铜电解槽精炼车间工业设计

1、铜电解槽精炼车间工艺设计、概述1、粗铜经火法精炼后仍含有一点数量的杂质。这些杂质的存在会使铜的某些物理性质和机械性能变坏，不能满足电气工业对铜的要求。因此，粗铜在火法精炼后需要电解精炼以除去有害杂质。铜的电解精炼以火法精炼产出的铜为阳极， 以电解产出的薄铜片为阴极，以硫酸和硫酸铜水溶液作 电解液。在直流电作用下，阳极铜电化学溶解，在阴极上沉积，杂质则进入阳极泥和电解液中，从 而实现铜于杂质的分离。下图为铜电解精炼一般工艺流程图：-种板极种板槽电L始极片Y极阳极泥电解液极 ”'始W片解精炼电解液 电铜阳极阳极泥残送阳极泥返处理 法精送电解 返火法 送阳极泥处理 火精炼槽精炼 炼再生铜粗硫

2、酸镰 结晶硫酸铜粗硫酸返火法精炼生产精制硫酸镍返回电解精炼图1-1铜电解精炼一般工艺流程图：2、铜阳极铜电解精炼的原料是火法精炼后烧铸而成的铜阳极。生产中应尽量获得质量良好的铜阳极板。二、技术条件及技术经济指标的选择1、操作技术条件、电流密度电流密度是指单位面积上通过的电流安培数。电流密度的范围为 200-360A/m.。种板电解槽 电流密度比普通电解槽电流密度稍低，本设计中普通电解槽电流密度取 300 A/n2，种板电解槽电流 密度取230A nt、电解液成分电解液成分主要由硫酸和硫酸铜水溶液组成。其铜和硫酸的含量视电流密度、阳极成分和电解液的纯净度等条件而定。在电解生产中，必须根据具体条件

3、加以掌握，以控制电解液的含铜量处 于规定的范围。、极距极距一般指同极中心距。本设计取极距为 90mm、阳极寿命和阴极周期阳极寿命根据电流密度、阳极质量及残极率来确定，一般为18-24天。阴极周期与电流密度、阳极寿命及劳动组织等因素有关，一般为阳极寿命的1/3。本设计中阳极寿命为18天，阴极寿命为6天。2、技术经济指标、电流效率电流效率是指电解过程中，阴极实际析出量占理论量的百分比。本设计中电流效率为95.5%、残极率残极率是指产出残极量占消耗阳极量的百分比。本设计中残极率17%、电解回收率铜电解回收率反应在电解过程中铜的回收程度，其计算方法如下：铜电解回收率=电铜含铜量X 100 %本设计中铜

4、电解回收率为装入9%料含铜量一回收品、槽电压槽电压由电解液电阻引起的电压降，金属导体电压降，接触点电压降，克服阳极泥电阻的电 压降，浓差极化引起的电压降等组成。普通槽槽电压一般为0.20.3V;种板槽电压一般为0.30.4V。 三、主体设备设计1、电解槽的材质与结构电解槽的材质一般以钢筋混凝土为槽体，内衬造价低廉、耐热、耐腐蚀和电绝缘性能良好的材料。电解槽结构见设计图。通常电解槽由长方形槽体和附设的供液管、排液斗、出液斗的液面调节堰板等组成。槽体底部作成由一端向另一端倾斜，最低处开设排泥孔，较高处设有放液孔，分别供 刷槽时排放阳极泥和电解液用。电解槽安装在钢筋混凝土横梁上，槽底四角垫以橡胶板和

5、瓷砖。2、电解槽总数的确定电解槽总数包括普通电解槽、种板电解槽和脱铜电解槽。其总数按下式计算：N=MX 106(3-1 )式中：N 电解槽总数，个；M 年产铜数量，t;n 电流效率；I 电流强度，A1.185 铜的电化当量，g/Ah本设计中已知M = 40000tn = 95.5%I =10000A年工作日：350d日通电小时：23.5h将已知数据代入上式得N = 423.7 取整数N=424个3、阳极、阴极、种板和始极片的选择与计算、阳极、阴极和种板的尺寸 阳极尺寸的选择与生产规模、操作机械化程度及其他一些条件有关。本设计中采用阳极尺寸为：阳极长780mm 阳极宽730mm。 阴极尺寸应比阳

