銅電解精煉車間工藝設(shè)計(jì)ppt課件

1、銅電解精煉車間工藝設(shè)計(jì),主要內(nèi)容,銅電解生產(chǎn)的基本原理,主體設(shè)備的設(shè)計(jì),技術(shù)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇,冶金計(jì)算,車間配置,銅電解精煉概述,輔助設(shè)備的選擇,銅電解精煉概述,銅的火法精煉一般能產(chǎn)出含銅99.0% 99.8%的粗銅產(chǎn)品。 銅的電解精煉，是將火法精煉的銅澆鑄成陽(yáng)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(yáng)極上的銅和電位較負(fù)的賤金屬溶解進(jìn)入溶液，而貴金屬和某些金屬（如：硒、碲）不溶，成為陽(yáng)極泥沉于電解槽底。,一.銅電解精煉概述,溶液中的銅在陰極上優(yōu)先析出，而其它電位較負(fù)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(shí)除去。

2、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(jiǎn)稱電銅。 含有貴金屬和硒、碲等稀有金屬的陽(yáng)極泥，作為銅電解的一種副產(chǎn)品另行處理，以便從中回收金、銀、硒、碲等元素。,銅電解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),永久性不銹鋼陰極電解技術(shù)的主要特點(diǎn),電流密度高、極距小,陰極周期短、產(chǎn)品質(zhì)量高,殘極率低,蒸汽耗量低,流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、操作人員少,金屬積壓量少、流動(dòng)資金周轉(zhuǎn)快,概述,概述,銅電解生產(chǎn)的基本原理,陽(yáng)極反應(yīng):,銅電解精煉過程，主要是在直流電的作用下，銅在陽(yáng)極上失去電子后以Cu2+的形態(tài)溶解，而Cu2+在陰極上得到電子以金屬銅的形態(tài)析出的過程。除此之外，還不可避免地有Cu+的產(chǎn)生，并引起一系列的副反應(yīng)，使電

3、解過程復(fù)雜化。,圖8.1 銅電解精煉過程示意 1.陽(yáng)極，2.陰極，3.導(dǎo)電桿， 4.CuSO4及H2SO4的水溶液,Cu 2e = Cu2+ , E0 (Cu2+/Cu) = + 0.34 V,Cu2+ 2e = Cu ，E0(Cu2+/Cu) = + 0.34 V,陰極反應(yīng):,技術(shù)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇,技術(shù)條件,電流密度,電流密度一般是指單位陰極面積上通過的電流。一般為220270A/m2。,電解液主要由硫酸和硫酸銅水溶液組成。一般含銅40-50g/L，含硫酸180-240g/L。一般采用高酸低銅電解液組分較為有利。電解液中銅含量的不斷上升和下降都是不利的現(xiàn)象。鎳、鐵、砷、銻、鉍等雜質(zhì)濃

4、度過高會(huì)增大電解液的電阻和粘度，降低硫酸銅的溶解度，且砷、銻和鉍濃度過高造成的飄浮陽(yáng)極泥會(huì)嚴(yán)重影響陰極銅的質(zhì)量。,電解液成分,技術(shù)條件,電解液溫度,提高電解液的溫度能降低電解液的粘度，增大硫酸銅的溶解度，使銅在陰極上均勻析出。然而電解液溫度過高會(huì)使蒸汽消耗增加，車間酸霧增多，使操作環(huán)境惡化。電解液溫度一般控制在55-65。,電解液循環(huán)方式,電解液循環(huán)可使電解液的組成和溫度均勻一致，降低濃差極化，改善陰極銅質(zhì)量。電解液的循環(huán)分為兩種，與電極板面垂直的流動(dòng)方式和與電極板面平行的流動(dòng)方式。,(a) 上進(jìn)下出,(b) 下進(jìn)上出,傳統(tǒng)循環(huán)方式,技術(shù)條件,技術(shù)條件,添加劑,明膠 明膠是銅電解精煉過程中的主

5、要添加劑。加入適量的明膠能使析出的陰極沉積物致密光潔，改善陰極表面的物理狀態(tài)。,硫脲,硫脲是表面活性物質(zhì)，與明膠混合使用，可在高電流密度下獲得結(jié)構(gòu)致密的陰極銅。,干酪素,干酪素與明膠混合使用，能抑制陰極表面粒子的生長(zhǎng)和改善粒子的形狀。,鹽酸,鹽酸用來維持電解液中氯離子的含量。,技術(shù)條件,極距,極距一般指同極中心距。小型極板的同極中心距一般為7590mm，大型極板則為100110mm。,陽(yáng)極壽命根據(jù)電流密度、陽(yáng)極質(zhì)量及殘極率來確定一般為18-24天。陰極周期與電流密度、陽(yáng)極壽命及勞動(dòng)組織等因素有關(guān)，一般為陽(yáng)極壽命的l/3。,為獲得致密、平整的陰極銅，始極片必須結(jié)構(gòu)致密，表面光滑。所以種板電解槽的

