電解銅的銅電解車間設

計完整文檔

（可以直接使用，可編輯完整文檔，歡迎下載）

電解銅的銅電解車間設計

目錄

1前言......................................................0

1.1銅的性質...........................................0

銅的物理性質.......................................0

銅的化學性質.......................................2

銅的主要化合物的性質...............................2

L2銅的用途...........................................3

L3銅資源狀況.........................................4

世界銅資源.........................................4

中國資源...........................................6

1.4中國銅的生產狀況和消費.............................7

中國銅的生產狀況...................................7

銅的消費...........................................8

銅的濕法冶金.......................................9

銅的火法冶金......................................10

1.6銅的新技能........................錯誤!未定義書簽。

一種采取溶劑萃取凈化銅電解液的要領本錯誤!未定義書簽。

疏散強化型電解銅箔及其制造要領?????錯誤!未定義書簽。

硫化礦細菌浸出....................錯誤!未定義書簽。

1.7設計的內容........................................11

冶金盤算..........................................11

重要設備及幫助設備盤算............................11

制圖內容和要求....................................11

2廠址選擇.................................................13

3.1銅電解精煉流程簡述................................15

3.2銅電解精煉的理論底子.............................17

陽極歷程..........................................17

陰極歷程..........................................17

陽極上雜質........................................18

3.3電解液的凈化......................................19

4銅電解精煉的主要設備選擇.................................20

5銅電解技能指標...........................................23

5.1銅電解的條件.....................................23

電解液組成........................................23

添加劑............................................23

電解液溫度........................................24

電解液循環........................................24

電流密度..........................................24

同極中心距........................................25

5.2陽極壽命和陰極周期................................25

6主要經濟技能指標.........................................26

6.1電流效率..........................................26

6.2殘極率............................................26

6.3銅電解采取率......................................26

6.4槽電壓............................................26

6.5直流電能電位消耗..................................27

6.6硫酸單位消耗.....................................27

6.7蒸汽單位消耗.....................................27

7電解精煉冶金盤算.........................................28

7.1電解槽設計盤算...................................28

商品電解槽總數....................................28

電解槽的極板數....................................28

每槽陽極片數......................................29

種板電解槽數......................................29

7.2物料平衡盤算......................................30

7.3銅電解精煉熱平衡盤算.............................33

熱收入............................................34

熱支出............................................34

5.4凈液量的盤算......................................36

7.5硫酸鹽生產物料平衡盤算...........................37

盤算銅料參加量....................................37

盤算硫酸銅產物產量................................38

一次母液體積......................................38

5.6脫銅電解物料平衡盤算..............................39

7.7粗硫酸鍥生產盤算.................................39

8銅電解精煉的主要生產設備的選用...........................41

8.1整流器及導電銅質料的盤算.........................41

直流電源..........................................41

槽邊導電排........................................43

槽間導電板........................................44

短路棒............................................45

8.2電解液循環系統設備及管道盤算.....................45

集液槽............................................45

電解液循環泵......................................45

高位槽............................................46

加熱器............................................46

供液管............................................47

電解液循環管......................................47

陽極片剝機........................................48

8.3車間運輸設備盤算及選擇............................48

起重機............................................48

叉車..............................................48

8.4其他設備及設施...................................49

種種幫助槽子......................................49

陽極泥放出與收集..................................49

9環保步伐.................................................50

9.1情況掩護.........................................50

9.2寧靜生產.........................................51

10車間定員................................................52

附圖.......................................................54

參考文獻...................................錯誤!未定義書簽。

專題：銅陽極鈍化機理及影響因素.............錯誤!未定義書簽。

致謝.....................................錯誤!未定義書簽。

1前言

1.1銅的性質

1.1.1銅的物理性質

銅是人類最早發明的陳腐金屬之一，早在三千多年前人類就開始使用銅。

自然界中的銅分為自然銅、氧化銅礦和硫化銅礦。自然銅及氧化銅的儲量少，

現在世界上80%以上的銅是從硫化銅礦精煉出來的，這種礦石含銅量極低，一

般在2-3%左右。金屬銅，元素標記Cu,原子量63.54,比重8.92,熔點1083Co。

純銅呈淺玫瑰色或淡赤色。銅具有許多可貴的物理化學特性，例如其熱導率都

很高，化學穩定性強，抗張強度大，易熔接，且抗蝕性、可塑性、延展性。純

銅可拉成很細的銅絲，制成很薄的銅箔。能與鋅、錫、鉛、錦、鉆、鎂、鋁、

鐵等金屬形成合金，形成的合金主要分成三類：黃銅是銅鋅合金，青銅是銅錫

合金，白銅是銅鉆鍥合金。

銅在地殼中的克拉克值為0.01%,世界銅儲量約5000xl()4t,主要儲于智利、

美國、俄羅斯、利比亞、加拿大、秘魯、波蘭、菲律賓等國度。別的洋底銃結

核中亦有富厚的銅。全球主要產銅國度是智利、美國、俄羅斯。已知的含銅礦

物有250多種，口］主要產業礦物如下表，其中最重要的是黃銅礦、斑銅礦和輝

銅礦。

表1-1含銅主要供給礦物

名稱礦物種類分子式含銅量(％)