6、极稍大一些，一般比阳极宽3555mm比阳极长2545mm本设计中阴极尺寸为：阴极长=780+30=810mm阴极宽=730+40=770mm 种板的尺寸一般比始极片宽 2030 mm长5070mm本设计中种板的尺寸为：种板长=780+20=800mm种板宽=730+50=780mm、电解槽中阴极和阳极的片数 每槽阴极的片数为：nc=l / (Dkfc)(3-2)式中nc每槽阴极片数,片；I 电流强度，A;D k 电流密度，A/ m；(本设计中取300 A / m)f c 每片始极片的面积( 本设计中为0.78 X 0.73 X 2 = 1.1388 )。每槽阳极的片数为：nc+1将以上数据代入

7、式(3-2 )得n c =10000 /( 300X 1.1388 ) =29.3取整数30，则每槽阳极的片数为30+仁31。4、电解槽尺寸的确定电解槽长度：电解槽两端各留120mm则电解槽长度为：L=31 X 90+2X 120=3030mm电解槽宽度：阴极两侧距槽边各留50mm则电解槽宽度为：D=730+2< 50=830mm电解槽深度：阴极下端距槽底留280mm阴极上端距距槽面留80mm则电解槽深度为:H=780+280+80=1140mm5、种板槽数的确定电解精炼过程所需种板槽数可按下式计算：X=NrcPa(3-3)式中X2ABC+cPa种板槽数，个；车间电解槽总数，个;PABC

8、其中f 种板周期，d;取一天 一个普通电解槽的阴极数，片； 一片阴极所需始极片量，取1.06 ;阴极周期，d; 一个种板槽的种板数，片；始极片的成品率，取0.95。=0.80 X 0.78 X 2=1.248卅则 B = I / (Dkfc)=10000 / (230 X 1.248)=34.8 取 35。将以上数据代入式（3-3 ）得424 X 30 X=1306X=四、冶金计算1、冶金平衡本设计中，铜阳极化学成分见下表:0.95+30 X=1=元糸CuNiPbAsSbBiZn含量/%99.040.280.20.0160.040.0020.001=1=元糸FeSnOAuAgFe含量/%0.0

9、050.0010.030.0030.0750.005表4-1阳极成分表元糸进入溶液/%进入阳极泥/%进入阴极/%Cu1.930.0798Au991Ag982表4-2电解过程中各元素的分配率As63307Sb256510Bi15805Pb96.53.5Sn58510Fe721018Ni89.5100.4Zn9343O100其他5905根据以上数据计算出阳极泥率，阳极泥成分，电铜成分，最后编制出铜电解精炼物料平衡表。表4-3阳极泥率和阳极泥成分计算表儿糸进入阳极泥的量占阳极溶解量的百分数/%阳极泥成分/%Cu99.04 X 0.0007 = 0.069339.7Au0.003 X 0.99=0.0

10、02970.4Ag0.075X 0.98=0.073510.3As0.016 X 0.3=0.00480.7Sb0.04 X 0.65= 0.0263.6Bi0.002 X 0.80=0.00160.2Pb0.2X 0.965 :=0.19327.0Sn0.001 X 0.85=0.00851.2Fe0.0050 X 0.10 = 0.00050.07Ni0.28 X 0.10=0.0284Zn0.001 X 0.04=0.00040.06O0.03 X 1.0=0.034.2其他0.307 X 0.9=0.276338.6阳极泥率0.7149100表4-4阴极铜成分计算表儿糸进入阳极泥的量占

11、阳极溶解量的百分数/%阳极泥成分/%Cu99.04 X 0.98 = 97.059299.96808Au0.003 X 0.01 = 0.000030.00003Ag0.075X 0.02 =0.00150.00154As0.016 X 0.07 = 0.001120.00155Sb0.04 X 0.10 =0.0040.00412Bi0.002 X 0.05 =0.00010.00010Pb0.2X 0.035 =0.0070.00721Sn0.001 X 0.10 =0.00010.00010Fe0.0050 X 0.18 =0.00090.00093Ni0.28 X 0.004 =0.0

