设计年产8万吨高级阴极铜的电解车间毕业设计.docx

设计（论文）专用纸设计年产8万吨高级阴极铜的电解车间第一章 总论1.1概述1.1.1设计任务 本次设计的任务由昆明理工大学冶金与能源工程学院下达。毕业设计的论文题目：“设计年产8万吨高级阴极铜（gb/t 4671997）的电解车间”，厂址选在广东清远云铜厂区内，本设计采用传统的始极片电解法。1.1.2 设计指导思想本次设计的指导思想：依托广东清远丰富的废杂铜资源优势，从节约投资，有利于环境保护，在全球原生铜资源争夺激烈的情况下，充分利用厂址周边的有效资源，开辟利用再生铜资源加快发展的新路子等方面考虑，设计出投资少、见效快、质量高、环保型的铜电解车间来。以创造更多的经济效益为出发点，参照国内外现有的工艺水平及先进的生产经验和技术，充分利用清远厂区的各种设备，寻求合理的节能工艺，使生产设备高效、方便和具备实用性，保证生产及设备的经济化和市场化。从而建成环保和社会效益、经济效益相统一、最具竞争力的循环经济典范的铜电解厂。1.1.3 设计特点本次设计的特点：本次设计是采用传统法进行铜电解，传统法在世界各国均已有多年生产历史，工艺成熟可靠，电耗低。多年的生产实践，针对种板重量标准偏差大和厚薄不均匀、边角不整齐等现象，进行改造种板导电棒两端结构、贮液槽结构,种板阳极优化、调整种板槽阳极更换周期和顺序等工艺优化，获得厚薄均匀，重量标准偏差小以及边角整齐的种板生产方法。在保证种板槽通电时间、钛母板垂直性良好、极间距对称和标准化操作的条件下，便能保证种板生产的质量，从而满足下道工序机组的加工要求，对降低生产成本和最终提高阴极铜质量都是十分有效的。通过改进传统工艺流程的一些工艺使其电解槽容易短路和容易形成“阳极钝化”的现象得以缓解。特别是采用了机械化、自动化水平高的阴阳极加工机组，使制作过程中劳动强度降低,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。国内外现在大型的冶炼企业大多采用isa法电解生产，即采用不锈钢阴极取代传统的始极片，不锈钢阴极可重复使用，省去始极片的种板电解槽系统和生产阴极的制作工艺、电解流程短、产品的质量高、能耗低、永久性不锈钢板虽然容易剥离，但其质硬、与绝缘材料粘结不好且弹性大难以平整。再有本设计生产所需的阳极是利用各种杂质含量不一的废杂铜生产所得阳极板和从各地采购过来的成分不同的阳极板，所以电解槽内阳极成分不稳定，使用不锈钢阴极不易控制阴极铜，从而影响阴极质量。最重要的是，本设计是年产8万吨高级阴极铜（gb/t 4671997）的电解车间若采用isa法，永久性不锈钢阴极价格仰贵，设备投资大，因此对于年产8万吨的电解铜车间来说一次性投资高，不利于成本的回收和盈利。并且传统电解法通过逐渐的改进经济效益也有明显的提高，环境保护也有很大进展，因此本设计采用优化的传统电解法更适合，更有经济价值。1.2 建立铜电解车间的必要性1.2.1铜的用途 铜是与人类关系非常密切的有色金属，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。铜消费量的高低在一定程度上反映了一个国家的经济发展的状况和水平。是现代工业发展和经济发展中重要的基础性原材料。 铜具有优良性能，所以在工业上有着广泛的用途。包括电气行业、机械制造、化工、建筑、国防等。在电气和电子行业这一领域中主要用于制造电线、通讯电缆和其他成品如电动机、发电机转子及电子仪器、仪表等，这部分应用最广、用量最大，约占工业总需求量的一半左右。在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等，每生产100万发子弹，需用铜13-14吨。在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。铜的化合物是电镀、原电池、农药、颜料、染料、和触媒等工农业生产的重要原料。铜及铜合金在计算机芯片、集成电路、晶体管、印刷电路版等器材器件中都占有重要地位。例如，晶体管引线用高导电、高导热的铬锆铜合金。最近，国际知名计算机公司ibm已采用铜代替硅芯片中的铝，这标志着人类最古老的金属在半导体技术应用方面的最新突破。铜和铜合金主要用于散热器、制动系统管路、液压装置、齿轮、轴承、刹车摩擦片、配电和电力系统、垫圈以及各种接头、配件和饰件等，每辆汽车用铜 10 20kg ，小轿车用铜约占自重的 6 9 ；列车上的电机、整流器以及控制、制动、电气和信号系统等都要依靠铜和铜合金来工作。 