自然元素自然銅Cu100

硫化物黃銅礦CuFeSa34.5

斑銅礦CibFeSz63.3

輝銅礦Cu2s79.8

銅藍CuS66.4

硫碎化物和硫碑銅礦Cu3Ass448.3

硫錦化物碑黝銅礦(C-Fe)12As4s1357.0

黝銅礦(CugFe)12sb4S]352.1

氧化物赤銅礦CU2O88.8

黑銅礦CuO79.8

碳酸鹽孔雀石

CUCO3CU(OH)257.3

藍銅礦2CUCO3CU(OH)255.1

硫酸鹽銅靛巖CuSO4

膽磯CUSO4-5H2O

+3

銅葉綠磯CuFe4(SO4)6(OH)2-2H2O

硅酸鹽硅孔雀石CuSiO3-2H2O36.0

除了主要礦物外，銅礦中還含有少量的其他金屬，如鉛、鋅、鍥、鐵、碑、

錦、鈿、硒、錦、鴇、鋁、鉆、銃等，并含有金銀等貴金屬和稀有金屬，它們

在冶煉歷程中分別進入差別的產物中，所以煉銅工場通常設有綜合采取這些金

屬的車間。

進入冶煉廠的銅礦都為浮選產出的銅精礦，品位10?35%。硫化銅精礦是

煉銅的主要原料。有時也處理懲罰自然銅精礦，但很次要。氧化礦可與硫化礦

一起處理懲罰。未經選礦的氧化礦可直接用濕法或離析法等要領處理懲罰。

我國銅資源漫衍很廣，險些遍及全國各地。一般來說，我國硫化礦的品味

較低。礦物的性質也比力龐大，原生礦與次生礦交錯雜亂，并有大量多金屬伴

生，處理懲罰也比力龐大，且需特別重視綜合采取問題。

5

銅的蒸汽壓很小，在熔點溫度下僅為9xlO-Pa0高溫下，液體銅能溶解、

氧、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等氣體。凝固時，溶解的氣體又從銅中放

出，造成銅鑄件內帶有氣孔，影響銅的機器性能和電工性能。

1.1.2銅的化學性質

銅在干燥的空氣中不起變革，但在含有二氧化碳的濕潤空氣中則能氧化形

成堿式碳酸銅(銅綠)的有毒薄膜。加熱至150℃,銅在空氣中開始氧化，高于

350C氧化生成CU20和CuO。因銅為正電性元素，故不能置換酸(鹽酸和硫酸)

