有色冶金课程设计年产6.2万吨电解槽厂房设计大学论文.doc

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1、东 北 大 学有 色 冶 金 课 程 设 计(铜 电 解)题目： 年产6.2万吨铜电解车间设计 班级： 姓名： 许永生 学号： 指导老师： 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- 9 -3.5种板电解槽

2、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属，尤其是贵金属和稀散金

3、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）1Se0.000200.003000.0005Fe0.00020Bi0.000202Cr0.0015MnSb0.0004CdAs0.0005P3P

4、b0.00050.00054S0.001500.00155Sn0.0020NiFe0.0010SiZnCo6Ag0.00250.0025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6.2万吨电流效率：96%残极率：

5、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：0.770.742m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/%Cu1.930.0798Ni89.5100.4Pb96.53.5As63307Sb256510Bi15805Zn9343Fe721018Sn58510O100A

6、u991Ag9822.2 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/%Cu99.380.0007=0.06956620.24Ni0.080.10=0.0082.33Pb0.130.095=0.1254536.49As0.0160.3=0.00481.40Sb0.040.65=0.0267.56Bi0.0030.80=0.00240.70Zn0.0010.04=0.000040.01Fe0.0040.10=0.00040.12Sn0.0010.85=0.000850.25O

7、0.021.0=0.025.82Au0.0030.99=0.002970.86Ag0.0850.98=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/%Cu99.380.98=97.392499.98694Ni0.080.004=0.000320.00033Pb0.130.035=0.004550.00467As0.0160.07=0.00112 0.00115Sb0.040.10=0.0040.00411Bi0.0030.05=0.000150.00015Zn0.0010.03=0.000030.00003Fe0.

8、0040.18=0.000720.00074Sn0.0010.10=0.00010.00010Au0.0030.01=0.000030.00003Ag0.0850.02=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62000t电铜中的含铜量 6200099.98694%=61991.903t生产62000t电铜所需铜量 61991.903/99.9%（铜电解回收率）=62053.957t生产62000t电铜要进入阳极泥中的铜量 0.07%=44.280t阳极泥量 44.280/20.24%=218.775t生产62000t电铜要进入溶液中的铜量

9、 1.93%=1220.861t生产62000t电铜所需阳极数量 =63319.098t阳极含铜量 63319.09899.38%=62926.520t残极数量 63319.09816%=10131.056t残极含铜量 10131.05699.38%=10068.243t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63319.09899.3862926.520合计62926.520出料物料名称数量/t铜含量/%纯铜量/t阴极铜6200099.9869461991.903残极10131.05699.3810068.243阳极泥218.7752

10、0.2444.280电解液1220.861损失62.054合计73387.3413.主体设备设计3.1电解槽材质与内衬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、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，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110mm。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

11、间绝缘。钢筋混凝土电解槽内衬选择原则：造价低廉、耐高温、耐腐蚀和电绝缘性能良好的材料，一般为铅或含锑36%的铅锑合金板、软板聚氯乙烯和玻璃钢、铅衬厚一般为35mm；聚氯乙烯衬里通常为二层，每层厚45mm；内层塑料衬里一般不正槽铺设；玻璃钢衬里一般为610层，厚约35mm。国内大部分铜电解工厂的电解槽衬铅。但在新建工厂及老厂的改造中逐渐推广使用聚氯乙烯衬里和玻璃钢衬里。通过对铅板、软聚氯乙烯板和玻璃钢电解槽衬里的比较，再结合钢筋混凝土电解槽内衬选择的原则，本设计选用玻璃钢内衬，10层，厚5mm。电解槽衬里材质比较衬里材质优点缺点铅板施工简单，耐酸，耐温性能好价格昂贵，机械能电绝缘性能差、漏电软聚

12、氯乙烯板施工简单，价格低廉，有优良的绝热和电绝缘性能耐热性能较差，机械性能随温度上升而降低，易老化玻璃钢绝热，绝缘性能好，耐腐蚀，价格比衬铅低廉树脂材质要求严，施工技术要求高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/(Ah)。N=663.4为了车间配置和日后增加产量，取为700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，0.770.742。=39.9片 取40片每

