年产28万吨电解槽厂房设计

1、东 北 大 学有 色 冶 金 课 程 设 计(铜 电 解)题目： 年产2.8万吨铜电解车间设计 班级： 冶金工程1103 姓名： 马林林 学号： 20110075 目录1.概述- 3 -1.1电解精炼的目的和任务- 3 -1.2电铜的质量标准- 3 -1.2.1高纯阴极铜(Cu-CATH-1)化学成分- 3 -1.2.2一号铜化学成分的质量分数- 4 -1.3铜电解一般工艺流程- 4 -2.冶金计算- 5 -2.1已知条件- 5 -2.2 计算- 5 -3.主体设备设计- 7 -3.1电解槽材质与结构- 7 -3.2商品电解槽总数- 8 -3.3电解槽的极板数- 8 -3.4电解槽尺寸的确定-

2、 9 -3.5种板电解槽数- 9 -3.6净液量及脱铜槽数- 10 -3.6.1净液量- 10 -3.6.2脱铜槽数- 11 -3.7槽边导电排、槽间导电板和阴极导电棒的选择与计算- 11 -3.7.1槽边导电排- 11 -3.7.2 槽间导电板- 12 -3.7.3 阴极导电棒- 12 -3.8设计总结- 9 -4.图纸- 12 -5.参考文献- 12 -1.概述1.1电解精炼的目的和任务火法精炼产出的阳极铜中Cu的质量分数一般为99.2%99.7%，其中还有一定数量的杂质。这些杂质的存在会使铜的某些物理性质和机械性能变坏，因此，为了提高铜的性能，使其达到各种应用的要求，同时回收其中的有价金

3、属，尤其是贵金属和稀散金属，必须进行电解精炼。电解精炼是以火法精炼产出的阳极板为阳极，以电解产出的薄铜片（始极片）为阴极，以硫酸铜和硫酸的水溶液为电解液，在直流电的作用下，阳极铜电化学溶解，溶液中铜离子在阴极上析出。1.2电铜的质量标准阴极铜按化学成分分为高纯阴极铜(Cu-CATH-1)和标准阴极铜(Cu-CATH-2)两个牌号。1.2.1高纯阴极铜(Cu-CATH-1)化学成分表1高纯阴极铜(Cu-CATH-1)化学成分%元素组杂质元素含量（不大于）元素组总含量（不大于）1Se0.000200.003000.0005Fe0.00020Bi0.000202Cr0.0015MnSb0.0004C

4、dAs0.0005P3Pb0.00050.00054S0.001500.00155Sn0.0020NiFe0.0010SiZnCo6Ag0.00250.0025杂质元素总含量0.00651.2.2一号铜化学成分的质量分数电解精炼的产品是电铜（即阴极铜），其标准见表2。表2一号铜化学成分的质量分数（GB466-82）%铜品号代号Cu+Ag不小于杂质（不大于）AsSbBiFePbSnNiZnSP总和一号铜Cu-199.950.0020.0020.0010.0040.0030.0020.0020.0030.0040.0010.051.3铜电解一般工艺流程2.冶金计算2.1已知条件年产电解铜2.8万吨

5、电流效率：96%残极率：16%铜电解回收率：99.9%年工作日：360d日通电时数：24h电解槽作业率：95%每片阴极面积：0.77×0.74×2m电流强度：10000A阳极成分及电解过程中各元素的分配率见表3和表4表3阳极成分元素CuNiPbAsSbBiZnFeSnOAuAg含量/%99.380.080.130.0160.040.0030.0010.0040.0010.020.0030.085表4电解过程中各元素的分配率元素进入溶液/%进入阳极泥/%进入阴极/%Cu1.930.0798Ni89.5100.4Pb96.53.5As63307Sb256510Bi15805Zn

6、9343Fe721018Sn58510O100Au991Ag9822.2 计算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5阳极率和阳极泥成分计算元素进入阳极泥的量占阳极溶解量的百分数/%阳极泥成分/%Cu99.38×0.0007=0.06956620.24Ni0.08×0.10=0.0082.33Pb0.13×0.095=0.1254536.49As0.016×0.3=0.00481.40Sb0.04×0.65=0.0267.56Bi0.003×0.80=0.00240.70Zn0.001&#

7、215;0.04=0.000040.01Fe0.004×0.10=0.00040.12Sn0.001×0.85=0.000850.25O0.02×1.0=0.025.82Au0.003×0.99=0.002970.86Ag0.085×0.98=0.083324.23阳极泥率0.343776100.00表6阴极铜成分计算元素阴极析出量占阳极溶解量的百分数/%阴极铜成分Cu99.38×0.98=97.392499.98694Ni0.08×0.004=0.000320.00033Pb0.13×0.035=0.004550

8、.00467As0.016×0.07=0.00112 0.00115Sb0.04×0.10=0.0040.00411Bi0.003×0.05=0.000150.00015Zn0.001×0.03=0.000030.00003Fe0.004×0.18=0.000720.00074Sn0.001×0.10=0.00010.00010Au0.003×0.01=0.000030.00003Ag0.085×0.02=0.001700.00175合计97.40512 100根据以上有关数据,进行物料平衡计算如下28000t电铜

