1、精選優質文檔-傾情為你奉上精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業專心-專注-專業精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業年產3萬噸電解銅電解車間設計學院:冶金材料學院班級:冶金1028班姓名:楊天發學號:指導教師:黃卉年產3萬噸電解銅電解車間設計第一章：緒論 1.1銅的性質及發展史 銅是人類最早發現和使用的有色金屬之一。大約在公元錢4000年，波斯人就已經掌握了煉銅技術。公元3000年，埃及印度等地區已出現較高水平的煉銅業。歐洲在公元2000年采用硫化銅煉銅。我國新石器時代后期開始使用銅夏代即開始進入青銅器時代；在商周時期（公元前16世紀）青銅的冶煉和鑄造技術已經很發達。在湖北大冶縣境內

2、發現銅綠山礦冶遺址始于西周末年，是我國目前發下規模最大，保存最完整的古代銅礦遺址。銅冶煉技術發展是一個漫長的過程，銅的冶煉至今乃以火法為主，其產量占世界銅產量的80。摘重金屬冶金學 1.1.1銅的化學性質銅的是29，：63.546（中學階段計算題取64) 銅位于元素周期表第四周期，IB族。是一種。 銅呈紫紅色光澤的金屬，常見+1和+2。銅和它的一些有較好的耐腐蝕能力，在干燥的空氣里很穩定。但在潮濕的空氣里在其可以生成一層綠色的Cu2（OH）2CO3，這叫銅綠。可溶于和熱，略溶于。容易被堿侵蝕。銅是不太活潑的重金屬元素。在常溫下不與干燥空氣中的氧反應。但加熱時能與氧化合成黑色的氧化銅；繼續在很高

3、的溫度下燃燒就生成紅色的氧化亞銅Cu2O，Cu2O有毒，廣泛應用于船底漆，防止寄生的動植物在船底生長。在潮濕的空氣里，銅的表面慢慢生成一層綠色的銅銹，其成分主要是堿式碳酸銅；在電位順序中，銅在氫之后，所以銅不能與稀鹽酸或稀硫酸作用放出氫氣。但在空氣中銅可以緩慢溶解于稀酸中生成銅鹽； 銅容易被硝酸或熱濃硫酸等氧化性酸氧化而溶解；常溫下銅就能與鹵素直接化合，加熱時銅能與硫直接化合生成硫化銅。此外，銅還能與三氯化鐵作用。在無線電工業上，常利用FeCl3溶液來刻蝕銅，以制造印刷線路。 1.1.2銅的物理性質銅的8.92克/立方厘米。1083.40.2，2567。7.726。銅是人類發現最早的金屬之一，

4、也是最好的純金屬之一，稍硬、極堅韌、耐磨損。還有很好的。導熱和能較好。 1.1.3銅礦資源簡介在有色金屬中，銅的產量和耗用量僅次于鋁，居第二位。主要銅礦物介紹：a.斑銅礦 銅和鐵的硫化物（Cu5FeS4），含銅量 63.3%，提煉銅的原料之一。為，其高溫變體為等軸晶系，稱等軸斑銅礦。表面易氧化呈藍紫斑狀的錆色，因而得名。新鮮斷面呈暗銅紅色，光澤，莫氏硬度 3 ，4.95.0。常呈致密塊狀或分散粒狀見于各種類型的銅礦床中，并常與黃銅礦共生。也形成于銅礦床的次生富集帶，但不穩定，而被次生輝銅礦和銅藍置換。在地表易風化成孔雀石和。中國東川等銅礦床中有大量的斑銅礦。世界代表性產地是蒙大那州的比尤特，卡

5、納內阿和智利等?；瘜W組成 ：Cu5FeS4,Cu63.33%,Fe11.12%,S25.55%。由于斑銅礦經常含有黃銅礦，輝銅礦顯微包裹體，其實際成份變動很大；因為在高溫時（400）斑銅礦與黃銅礦，輝銅礦呈固溶體，低溫時發生固溶體離溶;黝銅礦b.是一種、銻的硫化物礦物，通常產在礦脈中，與銅、銀、鉛和鋅的礦物共生，黝銅礦常含有一些，并隨砷的含量增加，向過渡，砷黝銅礦是固溶體的砷端成員。這兩個礦物的產狀、四面體的晶體外形和都很相似，以至不用化學方法就不能區別 它們。雖然，銅是主要的金屬，但是，鐵和常替代銅。在含銀的，銀黝銅礦中，銀含量可高達18%，使這礦物成為一個有價值的銀的礦石礦物。 化學成分