随着科学技术的日新跃益，铜的应用范围在拓宽，铜在医学、生物、超导及环境方面开始发挥作用。如，当聚氨酯塑料泡沫含有铜或氧化铜时，能大大减少这种塑料燃烧时所释放出致命的有毒气体氢氰化物(hcn)。大量研究资料证明，铜的杀菌作用可以有效地降低肺炎病菌的传播，能抑制细菌生长，保持饮用水清洁卫生，所以,未来国内建筑业铜管的发展前景将十分广阔。我国目前最大的铜消费需求主要集中在发电项目和建筑工程方面，虽然我国城市居民的人均铜消费量有所增加，但和发达国家的消费水平相比仍有较大差距。随着我国经济的不断发展和人民生活水平的日益提高，大批智能化小区的建设，人们对铜在提高生活质量方面所具有的巨大优越性的认知度的提高，相信居民生活用铜的需求量将以较快的速度增长。 2010年中国铜消费增长达到11.5%，达到680万吨，占全球消费的比例达39%；全球铜消费增长8%，其中超过一半的增长来自中国。2011年，中国铜消费增长仍会保持在8%以上，这将带动全球铜消费增长在3%以上，仍会是全球铜消费增长的主要动力。1.2.2铜的市场及产能预测与产品销售情况1.2.2.1 2011年铜市场回顾2011年的铜市场基本以89月为分界线，上半年形势一片大好，多数铜产业链中的企业开工率增加，终端消费产品产量高速增长，铜价也维持高位震荡，产业景气度高。但自6月之后的中国紧缩政策以及以美国信用降级为开端的发达国家债务问题使形势急转，商品市场价格出现大幅的震荡下跌。出口放慢，企业资金短缺，部分产品价格跌至成本以下，而矿产品价格跌幅小于成品，压缩企业盈利空间；终端产品补库过程完成、刺激政策退出都造成终端消费品销售困难，产成品库存上升，企业开工率及营销利润明显下降，中小企业经营陷入困境。整体来看，铜价在2011年呈现出冲高回落、震荡下跌的格局，波动频率及程度都明显加大，绝大多数时间表现出震荡的特征。相对其他有色金属，铜价依然远离成本，这主要得益于整体的供应面依然偏紧，以及全球的供应相对短缺。供需层面，需求放缓比较明显，主要受到出口以及国家政策效果减退的影响；供应面则由于上半年主要消费废铜、电铜进口下滑转变为下半年主要消费电铜、电铜进口大幅回升的局面。虽然在2011年最后几个月消费渐弱，但全年中国铜材产量依旧高速增长，预计增幅超过15%。同时也可以从消费商偏低的库存得以印证。到2011年底，铜价表现出上下两难的境地，上涨受到欧债问题的打压以及消费下降的影响，下跌则受到供应问题的支撑。1.2.2.2 2011年全球铜市场供求关系1.2.2.2.1 铜精矿供应缺口较上一年进一步扩大 受罢工、矿石铜品位下降、意外天气，以及金融危机带来的大型矿山项目投产、扩建推迟或暂停等诸多因素的影响，2011年全球铜精矿产量较2010年无几增长。需求方面，随着中国冶炼产能不断扩张，中国冶炼厂铜精矿需求维持旺盛；日本需求下半年受到地震海啸的影响，但是下半年产能逐渐恢复；其他主要的铜冶炼国家铜精矿需求较为稳定。因此，由于2011年全球铜精矿产量基本持平，铜精矿消费则在冶炼产能的不断扩张下小幅增长，导致全年的铜精矿供应短缺较上年进一步大。表11：全球铜精矿供求平衡情况（千吨铜）2009全年2010q1 q2 q3 q4 全年2011q1 q2 q3 q4 全年产量需求量供需平衡1214212280-1383.020 3.080 3.130 3.120 12.3503.050 3.140 3.160 3.090 12.440-30 -60 -30 30 -903.070 3.110 3.090 3.080 12.3503.040 3.150 3.170 3.170 12.53030 -40 -80 -90 -1801.2.2.2.2 全球精铜供应出现少量短缺近年来，随着中国铜消费量越来越大，以中国为首的铜精矿产能扩张也非常快速，这也铜精矿产量不断增长。不过，诸如智利等传统精铜生产大国受到了金融危机带来的资金压力、矿石品位下降、运输及装运设备故障及矿石破碎设备维修等因素影响，精铜产量出现下滑，限制了全球精铜产量的增幅。销费方面，虽然金融危机对欧美国家的消费造成一定影响，但随着各国经济恢复，多数国家2010年的精铜消费出现增长，并恢复到或超过危机前的水平。因此，整体来看，最几年在中国消费强有力的拉动下，全球精铜消费维持增长局面。但值得注意的是，进入2011年，中国消费的增幅开始出现下滑。同时，2008年金融危机后又一影响全球的金融事件一欧债危机的出现，虽然暂时还没有真正带来对需求的压制，但已有部分迹象，后市铜需求会受到一定影响。