年產(chǎn)28萬噸電解槽廠房設(shè)計

1、東 北 大 學(xué)有 色 冶 金 課 程 設(shè) 計(銅 電 解)題目： 年產(chǎn)2.8萬噸銅電解車間設(shè)計 班級： 冶金工程1103 姓名： 馬林林 學(xué)號： 20110075 目錄1.概述- 3 -1.1電解精煉的目的和任務(wù)- 3 -1.2電銅的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)- 3 -1.2.1高純陰極銅(Cu-CATH-1)化學(xué)成分- 3 -1.2.2一號銅化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)- 4 -1.3銅電解一般工藝流程- 4 -2.冶金計算- 5 -2.1已知條件- 5 -2.2 計算- 5 -3.主體設(shè)備設(shè)計- 7 -3.1電解槽材質(zhì)與結(jié)構(gòu)- 7 -3.2商品電解槽總數(shù)- 8 -3.3電解槽的極板數(shù)- 8 -3.4電解槽尺寸的確定-

2、 9 -3.5種板電解槽數(shù)- 9 -3.6凈液量及脫銅槽數(shù)- 10 -3.6.1凈液量- 10 -3.6.2脫銅槽數(shù)- 11 -3.7槽邊導(dǎo)電排、槽間導(dǎo)電板和陰極導(dǎo)電棒的選擇與計算- 11 -3.7.1槽邊導(dǎo)電排- 11 -3.7.2 槽間導(dǎo)電板- 12 -3.7.3 陰極導(dǎo)電棒- 12 -3.8設(shè)計總結(jié)- 9 -4.圖紙- 12 -5.參考文獻(xiàn)- 12 -1.概述1.1電解精煉的目的和任務(wù)火法精煉產(chǎn)出的陽極銅中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為99.2%99.7%，其中還有一定數(shù)量的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)的存在會使銅的某些物理性質(zhì)和機(jī)械性能變壞，因此，為了提高銅的性能，使其達(dá)到各種應(yīng)用的要求，同時回收其中的有價金

3、屬，尤其是貴金屬和稀散金屬，必須進(jìn)行電解精煉。電解精煉是以火法精煉產(chǎn)出的陽極板為陽極，以電解產(chǎn)出的薄銅片（始極片）為陰極，以硫酸銅和硫酸的水溶液為電解液，在直流電的作用下，陽極銅電化學(xué)溶解，溶液中銅離子在陰極上析出。1.2電銅的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)陰極銅按化學(xué)成分分為高純陰極銅(Cu-CATH-1)和標(biāo)準(zhǔn)陰極銅(Cu-CATH-2)兩個牌號。1.2.1高純陰極銅(Cu-CATH-1)化學(xué)成分表1高純陰極銅(Cu-CATH-1)化學(xué)成分%元素組雜質(zhì)元素含量（不大于）元素組總含量（不大于）1Se0.000200.003000.0005Fe0.00020Bi0.000202Cr0.0015MnSb0.0004C

4、dAs0.0005P3Pb0.00050.00054S0.001500.00155Sn0.0020NiFe0.0010SiZnCo6Ag0.00250.0025雜質(zhì)元素總含量0.00651.2.2一號銅化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)電解精煉的產(chǎn)品是電銅（即陰極銅），其標(biāo)準(zhǔn)見表2。表2一號銅化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（GB466-82）%銅品號代號Cu+Ag不小于雜質(zhì)（不大于）AsSbBiFePbSnNiZnSP總和一號銅Cu-199.950.0020.0020.0010.0040.0030.0020.0020.0030.0040.0010.051.3銅電解一般工藝流程2.冶金計算2.1已知條件年產(chǎn)電解銅2.8萬噸

5、電流效率：96%殘極率：16%銅電解回收率：99.9%年工作日：360d日通電時數(shù)：24h電解槽作業(yè)率：95%每片陰極面積：0.77×0.74×2m電流強(qiáng)度：10000A陽極成分及電解過程中各元素的分配率見表3和表4表3陽極成分元素CuNiPbAsSbBiZnFeSnOAuAg含量/%99.380.080.130.0160.040.0030.0010.0040.0010.020.0030.085表4電解過程中各元素的分配率元素進(jìn)入溶液/%進(jìn)入陽極泥/%進(jìn)入陰極/%Cu1.930.0798Ni89.5100.4Pb96.53.5As63307Sb256510Bi15805Zn

6、9343Fe721018Sn58510O100Au991Ag9822.2 計算根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算出陽極泥率，陽極泥成分，電銅成分，最后編制出銅電解精煉物料平衡表。表5陽極率和陽極泥成分計算元素進(jìn)入陽極泥的量占陽極溶解量的百分?jǐn)?shù)/%陽極泥成分/%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陽極泥率0.343776100.00表6陰極銅成分計算元素陰極析出量占陽極溶解量的百分?jǐn)?shù)/%陰極銅成分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合計97.40512 100根據(jù)以上有關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行物料平衡計算如下28000t電銅

9、中的含銅量 28000×99.98694%=27996.343t生產(chǎn)28000t電銅所需銅量 27996.343/99.9%（銅電解回收率）=28024.368t生產(chǎn)28000t電銅要進(jìn)入陽極泥中的銅量 ×0.07%=19.997t陽極泥量 19.997/20.24%=98.801t生產(chǎn)28000t電銅要進(jìn)入溶液中的銅量 ×1.93%=551.357t生產(chǎn)28000t電銅所需陽極數(shù)量 =34254.907t陽極含銅量 34254.907×99.38%=34042.527t殘極數(shù)量 34254.907×16%=5480.785t殘極含銅量 548