6、：黝銅礦的化學成分為Cu12Sb4S13、晶體屬等軸晶系的。常呈四面體(tetrahedron),英文名即由此而來。c.黑銅礦（變種與硅孔雀石半生）礦物概述：化學組成：CuO;Cu 79.89%,O 20.11% 鑒定特征：顯微鏡下具有強非均質性。d.黃銅礦（chalcopyrite)是 一種銅鐵硫化物。化學式：CuFeS2，常含微量的金、銀等。正方，晶體相對少見，為四面體狀；多呈不規則粒狀及致密塊狀，也有腎狀、狀集合體。黃銅黃色，時有斑狀錆色。為微帶綠的黑色。黃銅礦是一種較常見的銅礦物，幾乎可形成于不同的環境下。但主要是熱液作用和的產物，常可形成具一定規模的。遍布世界各地。世界銅資源：世界銅

7、礦山產量1352.56萬噸。世界市場供大于求。2003年，世界銅探明儲量為47000萬噸，其中，智利16000萬噸、美國3500萬噸、秘魯3500萬噸、波蘭3100萬噸、印度尼西亞2800萬噸、墨西哥2700萬噸、中國2600萬噸、俄羅斯21300萬噸、贊比亞1900萬噸。儲量基礎94000萬噸（中國6300萬噸、智利36000萬噸、美國7000萬噸、秘魯6000萬噸、澳大利亞4300萬噸、印度尼西亞3800萬噸、贊比亞3500萬噸等）。世界銅金屬儲量超過500萬噸的超大型銅礦有50多處。據美國地質調查局估計，世界陸地銅資源量為16億噸，深海底和海山區的錳結核中的銅資源量為7億噸。此外，洋底或

8、深海多金屬硫化物礦床，也含有大量的銅資源 1.2.1銅的用途及國際國內銅的消費結構：在電器、輸電和電子工業中用量最大，據統計，世界上生產的銅，近一半消耗在電器工業中。軍事上用銅制造各種子彈、炮彈、艦艇冷凝管和熱交換器以及各咱儀表的彈性元件等。還可用來制作軸承、軸瓦、油管、閥門、泵體，以及高壓蒸汽設備、醫療器械、光學儀器、裝飾材料及金屬藝術品和各種日用器具等。國內銅消費結構大致如下：電力53%、電子6%、交通運輸9%、建筑2%、空調10%、冰箱2%，其他18%。據世界礦產資源年評，2002年世界精煉銅消費量為1495.7萬噸，用于建筑業44%，電器和電子工業25%，機械制造工業10%，運輸設備1

9、1%，日用消費10%。同年，世界精煉銅的產量為1534萬噸，回收銅廢料557.5萬噸，占精煉銅總產量的36.3%。 1.2.2國內現狀銅是與人類關系非常密切的有色金屬，被廣泛地應用于電氣、輕工、機械制造、建筑工業、國防工業等領域，在我國有色金屬材料的消費中僅次于鋁 1.2.3銅在電力工業中的應用 電力輸送 線電纜、匯流排、變壓器、開關、接插元件和連接器等。 電機制造 定子、轉子和軸頭、中空導線等。 通訊電纜及住宅電氣線路需使用大量的銅導線。 1.2.4銅在電子工業中的應用電真空器件 高頻和超高頻發射管、渡導管、磁控管等，它們需要高純度無氧銅和彌散強化無氧銅。 印刷電路 銅印刷電路需要大量的銅箔

