年产5万吨电解铜工艺设计

xi建筑科技大学华清学院本科毕业设计(论文)任务书标题：年产5万吨电解铜的铜精炼车间流程设计学校(系):材料和冶金工程系专业化：冶金工程学生姓名：肖欣号码：讲师(签名):董事(董事)(签字):时间：2011年2月18日一、毕业设计(论文)的主要内容(包括主要技术参数)毕业设计的主要内容包括：根据设计课题开展毕业实习，收集相关数据，熟悉铜电解精炼工艺的工作原理和生产流程，为铜电解精炼工艺的设计奠定基础；铜电解精炼车间总体设计方案的制定；铜电解精炼操作技术条件的选择；完成物料平衡和热平衡计算；生产工艺设计；车间工艺布局；主要设备包括电解槽、阳极和阴极的设计，以及辅助设备的选择。主要技术经济指标的确定。这将使学生理论联系实际，掌握流态化焙烧工艺设计的基本流程，为今后的相关技术工作打下基础。二、毕业设计(论文)题目应完成的工作(包括图纸数量)1.完成毕业实习报告，收集相关信息，做好技术准备；2.完成1份设计规范；3.绘制一个车间平面图、一个剖面图和一个电解槽安装图。4完成1个与设计内容相关的专题，不少于5000字；5翻译1篇与本专业相关的外文技术资料，不少于4000字的中文。三、毕业设计(论文)过程安排序列号设计(论文)每个阶段的任务每日周期注意1资料收集与整理，毕业实习，完成实习报告2.21-3.142专题与英语翻译3.15-3.273与设计相关的物料平衡和热平衡计算3.30-4.244主要设备和生产工艺设计4.27-5.205绘图，编写设计说明5.21-6.106准备回复6.10-6.20四、主要参考资料和文献阅读任务(包括外语阅读和翻译任务)1邱竹贤，冶金学（有色金属冶金），冶金工业出版社，20012重有色金属冶炼设计手册(铜和镍卷)，冶金工业出版社，19963 有色金属冶炼设备，有色金属冶炼设备编委会，冶金工业出版社，19944 有色冶金炉设计手册，有色冶金炉设计手册编委会，冶金工业出版社，20005 有色冶金原理，傅冲赛义德编辑，冶金工业出版社，1998年。6 有色冶金过程污染治理，总编辑陈富顺，冶金工业出版社，19987李进，王主编，冶金工程英语，建筑科技大学，20048朱祖泽，何，现代铜冶金，科学出版社，20039阅读并翻译与设计内容相关的英文文档。根据设计进度，随时查阅相关文件。六.审查和批准意见教研室主任签字(盖章)年产5万吨铜电解精炼工艺设计专业：冶金工程姓氏：胡博教员：马洪洲本文主要设计年产5万吨铜的铜电解精炼车间及其电解工艺。通过毕业实习和收集相关资料，我熟悉电解精炼工艺和车间布局。根据已知条件，选择操作技术条件。在物料平衡和热平衡计算的基础上，根据给定的条件选择合适的工艺流程和主辅设备。对年产5万吨铜的铜电解精炼槽进行了槽形设计和车间布局设计，计算了铜电解精炼车间的技术经济指标。绘制了一份铜电解精炼电解槽安装图、一份车间平面图和一份垂直剖面图。最后，讨论了“铜电解液净化方法的研究进展”这一课题。关键词：铜电解精炼，工艺设计，车间布局，物料平衡，热平衡铜电解精炼工艺流程设计本文旨在设计一个铜电解精炼厂的工艺流程，该厂每年可生产5万吨铜。在设计之前，通过实践和理论了解了铜的电解精炼技术和电解精炼厂的布置。根据给定的条件进行物料平衡和热量平衡，然后选择合适的工艺流程和主、辅设备。在此基础上，设计了铜电解槽的类型，布置了电解车间，计算了铜精炼车间的技术经济指标。这种设计的结果显示在三张图纸中，分别是冷却室安装平面图、平面图和工厂剖面图。最后，对铜电解液净化系统进行了具体的讨论。关键词：铜电解精炼，工艺流程设计，工厂布局，物料平衡，热平衡目录年产5万吨铜1的铜电解精炼工艺设计特种：冶金工程2目录3导言51概述61.1电解精炼和电极反应的基本原理61.2铜电解工艺流程81.3本设计中的一些参数92选址103原材料-铜阳极114技术操作条件134.1商用电解槽134.1.1电解液成分134.1.2添加剂144.1.3电解液温度154.1.4电解液循环154.1.5电流密度164.1.6单极中心距离164.1.7阳极寿命和阴极寿命174.1.8神野和叶桂的技术操作条件示例174.2板式电解槽17种产品185.1电解铜185.2阳极泥196技术和经济指标196.1铜电解回收196.2劳动生产率206.3电力单耗为206.4蒸汽单位消耗量206.5硫酸单耗206.6单位用水量206.7电流效率206.8剩余极率216.9电池电压217主要设备的选择和计