10、0.785×99.38%=5446.804t用上述結(jié)果編制物料平衡表如下表7銅電解精煉物料平衡表進(jìn)料物料名稱數(shù)量/t銅含量/%純銅量/t銅陽極 34254.90799.3834042.527合計34042.527出料物料名稱數(shù)量/t銅含量/%純銅量/t陰極銅2800099.9869427996.343殘極5480.78599.385446.804陽極泥98.80120.2419.997電解液551.357損失28.026合計34042.5273.主體設(shè)備設(shè)計3.1電解槽材質(zhì)與結(jié)構(gòu)本電解槽的材質(zhì)以鋼筋混凝土為槽體，采用耐酸、耐高溫性能好的鉛板作內(nèi)襯。 電解槽由長方形槽體和附設(shè)的供液管、

11、排液斗、出液斗的液面調(diào)節(jié)堰板等組成。槽體低部作成由一端向另一端傾斜，傾斜度為3%，最底處開設(shè)排泥孔，較高處設(shè)有放液孔。放液排泥孔配有耐酸陶瓷或嵌有橡膠圈的硬鉛制造的塞子，防止漏液。此外，在鋼筋混凝土槽體底部開設(shè)（撿）檢漏孔，以觀察內(nèi)襯是否破損。鋼筋混凝土電解槽壁厚為100mm。電解槽安裝在鋼筋混凝土橫梁上，槽底四角墊以橡膠板和磁磚，兩個相鄰電解槽之間留30mm的空隙，用以槽間絕緣。3.2商品電解槽總數(shù)N=式中 N電解槽總數(shù)，個；M年電解銅量，t；360年工作日，日；24日通點時數(shù)，h；電解槽作業(yè)率，95%；電流效率，96%；I電流強(qiáng)度，A；1.186銅的電化學(xué)當(dāng)量，g/(A·h)。N

12、=299.6 取300個 3.3電解槽的極板數(shù)每槽陰極數(shù)按下式計算：式中 每槽陰極片數(shù)，片； I電流強(qiáng)度，A；商品槽電流密度，A/； 每片陰極的面積，0.77×0.74×2。=40.9片 取41片每槽陽極數(shù)：411=40片本車間設(shè)電解槽兩端為陰極，即陰極數(shù)比陽極數(shù)多1片。3.4電解槽尺寸的確定電解槽長度：設(shè)電解槽兩端各留120mm，則電解槽長度為：陽極片數(shù)×極距=40×90120×2=3840mm電解槽寬度：設(shè)陰極兩側(cè)距槽邊各留50mm，則電解槽寬度為：74050×2=840mm電解槽深度：設(shè)陰極下部距槽底留260mm，陰極上邊距槽上

13、沿60mm，則電解槽深度為：77026060=1090mm根據(jù)上述計算，電解槽內(nèi)長×寬×深為3840×840×1090mm。3.5種板電解槽數(shù)為了有利于配置及生產(chǎn)調(diào)度，取種板槽尺寸同商品槽尺寸。種板電解槽數(shù)按下式計算：式中 種板電解槽數(shù)，個； N車間電解槽總數(shù)，取333個； 個商品電解槽的陰極數(shù)，41片； a種板周期，1d;P一個陰極所需始極片量，取1.06； A陰極周期，取6d;B一個種板電解槽的種板數(shù)，取39片； 始極片廢品率，0.050.2，取0.05；個，取30個。3.6凈液量及脫銅槽數(shù)3.6.1凈液量根據(jù)陽極銅成分，陽極銅中各種雜質(zhì)進(jìn)入電解液的

14、百分?jǐn)?shù)，電解液中雜質(zhì)的允許含量及凈液過程中的雜質(zhì)的脫除效率，可以計算所需的凈液量。一般要考慮的主要雜質(zhì)是鎳、砷、銻和鉍。電解液中銅和雜質(zhì)的允許含量（g/L）Cu 45,Ni 15,As7,Sb 0.6,Bi 0.5采用冷卻結(jié)晶法生產(chǎn)粗硫酸鎳，這幾種物質(zhì)的脫除率為：Cu 98%,NI 75%,As 85%,Sb 85%,Bi 85%按主要元素分別計算凈液量如下：從計算結(jié)果看，需凈液量最大的元素是銅，其次是銻。銅的脫除采用在電解工序電解槽中增加不溶陽極的方法脫除，故凈液量以銻元素所需的量計算，取凈液量為5642m/a。3.6.2脫銅槽數(shù)需用脫銅槽脫除的銅量為：（12515-5642）×4

15、5×10=206.190t所需脫銅槽數(shù)：個 取3個 （電流強(qiáng)度10000A,電流效率0.96）3.7槽邊導(dǎo)電排、槽間導(dǎo)電板和陰極導(dǎo)電棒的選擇與計算3.7.1槽邊導(dǎo)電排允許電流密度取1.1A/mm導(dǎo)電排橫截面積 F=導(dǎo)電排溫度不應(yīng)高于周圍空氣40，當(dāng)計算出導(dǎo)體截面積后，還應(yīng)用下式進(jìn)行溫升驗算：Q=式中 Q導(dǎo)體與周圍空氣溫度差，； K散熱系數(shù)，在露天取25，在室內(nèi)取85； I電流強(qiáng)度，A; 導(dǎo)體比電阻， · mm，銅為0.0175； S導(dǎo)電排橫截面積，mm； n導(dǎo)電排斷面的周長，mm；導(dǎo)電排通常采用多塊銅板疊成，銅板寬取120mm,厚度取8mm,共需銅板10個。3.7.2 槽間導(dǎo)電板允許電流密度取0.5A/mm槽間導(dǎo)電板截面積 F=mm3.7.3 陰極導(dǎo)電棒允許電流密度取0.5A/mm陰極導(dǎo)電棒截面積 F=mm3.8設(shè)計總結(jié)表8陽極、始極片、種板規(guī)格長度/mm寬