10、和銅基釬焊材料。 集成電路 以銅代替硅芯片中的鋁作互連線和引線框架，可以獲得 30 的效能增益。 1.2.5銅在交通工業中的應用船舶 銅合金，包括鋁青銅、錳青銅、鋁黃銅、炮銅 ( 錫鋅青銅 ) ，白銅以及鎳銅合金 ( 蒙乃爾合金 ) ，是造船的標準材料之一。在軍艦和商船的自重中銅和銅合金一般占 2 3 ，如鋁青銅螺旋漿、螺栓、鉚釘、冷凝管、含銅包覆油漆等。 汽車 銅和銅合金主要用于散熱器、制動系統管路、液壓裝置、齒輪、軸承、剎車摩擦片、配電和電力系統、墊圈以及各種接頭、配件和飾件等，每輛汽車用銅 10 20kg ，小轎車用銅約占自重的 6 9 。 鐵路 列車上的電機、整流器以及控制、制動、電氣

11、和信號系統等都要依靠銅和銅合金來工作。此外，鐵路的電氣化對銅和銅合金的需要量很大，每公里的架空導線需用 2t 以上的異型銅線。 飛機 飛機中的配線、液壓、冷卻和氣動系統需使用銅材，軸承保持器和起落架軸承采用鋁青銅管材，導航儀表應用抗磁銅合金。 1.2.6銅在機械和冶金工業中的應用機械工程 除了電機、電路、油壓系統、氣壓系統和控制系統中大量用銅以外，各種傳動件和固定件，如缸套、齒輪、蝸輪、蝸桿、連接件、緊固件、扭擰件、螺釘、螺母等，都需要以銅或銅合金減磨和潤滑。 冶金設備 連續鑄造技術中的關鍵部件?結晶器。大都采用鉻銅、銀銅等高強度和高導熱性的銅合金制造，電冶金中的真空電弧爐和電渣爐水冷坩堝使用

12、銅管材制造，各種感應加熱的感應線圈都是用銅管或異型銅管繞制而成，內中通水冷卻。 合金添加劑 銅是鋼鐵和鋁等合金中的重要添加元素。少量銅（ 0.2 0.5 ）加入低合金結構用鋼中，可以提高鋼的強度及耐大氣和海洋腐蝕性能。在耐蝕鑄鐵和不銹鋼中加入銅，可以進一步提高它們的耐蝕性。含銅 30 左右的高鎳合金是著名的高強度耐蝕“蒙乃爾合金”，在核工業中廣泛使用。 輕工業中，銅及銅合金可用于制造空調器的熱交換器、鐘表機芯、造紙機的網布、輥輪、印刷銅版、發酵罐內襯、蒸餾鍋、建筑裝飾構件等。 銅不但在傳統工業中有廣泛應用，而且在新興產業以及高科技領域中也發揮著重要作用，例如超導合金的包套、超低溫介質的容器與管

13、路、火箭發動機的冷卻內村、高能加速器的磁體繞組等。 從銅的總體應用來看，電氣、機械工業和建筑業是銅的消費大戶。據統計，美國、日本和西歐國家 20 世紀 80 年代中期的精銅消費中，電氣工業占 47.8% ，機械制造業占 23 8 ，建筑業占 15. 8 ，運輸業占 8 .8 ，其他占 8 。 20 世紀 90 年代后，西方國家銅消費的行業分布發生了巨大變化。以美國為例， 1998 年銅消費中，建筑業占 41. 4 ，電器電子產品占 26 .0 ，運輸設備 12 .4 ，機械制造 11. 2 ，其他 9 .0 。 與發達國家相比，我國的電子、電氣行業與機械制造業消費的銅占總消費的比例偏高，而建筑

14、業及交通運輸業消費銅相對較少。 2002 年，中國的銅消費量達到了 250 萬噸，占全球銅消費量的 17 ，從而取代美國，成為世界第一大銅消費國。 1.3銅在國民經濟中的地位和作用 1.4銅冶金的基本方法 分為火法冶煉和濕法冶煉 1.4.1銅的火法冶煉銅冶煉技術的發展經歷了漫長的過程,但至今銅的冶煉仍以火法冶煉為主,其產量約占世界銅總產量的85% 硫化銅精礦處理有兩種工藝,一是硫化精礦先經過死焙燒，再還原熔煉得到粗銅；其二是硫化精礦經過造锍熔煉得到銅锍，再將銅锍吹煉成粗銅。世界上一般采用造锍熔煉-銅锍吹煉來處理硫化精礦。 1.4.1.1銅的造锍熔煉 現在造锍熔煉是在1150-1250的高溫下。