表12 全球主要精铜生产国家和地区产量（万吨铜）200920102011q1q2q3q4全年q1q2q3q4全年同比%中国412.3110.5115.1114.4117.8457.8120.3129.8136.7126.6513.012.1智利325.377.683.180.981.6323.273.476.876.178.4304.6-5.8日本147.339.538.838.338.3155.434.031.335.133.7133.9-13.8美国114.226.925.626.926.0105.525.826.025.829.2106.81.2俄罗斯86.922.422.922.323.390.722.523.222.922.791.20.6德国66.016.917.015.816.265.716.717.017.117.267.93.3印度72.616.416.017.017.166.517.416.317.017.167.71.8赞比亚47.310.69.513.316.650.014.314.515.316.460.621.2波兰50.313.713.713.713.754.714.014.313.913.555.61.6韩国53.913.814.313.913.555.513.014.213.214.353.7-1.4澳大利亚45.97.611.012.312.643.612.312.613.112.650.816.5小计1422.0355.9367.0369.3376.71468.6363.7376.0386.2395.11511.12.9全球总计1814.4456.2469.4468.7477.91872.2465.5472.8486.4491.11915.82.3表13 全球主要精铜消费国家和地区消费量（万吨铜）200920102011q1q2q3q4全年q1q2q3q4全年同比%中国610.0161.0179.0166.0174.0680.0170.0192.0184.0187.0733.07.8美国146.537.840.741.338.6158.341842.239.8338.3162.32.5德国105.325.031731.431.3119.431.531.230.431.0124.24.0日本90.924.726.826.528.6106.626.623725.026.5101.8-4.5韩国88.121.823.425.819.690.620.721.721.322.386.1-5.0印度55.414.414.214.413.956.814.813.514.116.659.14.0俄罗斯39.210.511.410.912.945.715.816.813.712.458.728.4意大利51.414.716.413.013.257.314.314.514.214.357.30.0中国台湾49.612.214.014.512.653311.413.213.412.750.7-4.9小计1261.3329.0364.1350.4351.21394.5353.6375.8362.6372.81460.14.7全球总计1730.2450.0479.5468.6456.318544469.3492.2480.6479.51921.63.6 尽管2011年全球精铜消费增速较2010年大幅放缓，但由于同期产量增幅更小，全球精铜供求关系从2010年的小幅过剩转向少量短缺，成为支撑铜价的坚实基础。表14 全球精铜供求平衡表（万吨铜）2009全年2010q1 q2 q3 q4 全年2011q1 q2 q3 q4 全年产量需求量供需平衡1814.41730.284.2456.2 469.4 468.7 477.9 1872.2450.0 479.5 468.6 456.3 1854.46.2 -10.1 0.1 21.6 17.8465.5 472.8 486.4 491.1 1915.8469.3 492.2 480.6 479.5 1921.6-3.8 -19.4 5.8 11.6 -5.81.2.2.3中国铜市场分析 中国国家统计局1月17日公布数据显示，中国2011年精炼铜产量为517.9万吨，较2010年增长14.2%。中国2011年12月铜产量为457,000吨，同比增加8%，环比增加2%，因国内炼厂均极力实现产量目标。这也是中国精炼铜产量自2011年8月触及518,000吨的产量纪录高位之后，中国精炼铜产量首度出现月度增幅。1.2.2.3.1精炼产能继续扩张中国国家统计局1月17日公布数据显示，中国2011年精炼铜产量为517.9万吨，较2010年增长14.2%。中国有色网。