电解铝、电解铜、电解锌的冶炼工艺流程简介及部分习题

1、- -一、电解铝冶炼工艺介绍电解铝的根本原理和工艺过程：电解铝就是通过电解得到金属铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝熔融电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝是溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950970下，在电解槽内进展电化学反响。阳极主要产物是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘，该气体需经过净化处理后排空。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从电解槽内抽出，送至铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯、型材等。电解铝工艺简图:现代电解铝工艺：1.现代铝工业生产采用冰晶石氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为

2、溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950970下，在电解槽内的两极上进展电化学反响，即电解。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类XX需对阳极气体进展净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。 铝电解生产可分为侧插阳极棒自焙槽、上插阳极棒自焙槽和预焙阳极槽三大类。 自焙槽生产电解铝技术有装备简单、建立周期短、投资少的特点，但却有烟气无法处理，污染环境严重，机械化困难，劳动强度大，不易大型化，单槽

3、产量低等一些不易抑制的缺点，目前已根本上被淘汰。 目前世界上大局部国家及生产企业都在使用大型预焙槽，槽的电流强度很大，不仅自动化程度高，能耗低，单槽产量高，而且满足了环保法规的要求。 我国已完成了180kA、280kA和320kA的现代化预焙槽的工业试验和产业化。以节能增产和环保达标为中心的技术改进与改造，促进自焙槽生产技术向预焙槽转化，获得了巨大成功。 根据电解铝的生产工艺流程，电解铝的生产本钱大致由下面几局部构成： 1原材料：氧化铝、冰晶石、氟化铝、添加剂(氟化钙、氟化镁等)、阳极材料； 2能源本钱：电力直流电和交流电、燃料油； 3人力本钱：工资及其他管理费用； 4其他费用：设备损耗及折旧

4、、财务费用、运输费用、税收等。 2.生产工艺流程其生产工艺流程如以下列图： 氧化铝 氟化盐 碳阳极 直流电 排出 阳极气体- 电解槽 废气 气体净化 铝 液 回收氟化物 净化澄清- 返回电解槽 浇注 轧制或铸造 铝锭 线坯或型材 方程 电解铝就是通过电解得到的铝. 重要通过这个方程进展：2Al2O3=4Al+3O2。 阳极：2O2-4e=O2阴极:Al3+ +3e=Al 3.工艺流程铝电解工艺流程：现代铝工业生产采用冰晶石氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为电解铝生产溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950-970下，在电解槽内的两极上进展电化学反响，既电解

5、。化学反响主要通过这个方程进展：2Al2O3=4Al 3O2。 阳极：2O2-4e=O2阴极:Al3 3e=Al。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类XX需对阳极气体进展净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。其生产工艺流程如以下列图： 氧化铝 氟化盐 碳阳极 直流电排出 阳极气体- 电解槽废气 气体净化 铝液 回收氟化物 净化澄清 返回电解槽 浇注 轧制或铸造铝锭 线坯或型材 4.产业特点世界上所有的铝都是用电解法

6、生产出来的。铝电解工业生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解 。电解铝产能法，即以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂，氧化铝为熔质组成多相电解质体系。其中Na2AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工业电解质的根底。电解铝工业对环境影响较大，属于高耗能，高污染行业。电解铝生产中排出的废气主要是CO2，以及以HF气体为主的气-固氟化物等。CO2是一种温室气体，是造成全球气候变暖的主要原因。而氟化物中的CF4和C2F6其温室作用效果是二氧化碳的6500-10000倍，并且会对臭氧层造成不同程度的影响。HF那么是一种剧毒气体，通过皮肤或呼吸道进入人体，仅需1.5g便可以致

7、死。 二、电解锌的制液及冶炼新工艺方法一：用铜镉渣为原料生产电解锌液工艺流程：经屡次试验, 设计了一种铜镉渣处理新工艺(见附图)。该工艺应用了以下新技术: 浸出用反浸法, 以控制杂质尽量少的被浸出而留于渣中, 同时防止大量气泡(H2) 产生不利于操作; 浸出液空气氧化除铁(针铁矿铁) , 使铁生成过滤性能良好的针铁矾(A- FeOOH) , 并到达深度除去的目的, 同时吸附除去对电解危害较大的砷、锑和锗等杂质的大局部; 锌粒振动净化除镉, 并深度除去钴、镍、砷、锑、锗等杂质。附图附图铜镉渣处理新工艺流程铜镉渣处理新工艺流程按此新工艺进展了除电解的流程试验, 结果说明, 用所处理的铜镉渣生产电解

