.13×0.035=0.004550

8、.00467As0.016×0.07=0.00112 0.00115Sb0.04×0.10=0.0040.00411Bi0.003×0.05=0.000150.00015Zn0.001×0.03=0.000030.00003Fe0.004×0.18=0.000720.00074Sn0.001×0.10=0.00010.00010Au0.003×0.01=0.000030.00003Ag0.085×0.02=0.001700.00175合計97.40512 100根據以上有關數據,進行物料平衡計算如下28000t電銅

9、中的含銅量 28000×99.98694%=27996.343t生產28000t電銅所需銅量 27996.343/99.9%（銅電解回收率）=28024.368t生產28000t電銅要進入陽極泥中的銅量 ×0.07%=19.997t陽極泥量 19.997/20.24%=98.801t生產28000t電銅要進入溶液中的銅量 ×1.93%=551.357t生產28000t電銅所需陽極數量 =34254.907t陽極含銅量 34254.907×99.38%=34042.527t殘極數量 34254.907×16%=5480.785t殘極含銅量 548

10、0.785×99.38%=5446.804t用上述結果編制物料平衡表如下表7銅電解精煉物料平衡表進料物料名稱數量/t銅含量/%純銅量/t銅陽極 34254.90799.3834042.527合計34042.527出料物料名稱數量/t銅含量/%純銅量/t陰極銅2800099.9869427996.343殘極5480.78599.385446.804陽極泥98.80120.2419.997電解液551.357損失28.026合計34042.5273.主體設備設計3.1電解槽材質與結構本電解槽的材質以鋼筋混凝土為槽體，采用耐酸、耐高溫性能好的鉛板作內襯。 電解槽由長方形槽體和附設的供液管、

11、排液斗、出液斗的液面調節堰板等組成。槽體低部作成由一端向另一端傾斜，傾斜度為3%，最底處開設排泥孔，較高處設有放液孔。放液排泥孔配有耐酸陶瓷或嵌有橡膠圈的硬鉛制造的塞子，防止漏液。此外，在鋼筋混凝土槽體底部開設（撿）檢漏孔，以觀察內襯是否破損。鋼筋混凝土電解槽壁厚為100mm。電解槽安裝在鋼筋混凝土橫梁上，槽底四角墊以橡膠板和磁磚，兩個相鄰電解槽之間留30mm的空隙，用以槽間絕緣。3.2商品電解槽總數N=式中 N電解槽總數，個；M年電解銅量，t；360年工作日，日；24日通點時數，h；電解槽作業率，95%；電流效率，96%；I電流強度，A；1.186銅的電化學當量，g/(A·h)。N

12、=299.6 取300個 3.3電解槽的極板數每槽陰極數按下式計算：式中 每槽陰極片數，片； I電流強度，A；商品槽電流密度，A/； 每片陰極的面積，0.77×0.74×2。=40.9片 取41片每槽陽極數：411=40片本車間設電解槽兩端為陰極，即陰極數比陽極數多1片。3.4電解槽尺寸的確定電解槽長度：設電解槽兩端各留120mm，則電解槽長度為：陽極片數×極距=40×90120×2=3840mm電解槽寬度：設陰極兩側距槽邊各留50mm，則電解槽寬度為：74050×2=840mm電解槽深度：設陰極下部距槽底留260mm，陰極上邊距槽上

13、沿60mm，則電解槽深度為：77026060=1090mm根據上述計算，電解槽內長×寬×深為3840×840×1090mm。3.5種板電解槽數為了有利于配置及生產調度，取種板槽尺寸同商品槽尺寸。種板電解槽數按下式計算：式中 種板電解槽數，個； N車間電解槽總數，取333個； 個商品電解槽的陰極數，41片； a種板周期，1d;P一個陰極所需始極片量，取1.06； A陰極周期，取6d;B一個種板電解槽的種板數，取39片； 始極片廢品率，0.050.2，取0.05；個，取30個。3.6凈液量及脫銅槽數3.6.1凈液量根據陽極銅成分，陽極銅中各種雜質進入電解液的

14、百分數，電解液中雜質的允許含量及凈液過程中的雜質的脫除效率，可以計算所需的凈液量。一般要考慮的主要雜質是鎳、砷、銻和鉍。電解液中銅和雜質的允許含量（g/L）Cu 45,Ni 15,As7,Sb 0.6,Bi 0.5采用冷卻結晶法生產粗硫酸鎳，這幾種物質的脫除率為：Cu 98%,NI 75%,As 85%,Sb 85%,Bi 85%按主要元素分別計算凈液量如下：從計算結果看，需凈液量最大的元素是銅，其次是銻。銅的脫除采用在電解工序電解槽中增加不溶陽極的方法脫除，故凈液量以銻元素所需的量計算，取凈液量為5642m/a。3.6.2脫銅槽數需用脫銅槽脫除的銅量為：（12515-5642）×4

15、5×10=206.190t所需脫銅槽數：個 取3個 （電流強度10000A,電流效率0.96）3.7槽邊導電排、槽間導電板和陰極導電棒的選擇與計算3.7.1槽邊導電排允許電流密度取1.1A/mm導電排橫截面積 F=導電排溫度不應高于周圍空氣40，當計算出導體截面積后，還應用下式進行溫升驗算：Q=式中 Q導體與周圍空氣溫度差，； K散熱系數，在露天取25，在室內取85； I電流強度，A; 導體比電阻， · mm，銅為0.0175； S導電排橫截面積，mm； n導電排斷面的周長，mm；導電排通常采用多塊銅板疊成，銅板寬取120mm,厚度取8mm,共需銅板10個。3.7.2 槽間導電板允許電流密度取0.5A/mm槽間導電板截面積 F=mm3.7.3 陰極導電棒允許電流密度取0.5A/mm陰極導電棒截面積 F=mm3.8設計總結表8陽極、始極片、種板規格長度/mm寬