中的氫，而僅能溶于有氧化作用的酸如硝酸和有氧化劑存在時的硫酸中。銅能

溶于氨水及與氧、硫、鹵素等化合。

(1)化銅CuS,天然硫化銅為綠色或棕玄色無定形不穩定化合物銅藍，比重

為4.68,中性或還原性氣氛中加熱即剖析為CU2S和S2。Cu2S不溶于水、稀硫

酸和苛性鈉中，但能溶于氟化鉀和熱硝酸中。

(2)化亞銅CU2S,天然的硫化亞銅為輝銅礦，藍玄色無定形或結晶形，比

重為5.76,熔點為1135c.它在高溫下穩定或氧化成金屬銅，常溫下不被空氣氧

化，430-680°C下則氧化放出S02。赤熱Cu2s的可逐漸被CO2氧化和遲鈍地但

能完全的被H2分解。CO能氧化Cu2So

以Cu2s和FeS為主的共熔體稱為冰銅。由于銅對硫的親和力大，故在冰銅

吹煉時FeS先氧化造渣，剩下的Cu2s(稱白被)被吹煉成粗銅。

Cu2s不溶于水和險些不溶于稀硫酸，與濃硫酸作用生成CuSO4、CuS和SO2,

溶解于濃鹽酸時放出H2SoCu2s可溶于NEUOH、HNO3、Fe2(SCU)、FeCh、CuCh

中。

(3)氧化銅CuO,天然氧化銅為玄色無光芒的黑銅礦，比重為6.3?6.4。它

不穩定，遇熱即剖析。CuO易被H2、C、CO、CxHy和較負電性的Zn、Fe、Ni

等所還原。它不溶于水，但可溶于FeCL、FeCh、NHQH、Fe2(SCU)、(NH4)2CO3

及種種稀酸中。

(4)氧化亞銅CuO、C11O2,天然氧化亞銅稱為赤銅礦，比重為6.11,熔點

為1235℃o它高溫穩定，在2200C以上才完全剖析，在1060℃以下時則部分或

全部變為。CuCh也易被H2、C、CO、CxHy和Zn、Fe或其它對氧親和力強的

元素所還原。高溫時進行的反響：2Cu2O+Cu2s=6Cu+SO2是冰銅吹煉成粗銅的

理論底子。該反響在450C開始至1100C完成。吹煉時，由于銅對硫的親和力

大于鐵，而鐵對氧的親和力大于銅，是反響CuOzFeSKuzS+FeO向右進行到底。

因此在冰銅中的FeS未完全氧化造渣以前，理論上Cu2s是不會被氧化的。

CuO2也不溶于水,但溶于HC1、H2s04、FeCL、FeCb、Fe2(SO4)>NHQH、

等溶劑中，這些反響為濕法冶金所應用。

(5)硅酸銅xCun-ySi2-zH2O自然界中的硅酸銅有硅孔雀石CuOSiOZHzO和

透視石CuO￡iOH2。。它們在高溫下剖析成穩定的2Cu2OSiO2，后者易被H2、

C、CO等還原，也易被FeO、CaO等強堿性氧化物和銅、鐵硫化物剖析，并能

溶于濃硝酸、稀醋酸、鹽酸和硫酸中。

(6)硫酸銅CuS04,自然界的硫酸銅為天藍色三斜晶體系結晶的膽磯。無水

硫酸銅為白色粉末，加熱時剖析成CuO和SO3(SO2+O2)o

硫酸銅易溶于水，鐵、鋅等可從硫酸銅中置換出銅。

(7)氯化銅CuCb,氯化銅無天然礦物，人造氯化銅為褐色粉末。熔點為

498℃。沸點低，易揮發，也溶于水。氯化銅不穩定，加熱至340℃即剖析生成

白色粉末的氯化亞銅：CuC12=Cu2C12+C12o

1.2銅的用途

(1)銅的導電性

銅最重要的特性之一便是其具有極佳的導電性，其電導率為58m/(Qmm2)o

這一特性使得銅大量應用于電子、電氣、電信和電子行業。銅的這種高導電性

與取原子結構有關；當多個單獨存在的銅原子結合成銅塊時，其價電子將不再

局限于銅原子之中，因而可以在全部的固態銅中自由移動，其導電性僅次于銀。

銅的導電性國際標準為：長1m重1g的銅在20C時的導電量公認為100%。現

在的銅煉技能已經可以生產出同品級銅的導電量比這個國際標準超過

4%~5%o

(2)銅的導熱性

固體銅中含有自由電子所產生的另一重要效應就是其擁有極高的導熱性，

其熱導性為386W/(m.k),導熱性僅次于銀。加之銅比金、銀儲量更富厚，代價更

自制，因此被制成電線電纜、接插件端子、匯流排、引線框架等種種產物，遍

及用于電子電氣、電訊和電子行業。銅另有種種換熱設備如熱互換器、冷凝器、

散熱器的要害質料，被遍及應用于電站輔機、空調、制冷、汽車水箱、太陽能

集熱器柵板、海水淡化以及醫藥、化工、冶金等種種換熱場合。

(3)銅的耐蝕性

銅具有良好的耐蝕性能，優于普通鋼材，在堿性氣氛中優于鋁。銅的電位

序中是+0.34V,比氫高，是電位較正的金屬。銅在淡水中的腐化速度也很低(約

0.05mm/a)o并且銅管用于運送自來水時，管壁不沉積礦物質，這點是鐵制水管

所遠不能及的。正因為這一特性，高級衛浴給水裝置中大量使用銅制水管、龍

頭及有關設備。銅極耐大氣腐化，其在外貌可形成一層主要有堿式硫酸銅組成

的掩護薄膜，即銅綠，其化學身分為CUS04*CU(OH)2及CUSO4*3CU(OH)2。因此

銅材被用于修建屋屋面板、雨水管、上下管道、管件;化工和醫藥容器、反響釜、

紙漿濾網;艦船設備、螺旋槳、生活和消防管網；沖制種類硬幣(耐腐化性)、裝

飾、獎牌、獎杯、雕塑和工藝品(耐蝕性色澤典雅)等。

1.3銅資源狀況

1.3.1世界銅資源

全球陸地上的銅礦資源量可能要比先前宣布的16億噸多。在深海中也蘊藏

著富厚的銅礦資源，資源量可能達7億噸。據2005年統計數字，全球銅礦儲量

4.7億噸，底子儲量為9.4億噸。生產銅礦最多的前5個國度是，智利、美國、

印度尼西亞、秘魯和澳大利亞，2003年分別生產銅礦490萬噸、112萬噸、97.9

萬噸、83.1萬噸、83.0萬噸，全球銅礦資源漫衍及主要國度產量見表1-6。

表17全球銅礦資源漫衍及主要國度產量

銅礦產量儲量底子儲量

20032004

美國112011603500070000

澳大利亞8308502400043000

智利49005380140000360000

中國6106202600063000

印度尼西亞9798503500038000

哈薩克斯坦4854851400020000

墨西哥3614002700040000

秘魯83110003000060000

波蘭4955003000048000

俄羅斯6755752000030000

贊比亞3304001900035000

其他國度1400160060000110000

世界總值1360014500470000940000

注：e為預計值。資料來源：U.S.G910gimlSurvey,MinerdCommtySuImlmries,January

2005.