8、锌, 可产出符合电解要求的高质量新液; 同时经概算, 生产本钱可较用锌焙砂降低1 000 元öt 锌以上。锌浸出率达94145% , 振动净化的锌粒单耗120 kgöt 锌。3试验方法进展了1 L 液除电解的流程试验。试验所用原料(铜镉渣) 主要成分, %: Zn 39121, Cd 6107,Cu 2137, H2O 3315。试验的技术操作条件如下:(1) 浸出(反浸法)。用上次预留的1ö5 浸出矿浆作底料(首批试验用水) , 加热至7080, 搅拌状态下均匀缓慢投加铜镉渣, 同时加电解废液或酸。投料过程随时检测pH 值, 并保持在23。到终点后继续搅拌反响1

9、 h 左右, 终点pH控制在45。投料过程时间控制不低于2 h, 以确保铜镉渣中的锌被有效浸出(浸出率95% 以上)。到终点后的浸出矿浆过滤, 此滤液含铁较高, 一般可达1 göL 左右, 工艺上按先进展空气氧化除铁, 再作锌粒振动净化除镉及钴、镍、砷、锑和锗的深度净化。(2) 空气氧化除铁。保持pH 值为45, 温度8085 , 用WM - 2H 型无油空气压缩机向溶液中通入适量空气, 同时为提高反响效率, 按015 göL 参加铜盐(CuSO 4·5H2O ) 作催化剂, 并开动搅拌。在此操作条件下, 经12 h 即可将溶液中1 göL 左右的铁(F

10、e2+ ) 除至新液所要求的20 mgöL 以下。铁被除去的机理是Fe2+ 被空气均匀缓慢氧化为Fe3+ , 且被氧化的以离子状态存在的Fe3+ 浓度始终保持不高于1 göL 的状态,在此条件下被氧化的Fe3+ 即生成所谓的针铁矾沉淀(A- FeOOH) , 此沉淀物易于过滤, 同时还可吸附除去溶液中大局部的砷、锑和锗。(3) 锌粒振动净化除镉，并深度除去钴、镍、砷、锑和锗。其装置为: 将2 支<415×15 cm 的圆底试管绑缚固定于8411 型电动振筛机上, 每支试管内盛装锌粒400500 g, 锌粒装满率50%。试管用带有进出导管的橡胶塞密封, 两支试

11、管之间通过乳胶管按串联联接。锌粒系用瓷坩埚于马弗炉中熔融自制, 锌粒规格为<415×(1020)mm 的水滴状, 外表光滑。操作件: 除铁后液加热至9095 , 然后由进液导管(乳胶管) 自流通过振动状态下的振动管(试管)。溶液在振动管内的停留时间(反响时间) 根据所除杂质的种类和除去程度而定, 如铜和镉等易于除去的杂质所需停留的时间较短, 一般不超过30 s 即可到达95% 以上的除去率; 钴、镍、砷、锑、锗等所需的停留时间较长, 约需2 3 m in, 同时还需添加一定的Cu2+ 、Sb3+ 等添加剂以提高除去效率。4试验结果及讨论411浸出(反浸法)主要技术指标: 锌浸出

12、率94154% , 渣率916%。产渣成分, %: Zn 24191, Cd 4112,Cu 1915,Fe 2138。浸出液成分: Zn 14010 göL , Cd 917 göL , Fe019 göL , Cu 40 mgöL , Co 1210 mgöL , N i 410mgöL , A s 0146 mgöL , Sb 1196 mgöL , Ge 2115mgöL , pH 值为5。48 湖南冶金Vo l132No15412空气氧化除铁41211温度除铁对温度的允许范围较大, 6090 之

13、间均可取得良好的除铁效果, 但考虑除铁后溶液的过滤效果, 除铁温度应控制不低于80。41212空气鼓入量无需太大的空气鼓入量即可取得良好的除铁效果, 1 L 溶液除铁试验的空气鼓入压力仅为01005M Pa。41213酸度试验发现, 空气氧化除低铁的酸度与某些资料所介绍的除高铁(10 göL 以上) 有所不同, 除低铁的酸度条件必须控制在pH 为5以上, 方可到达深度除去铁的目的(除铁至20mgöL 以下) , 同时为防止锌的水解损失, pH 最高不超过514 为宜。除铁操作中控制好上述条件, 浸出液中1 göL 左右的铁可在2 h 以内除至新液所要求的20mg&