中国2011年12月铜产量为457,000吨，同比增加8%，环比增加2%，因国内炼厂均极力实现产量目标。中国有色网。这也是中国精炼铜产量自2011年8月触及518,000吨的产量纪录高位之后，中国精炼铜产量首度出现月度增幅。2011年薪增产能大大高于上年，国内再次进入铜冶炼投产的高峰期，预计这种情况将延续至2013年。期间每年的铜粗炼新增产能都将超过60万吨、精炼产能超过100万吨。冶炼和精炼产能的扩张，成为国内精铜产能增长的主要驱动力以及压制铜精矿加工费的重要因素。 表15 2011年1-12月中国精铜产量数据统计 单位：万吨日期产量同比%环比%20111245.708.002.0120111144.809.30-4.4820111046.9016.40-2.0920110947.9017.70-7.5320110851.8029.208.3720110747.8018.000.2120110647.7012.008.6620110543.9010.00-3.3020110445.4019.20-3.4020110347.0023.7021.7620110238603.80-5.6520110140.9112.08-7.85表16 2011年4家国有大型铜企业阴极铜产量（单位：万吨）序号企业名称2010年产量2011年产量同比（%）01铜陵有色集团（含张家港铜业）78.1785.20902江西铜业集团公司90105 16.6703云南铜业股份有限公司566312.5004金川集团有限公司405230 1.2.2.3.2铜精矿供应小幅短缺 由于金融危机后铜价的稳步回升提高了矿山的生产积极性，国内铜精矿产量依然保持增长局面。 据中国有色金属工业协会的统计数据显示，2011年1-11月份国内铜精矿含铜产量113.9万吨，同比增加9.3%，预计2011年全年产量将达到123.7万吨左右，比上年增加8.5%。 2010年国内铜精矿出现小幅过剩与2009年投产的几个矿山陆续达产、以及2010年国内铜精矿产量出现较大幅度提高有关。随着近几年国内冶炼产能的不断扩张（前两年未开工高峰期，近两年为投产达产的高峰期），中国对铜精矿的需求也不断增加 ，过剩的局面并非常态，2011年铜精矿供应重新出现短缺局面。表17中国铜精矿供求平衡表200920102011q1q2q3q4全年q1q2q3q4全年产量94.523.029.028.933.0114.025.732632.832.7123.7进口量171.746.144.143.840.6174.638.341.145.643.4168.5供应量256.966.770.570.271.1278.561.771.175.673.4281.9需求量262.763.567.063.367.9261.767.174.278.775.4295.4平衡-5.83.23.56.93.216.8-5.4-3.1-3.1-2.0-13.52011年1-11月国内进口铜精矿581.2万吨（实物量），同比下滑2.9%，预计2011年国内进口量（金属量）达到168.5万吨，同比下滑3.5%，进口量下滑，与国内铜精矿产量提高，现货加工费逐步下滑，以及国内外铜价倒挂等多重重要因素有关。1.2.2.3.3 国内在再生铜产量受到一定影响，供应小幅过剩 具有色协会公布的数据，2010年国内再生铜产量为172.8万吨，比上年同期增长了25.2%，占精铜总产量达到37.8%，比上一年同期提高4.2个百分点。而2011年111月份，国内再生铜产量为1666.6万吨，同比增长3.8%，较上一年同期下滑20个百分点以上，占精铜总产量35.1%，再生铜产量增幅和占比的下滑，也从一个侧面反应出国内再生铜生产受到一定影响。2011年废杂铜进口量将会小幅增长。1-11月进口量为424万吨（实物量），同比增7.9%，且据了解，下游企业还有一些其他的渠道购买废铜。因此，整体来看，废铜市场的供应有6 万吨左右的过剩，过剩量主要出现在下半年，上半年依然是供应偏紧张的局面。1.2.2.3.4 国内精铜产量快速增长，消费增速下降据国家统计局数据显示，2011年国内精铜产量约为510万吨，比上年有很大增长。可见中国铜冶炼/精炼产能的不断扩大，带动了精铜产能的持续快速增长。消费方面，2011年中国的铜需求增速回落，铜消费的增长主要依靠电力行业和空调制冷行业支撑。具体到各主要铜消费行业来看，随着十二五开局以及农村进行电网改造，2011年该行业的投资额快速回升，对铜需求拉动作用明显；空调制冷行业在2011年发展迅速，中国铜需求收益与家电下乡，以旧换新、节能补贴等优惠政策的带动。