憑據銅的證實儲量，俄羅斯僅次于智利和美國，居世界第三位。諾里爾斯

克地區和科拉半島的銅銀礦床（占俄羅斯總儲量的40%多）、烏拉爾和西西伯

利亞地區54個黃鐵礦型銅鋅與多金屬礦床（占俄羅斯總儲量的28.6%）,是俄羅

斯的主要銅原料基地，含銅砂巖型烏多坎礦床（23%）目前尚未開發，其余銅

儲量（75%）作為伴生組分產于其他礦床中。（占世界銅儲量的60%以上）主

要漫衍在美洲、大洋洲和東南亞諸國，層狀銅礦床（約莫20%）多漫衍在非洲國

度（贊比亞、剛果）以及波蘭、澳大利亞和阿富汗，含銅黃鐵礦和黃鐵礦多金

屬礦床（10%以上），往往漫衍在加拿大、日本、哈薩克斯坦、澳大利亞、阿

富汗、俄羅斯。

132中國資源

目前，中國己生長成為全球最大的銅消費國、銅加工制造業基地、銅底子

產物輸出國，實現了中國銅產業的連續快速生長，對促進百姓經濟生長、增加

財政稅收及解決勞動就業等方而都取得了卓著的結果，并且在世界銅行業內充

當了重要腳色。盡管如此，站在科學生長觀的高度，認真審視我國銅產業財產

鏈，就能夠清晰地發明，銅資源依然是制約我國銅財產順利生長的“瓶頸”因素。

因此，對銅資源問題必須引起我們的高度存眷。

長期以來，我國銅資源不能滿足國內消費需求，供需缺口較大，需要通過

國際市場加以平衡，為此國度每年要花大量外匯。為了確保百姓經濟生長對銅

產物的消費需要，保障銅資源的長期穩定寧靜供給，研究制定我國銅資源的生

長戰略己勢在必行，但是在制定銅資源戰略之前必須了解我國的銅資源現狀，

如表1-7所示。

表1-7我國的銅資源現狀與外洋的銅資源現狀比力

比力項目國內國內

資源儲量2003年銅儲量為1787萬噸2003年銅儲量為47000萬噸。

保障水平30.5年33.9年

礦床范圍大型銅礦少，中小型礦多；金巨型，大型銅礦多，銅礦年產在10萬噸

屬量在500萬噸以上的只有2以上的有20個，其產量約占世界總量的45%o

個。

平均品位偏高，智利與秘魯斑巖型銅礦品位

礦石質量平均品位偏低，絕大多數斑巖為剛果，贊比亞及波蘭的砂頁礦床

礦平均品位為0.5%?砂頁巖型品位為2%-5%；智利，美國及印度尼西亞等

礦的平均品位為0.5%-1%銅資源國度的斑巖型銅礦無論是礦床數量和

儲量均占80%以上，適宜使用溶劑萃取技能,

礦床類型斑巖礦少，砂卡巖礦多，使

使用本錢偏低

得溶劑萃取技推廣受到限

制；砂卡巖型銅礦多數適宜

地下開采，開采本錢高。

盡管我國銅礦資源的保障水平與世界銅礦資源的保障水平相仿，但是因資

源的干系，我國銅礦資源的使用成本普遍高于世界，競爭能力十分有限。在全

球經濟一體化的大趨勢下，應充實考慮利用外洋的銅礦資源，這不但是平衡國

內銅市場供需缺口的需要，并且也是市場經濟運行的一定選擇。

我國銅礦資源的特點是中小型礦床多，大型、超大型礦床少。該特點使得

我國銅礦山建立范圍普遍偏小，且經過幾十年的強化開采，它們的資源儲量在

大幅度淘汰，有的甚至己靠近枯竭。雖然國度花大氣力生長銅礦業，但是銅精

礦（金屬量）生產量并無顯著增加;縱然受國際上漲的影響，2004我國銅精礦（金屬

量）產量也僅有60.7萬噸，比上年增長4.1%。另一方面，基于資源票賦干系，

我國銅精礦的生產主要來自安徽、江西、湖北、石南及甘肅。以2004年為例，

這五個省的銅精礦產量約占到全國總量的75%與此對應，這五個省的銅儲量也

占到全國的58.50%,底子儲量占到全國的59.84%,查明資源儲量快要占到全國

的50%o因此，這五個省是我國銅產業的重要原料基地除湖北與石南外，其他

三個銅精礦生產大省的配合特點是：它們的銅儲量保障水平都比力高，且底子

儲量及查明資源儲量都不錯，具備資源儲量級別升級的資源底子。考慮到地質

勘查促進資源儲量級別升級情況，未來20年內銅精礦生產大省的產能都能夠穩

住，甚至通過新建礦山及現有礦山產能的擴建，其銅精礦產量另有望擴張。但

是也應看到，我國銅儲量絕大部分都已被開發，在未來20年內另有一部分產能

要消失，預計近幾年新建的銅陵冬瓜山銅礦、石南大紅山銅礦一期工程等重點

工程，建成后只能彌補銅礦山消失產能。如果今后不增加大型銅礦床工程建立,

預計銅精礦產量不會有多大的變革,根本維持在年產銅精礦（金屬量）60萬t的水

平。

1.4中國銅的生產狀況和消費

據中國有色金屬產業協會提供的統計資料顯示，2000年底中國精煉銅產量

為137.11萬噸，2005年達260.04萬噸，5年間增長100余萬噸以上，居世界第

二位；精銅消費量也呈快速增長態勢，2000年精銅消費量為190萬噸，2005年

到達368萬噸，居世界第一位。

中國銅財產技能改革步調明顯加快，裝備水平大幅提高。江西銅業團體公

司、銅陵有色金屬團體公司、云南銅業團體公司等主干銅冶煉企業，先后引進

了奧托昆普閃速熔煉、諾蘭達熔煉等一批先進工藝和裝備，使得中國銅企業的

冶煉綜合能耗出現相當幅度的下降。