15、是硫化精礦和溶劑在熔煉爐內進行熔煉。爐料中的銅.硫與硫化鐵形成液態銅锍。銅锍是以FeS-Cu2S為主，熔有金屬金，銀，鉑族金屬及其他少量的金屬硫化物共熔體。 在進行造锍熔煉時候投入熔煉爐內的爐料有硫化銅精礦，各種返料以及溶劑。這些爐料在路內發生一系列的物理化學變化，最終形成煙氣以及互不相容的銅锍和爐渣。發生的反應有：A高價硫化物分解反應B硫化物氧化反應C造锍反應D造渣反應工業上常用的銅熔煉方法：銅的閃速熔煉 銅的熔池熔煉 1.4.1.2銅锍的吹煉造锍過程完成了大部分銅與鐵的分離，欲獲得粗銅還得對銅锍進行吹煉，以除去銅锍中的鐵，硫以及其他雜質。在吹煉過程中，金，銀，鉑族元素全部富集于粗銅中，為有

16、效的提取這些金屬創造了有利條件。目前銅锍的吹煉絕大多數是在臥式側吹轉爐內進行。轉爐吹煉是間歇式周期性作業，整個過程分為兩個階段（或周期）：（1）造渣期（2）造銅期 1.4.1.3銅的火法精煉銅锍吹煉產出的粗銅中，含有銅98.5-99.5%.含雜質0.5-1.5%。還有一定數量的具有回收有價值的金屬。雜質主要是鎳，鉛，砷，銻，鉍，硫和氧，需要除去稀貴金屬需要回收。所以對粗銅必須進行精煉。基本過程：銅火法精煉包括氧化脫硫等雜質和還原脫氧兩個基本過程。 氧化過程又稱氧化精煉期，主要是脫除粗銅中 的硫、鐵、鉛、鋅、鎳、砷、銻、錫和秘等雜質。熔池 中待精煉熔體質量的98%以上是銅，所以氧化過程一 開始，

17、首先是銅被鼓入熔池的空氣中的氧所氧化: 4Cu+O2一2Cu2O 生成的Cu2O溶解于銅液中，在操作溫度1373一 1523K條件下，CuZO在銅中溶解度為6%一13%。中雜質金屬(Me)遇溶解在銅液中的Cu2O時便發生 反應: Cu2O+Me，一Me，O十2Cu 由于M日O在銅中溶解度很小，而銅的濃度在雜質氧 化時幾乎不發生變化，可視為常數，上式的反應平衡常 數為: K=Cu2OMe， K 或MeCu2O 式中表明，Cu2O的濃度越高，雜質金屬的濃度就越小， 被除去的雜質就越多。從節約嫉料和不延長下一步還 原過程所需時間等綜合因素出發，氧化過程溫度控制 在13731423K時，eu2o的飽和

18、濃度約為6%s%。 氧化精煉期通常還要加入石英砂、石灰和蘇打等熔劑， 以使鐵、鉛、砷、銻等雜質氧化后造渣除去。除硫是在氧化過程的后期完成。因為在有對氧的親和勢較大的 金屬雜質存在時，銅的硫化物不易氧化，而一旦金屬雜質氧化結束，銅中硫的氧化反應會劇烈進行: Se。+2Oeu一502(g) 反應平衡常數為: p陽。氧化精煉末期銅液含氧約0.6%，1373K時的反應平 衡常數K值為90,氣相中戶、2在3. ZkPa左右，由此 計算銅液中含硫量可以降到0.001%。銅液中以Cu2O 形態存在的氧在下一步還原過程中除去。 還原過程又稱還原精煉期。用、等還原 劑將CuZO還原成金屬銅，使銅中氧含量降到0.

