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1、中南大学本科生毕业设计 摘要摘 要本设计的任务是设计一个年产7.5万t的ISA法铜电解精炼车间。原料为含铜99.48%的火法精炼阳极铜，要求电解精炼后使铜的含量达到99.95%以上的一级铜。通过综合考虑交通、气象、地理、供水、供电、原料供应等多方面的因素，确定了建厂地址。通过查阅文献了解ISA法电解铜的诸多优点，并根据已经确定的条件，进行了电解过程的物料平衡、热量平衡和电解液净化的有关计算。并进行了主要设备的计算和选型。然后，由前面得出的结论绘出了车间的设备连接图及车间平面布置图。在对车间生产的污染源作出分析后，给出了三废处理、劳动卫生与安全的具体解决方案。最后，本设计还进行了车间定员和财务分
2、析。关键词：电解精炼；ISA法铜电解 ；电解槽；极板处理机组107中南大学本科生毕业设计 ABSTRACTABSTRACTThe task is to design a copper refining plant which can produce 75000t electrolytic copper per year by the way of ISA law. The raw materials containing 99.48 percent of the copper is produced in fire refining process and request for at lea
3、st 99.95 percent of the copper in the product after electric refining. Consider the adoption of transportation, meteorology, geography, water, electricity, raw materials supply and many other factors to determine the location of the site. According to the established conditions for the electrolysis
4、process to calculate the material balance, heat balance and electrolyte purification. In addition, it have calculated and selected the major equipment. Then, by the conclusion, it has drawn the picture about the connection of each equipment. After an analysis of the sources of pollution, it has give
5、n the specific solutions of wastes, industrial health and safety. Finally, the design also had a workshop about the staffing and financial analysisKeywords: copper electrowinning; ISA law; electrobath; electrode process machine中南大学本科生毕业设计 目录目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第一章 绪论1第二章 文献综述22.1铜元素的介绍22.1.1铜的物理性
6、质22.1.2铜的化学性质32.1.3铜矿资源的分布42.1.4铜以及其铜合金的应用52.1.5铜的产能与消费62.2铜的生产方法92.2.1 火法炼铜92.2.2 湿法炼铜212.3中国铜工业的现状与发展262.3.1概述262.3.2我国铜资源总体状况272.3.3我国铜冶炼工业现状282.3.4我国铜资源开发利用的技术现状292.3.5我国铜工业入世后之变化302.4 对于我国铜工业发展的建议32第三章 厂址的选择与论证333.1 厂址选择的一般原则333.2 厂址选择要求333.3厂址的选择与论证34第四章 生产工艺、技术经济指标的选择与论证364.常规法电解铜364.1.1电解液的成
7、分、净化和循环364.1.2添加剂404.1.3电解铜的阳极、种板与阴极424.1.4电解温度434.1.5 电流密度434.2永久阴极法电解铜444.2.1永久阴极法铜电解概况444.2.2工程设计464.3周期反向电流法电解494.4 工艺的选择与技术指标的确定504.4.1 工艺的选择504.4.2 技术指标的确定50第五章 冶金计算535.1铜电解精炼物料平衡计算535.1.1计算条件535.1.2计算过程545.2铜电解精炼热平衡计算565.2.1计算条件565.2.2热收入565.2.3热支出565.3 电解液净化及硫酸盐生产冶金计算585.3.1 净液量的计算585.3.2 硫酸