随着国外经济的恢复，出口也出现增长；房地产行业对铜消费的贡献在2009年和2010年十分明显，但随着2011年调控政策的实施，房地产的投资额和新开工面积增幅回落，可能对后世房地产及其相关行业的铜需求形成潜在的不利影响；交通运输行业也是在经历连续两年的高增长后，2011年汽车产量增幅萎缩，铁路基本建设投资额下降，船舶订单明显减少，交通运输行业铜需求因此受到打击，该行业2011年增速显著下滑。近年来电子行业增长则基本稳定。表18中国精铜消费结构（万吨铜）200909/08 %201010/09 %201111/10 %电力294.024.8314.06.8339.08.0空调制冷80.0-5.999.023.8114015.2交通运输62.09.675.021.078.04.0电子45.07.251.013.355.07.8建筑59.019.464.08.568.06.3其他70.09.377.010.081.05.2总计610.014.3680.011.5733.0781.2.2.4 2012市场预测1.2.2.4.1 全球供求关系预测 2011全球铜矿产量受到诸多因素的干扰，同比基本没有增长。预计2012年罢工事件有望减少，codelco、必和必拓等主要矿业巨头也有意提高开采铜矿石品位，加之一些铜矿项目有望投产，因此铜矿产量有望出现较大幅度回升，达到1310万吨左右，比2011年增长约6%。以中国为首的冶炼产能扩张近两年是投产、达产的高峰期，因此对铜精矿的需求也将继续保持增长，但全球经济的不确定性对冶炼厂也有影响，而且精铜消费增速放缓也会使冶炼厂生产积极性降低，因此，预计需求增幅将略低于产量增幅，为5.3%左右，达到1320万吨左右。预计2012全求精铜产量将受益于矿铜产量的继续增长以及铜冶炼产能的扩张，增速有望高于2011年，预计增长3.5%至1983万吨左右。2012年全球经济难以乐观，包括中国在内的全球主要经济体的铜消费也不会有乐观表现，因此，预计2012年全球精铜消费量增幅将会放缓至3.0%左右，约为1980万吨。整体看，2012年全球铜供应预计小幅过剩，还算基本处于供求平衡，对铜价继续形成一定支撑。1.2.2.4.2 中国市场预测对于2012年，安泰科预计国内精铜产量将达到575万吨左右，比2011年增加9.1%左右；预计精铜消费继续增长，但增幅继续回落，精铜消费量为785万吨左右；预计精铜进口则将基本与2011年持平。目前看，国内外经济形势都并不是特别明朗，国外经济、特别是欧洲的债务危机进展尚需观察，而国内经济却要防止经济大幅下滑和物价反弹的可能。在此背景下，中央经济基调不诗适合过度求变，将是求“稳”为主。从主要铜消费行业看，除了电力行业有望保持较高增长以外，其余如空调制冷、建筑、交通运输等行业的增速将低于2011年，预计2012年国内的精铜消费量为776万吨，比2011年增加不到6%，增幅进一步萎缩。1.2.2.4.3 价格预测图11 铜价近一年来的走势 2012年铜价对全球宏观经济走向依然会较为敏感，预计至少上半年全球经济依然低迷，抑制铜需求增长，对铜价形成压力。2012年铜价难以单边走高。与此同时，全球供应依然偏紧，仍会构成支撑，限制铜价的跌幅。预计2012年铜价走势呈高位震荡，相较而言，上半年不确定性较多，欧债危机的疑虑仍将持续困扰市场，下半年情况有望有一定好转。预计2012年伦敦铜主要运行区间为60009500美元/吨，全年均价为7800美元/吨左右；沪铜主要运行区间为4500070000元/吨，全年均价为58000元/吨左右。1.2.2.5 展望 对于2012年的铜市场，面临相当多的不确定因素，最主要的有欧债问题、中国房地产问题、地方债问题以及美国的债务问题等宏观经济影响；其次是中国消费下滑、欧洲消费下滑的微观经济因素。但同时也存在机会，虽然欧债闹得鸡犬不宁，但没过的经济状况稳定且不断改善，货币宽松政策继续保持，还有中国经济有可能在一季度触底，这都是经济的稳定因素，微观层面的保障房的建设、电网投资等都对铜消费有促进作用。此外，虽说消费有可能下滑，但供应更加不容乐观，如果欧洲经济下滑，有可能会进一步减少废铜产出，消费减少的同时也会降低供应。 总的来说，2012年的铜价将受到各种因素的夹击，投资者对价格的分歧也将不较大，预计铜价的波动频率和幅度也会比较大，交易的操作难度上升。 但是中国需求仍值得期待 ,由于中国铜消费占全球消费量的40%之强，中国经济增速放缓的忧虑一度引发市场对铜需求前景的悲观看法。但结合国内用铜行业的发展局势来看，中国需求仍值得期待。