14、#246;L 以下, 且同时可除去70% 以上的砷、锑和锗。413锌粒振动净化主要技术条件: 振动管进口温度90 95 ,出口温度70 75 , 除镉反响时间20 30 s, 除钴、镍、砷、锑、锗等反响时间2 3 m in。锌粒单耗: 118129 kgöt 锌, 其中除镉单耗为69130 kgöt 锌, 除钴、镍、砷、锑和锗等单耗为48199 kgöt 锌。同时进展了锌粉常规净化的比照试验, 其锌粉单耗: 141130 kgöt 锌, 其中除镉单耗为99116kgöt 锌, 除钴、镍、砷、锑、锗等单耗为42114 kgöt 锌。采用

15、锌粒振动净化, 可较常规锌粉净化降低锌粒(锌粉) 单耗1613%。经空气氧化除铁及锌粒振动净化后, 产出了符合电解工艺要求的新液, 即Zn 14010 göL , 其余为, mgöL : Cd 018, Fe 15, Co 018, N i 015,A s 0110, Sb 0110, Ge 01026, Cu 微量, pH 值为511。三立产0# 锌的新液质量标准, Zn 140 160göL , 其余为, mgöL : Cd1, Cu011, Fe30,Co1, N i1, A s011, Sb011, Ge0105,pH 值为514。5经济效益分析

16、与锌焙砂生产电解锌的生产本钱(车间本钱) 进展比照分析。按三立集团新近生产情况(2003 年上半年) ,其电解锌的生产本钱为6 808160 元öt 锌, 其中锌焙砂原料本钱4 608129 元öt 锌(4 286÷93% =4 608160, 93% 为电解锌直收率) , 车间加工费2 200元öt 锌。用铜镉渣为原料生产电解锌,其生产本钱可控制在5 500 元öt 锌以内。其中铜镉渣的售价按较高时的800 元öt 计, 含锌品位按38% , 那么原料本钱为2 313147 元öt 锌( 2 105126 ÷91

17、% =2 313147, 91% 为电解锌直收率) ; 车间加工费按高于锌焙砂生产时的640 元öt 锌计, 即2 840 元öt锌, 那么以铜镉渣为原料生产电解锌的本钱为5 153147元öt 锌。车间加工费高于锌焙砂640 元öt 锌的局部主要来自除高镉和钴时的锌粒消耗,铜镉渣生产电解锌的锌粒单耗120 kgöt 锌, 高于锌焙砂生产80 kgöt 锌(锌粉) , 相应的加工费那么升高640 元öt 锌(80 kgöt 锌×8 元ök g = 640 元öt锌)。5试验结果及讨论4

18、11浸出(反浸法)主要技术指标: 锌浸出率94154% , 渣率916%。产渣成分, %: Zn 24191, Cd 4112, Cu 1915,Fe 2138。浸出液成分: Zn 14010 göL , Cd 917 göL , Fe019 göL , Cu 40 mgöL , Co 1210 mgöL , N i 410mgöL , A s 0146 mgöL , Sb 1196 mgöL , Ge 2115mgöL , pH 值为5。方法二：工艺流程：1 净液工艺溶液净化的主要目的是除去中性浸出的硫

19、酸锌溶液中铜、镉、钴、镍等金属杂质离子，为锌电解提供高质量的精制硫酸锌溶液(新液)，确保锌电解能产出Zn 99995(O Zn)级的高级电锌。溶液净化的根本原理是利用化学性质活泼的金属锌粉完成对中性硫酸锌溶液的置换除杂。这是由于锌相对于铜、镉、钴、镍等杂质有较低的电极电位，因而可将这些电极电位较高的金属杂质离子从溶液中置换出来。锌和金属杂质的标准电极电位如下：EoZn抖Zn=-0763 VEo Cu。Cu=+0337 VE0 Cd。 ICd=一0403 VE0Co Co=-0241 VE0 Ni。Ni：一o267 V锌粉置换反响式如下：Cu抖+ Zn=Cu+ Zn。Cd。 +Zn=Cd+Znz