19、05% 0.10%的過程。重油等還原劑受熱裂解為HZ、CO、 C等成分，還原反應為: Cu2O十H22Cu+H2O Cu:O+CO2Cu+CO2 Cu2O+C一2Cu+CO 還原精煉期的終點控制十分重要，如過還原，氫氣在銅 液中的溶解量會急劇增加，在澆鑄銅陽極板時析出，使陽極板多孔;而還原不足時，就不能產生一定量的水蒸氣，以抵消銅冷凝時的體積收縮部分，降低了陽極板的物理規格，同樣不利。 1.4.2銅的濕法冶煉概念：濕法煉銅是利用溶劑將銅礦、精礦或焙砂中的銅溶解出來，再進一步分離、富集提取的方法。 歷史：我國是世界上最早采用濕法冶金提取銅的國家。山海經神農本草有記載北宋 (10861100年)

20、張潛 浸銅要略，國外則是到十六世紀才采用濕法冶金技術獲得海綿銅分為三種：1.焙燒浸出凈化電積法，用于處理硫化銅精礦。 2.硫酸浸出萃取電積法，用于處理氧化礦、尾礦、含銅廢石、復合礦石。 3.氨浸萃取電積法，用于處理高鈣、鎂氧化銅礦或硫化礦的氧化砂。 1.4.2.1焙燒-浸出-電積法工藝流程：焙燒的目的：焙燒是首道工序，使爐料進行硫酸化焙燒，其目的是使絕大部分的銅變為可溶于稀硫酸的CuSO4和CuOCuSO4，而鐵全部變為不溶的氧化物(Fe2O3)，產出的SO2供制酸。 1.4.2.1浸出-萃取-電積法該法的優點：1）建廠投資和生產費用低，生產成本低于火法，具有很強的市場競爭力；2）以難選礦難處

21、理的低品位含銅物料為原料，獨具技術優越性；3）無廢氣、廢水和廢渣污染，符合清潔生產要求；4）擁有可靠的特效萃取劑市場供應。 1.4.2.3氨浸-萃取-電積法高壓氨浸法: 在高溫、高氧壓和高氨壓下浸出硫化精礦，銅、鎳、鈷等有價金屬形成配合物進入溶液，鐵形成氫氧化物進入殘渣 ,由于浸出過程所需壓力較高以及酸溶液對設備的腐蝕較大，目前主要用于處理Cu-Ni-Co復合礦。常壓氨浸法 (阿比特法) :由于既能直接處理硫化礦，對設備及材料的要求也不高，因而成為最先實現工業化的方法之一。此法的特點是采用氨浸-萃取-電積-浮選聯合流程，硫化銅精礦的浸出是在接近常壓和6580的條件下，在機械攪拌的密閉設備中用氧

22、、氨和硫酸銨進行的，浸出時間為36h，精礦中的8086Cu以Cu(NH3)4SO4形式進入溶液，浸出液含銅4050克升。銅回收率達96 97 。 1.5第一章小結：本章緒論，對銅從性質，資源，用途，和其冶煉方法，精煉方法等各方面做了介紹第二章：車間地址的選擇與論證1.廠址選擇的基本原則 從國家建設規劃方面，應服從工業規劃、城市規劃、應節約土地、節約投資。從工廠本身，應慈寧宮氣候、水文、地理、交通、資源、環境等多方面綜合論證，要具備盡可能好的“三通一平”（通電、通路、通水、地勢平整）條件，而且工廠的生產對周邊環境無大的影響。要盡可能利用城鎮設施，節約投資；要靠近原料、水、電供應充足和產品銷售便利

23、的地方，有良好的交通運輸條件；要注意節約用地，少占或不占農田，留有發展余地；要有適當的自然地形和適宜的工程地質、水文、地震等級條件及較好的協作條件等。 依據以上基本原則，將本設計的年產30000噸電解銅的電冶煉廠定云南省安寧市。2.電解銅在世界及云南省的現狀美國是世界上最大的銅生產國，精煉銅的產量居世界第一位。從地區分布看，銅精礦的生產主要集中在美國、智利、獨聯體、加拿大、贊比亞、扎伊爾、秘魯和波蘭等國。這些國家的銅精礦產量占了世界總量的近67%；精煉銅的生產集中在美國、獨聯體、日本、智利、贊比亞、加拿大、德國、比利時等國，他們的精銅產量約占世界總量的71%。1992年美國產量為216萬噸，約