6、技術(shù)條件控制比普通電解槽更為嚴(yán)格。,陽(yáng)極壽命和陰極周期,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),電流效率,殘極率,電流效率是指電解過程中，陰極實(shí)際析出量占理論析出量的百分比。一般為94-98。影響電流效率的因素主要如下：短路，漏電，化學(xué)溶解。,殘極率是指產(chǎn)出殘極量占消耗陽(yáng)極量的百分比。一般殘極率取15-18。,銅電解回收率,一般取99.6-99.8。,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),槽電壓,直流單耗,槽電壓由電解液電阻引起的電壓降，金屬導(dǎo)體電壓降，接觸點(diǎn)電壓降，克服陽(yáng)極泥電阻的電壓降，濃差極化引起的電壓降等組成。普通槽電壓一般為0.2-0.3V，種板槽槽電壓一般為0.3-0.4V。,直流單耗是指生產(chǎn)一噸電銅所消耗的直流電量。消耗的直流電

7、量包括普通電解槽、種板電解槽、脫銅電解槽及線路損失等全部直流電消耗量。一般的直流單耗為230450(kWh)/t,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),硫酸單耗,蒸汽單耗是指生產(chǎn)1噸電銅所消耗的蒸汽量。在無保溫措施的條件下，蒸汽單耗一般為l-1.5t/t電銅；在現(xiàn)代有保溫措施的銅電解過程中，蒸汽單耗一般為0.1-0.6t/t電銅。,生產(chǎn)1噸電銅消耗的硫酸量，一般為4-10kg/t電銅。,蒸汽單耗,水單耗,生產(chǎn)1噸電銅消耗的水量，一般為3-5m3/t電銅。,電解槽的材質(zhì)與結(jié)構(gòu),電解槽的材質(zhì),主體設(shè)備的設(shè)計(jì),電解槽的材質(zhì)分兩類：一是傳統(tǒng)鋼筋混凝土玻璃鋼槽；二是乙烯基樹脂整體電解槽。,傳統(tǒng)鋼筋混凝土玻璃鋼槽主要由鋼筋混凝土

8、、玻璃鋼內(nèi)襯組成。,乙烯基樹脂整體電解槽的主要材料為乙烯基樹脂、石英砂。,電解槽結(jié)構(gòu),圖9-5 電解槽結(jié)構(gòu) 1-進(jìn)液管，2-陽(yáng)極，3-陰極，4-出液管，5-放液管，6-放陽(yáng)極泥管,主體設(shè)備的設(shè)計(jì),陰極,銅電解精煉的原料是火法精煉后澆注而成的銅陽(yáng)極。生產(chǎn)中應(yīng)盡量獲得質(zhì)量良好的陽(yáng)極銅板。,(1)銅電解精煉傳統(tǒng)使用的陰極板。開始使用銅始極片。后來絕大多數(shù)銅冶煉廠采用鈦板制成銅始極片。,陽(yáng)極,(2)永久性不銹鋼陰極板。永久性不銹鋼銅電解技術(shù)是使用剛度和韌性較好的不銹鋼板制成陰極板，取代傳統(tǒng)的始極片。,陽(yáng)極、陰極、種板尺寸的選擇,機(jī)械化程度較高的大型工廠采用大型陽(yáng)極，中、小型工廠機(jī)械化程度較低，常采用小

9、型陽(yáng)極板。為避免陰極邊緣生成樹枝狀結(jié)晶，陰極尺寸應(yīng)比陽(yáng)極稍大一些。種板的材質(zhì)目前有紫銅板、不銹鋼板和鈦板三種，以紫銅板為多。種板的尺寸一般比始極片寬20-30mm，長(zhǎng)50-70mm。,主體設(shè)備的設(shè)計(jì),電解槽總數(shù)的確定,式中 N電解槽總數(shù)，臺(tái)； M年產(chǎn)電解銅量，t； 360年工作日，d； 23.5日通電時(shí)數(shù)，h； 電流效率，%； I電流強(qiáng)度，A； 1.185銅的電化當(dāng)量，g/(Ah)。,主體設(shè)備的設(shè)計(jì),電解槽中陰極和陽(yáng)極的片數(shù)的確定,式中 nc每槽陰極片數(shù)，片； I電流強(qiáng)度，A； Dk電流密度，A/m2； fc每片陰極的面積，m2。,nc每槽陽(yáng)極片數(shù)為nc +1。,陽(yáng)極、陰極的質(zhì)量和厚度,每槽陽(yáng)

