铜电解精炼车间工艺设计.pptx
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1、制定人:孙制定人:孙 健健铜电解精炼车间工艺设计铜电解精炼车间工艺设计2主要内容主要内容铜电解生产的基本原理铜电解生产的基本原理主体设备的设计主体设备的设计技术条件及技术经济指标的选择技术条件及技术经济指标的选择冶金计算冶金计算车间配置车间配置铜电解精炼概述铜电解精炼概述辅助设备的选择辅助设备的选择3铜铜电解精炼概述电解精炼概述 铜的火法精炼一般能产出含铜99.0%99.8%的粗铜产品。铜的电解精炼,是将火法精炼的铜浇铸成阳极板,用纯铜薄片作为阴极片,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贱金属溶解进入溶液,而贵金属和某些金属(如:硒、碲)
2、不溶,成为阳极泥沉于电解槽底。4一一.铜电解精炼概述铜电解精炼概述 溶溶液液中中的的铜铜在在阴阴极极上上优优先先析析出出,而而其其它它电电位位较较负负的的贱贱金金属属不不能能在在阴阴极极上上析析出出,留留于于电电解解液液中中,待待电电解解液液定定期期净净化化时时除除去去。这这样样,阴阴极极上上析析出出的的金金属属铜铜纯纯度度很很高高,称称为为阴阴极极铜铜或或电电解解铜铜,简称电铜。简称电铜。含含有有贵贵金金属属和和硒硒、碲碲等等稀稀有有金金属属的的阳阳极极泥泥,作作为为铜铜电电解解的的一一种种副副产产品品另另行行处处理理,以以便便从从中中回回收金、银、硒、碲等元素。收金、银、硒、碲等元素。5铜
3、电解生产现场6永久性不锈钢阴极电解技术的主要特点永久性不锈钢阴极电解技术的主要特点永久性不锈钢阴极电解技术的主要特点永久性不锈钢阴极电解技术的主要特点电流密度高、极距小电流密度高、极距小 阴极周期短、产品质量高阴极周期短、产品质量高残极率低残极率低 蒸汽耗量低蒸汽耗量低流程简单、自动化程度高、操作人员少流程简单、自动化程度高、操作人员少 金属积压量少、流动资金周转快金属积压量少、流动资金周转快7概述概述8概述概述9p铜电解生产的基本原理铜电解生产的基本原理阳极反应阳极反应:铜铜电电解解精精炼炼过过程程,主主要要是是在在直直流流电电的的作作用用下下,铜铜在在阳阳极极上上失失去去电电子子后后以以C
4、u2+的的形形态态溶溶解解,而而Cu2+在在阴阴极极上上得得到到电电子子以以金金属属铜铜的的形形态态析析出出的的过过程程。除除此此之之外外,还还不不可可避避免免地地有有Cu+的的产产生生,并并引引起起一一系系列列的的副副反反应应,使电解过程复杂化。使电解过程复杂化。图图8.1 8.1 铜电解精炼过程示意铜电解精炼过程示意1.阳极,2.阴极,3.导电杆,4.CuSO4及H2SO4的水溶液 Cu 2e=Cu2+,E0(Cu2+/Cu)=+0.34 VCuCu2+2+2e =Cu+2e =Cu,E E0 0(Cu(Cu2+2+/Cu)/Cu)=+0.34 V=+0.34 V 阴极反应阴极反应:10技
5、术条件及技术经济指标的选择技术条件及技术经济指标的选择技术条件技术条件电流密度电流密度 电电流流密密度度一一般般是是指指单单位位阴阴极极面面积积上上通通过过的的电电流流。一一般般为为220270A/m2。电电解解液液主主要要由由硫硫酸酸和和硫硫酸酸铜铜水水溶溶液液组组成成。一一般般含含铜铜40-50g/L,含含硫硫酸酸180-240g/L。一一般般采采用用高高酸酸低低铜铜电电解解液液组组分分较较为为有有利利。电电解解液液中中铜铜含含量量的的不不断断上上升升和和下下降降都都是是不不利利的的现现象象。镍镍、铁铁、砷砷、锑锑、铋铋等等杂杂质质浓浓度度过过高高会会增增大大电电解解液液的的电电阻阻和和粘