20、Co抖+Zn=Co+Zn2置换反响新析出的金属镉，具有很活泼的置换能力，很容易重新转入溶液(即反溶)。其反溶反响如下：Ni + Cd=Ni+ Cd抖Zn + Cd Zn+Cd0只有在低温下(<6O)和当置换活度大的金属锌粉大量存在时，才能防止镉的反溶。锌粉置换除镍、钴难度要大一些需提高净化温度(8o,-,9o'C)和添加锑盐作辅助净化的活化剂。提高净化温度可增加锌粉的活性和增大锌与镍、钴等杂质之间析出电势绝对值的差值，促进锌粉置换杂质金属的反响；加锑盐作辅助净化活化剂，是使锌粉在净化过程中外表形成锑锌微电池的电化学反响，提高锌粉置换除镍、钴等杂质的效果。维普资讯.cqvip.总第

21、119期电解锌厂锌净液工艺设计溶液净化工艺有连续净化和连续净化之分。连续净化是一槽净化好后进展过滤，然后再净化一槽，作业过程是连续的，常用于生产规模小的工厂。连续净化需用净化槽、过滤机等设备数量多，且不能适应大规模自动化生产的要求，而连续净化需用净化槽和过滤机等设备少，过程连续化，易实现自动化。国内外生产实践证明连续净化工艺成熟可靠，是较为先进的净化工艺。2 溶液净化的工艺流程目前我国电解锌厂的中性溶液净化，主要有二段净化和三段净化两种工艺流程。尽管均能满足锌电解产出Zn 99995(O Zn)级电锌质量要求，但三段净化流程容易控制，且产出的新液质量比二段净化流程的好，获得高质量的净化新液更有

22、保证。该厂改扩建立计的溶液净化工艺就采用了三段连续净化流程(见附图)。第1段用锌附图净液工艺流程粉低温(5O60)净化除铜、镉；第2段用锌粉和锑盐温(8090"C)净化除镍、钴；第3段再用锌粉低温(5O60C)净化除余镉，确保净化后新液质量。3 主要净化设备及改造设计改扩建工程设计中充分考虑利用原有设备。根据设计计算，新建3台80 m。净化槽作第1段连续净化槽，将原有一段4台8Om。连续净化槽改作第2段连续净化槽，把原有二段3台80 m。连续净化槽改作第3段连续净化槽。每一段净化槽中槽与槽之间按一样高差阶梯布置。每段阶梯布置槽由其槽口外侧的连接溜槽连通，以便高位净化槽的净化溶液能通过

23、溜槽流至低位净化槽，实现连续净化。每段净化溶液的过滤均采用厢式压滤机过滤，除新建第1段新增压滤机外，第2、3段均采用原有压滤机。第2段高温净化需用蒸汽加热溶液。原连续高温净化时采用蒸汽直接入槽加热溶液，由于直接加热时蒸汽入溶液后汽变水，这样就增加了溶液的体积，易产生溶液体积膨胀，给湿法炼锌整体工艺溶液平衡带来了困难。为此，改扩建立计采用换热效率高的螺旋板式换热器进展间接加热，溶液加热后再入槽净化。第2段高温净化后液(滤液)送入第3段低温净化前必须进展冷却。由于生产规模扩大，原有一台冷却塔能力不够，另增设一台冷却塔，以满足工艺要求。由于净液规模的扩大，除新增设第1段连续净化槽、过滤机等设备外，还

24、相应地增设了吊运、输送和溶液贮槽等设备及有关设施。4 结语净液工艺设计选用新的工艺技术和设备，采用合理的工艺流程，提净化溶液的质了电解槽边氯气浓度高及外排废气氯浓度超标的问题，改善了工人的操作环境，保证了电积钴的产量及质量。(2)某厂原采用三级旋流洗涤处理含SO23 000 mgm。、HF130 mgm。的烟气，现用一台D l 800衄X11 300衄的一级湍冲洗涤塔取代原一级旋流洗涤。一级湍冲洗涤塔为主吸收装置，二、三级旋流洗涤为辅助吸收装置。一、二级吸收剂为Ca(OH)：，三级吸收剂为Naz CO。，脱硫效率85 ，除氟效率915 ，进口烟气温度约230，出口烟气温度约5O。目前，湍冲填料