根据电线电缆行业十二五规划的内容，由于智能电网建设、城镇化趋势以及铁路和地铁项目的带动，未来十年中国线缆行业的增速达到8%及10%以上。线缆行业是铜的下游，在中国电线电缆行业是仅次于汽车的第二大产业，近年来对铜的消费占总量的60%86%，其发展情况直接影响精铜需求。尽管全球铜供给已出现过剩，中国今年乃至未来几年内的铜需求将依赖线缆行业，智能电网的发展将对铜需求形成强有力的支撑。13厂址选择论证1.3.1 确定厂址 广东省清远市被誉为“中国再生铜都”，是华南地区最大的废铜集散地，再生铜产量约占全国再生铜总产量的40%。清远市清城区再生有色金属产业已有近30年历史，年拆解废旧金属近100万吨，其中再生铜50多万吨，占全国再生铜产量的四分之一。华清再生资源工业园年回收各种再生工业原料196万吨，其中废铜料75万吨，废铝料18万吨，废钢铁44万吨，废不锈钢34万吨，废塑料原料13万吨，混合塑料杂料12万吨，粗加工利用率达到98%。据数据显示2011年，清远市回收的50万吨再生铜与原生冶炼金属相比，节约用电量13.04亿千瓦时，节水1.97亿立方米，减排1.9万吨固体废物。我国铜再生处理与发达国相比，差距较大。与国外先进的再生处理工艺相比，对废杂铜预处理及再生利用工艺及装备整体水平落后，废杂铜的预处理及再生利用两大环节脱钩，我国至今还没有一个从废杂铜拆解到阴极铜精炼的完整废杂铜工厂。因此为了能够提高我国铜在再生同资源的处理能力,并从废杂铜拆解到高纯阴极铜，在广东清远丰富的再生铜资源的产地建立一个铜电解厂是很有必要的。本设计将厂址选在广东清远云铜有色金属有限责任公司内，是对广东清远云铜电解车间的扩建。1.3.2厂址说明 广东请远云铜有色金属有限责任公司坐落于广东省清远市清城区石角镇，石角镇是广东省重点工业卫星镇之一，堪称投资的“金三角”。位于清远市的最南端，地处清远、广州、佛山三市的交汇点，南接广州市花都区、西与佛山市三水区相邻，区位优势非常明显，交通十分便利，距新白云国际机场仅30分钟车程。石角镇是佛冈县委、县政府所在地，是全县政治、经济、文化、信息中心，人口集中，商贸活跃。从石角镇驾车沿京珠高速公路到广州仅30分钟路程，距清远66公里，距花都白云国际机场约60分钟，区位优势十分明显。 1.3.2.1 当地气象条件气温： 年平均气温 21.7最热月平均气温 28.5最冷月平均气温 13.3极端最高气温 39.1极端最低气温 -0.6气压： 年平均气压 101.14kpa降雨量： 年最大降雨量 2635.2 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 1545.0mm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 314.4天 风： 常年主导风向 东北风向 年最大风速 36.5m/s年平均日照： 1662.2小时1.3.2.2 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”。1.3.2.2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。1.3.2.4人力资源 全镇总面积180.3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。 1.4 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99122.1746 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。1.5 综合综合技术指标表1-6 技术指标名称单位数量名称单位数量电解液组成cug/l50添加剂用量硫脲g/ t铜50h2so4g/l175盐酸g/ t铜600nig/l15明胶g/ t铜65asg/l4阳极周期天21sbg/l0.6阴极周期天7big/l0.5直流电耗kw.h/t铜258.11feg/l3电解直收率%81.18电流密度a/m2260蒸汽消耗t/ t铜0.71电解液温度61硫酸消耗kg/ t铜5同极中心距mm95电流效率%98每槽循环速度l/min-1.槽-130残极率%17循环方式下进上出槽电压v0.3电解方式传统电解法电解回收率%99.81.6 存在的问题和建议第二章 铜电解车间生产工艺流程图简述2.1 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。