13、槽阳极数：40 +1=41片本车间设电解槽两端为阳极，即阳极数比阴极数多1片。3.4电解槽尺寸的确定电解槽内尺寸：设电解槽两端各留120mm，则电解槽长度为：阳极片数极距=40901202=3840mm电解槽宽度：设阴极两侧距槽边各留50mm，则电解槽宽度为：740502=840mm电解槽深度：设阴极下部距槽底留260mm，阴极上边距槽上沿60mm，则电解槽深度为：77026060=1090mm根据上述计算，电解槽内：长宽深为38408401090mm。电解槽外尺寸：外尺寸就是用内尺寸加上壁厚或底厚，本设计槽材料为钢筋混泥土，在此将钢筋混泥土槽壁取为100mm，电解槽的内村防腐材料为5mm玻璃

14、钢，因玻璃钢绝热绝缘性能好，耐腐蚀，价格比衬铅的低廉。长度：L外长=L内长+2d壁 L内长电解槽内长 d壁电解槽壁厚，取115mmL外长=3840+2115=4070mm宽度：L外宽=L内宽+2d壁L内宽电解槽内宽 d壁电解槽壁厚，取115mmL外宽=840 +2115=1070mm外高：H外=H1+ d底H外外高 H1电解槽深度 d底槽底厚，300mm（含玻璃钢厚度5mm）H外=1090+300=1390mm故电解槽外尺寸为4070mm1070mm1390mm电解液供液管供液管是用来将加热器电解槽连接起来，用来减少电解中空气气泡，消除阴极成品表明麻点现象。供液管只起中间过道作用，一个供液管可

15、以向一列、两列或整个车间供液，视车间规模而定。本设计取用两个分配槽，其出液口高出电解槽0.3m，每个供液管分别向一列电解槽供液，由进液分管连接。循环管的直径可按下式计算：0式中：q电解液流量，； V电解液流速，。对进液管可取0.50.63，对进液管或出液的分管及汇流管可取1.51.6。为了减少通过电解液的漏电损失，出液分管应做的大些，其中电解液充满程度约为70%。进出液管:单个电解槽电解液循环量为125=25L/min，即0.00042 m3/s，取进液支管电解液流速为0.5 m/s，则电解槽的进出液支管，参照经验及标准聚氯乙烯管规格，选用进液支管内径35mm，出液支管内径40mm。电解槽其他

16、尺寸：柱子：400mm400mm,需2根；梁：300mm400mm,需2根绝缘瓷砖：厚度50mm，若干，材质为瓷；胶皮垫：厚度40mm，2块，材料为橡胶电解液漏斗：内径外径为70mm80mm，1个，材质为铅阳极泥漏斗：内径外径为90mm100mm，1个，材质为铅槽间导电棒：40mm，2根材质为，材质为铜阴极导电棒：25mm15mm，中空方形，40个，材质为铜其余为置于槽底的捣鼓层，采用沥青材料；流液袋，玻璃钢材质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700个； 个商品电解槽的阴极数，41片；

17、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63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

18、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10429m/a。3.6.2脱铜槽数需用脱铜槽脱除的铜量为：（-10429）4510=571.68t所需脱铜槽数：个 取6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；

19、 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宽度/mm厚度/mm质量/kg材质阳极74070035160始极片7707400.52.5种板835760419.8紫铜表9电解槽设计数量长度/mm宽度/mm深度/mm阳极板数阴极板数种板数商品电解槽700384084010904140种板电解槽633840840109039脱铜电解槽6384084010904.图纸5.参考文献1王德全冶金工厂设计基础沈阳：东北大学出版社，200332重有色金属冶炼设计手册编委会重有色金属冶炼设计手册，（铜镍卷）北京：冶金工业出版社，- 14 -