24、占世界精銅總產量的20%，居世界第一位；智利產量為133.29%萬噸，約占世界總產量的12.1%，居世界總產量的10.9%，居世界第三位；日本產量為116萬噸，約占世界總產量的5.1%，居世界第五位。排名前五個國家的產量約占世界總產量的60%。我國也是一個主要的精煉銅生產國，1992年的精銅產量達到了如指掌，64.02萬噸。到20世紀80年代，全世界銅電解精煉能力已達1200萬t/a，年產量和消費量在1000萬 t左右。自20世紀50年代以來，由于大功率可控硅整流器和始極片加工機組的開發，以及自動控制和電子計算機技術在銅電解中的推廣應用，銅電解精煉向大型化、機械化和自動化方向發展的步伐加快，現

25、世界年產電解銅能力達到40萬t每年的工廠有5家（1992年統計），年產電解銅能力超過15萬t的工廠有30多家（1992年統計）。世界銅礦資源比較豐富，中國是世界上銅礦較多的國家之一?？偙Ｓ袃α裤~6243萬噸，居世界第七位。探明儲量中富銅礦占35%。銅礦分布廣泛，主要分布在江西、西藏、云南、甘肅、安徽等地。云南省是中國銅生產基地之一，中國西南銅生產中心，在全國銅行業位居第三位，與江西、安徽形成中國銅業三分天下的局面。目前我省銅礦山生產能力9萬t，居全國第二。3.資源條件 安寧市位于昆明以西28公里。它是昆明通往滇西8個州市及東南亞的內陸咽喉要道。是發展現代新昆明中以發展冶金化工為主的工業城市。廠

26、址選擇在距安寧市區西南20公里處。設計電解車間占地約50畝。電解所需原料從昆明西郊王家橋的云南銅業股份有限公司運輸。交通十分方便。廠址選擇符合國家工業布局的要求。4.交通條件 安寧市緊靠昆明。與昆明交通體系緊密聯系。成昆鐵路、貴昆鐵路、南昆鐵路、昆玉鐵路、昆河鐵路等鐵路干線將昆明市與省內外各地緊密的聯系在一起。另外，云南省也建立了以昆明市為中心的，四通八達的溝通各地、州、縣、公路運輸網絡。例如昆曲、昆玉、安石、昆祿公路等。再有，該廠離昆明市環城公路較近，有專用公路和鐵路通往廠區。5.水利及電力資源 安寧市年降水豐富，西南地區電力資源較為豐富，安寧市也是如此。昆明供電局近年來投資10億多元大規模

27、改造電網后，初步實現了城市網升級換代。在初步建設500千伏網架的同時，不斷完善220千伏和110千伏網絡，這也是安寧市電力今后強有力的保證。高壓輸電網能接受來自漫灣、魯布革、大朝山、曲靖、宣威等遠方的水、火電，有了充足的電能。離安寧市不遠的普吉電站可以輸出供電解廠使用的工業、生活用電。6. 當地氣象條件 氣溫：年平均氣溫14.6，最熱月平均氣溫19.5 ，最冷月平均氣溫7.7 。氣壓：年平均氣壓81.27 KPa降雨量：年最大降雨量1172.1 mm，年最小降雨量625.7 mm，年平均降雨量909.4 mm，最大日降雨量153.3 mm。蒸發量：年平均蒸發量1940.9 mm。月平均最大蒸發

28、量287.8 mm濕度：年平均相對濕度75 %，年平均最大相對濕度85 %，年平均最小相對濕度54 %冰雪：最大積雪厚度9.1風：常年主導風向 西南偏西，年平均風速3.1 m/s，年最大風速14.0 m/s7.社會條件 安寧市地處省會城市昆明邊緣，可以吸引充足的社會勞動力。地處昆明市的各大高等院校及研究所每年培養出大量的冶金專業人才，同時也為本廠技術人員提供了不少的培訓機會。另外，加強高校與企業之間的合作，有利于共同推進技術改造。從以上種種條件可以看出，安寧地區無論氣候、地理、氣象、交通、電力、水文、技術等方面都對銅冶煉廠、銅電解車間的建設和生產提供了有利的保證。8.設計規模根據設計任務書，設