算217.1电解池217.1.1电解槽材料217.1.2电池结构227.1.3电解槽衬里材料227.1.4电解槽进液和出液模式237.1.5铜电解槽23的安装7.1.6电解槽23的计算7.2起重机297.3车间和跨度31的选择7.4循环液体储罐317.5电解质加热器327.6电解液循环泵337.7阳极泥浆过滤设备337.8槽侧导电排、槽间导电板和阴极导电板347.9出油箱短路装置367.10极板操作单元368铜电解精炼37的冶金计算8.1铜电解精炼37的物料平衡计算8.2铜电解精炼热平衡计算408.2.1计算电解槽水位40的蒸发热损失8.2.2电解槽液位41上辐射和对流的热损失8.2.3电解槽壁的辐射和对流热损失418.2.4管道42中溶液的热损失8.2.5通过电解液42的电流产生的热量8.2.6整个车间需要补充热量：428.3电解液净化和硫酸盐生产的冶金计算438.3.1净液体体积的计算43结论45参考文献46主题47介绍铜的火法精炼一般能生产99.0%99.8%的粗铜产品，但仍不能满足电气行业对铜性能的要求，其他行业也需要使用精炼铜。因此，现代几乎所有的粗铜都经过电解精炼，以除去在热解法精炼中难以除去的杂质。在铜的电解精炼中，将热解的精炼铜铸入阳极板，用纯铜薄板作为阴极板，阳极板交替装入电解槽，用硫酸铜和硫酸的水溶液作为电解液。在直流电的作用下，阳极上的铜和带负电位的贱金属溶解在溶液中，而贵金属和某些金属(如硒和碲)不溶，成为阳极泥，沉入电解槽底部。溶液中的铜优先沉淀在阴极上，而其他具有相对负电位的贱金属不能沉淀在阴极上。沉积在阴极上的金属铜纯度很高，被称为阴极铜或电解铜，简称为电铜。含有贵金属和稀有金属如硒和碲的阳极泥作为铜电解的副产品被单独处理，以回收元素如金、银、硒和碲。当贱金属杂质达到一定浓度时，逐渐积累在电解液中会阻碍电解的正常进行。例如，增加电解液的电阻和密度会减慢阳极泥的沉降速度，甚至与阴极上的铜一起放电，影响阴极铜的质量。因此，有必要定期定量提取和纯化电解质，并相应地向电解质补充新的水和硫酸。在提取的电解质的纯化过程中，诸如铜、镍等有价值的元素通常以硫酸盐的形式产生，并且硫酸被返回到电解系统以重新使用。在铜电解车间，通常有数百个甚至数千个电解槽，每个DC电源串联几个电解槽组成一个系统。所有电解池中的电解质必须连续循环，以使电解池中的电解质组成均匀。在电解质循环系统中，通常提供加热装置来将电解质加热到一定温度。1概述1.1电解精炼和电极反应的基本原理传统的铜电解精炼采用纯电解铜片作为阴极，阳极铜板含有少量杂质(一般为0.3%1.5%)，电解液主要是含游离硫酸的硫酸铜溶液。由于电离，电解质中的组分根据以下反应产生离子：硫酸铜=Cu2H2SO4=2HH2O=OH-当不通电时，上述反应处于动态平衡状态。然而，在直流电通过电极和溶液的情况下，各种离子定向移动，并且在阳极上可能发生以下反应：Cu-2e=Cu2=0.34伏H2O-2e=1/2O 2 2H=1.23伏-2e=SO2 1/2O 2=2.42伏H2O和H2O的标准电位非常大。在正常情况下，它们不能在铜阳极上放电。此外，氧沉淀也具有相当大的过电压(在25，如果电流密度为200安/平方米，氧沉淀对铜的过电压为0.605伏)。因此，在铜的电解精炼过程中不会出现反应式(1.5)，并且只有当铜离子的浓度达到极高或者电解池中的阳极被严重钝化，导致电解池电压上升到1.7V以上时，氧才能释放到阳极上.至于电离放电反应，由于其电位校正，在铜的电解精炼中不能进行。阴极上可能发生以下反应：Cu2 2e=Cu=0.34V2H 2e=H2=0V铜的析出电位比氢的析出电位更为正，氢析出对铜的过电压值也很大(25时电压为0.584伏，电流密度为100安/平方米)。因此，只有当阴极附近电解质中铜离子的浓度极低并且由于过高的电流密度而发生严重的浓差极化时，氢才能沉淀在阴极上。综上所述，在铜电解精炼过程中，两极的主要反应是粗铜在阳极上的溶解和铜离子在阴极上的沉淀。然而，在实际电解中，除了二价铜离子之外，阳极铜将以一价铜离子的形式溶解，即：Cu-2e=Cu2在金属铜存在下，生成的单价铜离子与二价铜离子具有以下平衡：2Cu=Cu2铜该反应的平衡常数为：在一定温度下，存在一定的平衡常数，随着温度的升高，平衡常数向生成Cu2的方向移动。在含Cu2 64g/L和H2SO450g/L的溶液中，平衡常数与温度的关系如下：温度1016050403021KCu1.