年产35万吨电解铜的冶炼铜电解车间设计

年产35万吨电解铜的铜电解车间设计

目录

1 前言 1

1.1铜的性质1

1.1.1铜的物理性质 1

1.1.2铜的化学性质 3

1.1.3铜的主要化合物的性质 3

1.2铜的用途4

1.3铜资源状况 5

1.3.1世界铜资源 5

1.3.2中国资源7

1.4中国铜的生产状况和消费8

1.4.1中国铜的生产状况8

1.4.2铜的消费9

1.5.1铜的湿法冶金9

1.5.1铜的火法冶金10

1.6铜的新技术12

1.6.1一种采用溶剂萃取净化铜电解液的方法本12 1.6.2分散强化型电解铜箔及其制造方法12

1.6.3硫化矿细菌浸出12

1.7设计的内容12

1.7.1冶金计算13

1.7.2重要设备及辅助设备计算13

1.7.3制图内容和要求13

2 厂址选择14

3.1铜电解精炼流程简述16

3.2铜电解精炼的理论基础18

3.2.1阳极过程18

3.2.2阴极过程18

3.2.3阳极上杂质19

3.3电解液的净化20

4 铜电解精炼的主要设备选择21

5 铜电解技术指标24

5.1铜电解的条件24

5.1.1电解液组成24

5.1.2添加剂24

5.1.3电解液温度25

5.1.4电解液循环25

5.1.5电流密度25

5.1.6同极中心距26

5.2阳极寿命和阴极周期26

6 主要经济技术指标27

6.1电流效率27

6.2残极率27

6.3铜电解回收率27

6.4槽电压27

6.5直流电能电位消耗28

6.6硫酸单位消耗28

6.7蒸汽单位消耗28

7 电解精炼冶金计算29

7.1电解槽设计计算29

7.1.1商品电解槽总数29

7.1.2电解槽的极板数29

7.1.3每槽阳极片数30

7.1.5种板电解槽数30

7.2物料平衡计算31

7.3铜电解精炼热平衡计算34

7.3.1热收入35

7.3.2热支出35

5.4净液量的计算37

7.5硫酸盐生产物料平衡计算38

7.5.1计算铜料加入量38

5.5.2 计算硫酸铜产品产量39

5.5.3一次母液体积39

5.6脱铜电解物料平衡计算40

7.7粗硫酸镍生产计算40

8 铜电解精炼的主要生产设备的选用42 8.1整流器及导电铜材料的计算42

8.1.1直流电源42

8.1.2槽边导电排44

8.1.3槽间导电板45

8.1.4短路棒46

8.2电解液循环系统设备及管道计算46

8.2.1集液槽46

8.2.2电解液循环泵46

8.2.3高位槽47

8.2.4加热器47

8.2.5供液管48

8.2.6电解液循环管48

8.2.7阳极片剥机49

8.3车间运输设备计算及选择49

8.3.1起重机49

8.3.2叉车49

8.4其他设备及设施50

8.4.1各种辅助槽子50

8.4.2阳极泥放出与收集50

9 环保措施52

9.1环境保护52

9.2安全生产52

10 车间定员54

附图56

参考文献61

专题：铜阳极钝化机理及影响因素62

致谢68

1 前言

1.1铜的性质

1.1.1铜的物理性质

铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。自然铜及氧化铜的储量少，现在世界上80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的，这种矿石含铜量极低，一般在2-3%左右。金属铜，元素符号Cu，原子量63.54,比重8.92，熔点1083Co。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色。铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，且抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，形成的合金主要分成三类：黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金，白铜是铜钴镍合金。

铜在地壳中的克拉克值为0.01%，世界铜储量约5000′104t，主要储于智利、美国、俄罗斯、利比亚、加拿大、秘鲁、波兰、菲律宾等国家。此外洋底锰結核中亦有丰富的铜。全球主要产铜国家是智利、美国、俄罗斯。已知的含铜矿物有250多种，[1]主要工业矿物如下表，其中最重要的是黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿。

表1-1 含铜主要供应矿物

名称矿物种类分子式含铜量(%)

自然元素自然铜Cu 100

硫化物黃铜矿CuFeS2 34.5

斑铜矿Cu5FeS2 63.3

辉铜矿Cu2S 79.8

铜蓝CuS 66.4

硫砷化物和硫砷铜矿Cu3AsS4 48.3

硫锑化物砷黝铜矿(Cu9Fe)12As4S13 57.0

黝铜矿(Cu9Fe)12Sb4S13 52.1

氧化物赤铜矿Cu2O 88.8

黑铜矿CuO 79.8

碳酸盐孔雀石CuCO3?Cu(OH)2 57.3

蓝铜矿2CuCO3?Cu(OH)2 55.1

硫酸盐铜靛岩CuSO4

胆矾CuSO4?5H2O

铜叶绿矾CuFe4+3(SO4)6(OH)2?2H2O

硅酸盐硅孔雀石CuSiO3?2H2O 36.0

除了主要矿物外，铜矿中还含有少量的其他金属，如铅、锌、镍、铁、砷、锑、铋、硒、锑、钨、钼、钴、锰等，并含有金银等贵金属和稀有金属，它们在冶炼过程中分别进入不同的产品中，所以炼铜工厂通常设有综合回收这些金属的车间。

进入冶炼厂的铜矿都为浮选产出的铜精矿，品位10～35%。硫化铜精矿是炼铜的主要原料。有时也处理自然铜精矿，但很次要。氧化矿可与硫化矿一起处理。未经选矿的氧化矿可直接用湿法或离析法等方法处理。

我国铜资源分布很广，几乎遍及全国各地。一般来说，我国硫化矿的品味较低。矿物的性质也比较复杂，原生矿与次生矿交错混乱，并有大量多金属伴生，处理也比较复杂，且需特别重视综合回收问题。

铜的蒸汽压很小，在熔点温度下仅为9×10-5Pa。高温下，液体铜能溶解、氧、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等气体。凝固时，溶解的气体又从铜中放出，造成铜铸件内带有气孔，