10、極和陰極的片數(shù)確定之后，根據(jù)電流強(qiáng)度、電流效率、殘極率、陽(yáng)極壽命、陰極周期和始極片析出周期(通常取16或24h)，可以計(jì)算出每片陽(yáng)極、陰極和始極片的質(zhì)量。再由銅的比重，可以算出每片陽(yáng)極、陰極和始極片的厚度。在計(jì)算陽(yáng)極厚度時(shí)，陽(yáng)極耳部質(zhì)量可按陽(yáng)極全部質(zhì)量的5計(jì)算。,主體設(shè)備的設(shè)計(jì),電解槽尺寸的確定,主體設(shè)備的設(shè)計(jì),電解槽長(zhǎng)度：設(shè)電解槽兩端各留一定距離A(一般A取100-150mm)，則電解槽長(zhǎng)度為，陽(yáng)極片數(shù)(或陰極片數(shù))x極距+2A,電解槽寬度：設(shè)陰極兩側(cè)距槽邊各留一定距離B (一般B取50-60mm)，電解槽寬度為，陰極寬度+2B,電解槽深度：設(shè)陰極下端距槽底留一定距離C(一般C取250-30

11、0m)，陰極上端距槽面留一定距離D(一般D取50-100mm)，則電解槽深度為：陰極長(zhǎng)度+C+D 。,脫銅槽數(shù)的確定,每天電解液中增加的銅量減去每天凈液帶走的銅量，剩下的就是要通過脫銅槽脫去的銅量。根據(jù)電流強(qiáng)度和電流效率，很容易計(jì)算出所需脫銅槽數(shù)。,槽邊導(dǎo)電排的計(jì)算,式中 F1槽邊導(dǎo)電排的截面積，mm2； A總電流，A； D1槽邊導(dǎo)電排的允許電流密度，A/mm2。,主體設(shè)備的設(shè)計(jì),式中 Q槽邊導(dǎo)電排與周圍空氣溫度差， K散熱系數(shù)，在露天取25，在室內(nèi)取85； I電流強(qiáng)度，A； 槽邊導(dǎo)電排比電阻，/(mmm2)，銅為0.0175/(mmm2)； F1槽邊導(dǎo)電排橫斷面積，mm2； n槽邊導(dǎo)電排斷面

12、的周長(zhǎng)，mm。,槽邊導(dǎo)電排與整流器供電導(dǎo)線相連，通過的電流為電解槽的總電流。,槽間導(dǎo)電板的計(jì)算,式中 F2導(dǎo)電板的截面積，mm2； A總電流，A； n每槽陰極片數(shù)； D2導(dǎo)電體允許電流密度，A/mm2。,主體設(shè)備的設(shè)計(jì),陰極導(dǎo)電棒的計(jì)算,槽間導(dǎo)電板允許電流密度可取0.30.9 A/mm2。,式中 F2陰極導(dǎo)電棒的截面積，mm2； A總電流，A； n每槽陰極片數(shù)； D2陰極導(dǎo)電棒允許電流密度，A/mm2。,陰極導(dǎo)電棒允許電流密度可取11.25 A/mm2。,(1)電解過程中陽(yáng)極中各元素的分配。表9-6給出了陽(yáng)極中各元素分配率的范圍。(2)陽(yáng)極泥率和陽(yáng)極成分的計(jì)算。 (3)陰極銅化學(xué)成分的計(jì)算 (

13、4)物料平衡表。,物料平衡計(jì)算,冶金計(jì)算,舉例。年產(chǎn)電銅15000t的電解精煉物料平衡計(jì)算。原始數(shù)據(jù)，銅電解回收率：99.9%，殘極率16.5，陽(yáng)極成分及陽(yáng)極中各元素的分配率如表9-7和表9-8所示：,物料平衡計(jì)算,冶金計(jì)算,物料平衡計(jì)算,冶金計(jì)算,根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出陽(yáng)極泥率，陽(yáng)極泥成分，電銅成分，最后編制出銅電解精煉物料平衡表。,冶金計(jì)算,根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出陽(yáng)極泥率，陽(yáng)極泥成分，電銅成分，最后編制出銅電解精煉物料平衡表。,冶金計(jì)算,根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出陽(yáng)極泥率，陽(yáng)極泥成分，電銅成分，最后編制出銅電解精煉物料平衡表。,冶金計(jì)算,根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出陽(yáng)極泥率，陽(yáng)極泥成分，電銅成分，最后編制出銅電解精