29、計規模為：年產3萬噸高純陰極銅。本設計的主要產品是高級陰極銅。此外，還產出陽極泥，硫酸銅，電積脫銅還產出合格電銅，而陽極泥送往稀貴車間可回收金、銀等貴金屬。第三章. 銅電解工藝流程的選擇與論證3.1概述 銅電解精煉概述：銅的火法精煉一般能產出含銅99.0% 99.8%的粗銅產品。 銅的電解精煉，是將火法精煉的銅澆鑄成陽極板，用純銅薄片作為陰極片，相間地裝入電解槽中，用硫酸銅和硫酸的水溶液作電解液，在直流電的作用下，陽極上的銅和電位較負的賤金屬溶解進入溶液，而貴金屬和某些金屬（如：硒、碲）不溶，成為陽極泥沉于電解槽底。電解精煉的目的是：(1) 降低銅中的雜質含量，從而提高銅的性能，使其達到各種應

30、用的要求；(2) 回收其中的有價金屬，尤其是貴金屬和稀散金屬。 電解過程中，溶液中的銅在陰極上優先析出，而其它電位較負的賤金屬不能在陰極上析出，留于電解液中，待電解液定期凈化時除去。這樣，陰極上析出的金屬銅純度很高，稱為陰極銅或電解銅，簡稱電銅。 圖10.1 銅電解精練過程示意圖 1.陽極，2.陰極，3.導電桿，4.CuSO4及H2SO4的水溶液 3.2 流程概述3.2.1 永久陰極電解法(ISA)永久陰極電解法是針對傳統電解法需要生產并加工始極片的缺點而研制開發的，并得到了快速發展，目前該法生產的電解銅已占世界總產量的30%。其主要優點是。(1)由于使用永久不銹鋼陰極，省去了始極片的生產制作

31、及相應的組裝陰極作業，使生產工序簡化。(2)由于永久陰極強度高、平直度好，可縮短同極距，減少短路，提高電流密度。因此，既可保證產品質量，又能提高電銅產量。(3)陰極周期短，銅的積壓量少，加快資金周轉。(4)機械化程度高，操作人員少。由于使用不銹鋼永久陰極，且機械化程度高，因此，一次性投資較大。ISA法電解由于電流密度高，極距小，從而可以減少電解槽數量和廠房面積。但是永久性不銹鋼陰極價格昂貴，一次性投資大。因此總的基建投資將略高于常規電解的投資。永久性不銹鋼陰極的極板用316-L不銹鋼板制作，厚度3.25mm，其表面粗糙度為2B。用304不銹鋼異型鋼管焊接在鋼板上，然后鍍上2.5mm厚的銅，代替

32、傳統電解法的陰極導電棒，起到吊掛陰極并導電的作用。不銹鋼表面有一層永久性的很薄的氧化層，可以很好地解決沉積銅的粘附性和剝離性之間的矛盾。既能使沉積的電銅不會從陰極上掉落于電解槽內，又可以容易地從陰極上剝離下來。不銹鋼板的兩個側邊用聚氯乙稀的擠壓件包邊，并用高熔點的蠟密封其間的縫隙。不銹鋼板的底邊則用高熔點蠟蘸邊。從永久陰極上剝取電解銅，日本三井金屬礦業公司MESCO公司開發了專門用于ISA法電解的陰極剝離機組。其功能包括受板、洗滌、(含除蠟)、剝片、電解銅堆垛、稱重、打字、捆包、陰極側邊噴蠟，陰極底邊蘸蠟，陰極排板等。ISA法電解自1979年首次在澳大利亞湯斯維爾PTY精練有限公司用于工業生產

33、以來，發展甚快，目前已在30余家工廠推廣應用。其約有1/3的工廠用于電解精煉，2/3的工廠用于電解沉積。 3.2.2傳統電解法傳統電解法目前在多數電解銅廠使用。傳統電解法的主要缺點是始極片的生產與制作工作量占整個電解工作量的一半，又由于始極片薄軟，平直度難以保證，電解工程易造成短路，只得采用較大的同極距和較底的電流密度，從而影響生產能力。此外，種板槽及其單獨的循環系統，使廠房面積加大，建筑費用提高。雖然傳統電解法存在缺點，但是鑒于傳統電解法目前在多數電解銅廠使用，是目前最為成熟，應用最為廣泛的電解生產方法。本設計采用傳統電解法。其工藝流程圖見圖3-1。圖3-1銅電解精煉一般工藝流程圖3.2.3