2.1.1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21 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:3550g/l, h2so4：150190g/l极间距85mm电解液成分6065%电解液温度58680c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%2.1.2 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300350a/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。2.1.3 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 refinet iesplyltdcrl）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22 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 m23800元/ m27980万元19580 m27440万元定员180人3万元60人3万元蒸汽单耗0.8t/ tcu0.6t/ tcu电流密度250a/ m2280 a/ m2残极率17.5%1216%综合指标350度/tcu400度/ tcu 表23 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2020电解车间占地面积m2420.4x55354.5x55电解槽内尺寸（长x宽x深）mm5970x1170x14005840x1170x1400电解槽数量个868720阳极尺寸mm1000x9601000x960阴极尺寸mm1020x9801010x1029同极中心距mm105100每槽阳极数块5455每槽阴极数块5354电流密度a/ m2240280阳极周期d2421阴极周期d127残极率%1815槽电压v0.260.30.30.35电流效率%9696交流电耗kwh/ tcu370430蒸汽单耗t/ tcu0.80.3工程投资万元4.5亿5.4亿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。2.2工艺流程图2.2.1 电解铜的基本原理2.2.1.1 电解精炼过程示意图图2.1 电解精练过程示意图2.2.1.2 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：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，同时在两极与电解液之间发生相应的电化过程。阳极反应 电解精炼过程中阳极上进行氧化反应 式中me是指比铜更负电性的杂质元素，因其浓度降低，电极电位进一步降低，从而优先溶解进入电解液。au、ag及pt族元素点位更正，在阳极上不能被氧化进入溶液，落到电解槽底部进入阳极泥中。由于阳极的主要成分是铜，故阳极上的主要反应为铜溶解为铜离子。 阴极上反应 在阴极上进行还原反应阴极上主要析出铜，只有当电解液中cu2+浓度降低，才有可能使已进入电解液的杂质在阴极上析出。 综上所述，铜电解精炼的电极反应，主要是阳极铜的电化学溶解和铜离子在阴极上的电化析出。2.2.2工艺流程图本设计采用传统电解法，工艺流程图如图2.2：图2.2 工艺流程图第三章 主要技术条件及经济指标的选择与论证3.1 概述3.1.1 阳极铜本设计的阳极铜来源:广东清远云铜有色金属有限责任公司现在采用的电解系统是小阳极板常规电解工艺，总生产能力年产10万吨。清远石角镇是一个铜二次资源的集散地，广东清远云铜有色金属有限责任公司是广东省最大的一个铜冶炼企业。为了能够增加市场的竟争力及适应社会经济的发展，因此清远云铜的产品应该在产品的档次以及技术装备水平上力争做得更好。本次设计是为清远云铜的扩建设计，在公司已有设施的基础上充分利用一切资源，并且对现有电解工艺进行进一步的改进，引进一些新方法和新工艺。本次设计采用改进优化后的传统电解工艺，结合设计的规模确定本设计采用大阳极板，并且由清远云铜自身生产，引进一些阳极及阴极加工机组以适应扩建后生产需求。表 31 本次设计阳极铜成分（%）cuauagassbfepbbi99.420.00440.0070.0870.0420.0020.0290.028ni