目前，中國銅企業的經濟實力不絕提高。2000年，中國銅冶煉企業（含礦山、

冶煉聯合企業和獨立冶煉企業）實現產物銷售收入337億元人民幣。2005年，中

國銅企業已實現銷售收入1098.6億元人民幣。

在中國國內銅產物需求增長和產量增加的發動下，中國銅產物進口快速增

長。其中銅原料部分增加顯著，特別是銅精礦和精銅的進口量增幅很大。2000

年?2005年凈進口量平均分別增長了17.49%和12.86%。

在中國政府的大力大舉支持下，中國銅產業在國際化經營和境外投資取得

開端進展。目前，中國國內4家銅企業4個牌號的精煉銅產物已在倫敦金屬生

意業務所（LME）注冊，成為國際認可的品牌。目前，中國在境外已得到投資權

益銅金屬底子儲量約650萬噸，形成了近8萬噸/年的礦銅精礦（金屬量）產能。

我國既是銅資源較貧乏的國度又是世界上第二大銅消費國。從2001年到

2005年，全球銅消費量增加了241.7萬噸，而中國的消費增量就到達152.5萬

噸，占全球增量的63%。

中國銅消費行業主要是發動了電力、電纜行業的生長。發電情況在80年到

90年年平均增長速度是7.5%,90-2000年增長是8.2%,2000年到2005年是12%,

也就是說中國電力生長在近五年生長速度逐漸加快。裝機容量應該從2005年9月

份發電裝容量突破5萬億千瓦。推動電力生長主要是電線、電纜主要大產物，其

中中國電線、電纜在全球占的份額是20%。電信、電纜行業的用銅量是銅的絕

對量，去年大概算下來是310萬，這樣一算國內電線、電纜行業占了快要60%,

這是國內目前最大的用銅的情況。

對付未來的情況來看，電線、電纜未來用銅情況怎么樣，主要看中國電力

生長情況。十一五期間電力投資照舊比力大，憑據電力行業資料，未來五年的

投資在3萬億左右，其中是電網、電站一半的格式。裝機容量未來增長7-8%,這

個速度未來電力生長增長速度應該比已往五年要放慢了。總體來說是增長，所

以對電線、電纜行業生長情況來看，這個也是生長相對匹配的。7-8%的樣子，

所以電線、電纜這個行業有一個電力行業大概在增長9%。

1.5銅的冶煉要領

從銅礦石中或精礦提取煉銅的要領較多，總括起來分火法和濕法兩大類。

1.5.1銅的濕法冶金

一般適于低品位的氧化銅，生產出的精銅稱為電積銅。濕法煉銅目前主要

用于處理懲罰氧化銅礦。有氧化銅礦直接酸浸和氨浸(或還原焙燒后氨浸)等

法；酸浸應用較廣，氨浸限于處理懲罰含鈣鎂較高的結合性氧化礦。處理懲罰

硫化礦多用硫酸化焙燒-浸出大概直接用氨或氯鹽溶液浸出等要領。①硫酸化焙

燒-浸出法是將精礦中的銅轉變為可溶性硫酸銅溶出；②氨液浸出法是將銅轉變

為銅氨絡合物溶出，浸出液在高壓釜內用氫還原，制成銅粉，大概用溶劑萃取-

電積法制取電銅；氯鹽浸出法是將銅轉變為銅氯絡合物進入溶液，然后進行隔

閡電解得電銅。

(1)氧化銅礦酸浸法流程

氧化銅礦一般不易用選礦法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出，所得溶液含

銅一般為1?5g/L,可用硫化沉淀、中和水解、鐵屑置換以及溶劑萃取-電積等

要領提取銅。近年來，萃取-電積法生長較快。其主要歷程包羅：①用對銅有選

擇性的質類螯合萃取劑(LiX—64N,N-510,N—530等)的煤油溶液萃取銅,

銅進入有機相而與鐵、鋅等雜質疏散。②用濃度較高的H2s04溶液反萃銅，得

到含銅約50g/L的溶液。反萃后的有機溶劑，經洗滌后，返回萃取歷程使用。

③電積硫酸銅溶液得電銅，電解后液返回用作反萃劑。生產流程見圖1.2o

圖1.2氧化銅礦酸浸法流程

(2)硫化銅精礦焙燒浸出法

硫化銅精礦經硫酸化焙燒后浸出，得到的含銅浸出液，經電積得電銅。此

法適于處理懲罰含有鉆、銀、鋅等金屬的硫化銅精礦，但銅的采取率低，采取

貴金屬較困難，電能消耗大，電解后液的過剩酸量須中和處理懲罰，所以一般

不采取。

（3）從貧礦石和廢礦中提取銅

銅礦開采后坑內的殘留礦、露天礦剝離的廢礦石和銅礦表層的氧化礦，含

銅一般較低，多采取堆浸、就地浸出和池浸等要領，浸出其中氧化形態的銅，

而所含硫化銅則利用細菌的氧化作用，使之溶解。浸出液中的銅可用鐵置換得

海綿銅，大概用溶劑萃取-電積法制取電銅。

火法煉銅是將銅礦（或焙砂、燒結塊等）和溶劑一起在高溫下熔化，或直

接煉成粗銅，或先煉成冰銅（銅、鐵、硫為主的熔體）然后在煉成粗銅。該法

除部分預備作業及電解精煉作業外，均在高溫下進行。其一般流程如圖1.3：

硫化銅丁（含Cu為

銅精丁（含Cu為18%-30%）

電制含Cu為99.99%）

圖1.3銅火法冶金的一般流程

火法流程最大的優點是適應性廣，對種種差別的銅礦均能處理懲罰，特別

是對一般硫化礦和富氧化礦很適用。

火法和濕法兩種工藝的特點比力火法和濕法兩種銅的生產工藝，有如下特

點:

（1）后者的冶煉設備更簡單，但雜質含量較高，是前者的有益增補。

（2）后者有局限性，受制于礦石的品位及類型。

（3）前者的本錢要比后者高。

可見，濕法冶煉技能具有相當大的優越性，但其適用范疇卻有局限性，并

不是所有銅礦的冶煉都可采取該種工藝。不外通過技能改進，這幾年已經有越

來越多的國度，包羅美國、智利、加拿大、澳大利亞、墨西哥及秘魯等，將該

工藝應用于更多的銅礦冶煉上。濕法冶煉技能的提高及應用的推廣，低落了銅

的生產本錢，提高了銅礦產能，短期內增加了社會資源供給，造成社會總供給

的相對過剩，對代價有拉行動用。

總之，火法和濕法煉銅都各有利弊，選用哪種要領，應憑據礦物的特點，

本地的經濟情況，交通運輸情況，地理條件，氣候條件，特別是應憑據礦物特

點（化學身分，物相組成，含銅量，脈石組成等）和本地經濟條件（燃料，水,

1.7設計的內容

設計之初，在老師的指導下進行資料收集，了解銅的性質、生產工藝以及

我國現有的銅生產廠家的生產工藝。在做了深入的學習后，我們去了陜西商洛

煉鋅廠現場實習，實地考察該公司的成熟生產工藝、廠區擺設、有關技能參數

等等。為本次設計收集了大量的資料數據，為我們的設計也提供了良好的借鑒

作用。實習結束后，回校進行論文的撰寫及畫圖等相關事情。

171冶金盤算

銅電解精煉冶金盤算包羅：電解歷程金屬平衡和物料平衡，凈液量的盤算。

硫酸鹽生產物料平衡盤算。硫酸耗量，電解槽熱平衡及蒸汽消耗等。

172重要設備及幫助設備盤算

憑據工藝流程各個主要歷程，公道地選擇主要冶煉設備和確定個數、容量、

對其主要尺寸加以盤算，盤算中采取的數據應當有憑據地引用文獻和生產實踐

資料。

幫助設備應進行選擇和盤算，確定其規格和數量。

運輸設備的選擇和盤算時，應說明冶煉工藝流程各主要工序的聯系，物料

運輸方法，運輸及提升設備型號選擇依據及采取的運輸要領并進行盤算。

銅電解精煉主要設備和幫助設備盤算包羅：電解槽的盤算（普通槽和種板

槽）。整流器及導電質料的盤算和選擇，電解液循環系統設備及管道盤算，車間

運輸設備盤算與選擇，其他設備及設施。

制圖內容和要求

銅電解精煉車間設計的圖紙包羅：工藝流程圖、電解槽結構圖、設備連接

圖和車間平面擺設圖共三張，其中包羅CAD和手工繪制。

2廠址選擇

廠址選擇要憑據百姓經濟建立籌劃和產業結構的要求進行。廠址選擇適當

與否，對企業的建立速度、建廠投資、生產生長、經濟效益、情況掩護及工農

干系等會帶來重大影響。

廠址選擇的一般原則是：應切合產業結構及區域性總體籌劃和都市建立籌

劃的要求；要盡可能利用城鎮設施，節約資源；要靠近原質料、水、電供給富

裕和產物銷售便利的地方，有較好的交通運輸條件；要注意節約用地，盡量不

占或少占農田，留有生長余地；要有適當的自然地形和適宜的工程地質、水文、

地動品級條件及較好的協作條件等［9］。

在進行廠址選擇時，應憑據有色生產的特點，應充實論證以下幾個問題：

(1)產業結構問題

建立一座有色冶金廠，對全國的產業結構、一個區或一個都市的公道生長、

各個產業區之間的經濟協調以及農業生長等起著重要的作用，應憑據產業結構

“大疏散，小會合、多搞小城鎮”的目標，按“工農結合，城鄉結合，有利生產，

方便生活”的原則，進行廠址選擇和居住區籌劃，使之切合產業結構總體籌劃及

都市建立籌劃的要求。

(2)原質料供給及交通運輸條件

有色金屬冶煉是連續性的，物料吞吐量一般很大。因此在進行廠址選擇時

必須充實考慮交通運輸問題。為了淘汰運輸用度，在包管良好的運輸條件下，

進行廠址盡可能靠近原質料基地和銷售市場。

(3)供水、供電條件

有￡冶煉F—最是大量用水和耗電多的企業。因此希望廠址四周有充實的

水源和電源。以供電為例，廠址距離電源每增加一公里，就需增加外部高壓輸

電線投資3?4萬元，這不但大大增加投資，并且影響建立進展，所以冶金企業

盡可能的選擇在供電網經濟供電半徑之內是至關重要的。

(4)情況掩護和節約用地問題

有色冶金生產特點之一是無一例外地產出大量造成情況污染的“三廢”物

質，除必須有完善的“三廢”治理工程設計外，在選擇廠址時，必須盡量考慮在

主導風向和主要水流的下游位置，擺設好“三廢”處理懲罰園地和廢渣堆放園地，

要有良好的自然通風條件，并應考慮廠址四周居民點、都市生長籌劃、農木漁

業及旅游勝地、自然資源掩護區等問題。

(5)廠址的工程地質及水文地質條件

冶煉廠的土建投資是相當大的，廠址地動品級的差別會對修建結構以及底

子工程的投資帶來很大影響，所以廠址不能選在發震斷層地區和根本烈度為9

級以上的地動區。

別的，所選廠址的地耐力應不低于147.l-196.lkPa,地下水位最高也要低

于底子地面0.5m,廠址最低洼處要高于歷年最高大水位0.5m以上；不能選在