8、盐生产物料平衡计算60第六章 主要设备选择646.1 电解槽646.1.1 电解槽的材质646.1.2 电解槽的构造646.1.3 电解槽衬里材质646.1.4 电解槽的进出液方式656.1.5 铜电解槽的安装656.1.6 电解槽的相关计算676.2 起重机736.3 循环液贮槽746.4 高位槽746.5 阳极泥贮槽756.6 电解液加热器756.7 电解液循环泵766.8 极板作业机组776.9 设备清单79第七章 车间配置80第八章 环境保护与劳动安全及卫生818.1环保设计依据818.2设计原则818.3污染源818.4三废处理818.4.1废气818.4.2废水828.4.3废渣8
9、28.4.4环境绿化828.4.5环境监测、管理及投资828.5劳动保护838.5.1增加设备防护措施838.5.2加强个体保护838.5.3切实执行工业卫生法规83第九章 劳动定员849.1管理系统849.2劳动定员84第十章 财务估算8610.1投资估算8610.1.1 固定投资估算8610.1.2 流动资金估算8710.2 产品成本计算8710.2.1 原材料和辅助材料费8710.2.2 燃料费8710.2.3 水费8810.2.4 生产工人工资及工资附加费8810.2.5 车间经费8810.2.6 期间费用8810.3 清偿能力及盈利能力8910.3.1 产品销售利润8910.3.2
10、所得税8910.3.3 年折旧费8910.3.4 贷款偿还期8910.3.5 投资回收期89总 结91参考文献92致 谢94附录：外文翻译及原文95中南大学本科生毕业设计 第一章 绪论第一章 绪论 铜是人类最早发现和使用的金属。约一万年前，人们就把自然铜加工成针、珠和锥等，迄今发现人类最早炼制的铜器当推伊朗境内泰配海亚出土的刮刀、凿子和锥子等，年代约为公元前3800年。据考古表明，公元前3000年塞浦路斯（Cyprus）命名的，写成Cyprium,随后派生出铜的名词有：Copper、Kupfer1。中国是世界上最早使用铜器的国家之一。1978年在甘肃东乡马家窑遗址中出土的锡青铜小刀，是迄今中国
11、发现的最早青铜器件，其年代约为公元前2750年。中国最早在公元前770年就掌握了竖炉炼铜技术，宋元丰年（1078年）铜产量达到7300t，铜冶金技术一大相当水平1。因铜具有许多优良的物理和化学性质：高的热导率和电导率、强的化学稳定性、大的抗拉强度、易熔接、具抗蚀性、可塑性、延展性；能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，所以金属铜及其合金广泛用于电器工业、交通运输、建筑物及其构件、机械制造等方面2。目前，炼铜的方法主要分为火法和湿法两大类2，其中80%用火法冶炼生产，约20%用湿法冶炼生产1。湿法冶炼通常用于处理氧化铜矿2，低品位废矿，坑内残矿和难选复合矿等。火法炼铜主要用于处理硫化
12、铜矿的各种精矿。铜火法精炼一般能产出含铜99.099.8%的粗铜产品，但其质量仍然不能满足电器和其他工业的要求。为了达到纯度4N（99.99%）以上的工业应用，还需要对火法精炼的粗铜进行电解精炼。70年代以来，铜电解精炼技术有了很大的发展。出现了周期反向电流（PRC）电解，永久性不锈钢阴极（ISA）电解等新工艺；极板作业机组、多功能专用吊车、短路自动检测装置、大型可控硅整流器等设备。铜电解精炼生产趋向于大型化、高效率、低能耗的目标发展。本设计的任务是以含铜99.48%的铜阳极为原料设计一个用艾萨法年产7.5万吨的铜电解精炼车间。中南大学本科生毕业设计 第二章 文献综述第二章 文献综述2.1铜元
13、素的介绍 铜是人类最早发现和应用的金属之一，据考证，西亚地区是世界上最早应用铜并掌握铜技术的地区。在靠近西亚的土耳其南部的查塔尔萤克发现的含有铜粒的炉渣距今已有80009000年的历史。我国是世界四大文明古国之一，大批出土文物表明，我国在夏代就进入青铜时代，在甘肃马家窑文化遗址发现的青铜刀，距今已达5000年，湖北大冶铜绿山矿附近的古矿冶遗址距今已达25002700年。2.1.1铜的物理性质铜是玫瑰红色的金属，固体铜具有良好的展性和延性，可拉成0.0799毫米的细丝，或加工成0.0799毫米的薄片。液态铜能溶解许多气体，如H2、O2、SO2、CO2、CO和水蒸气，因此铜精矿在铸锭之前，要突出溶
14、解的气体，否则铜锭会有气孔。铸铜含氧应维持0.030.05%。铜的导电和导热性仅次于银2，如以银的导电和导热性为100%，则铜分别为93%和73.2%。铜的导电性受杂质的影响很大，例如砷含量为0.0013%时，可使其导电率降低1%。铜的机械加工性能优于铝，例如，当铜和铝丝每单位长度电阻相同时，以铜的截面积、直径、重量和破坏强度相应为1时，则铝的分别为1.61，1.27，0.488和0.64。可见，虽然铝丝重量减轻一半，但由于其强度差，尺寸大，故使电机和马达的体积相应增大。铜与其他金属互溶性好，很容易与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金。（主要分成三类：黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金和铜铝合金，白铜是铜钴镍合金）铜在熔点（1083C）