14、煉物料平衡表。,冶金計(jì)算,用上述結(jié)果編制出銅電解精煉物料平衡表。,冶金計(jì)算,凈液量的計(jì)算,冶金計(jì)算,凈液量的計(jì)算,冶金計(jì)算,凈液量的計(jì)算,冶金計(jì)算,槽電壓組成計(jì)算,冶金計(jì)算,銅電解精煉過程的陰陽(yáng)極電位差主要是由于濃差極化造成。為0.030.045V，占槽電壓的10%20%。,槽電壓組成計(jì)算,冶金計(jì)算,電解液壓降是指電流通過電解液時(shí)，由于電解液電阻造成的電壓降。一般范圍為0.10.15V，占槽電壓的45-65。,槽電壓組成計(jì)算,冶金計(jì)算,導(dǎo)體、接點(diǎn)和陽(yáng)極泥壓降。導(dǎo)體主要指導(dǎo)電棒和電極。導(dǎo)電棒和電極的電阻引起的電壓降很小，而且變化不大。接點(diǎn)電阻主要與接點(diǎn)處接觸面積大小、接觸處壓緊程度及接觸處是否清

15、潔等有關(guān)。陽(yáng)極泥壓降是指電流通過時(shí)，陽(yáng)極泥的電阻引起的壓降，主要與陽(yáng)極成分、陽(yáng)極下槽時(shí)間及管理操作因素有關(guān)。據(jù)有關(guān)資料，導(dǎo)體壓降為0.015-0.030V,接點(diǎn)壓降為0.03-0.05V，陽(yáng)極泥壓降為0.02-0.04V，三者之和大約占槽電壓的2535。,電解槽熱平衡計(jì)算,冶金計(jì)算,在電解過程中，電解液的熱損失主要包括四部分：電解槽表面水蒸發(fā)的熱損失；電解槽液面輻射與對(duì)流的熱損失；電解槽壁的輻射與對(duì)流的熱損失；管道內(nèi)溶液的熱損失。電解過程中 的熱收入只有電流通過電解液所產(chǎn)生的熱量。,電解槽熱平衡計(jì)算,冶金計(jì)算,熱支出。電解槽液面水分蒸發(fā)的熱損失,電解槽熱平衡計(jì)算,冶金計(jì)算,電解槽熱平衡計(jì)算,冶

16、金計(jì)算,熱收入,電解槽熱平衡計(jì)算,冶金計(jì)算,全車間需補(bǔ)充的熱量,直流電源,輔助設(shè)備的選擇,目前，電解過程可通過硅整流器或可控硅整流器獲得直流電源。整流器的規(guī)格和臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)電流和電壓等條件進(jìn)行選擇。 根據(jù)以上計(jì)算所采用的數(shù)據(jù)，電流強(qiáng)度取10000A；普通槽和種槽共158臺(tái)，槽電壓為0.28V；脫銅槽2個(gè)，槽壓為2V；線路壓降與導(dǎo)電母線長(zhǎng)度有關(guān)，一般為3-4V，這里取3V。所以車間總電壓為： 0.28158+22+351.24V 根據(jù)選定的電流強(qiáng)度和計(jì)算的槽電壓，并適當(dāng)考慮富余系數(shù)后選擇整流器的規(guī)格。這里可選擇電流強(qiáng)度為12000A，輸出電壓為40-60V的硅整流器。,起重機(jī),輔助設(shè)備的選擇,起重

17、機(jī)主要用于車間內(nèi)陰、陽(yáng)極出裝槽及電解槽和其他設(shè)備的安裝。一般選橋式起重機(jī)。 (1)起重機(jī)的荷重的確定。這里取每塊陽(yáng)極質(zhì)量為160kg，普通槽陽(yáng)極42片，種板槽陽(yáng)極44片，陽(yáng)極吊架質(zhì)量為400kg，則起重機(jī)最大操作荷重為： 160 44+4007.44 t 根據(jù)車間的配置，可選用荷重10t的電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)。 (2)起重機(jī)臺(tái)數(shù)的確定。起重機(jī)臺(tái)數(shù)根據(jù)車間電解槽數(shù)量，陰陽(yáng)極周期及車間的配置等因素確定。,加熱器,輔助設(shè)備的選擇,電解液加熱多數(shù)廠采用鈦電解液換熱器來加熱電解液，部分廠仍用浮頭列管式不透性石墨熱交換器。鐵板換熱器阻力大，應(yīng)設(shè)于電解液循環(huán)泵與高位槽之間。石墨管受震動(dòng)易損壞，位于高位列槽之下。,其他,還有始級(jí)片裝配機(jī)組、翻版機(jī)、光棒機(jī)、吊架、儲(chǔ)液槽、循環(huán)泵、皂液槽、酸泡槽等設(shè)備，設(shè)