厚度較大的III級自重濕陷性黃土地區和有泥石流或滑坡等危害的山區，廠址底

下不宜又有用礦物礦藏或以開采的礦坑和溶洞等。

(6)廠址的協作條件

冶煉廠一般是機器化自動化水平比力高的現代化企業，為包管企業生產順

利進行，必須有富裕的設備及備品備件供給，要有強有力的機器加工和維修能

力。若廠址四周具備這些條件，便可發揮專業協作的優越性，淘汰幫助設施投

資和低落生產本錢。工場在建立歷程中的施工條件諸如磚瓦、砂石、石灰、水

泥、木材等能否就地取材，施工力量和施工園地是否具備等，都對建立進度起

著一定的作用。在廠址選擇時，應充實考慮廠址四周是否具備這些條件，那種

片面強調“小而全”不重視專業化協作的做法是不恰當的，甚至是錯誤的

考慮到上述的一些條件，我要將此廠建在陜西省寶雞市三橋鎮，這里交通

發達，人員稀少，離原料供給地近，離它不遠處有一個發電站，能確保供電方

便。

3銅電解精練工藝流程簡直定

3.1銅電解精煉流程簡述

火法精煉產出的精銅品位一般為99.2-99.7%,其中還含有0.3-0.8%

雜質。為了提高銅的性能，使其到達種種應用的要求，同時采取其中的有價金

屬，特別是貴金屬、伯族金屬和稀散金屬，必須進行電解精煉。

以火法精煉產出的陽極板為原料，經電解精煉，生產電解銅，并富集貴金

屬和其它有價元素的銅冶煉廠車間設計。設計主要內容包羅：工藝流程、設備

選擇和主要技能經濟指標。中國在銅電解精煉設計中采取了大型電解槽、全套

機器化極板作業線、大型可控硅整流器、多成果專用起重機和鈦板換熱器等新

型設備，以及電解液平行流動循環、誘導法脫碑等新技能。

工藝流程包羅電解精煉和電解液凈化兩部分。以銅陽極板為陽極，純銅始

極片或不銹鋼板為陰極，以硫酸銅和硫酸溶液為電解液，將極板按一定的極距

相間排列于電解槽內，通入直流電，陽極不絕溶解，便在陰極上析出電解銅。

電解歷程中，陽極銅中的貴金屬和硒、硅等有價元素進入陽極泥，沉積于電解

槽底，定期排出，送陽極泥車間提取貴金屬。銀、碑、錦、鋅等雜質大部分進

入電解液，需從循環液中抽取一部分進行凈化處理懲罰。

電解精煉有通例電解、周期反向電流電解和永久陰極電解可供選用。

(1)通例電解。以純銅始極片為陰極，電源為恒向直流電，電流密度為220~

280A/m2o其特點是技能成熟，產物質量穩定，電耗低。

(2)周期反向電流電解。周期性短時間改變直流電流偏向的電解要領。電解

陰極及陽極和通例電解相同，周期性短暫反向，是為了克服陽極鈍化，電流密

度達300?350A/n?。，可強化生產，節省投資，縮短電解銅在產周期。缺點

是電流效率低，電耗高于通例電解。適于老廠擴大生產能力和電價低廉地區采

取。銅電解精煉于1869年在英國首先用于產業生產，隨后在世界上得到遍及應

用。20世紀70年代出現周期反向電流電解和不銹鋼永久陰極電解等新的電解

法。隨著生產技能不絕完善，電解極板作業等機器化和自動化水平逐步提高，

銅電解精煉生產范圍日趨大型化。到80年代，世界上最大單一生產電解銅的工

場生產范圍已到達40萬t/a。

(3)永久陰極電解。和通例電解差別，陰極是永久性的不銹鋼板，在不銹

鋼陰極板上析出的電解銅定期取出剝離作為制品。1979年澳大利亞精煉銅公司

(CoppeirefinetiesplyLtd.CRL)首先將此法用于銅電解精煉產業生產，又名艾薩

(ISA)電解法。以后美國、加拿大和聯邦德國等精煉廠也應用了這一要領。它的

優點是可省掉銅始板片生產系統，不銹鋼陰極平直，短路產生率低，陰極質量

iWjo

電解液凈化為撤除電解液中的雜質，并調解其銅身分而進行的作業。凈化

流程通常依陽極板的雜質含量、需脫除的雜質種類和產物方案確定。一般包羅

脫銅，脫碑、睇、祕和脫鍥等。

脫銅方案有兩個。一是硫酸銅結晶脫銅電解。憑據硫酸銅需要量，選用直

接濃縮或加銅中和工藝生產硫酸銅。結晶后液再經電解產出黑銅粉。二是二段

脫銅電解。第一段電解產出含銅99.5%的二級電解銅；第二段電解產出黑銅板

和黑銅粉，返回熔煉工序處理懲罰，本設計采取第二個方案。

電解液中的碑、錦、鈿等雜質常在脫銅電解后期進入黑銅粉。采取誘導法

脫碑技能，碎的脫除率可達90%,此法還可抑制神化氫氣體產生。也可采取萃

取和離子滲析等要領直接從電解液中撤除碑、錦和鈿等雜質。

脫銅后的溶液生產粗硫酸鍥結晶，可選用蒸發濃縮法或冷凍結晶法，母液

返回電解液中。蒸發濃縮法銀的脫除率高，但硫酸損失大，勞動條件差，一般

適用于范圍小的工場；冷凍結晶法無廢氣排放，但投資較大，適于范圍大的工

場選用。憑據上面的理論依據選用如下圖3.1銅電解精煉的工藝流程圖

圖3.1銅電解精煉的工藝流程圖

3.2銅電解精煉的理論底子

3.2.1陽極歷程

銅電解精煉，在陽極上進行氧化反響:

Cu-2e=Cu2+用,°產=S34V

M'-2e=M'2+<0.34V

+

H2O-2e=2H+^O2%嚕=L229V

SO^-2e=SO}+^O2%/Q=2.42V

式中M，只指Fe、Ni、Pb、As、SB等比Cu更負電性的金屬。因其濃度很

低，其電極電位將進一步低落，從而它們將優先進入電解液。由于陽極主要身

2

分是銅，所以陽極的主要反響將是銅溶解形成C/+的反響。至于H2O和SO4-

失去電子的氧化反響，由于其電極電位比銅正的多，故在陽極上是不可能進行

的。另外，如Ag、Au、Pt等電位改正貴金屬、粕族金屬和稀有金屬，更是不

能溶解，而落到電解槽底部。

在陰極上進行的還原反響：

Cu2++2e=G/璟…=0.34V

+

2H+2e=H2

M'2++2e=M'4心<0.34V

氫的標準電位較銅負，且在銅陽極上的超電壓使使氫的電極電位更負，所

以在正常的電解精煉條件下，陰極不會析出氫，而只有銅的析出。同樣，標準

電位比銅低而濃度又小的負電性金屬M',不會在陰極析出。

電解歷程中還形成一價銅離子Cu+并創建下列平衡：

28=Cu2++CuK=Q］產/Cj

上式在差別溫度下的平衡數據列在表3-1中。

表3-12Cu+=Cir++Cu的平衡數據

溫Ek(v)Cu/(0.5molCuSO4)C

CCu2'g，-3ar-Kxl()4

CCu2+g/l)X10

度℃

*

250.3161.037334225

550.3551.0043.72707.3

1000.3531.008911.20.012

可見，平衡的Cu+濃度使很小的。但是它的存在，與硫酸作用進行

Cu2so4+I/2O2+H2so4=2CUSCU+H2O反響，結果使電解液中的H2so4不絕淘汰，

而Cu2+又不絕增加，并按Cu2s04=CuS04+Cu反響生成銅粉進入陽極泥，使其

中的貴金屬含量下降。

在電極與電解液界面上還進行銅的化學溶解反響：

Cu+l/202+H2s。4=CuS04+Cu

憑據陽極上雜質在電解時的行為，可將它們分為四類：

(1)正電性金屬和以化合物存在的元素，金銀和柏族金屬為正電性金屬。它

們不進行電化學溶解而落入槽底。陰極銅中含有這些金屬使由于陽極泥機器夾

帶來的結果。Ag2so4可溶于電解液中，但當參加少量氯離子(HC1)時則形成

AgCl進入陽極泥。

氧、硫、硒、疏、為穩定化合物存在的元素。它們以CU2S、CU2。、CinTe、

CinSe、Ag2Se、AgzTe等存在陽極板內，電解時亦進入陽極泥中。

(2)在電解液中形成不溶化合物的鉛和錫，電解時鉛以PbS04沉淀。錫以

S/+進入電解液后氧化成。

+

Sn"[SnS04+|o2+H2SO4=Sn(SO4)2+H2O]

并按Sn(SO4)+2H2O=Sn(OH)2s04+H2s04水解沉淀進入陽極泥中。

(3)負電性的銀、鐵、鋅，陽極中的鐵和鋅含量極微，電解時它們與金屬銀

一道溶入電解液中。一些不溶性化合物如氧化亞銀和鍥云母會在陽極外貌形成

不溶薄膜，使槽電壓升高或引起陽極鈍化。

(4)電位與銅相近的神、睇、祕電解時，它們可能在陽極上析出。它們還生

成極細的絮狀SbAsCU和BiAsCU碑酸鹽，漂浮在電解液中，機器的粘附在陰極

上。其粘附量相當于神睇放電析出的兩倍，并且睇進入陰極的數量比碑大，因

此睇的危害更為突出。

電解液需要凈化，以撤除它在電解歷程中積聚的雜質。

3.3電解液的凈化

從上面的討論得知，隨著電解歷程的進行，電解液內的銅和負電性元素逐

漸增加，硫酸逐漸淘汰，添加劑逐漸積聚。為此，每天抽出一定量的電解液進

行凈化處理懲罰，同時增補等量新液，以保持電解液原有的組成范疇。凈化的

目的在于采取其中的銅、鉆、鍥，撤除有害的碑和錦，以及能使硫酸返回適用。

凈化歷程的順序如下：

(1)中和結晶它是用銅粉中和電解液中的硫酸以產出硫酸銅：

Cu+H、SC)4+—O-,=CuSO4+H-,0

中和設備為中斷的中和槽或連續的鼓泡塔。將中和液蒸發濃縮為高溫(80?

90℃)飽和硫酸銅溶液，冷卻即析出膽磯結晶。結晶設備有帶式水冷連續結晶

機和水冷機器攪拌間歇結晶機。

用電積法可直接產出硫酸和銅。

(2)脫銅和碑錦，結晶后的母液用不溶陽極電解采取銅和處碑錦：

CuSOq+H-,O—H-,SO^+CuH—

同時也再生了硫酸。至電解后期，Ci?+低至8g/l下，神、錦、鈿與銅一起

放電得含碑黑銅，并有大量氫放出。黑銅須返回到火法精煉中處理懲罰。除神

儲液可用萃取法或化學法。

(3)生產粗硫酸鍥，脫銅和脫碑鎖的母液含有40?50g/lNi和300g/lH2so4,

再經蒸發濃縮使NiSCM達飽和，然后冷卻結晶疏散。結晶后液含7?10g/lNi和

約400g/lH2so4,若雜質含量低時，可將其加熱和過濾，然后返回電解車間是使

用；若含種睇等雜質高，則須再蒸發濃縮，使其以無水硫酸鹽析出，疏散后溶

液返回電解車間使用。

4銅電解精煉的主要設備選擇

銅電解精煉的主要設備是電解槽（如圖4-1）。它長為3.0?5.0m、寬為0.85-

1.2m、高為L0?1.5m的鋼筋混凝土的長方形無蓋槽子，內襯鉛皮或聚氯乙烯