6、粘度度,降降低低硫硫酸酸铜铜的的溶溶解解度度,且且砷砷、锑锑和和铋铋浓浓度度过过高高造造成成的的飘飘浮浮阳阳极极泥泥会会严严重重影影响响阴极铜的质量。阴极铜的质量。电解液成分电解液成分11技术条件技术条件电解液温度电解液温度 提提高高电电解解液液的的温温度度能能降降低低电电解解液液的的粘粘度度,增增大大硫硫酸酸铜铜的的溶溶解解度度,使使铜铜在在阴阴极极上上均均匀匀析析出出。然然而而电电解解液液温温度度过过高高会会使使蒸蒸汽汽消消耗耗增增加加,车车间间酸酸雾雾增增多多,使使操操作环境恶化。电解液温度一般控制在作环境恶化。电解液温度一般控制在55-65。电解液循环方式电解液循环方式 电电解解液液循
7、循环环可可使使电电解解液液的的组组成成和和温温度度均均匀匀一一致致,降降低低浓浓差差极极化化,改改善善阴阴极极铜铜质质量量。电电解解液液的的循循环环分分为为两两种种,与与电电极极板板面面垂垂直直的的流流动动方方式式和和与与电电极极板板面面平平行行的流动方式。的流动方式。(a)上进下出上进下出(b)下进上出下进上出传统循环方式传统循环方式12技术条件技术条件13技术条件技术条件添加剂添加剂明明胶胶 明明胶胶是是铜铜电电解解精精炼炼过过程程中中的的主主要要添添加加剂剂。加加入入适适量量的的明明胶胶能使析出的阴极沉积物致密光洁,改善阴极表面的物理状态能使析出的阴极沉积物致密光洁,改善阴极表面的物理状
8、态。硫脲硫脲 硫硫脲脲是是表表面面活活性性物物质质,与与明明胶胶混混合合使使用用,可可在在高高电电流流密密度度下下获获得结构致密的阴极铜。得结构致密的阴极铜。干酪素干酪素干干酪酪素素与与明明胶胶混混合合使使用用,能能抑抑制制阴阴极极表表面面粒粒子子的的生生长长和和改改善善粒粒子子的形状。的形状。盐酸盐酸盐酸用来维持电解液中氯离子的含量。盐酸用来维持电解液中氯离子的含量。14技术条件技术条件极距极距 极极距距一一般般指指同同极极中中心心距距。小小型型极极板板的的同同极极中中心心距距一一般般为为7590mm,大型极板则为,大型极板则为100110mm。阳阳极极寿寿命命根根据据电电流流密密度度、阳阳
9、极极质质量量及及残残极极率率来来确确定定一一般般为为18-24天天。阴阴极极周周期期与与电电流流密密度度、阳阳极极寿寿命命及及劳劳动动组组织织等等因因素素有有关关,一般为阳极寿命的一般为阳极寿命的l/3。为为获获得得致致密密、平平整整的的阴阴极极铜铜,始始极极片片必必须须结结构构致致密密,表表面面光光滑滑。所以种板电解槽的技术条件控制比普通电解槽更为严格。所以种板电解槽的技术条件控制比普通电解槽更为严格。阳极寿命和阴极周期阳极寿命和阴极周期15技术经济指标技术经济指标电流效率电流效率残极率残极率电电流流效效率率是是指指电电解解过过程程中中,阴阴极极实实际际析析出出量量占占理理论论析析出出量量的
10、的百百分分比比。一一般般为为94-98。影影响响电电流流效效率率的的因因素素主主要要如如下下:短短路路,漏漏电电,化学溶解。化学溶解。残残极极率率是是指指产产出出残残极极量量占占消消耗耗阳阳极极量量的的百百分分比比。一一般般残残极率取极率取15-18。铜电解回收率铜电解回收率一般取一般取99.6-99.8。16技术经济指标技术经济指标槽电压槽电压直流单耗直流单耗 槽槽电电压压由由电电解解液液电电阻阻引引起起的的电电压压降降,金金属属导导体体电电压压降降,接接触触点点电电压压降降,克克服服阳阳极极泥泥电电阻阻的的电电压压降降,浓浓差差极极化化引引起起的的电电压压降降等等组组成成。普通槽电压一般为