12、01120.00115Zn0.001 X 0.03 =0.000030.00003其他0.307 X 0.05 =0.015350.01581合计97.090100根据以上数据进行物料平衡计算如下:40000 t电铜中的含铜量：40000 X 99.968 % = 39987.2 t生产40000 t电铜所需铜量：39987.2/ 99% = 40391.111 t 生产40000 t电铜要进入阳极泥中的铜量：(39987.2 / 98%)X 0.07 % = 28.562 t 阳极泥量：28.562/ 9.7 % = 294.454 t 生产40000 t电铜要进入溶液中的铜量：(39987

13、.2 / 98%)X 1.93 % = 787.503 t 生产40000 t电铜所需阳极数量：40391.111+28.56+787.503=50128.433 t (1- 17% X 99.04%阳极含铜量：50128.433 X 99.04% = 49647.2 t 残极数量：50128.433 X 17% = 8521.834 t残极含铜量：8521.834 X 99.04% = 8440.024 t用上述结果编制物料平衡表如下：表4-5铜电解精炼物料平衡表进料物料名称 铜阳极 合计数量/ t50128.433铜含量/%99.0449647.2纯铜量/ t49647.2出料物料名称数量

14、/ t铜含量/%纯铜量/ t阴极铜4000099.96839987.2残极8521.83499.048440.024阳极泥294.4549.728.562电解液787.503损失403.911合计49647.22、净液量的计算根据阳极铜成分，阳极铜中各种杂质进入电解液的百分数，电解液中杂质的允许含量及净液过程中杂质的脱出效率，可以计算出所需的净液量。计算中需要以下数据：根据上面计算，生产40000t电铜需要50128.433t阳极，其中残极量为8521.834t。阳极中铜及主要杂质含量：Cu 99.04%, Ni 0.28% , As 0.016%, Sb 0.04% , Bi 0.002%

15、;铜、镍、砷、锑和铋进入溶液的百分数为：Cu 1.93%，Ni 89.6%，As 63%，Sb 25% Bi 15%;电解液中铜和杂质的允许含量（g / L）:Cu 45, Ni 15 , As 7 , Sb 0.6 , Bi 0.5 ;采用冷却结晶法生产粗硫酸镍，这几种物质的脱出率为：Cu 98% Ni 75%, As 85%, Sb 85% Bi 85%。按主要元素分别计算净液量如下：Qu =( 50128.433 8521.834 ) X 99.04% XQi =Qs =45 X 98%50128.433 8521.834 ) X 0.28% X15X 75%(50128.433 852

16、1.834 ) X 0.016%X 63%Qb =Qi =7X 85%(50128.433 8521.834 )X 0.04%X 25%0.6 X 85%(50128.433 8521.834 ) X 0.002%X 15%=18034 m3/a=9278 m3/a=705 m3/a3=8158 m / a=294 m3/a从以上结果看，需净液量最轨素是铜,其次是镍。铜的脱除采用在电解工序电解槽中增加不溶阳极的方法脱除，故净液量以镍元素所需的量计算，取净液量为9280 m3/a净液量确定后，可计算出需要在普通电解槽系统设置的脱铜槽数需用脱铜槽脱除的铜量：(18034 9280)X 45X 10

17、 3=393.93 t所需脱铜槽数:393.93 X 106_ c。1.185 X 23.5 X 350 X 10000= 4°8由计算结果可以看出，设5个脱铜槽就足够了。有了脱铜槽数，就可以确定出普通电解槽数。普通电解槽数=电解槽总数种板槽数脱铜槽数=424 31 5=388个 3、槽电压组成铜电解精炼电解槽的槽电压一般为 0.2O3V。槽电压主要由阴阳极电位差，电解液电阻产生的 电压降以及导体、接点和阳极泥电阻产生的电压降三部分组成。 阴阳极电位差：铜电解精炼过程的阴阳极电位差主要是由于浓差极化造成的。 电解液压降：电解液压降是指电流通过电解液时，由于电解液电阻造成的电压降。 导体、接点和阳极泥压降：导体