34、周期反向電流電解法周期反向電流電解法是隨著高電流密度電解的成功使用應運而生的，是強化生產的有效措施。常規電解法中，在電流密度高于250A/m2時，陽極鈍化和電銅質量惡化現象就較為明顯。通過整流器產生的周期反向電流可以消除由于電流密度提高而帶來的陽極鈍化的影響，從而達到強化生產、保證電銅質量的目的。與傳統電解法比較，在相同的生產能力下電解槽少、廠房面積小、投資省、蒸汽單耗降低。其缺點是隨著電流密度的提高，電能消耗增加(據統計，約增加30%)，電流效率降低，整流設備成本高。1962年保加利亞銅精練廠成功地進行了周期反向電流電解的工業試驗。采用周期反向電流電解，陽極鈍化現象在電流密度高達A/m2時才

35、開始出現。此后這個方法在國外銅電解精練生產中得到了一定程度的發展。根據生產實踐，一般認為350A/m2的電流密度是周期反向電流電解的最佳電流密度。高于此值時，電銅的化學組分雖可符合標準，但表現不好。周期反向電流電解的優點為：(1)因電流密度高，同樣的生產規模，所需電解槽數及廠房面積均相應減少，可節省建設投資。處于生產中的銅積壓量較少，占用流動資金少，資金周轉快。(2)特別適用于對常規電解精練工廠挖潛增產，在已有的工廠對電解供電系統作必要改造，即可大幅度提高生產能力。由于電流密度高，槽電壓一般高于常規電解法。此外，電流效率也略低于常規電解法。因此，周期反向電流電解的電能消耗要比常規電解高出30%

36、左右。3.3電解過程中雜質行為： 按電解時的行為，陽極上的雜質可分為四類：第一類：正電性金屬和以化合物形態存在的元素。Au、Ag和鉑族金屬為正電性金屬，進入陽極泥。少量的Ag以Ag2SO4的形式溶解于電解液中，當有少量Cl存在時，形成AgCl進入陽極泥。O、S、Se和Te以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、AgSe和AgTe的形態進入陽極泥中。第二類：在電解液中形成不溶性化合物的Pb和Sn。Pb在溶解時形成PbSO4沉淀，并可進一步氧化成PbO2覆蓋在陽極上，使槽電壓升高。Sn進入電解液后氧化成四價，四價的硫酸錫易水解成堿式硫酸錫進入陽極泥中。 SnSO4 + 1/2O2 + H2S

37、O4 = Sn(SO4)2 + H2O Sn(SO4)2 + 2H2O = Sn(OH)2SO4 + H2SO4Sn(OH)2SO4沉淀時可吸附As、Sb的化合物，有利于電解，但過多會粘附在陰極上，降低陰極質量。第三類：負電性金屬Ni、Fe、Zn。Fe和Zn溶于電解液中，Ni可電化學溶解于電解液中，但有一些不溶性化合物如NiO和鎳云母等，易在陽極表面形成不溶性的薄膜，使槽電壓升高，甚至會引起陽極鈍化。第四類：電位與銅相近的As、Sb和Bi。電解時它們可在陰極上放電析出。它們還易形成SbAsO4和BiAsO4等漂浮陽極泥，機械地粘附在陰極上，影響陰極質量，而且還會造成循環管道結殼，需要經常清理。其中Sb進入陰極的量比As多，所以危害比As大。銅電解過程中一些重要的技術參數：Cu2+濃度：Cu2+濃度不足，容易使一些雜質在陰極上析出；但Cu2+濃度不能過高，否則會增大電解液電阻和易在陰極表面形成CuSO45H2O結晶。通常為4045g/l。H2SO4濃度：硫酸可提高熔液的導電性，但使電解液中的CuSO4溶解度下降。通常為180200g/l。電解液溫度：適當提高溫度對Cu2+擴散有利，并使電解液成分更加均勻，但過高會增大銅的化學溶解和電解液的蒸發。通常為5560。 電解液的循環：為了減小電解液組成的濃度差，電解液必須進行循環。循環方式有上進下出和下進上出兩種