11、普通槽电压一般为0.2-0.3V,种板槽槽电压一般为,种板槽槽电压一般为0.3-0.4V。直直流流单单耗耗是是指指生生产产一一吨吨电电铜铜所所消消耗耗的的直直流流电电量量。消消耗耗的的直直流流电电量量包包括括普普通通电电解解槽槽、种种板板电电解解槽槽、脱脱铜铜电电解解槽槽及及线线路路损损失失等等全全部部直直流电消耗量。一般的直流单耗为流电消耗量。一般的直流单耗为230450(kWh)/t17技术经济指标技术经济指标硫酸单耗硫酸单耗 蒸蒸汽汽单单耗耗是是指指生生产产1吨吨电电铜铜所所消消耗耗的的蒸蒸汽汽量量。在在无无保保温温措措施施的的条条件件下下,蒸蒸汽汽单单耗耗一一般般为为l-1.5t/t电
12、电铜铜;在在现现代代有有保保温温措措施施的的铜铜电电解解过过程中,蒸汽单耗一般为程中,蒸汽单耗一般为0.1-0.6t/t电铜。电铜。生产生产1吨电铜消耗的硫酸量,一般为吨电铜消耗的硫酸量,一般为4-10kg/t电铜。电铜。蒸汽单耗蒸汽单耗水单耗水单耗生产生产1吨电铜消耗的水量,一般为吨电铜消耗的水量,一般为3-5m3/t电铜。电铜。18电解槽的材质与结构电解槽的材质与结构电解槽电解槽的材质的材质主体设备的设计主体设备的设计电电解解槽槽的的材材质质分分两两类类:一一是是传传统统钢钢筋筋混混凝凝土土玻玻璃璃钢钢槽槽;二二是是乙乙烯烯基基树脂整体电解槽。树脂整体电解槽。传统钢筋混凝土玻璃钢槽主要由钢
13、筋混凝土、玻璃钢内衬组成。传统钢筋混凝土玻璃钢槽主要由钢筋混凝土、玻璃钢内衬组成。乙烯基树脂整体电解槽的主要材料为乙烯基树脂、石英砂。乙烯基树脂整体电解槽的主要材料为乙烯基树脂、石英砂。19电解槽结构电解槽结构图图9-5 电解槽结构电解槽结构1-进液管,进液管,2-阳极,阳极,3-阴极,阴极,4-出液管,出液管,5-放液管,放液管,6-放阳极泥管放阳极泥管20主体设备的设计主体设备的设计阴极阴极 铜铜电电解解精精炼炼的的原原料料是是火火法法精精炼炼后后浇浇注注而而成成的的铜铜阳阳极极。生生产产中中应应尽量获得质量良好的阳极铜板。尽量获得质量良好的阳极铜板。(1)铜铜电电解解精精炼炼传传统统使使
14、用用的的阴阴极极板板。开开始始使使用用铜铜始始极极片片。后后来来绝绝大大多数铜冶炼厂采用钛板制成铜始极片。多数铜冶炼厂采用钛板制成铜始极片。阳极阳极(2)永永久久性性不不锈锈钢钢阴阴极极板板。永永久久性性不不锈锈钢钢铜铜电电解解技技术术是是使使用用刚刚度度和和韧韧性较好的不锈钢板制成阴极板,取代传统的始极片。性较好的不锈钢板制成阴极板,取代传统的始极片。21阳极、阴极、种板尺寸的选择阳极、阴极、种板尺寸的选择 机机械械化化程程度度较较高高的的大大型型工工厂厂采采用用大大型型阳阳极极,中中、小小型型工工厂厂机机械械化化程程度度较较低低,常常采采用用小小型型阳阳极极板板。为为避避免免阴阴极极边边缘
15、缘生生成成树树枝枝状状结结晶晶,阴阴极极尺尺寸寸应应比比阳阳极极稍稍大大一一些些。种种板板的的材材质质目目前前有有紫紫铜铜板板、不不锈锈钢钢板板和和钛钛板板三三种种,以以紫紫铜铜板板为为多多。种种板板的的尺尺寸寸一一般般比比始始极极片片宽宽20-30mm,长,长50-70mm。主体设备的设计主体设备的设计22电解槽总数电解槽总数的确定的确定式中式中 N电解槽总数,电解槽总数,台台;M年产电解铜量,年产电解铜量,t;360年工作日,年工作日,d;23.5日通电时数,日通电时数,h;电流效电流效率,率,%;I电流强度,电流强度,A;1.185铜的电化当量,铜的电化当量,g/(Ah)。主体设备的设计
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