9、中的含铜量 28000×99.98694%=27996.343t生产28000t电铜所需铜量 27996.343/99.9%（铜电解回收率）=28024.368t生产28000t电铜要进入阳极泥中的铜量 ×0.07%=19.997t阳极泥量 19.997/20.24%=98.801t生产28000t电铜要进入溶液中的铜量 ×1.93%=551.357t生产28000t电铜所需阳极数量 =34254.907t阳极含铜量 34254.907×99.38%=34042.527t残极数量 34254.907×16%=5480.785t残极含铜量 548

10、0.785×99.38%=5446.804t用上述结果编制物料平衡表如下表7铜电解精炼物料平衡表进料物料名称数量/t铜含量/%纯铜量/t铜阳极 34254.90799.3834042.527合计34042.527出料物料名称数量/t铜含量/%纯铜量/t阴极铜2800099.9869427996.343残极5480.78599.385446.804阳极泥98.80120.2419.997电解液551.357损失28.026合计34042.5273.主体设备设计3.1电解槽材质与结构本电解槽的材质以钢筋混凝土为槽体，采用耐酸、耐高温性能好的铅板作内衬。 电解槽由长方形槽体和附设的供液管、

11、排液斗、出液斗的液面调节堰板等组成。槽体低部作成由一端向另一端倾斜，倾斜度为3%，最底处开设排泥孔，较高处设有放液孔。放液排泥孔配有耐酸陶瓷或嵌有橡胶圈的硬铅制造的塞子，防止漏液。此外，在钢筋混凝土槽体底部开设（捡）检漏孔，以观察内衬是否破损。钢筋混凝土电解槽壁厚为100mm。电解槽安装在钢筋混凝土横梁上，槽底四角垫以橡胶板和磁砖，两个相邻电解槽之间留30mm的空隙，用以槽间绝缘。3.2商品电解槽总数N=式中 N电解槽总数，个；M年电解铜量，t；360年工作日，日；24日通点时数，h；电解槽作业率，95%；电流效率，96%；I电流强度，A；1.186铜的电化学当量，g/(A·h)。N

12、=299.6 取300个 3.3电解槽的极板数每槽阴极数按下式计算：式中 每槽阴极片数，片； I电流强度，A；商品槽电流密度，A/； 每片阴极的面积，0.77×0.74×2。=40.9片 取41片每槽阳极数：411=40片本车间设电解槽两端为阴极，即阴极数比阳极数多1片。3.4电解槽尺寸的确定电解槽长度：设电解槽两端各留120mm，则电解槽长度为：阳极片数×极距=40×90120×2=3840mm电解槽宽度：设阴极两侧距槽边各留50mm，则电解槽宽度为：74050×2=840mm电解槽深度：设阴极下部距槽底留260mm，阴极上边距槽上

13、沿60mm，则电解槽深度为：77026060=1090mm根据上述计算，电解槽内长×宽×深为3840×840×1090mm。3.5种板电解槽数为了有利于配置及生产调度，取种板槽尺寸同商品槽尺寸。种板电解槽数按下式计算：式中 种板电解槽数，个； N车间电解槽总数，取333个； 个商品电解槽的阴极数，41片； a种板周期，1d;P一个阴极所需始极片量，取1.06； A阴极周期，取6d;B一个种板电解槽的种板数，取39片； 始极片废品率，0.050.2，取0.05；个，取30个。3.6净液量及脱铜槽数3.6.1净液量根据阳极铜成分，阳极铜中各种杂质进入电解液的

14、百分数，电解液中杂质的允许含量及净液过程中的杂质的脱除效率，可以计算所需的净液量。一般要考虑的主要杂质是镍、砷、锑和铋。电解液中铜和杂质的允许含量（g/L）Cu 45,Ni 15,As7,Sb 0.6,Bi 0.5采用冷却结晶法生产粗硫酸镍，这几种物质的脱除率为：Cu 98%,NI 75%,As 85%,Sb 85%,Bi 85%按主要元素分别计算净液量如下：从计算结果看，需净液量最大的元素是铜，其次是锑。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，故净液量以锑元素所需的量计算，取净液量为5642m/a。3.6.2脱铜槽数需用脱铜槽脱除的铜量为：（12515-5642）×4

15、5×10=206.190t所需脱铜槽数：个 取3个 （电流强度10000A,电流效率0.96）3.7槽边导电排、槽间导电板和阴极导电棒的选择与计算3.7.1槽边导电排允许电流密度取1.1A/mm导电排横截面积 F=导电排温度不应高于周围空气40，当计算出导体截面积后，还应用下式进行温升验算：Q=式中 Q导体与周围空气温度差，； K散热系数，在露天取25，在室内取85； I电流强度，A; 导体比电阻， · mm，铜为0.0175； S导电排横截面积，mm； n导电排断面的周长，mm；导电排通常采用多块铜板叠成，铜板宽取120mm,厚度取8mm,共需铜板10个。3.7.2 槽间导电板允许电流密度取0.5A/mm槽间导电板截面积 F=mm3.7.3 阴极导电棒允许电流密度取0.5A/mm阴极导电棒截面积 F=mm3.8设计总结表8阳极、始极片、种板规格长度/mm宽