25、洗涤塔开展为湍冲、碱浴、喷淋三级组合，并改塔、槽别离为一体化的联合式，连接收线减少，设备占地更少，操作更方便，同时采用计算机系统实现生产过程监控和管理，自动控制各塔的运行状况，测定循环碱液的pH值并自动补碱，实现尾气含氯浓度达标排放。计算机监控和管理自动化使该工艺更平安可靠。某电积钴厂采用三级湍冲填料吸收塔串联、计算机控制，脱氯效率到达999 。4结语采用湍冲及喷淋碱洗涤工艺处理冶炼过程中含氯尾气具有设备简单、占地面积小、处理能力大、净化效率高、操作方便等优点。它不仅具有环保效益及社会效益，而且具有很好的经济效益。随着有色金属产量的高速增长，冶炼过程中产生的烟气及废气量也不断增大。为保护境，国

26、家对尾气、废气的排放标准日趋严格。因此，必须加大尾气、废气的治理力度，才能实现有色金属工业的可持续开展。三、铜冶炼工艺粗铜的火法精炼：火法精炼原理：粗铜中多数杂质对O的亲和力大于Cu对O的亲和力，而且，杂质氧化物在Cu中的溶解度非常小，因此，杂质以氧化物炉渣的形式出去。同时氧化过程的进展使铜中产生过量的氧化铜，最终需要复原得到粗铜。即粗铜的火法精炼分为氧化过程和复原过程。1. 氧化过程氧化除渣阶段空气进入铜熔体，首先与铜反响生成Cu2O，再与其它金属杂质作用使杂质氧化，化学反响如下：4Cu+O22Cu2O Cu2O+MeMeO+Cu 反响式中的Me代表金属杂质。2. 复原过程复原得到阳极铜氧化

27、除渣后铜液中的Cu2O，用复原剂进展复原：Cu2O+H22Cu+H2O Cu2O+CO2Cu+CO2 Cu2O+C2Cu+CO 复原剂有：重油、天然气、液化石油气、木炭等。得到的阳极铜送电解车间进展电解精炼。铜的电解精炼：铜的电解精炼，是将火法精炼的铜浇铸成阳极板，用纯铜薄片作为阳极片，相间地装入电解槽中，用硫酸铜和硫酸的水溶液作电解液，在直流电的作用下，阳极上的铜和电位较负的金属溶解进入溶液，而贵金属和某些金属硒、碲不溶，成为阳极泥沉淀于电解槽底，溶液中的铜在阳极上优先析出，而其他电位较负的金属不能在阳极上析出。这样，阳极上析出的金属铜纯度很高，成为阴极铜或电解铜。电解精炼过程：阳极：火法精

28、炼铜；阴极：电解铜阴极铜；电解液：硫酸铜和硫酸的水溶液。引入直流电，阳极铜溶解，在阴极析出纯铜，杂质进入阳极泥或电解液，从而实现铜和杂质的别离。1. 阳极反响电解液中含有H+、Cu2+、SO42-和水分子，当通入直流电时，在阳极上可能的氧化反响为：Cu-2eCu2+ Me-2eMe2+ SO42-2eSO3+1/2O2 H2O-2e2H+1/2O2 Me指Fe、Pb、Ni、As、Sb等，电极电位比铜负，与铜一起溶解进入电解液；SO42-和H2O电极电位比铜正得多，在阳极上不可能进展反响。因此，阳极的主要反响式Cu溶解形成Cu2+。2. 阴极反响阴极上可能进展的反响为：Cu2+2eCu 2H+2

29、eH2 Me2+2eMe 在这些反响中，只有电极电位比铜更正的金属离子能够优先复原。因此，阴极的主要反响式铜离子的复原得到电铜。四、电解工艺学习题练习1、硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3、FeCO3MgO、CaO等，生产工艺流程示意如下：（1） 将菱锌矿研磨成粉的目的是_。（2） 完成“氧化除铁步骤中反响的离子方程式：Fe(OH)2+_+_=Fe(OH)3 +CI-(3)针铁矿Goethite是以德国诗人歌德Goethe名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是_。4根据下表数据，调节“滤液2的pH时，理论上可选用的最大区间为_。Mg(OH)2Zn(OH)2MgCO3CaCO3开场沉淀的pH10464沉淀完全的pH12480开场溶解的pH105Ksp56×68×28×5工业上从“滤液3制取MgO过程中，适宜的反响物是_选填序号。KS*5U.C#O%aXX石粉 b石灰乳 c纯碱溶液 d烧碱溶液6“滤液4之后的操作依次为_、_、过滤，洗涤，枯燥。7分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3 的质量分数不低于_。2、