《电解铝、电解铜、电解锌的冶炼工艺流程简介及部分习题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电解铝、电解铜、电解锌的冶炼工艺流程简介及部分习题（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、电解铝冶炼工艺介绍电解铝的基本原理和工艺过程：电解铝就是通过电解得到金属铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝熔融电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝是溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在 950970下，在电解槽内进行电化学反应。阳极主要产物是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘，该气体需经过净化处理后排空。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从电解槽内抽出，送至铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯、型材等。电解铝工艺简图:现代电解铝工艺：1.现代铝工业生产采用冰 晶 石 氧化铝融盐电 解 法 。熔融冰晶石是溶剂，氧
2、化铝作为溶质，以碳 素 体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在 950970下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气 体 ，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固 体 粉尘。为保 护 环 境 和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大 气 。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝 锭 或直接加工成线坯.型材等。 铝电解生产可分为侧插阳极棒自焙槽、上插阳极棒自焙槽和预焙阳极槽三大类。 自焙槽生产电解铝技术有装备简单、建设周期短、投资少的特点，但却有烟气无法处理，污染环境严重，机
3、械化困难，劳动强度大，不易大型化，单槽产量低等一些不易克服的缺点，目前已基本上被淘汰。 目前世界上大部分国家及生产企业都在使用大型预焙槽，槽的电流强度很大，不仅自动化程度高，能耗低，单槽产量高，而且满足了环保法规的要求。 我国已完成了 180kA、280kA和 320kA 的现代化预焙槽的工业试验和产业化。以节能增产和环保达标为中心的技术改进与改造，促进自焙槽生产技术向预焙槽转化，获得了巨大成功。 根据电解铝的生产工艺流程，电解铝的生产成本大致由下面几部分构成： （1）原材料：氧化铝、冰晶石、氟化铝、添加剂(氟化钙、氟化镁等)、阳极材料； （2）能源成本：电力（直流电和交流电） 、燃料油； （
4、3）人力成本：工资及其他管理费用； （4）其他费用：设备损耗及折旧、财务费用、运输费用、税收等。 2.生 产 工 艺 流 程其生产工艺流程如下图：氧化铝 氟化盐 碳阳极 直流电 排出 阳极气体- 电解槽 废气 气体净化 铝 液 回收氟化物 净化澄清- 返回电解槽 浇注 轧制或铸造 铝锭 线坯或型材 方程 电解铝就是通过电解得到的铝. 重要通过这个方程进行：2Al2O3=4Al+3O2。 阳极：2O2-4e=O2 阴极:Al3+ +3e=Al 3.工 艺 流 程铝电解工艺流程：现代铝工业生产采用冰晶石氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧 化 铝 作为电 解 铝 生 产 溶质，以碳素体作为阳极，
5、铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在 950-970下，在电解槽内的两极上进行电化 学 反 应 ，既电解。化学反应主要通过这个方程进行：2Al2O3=4Al 3O2。 阳极：2O2-4e=O2阴极:Al3 3e=Al。阳极产物主要是二 氧 化 碳 和一 氧 化 碳 气体，其中含有一定量的氟 化 氢 等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。其生产工艺流程如下图： 氧化铝 氟化盐 碳阳极 直 流 电 排出 阳极气体- 电 解
6、 槽 废气 气体净化 铝液 回收氟化物 净化澄清 返回电解槽 浇注 轧制或铸 造 铝锭 线坯或型材 4.产 业 特 点世界上所有的铝都是用电解法生产出来的。铝电解工 业 生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解 。电 解 铝 产 能 法，即以冰晶石为主的氟化盐作为熔 剂 ，氧化铝为熔质组成多相电解质体 系 。其中 Na2AlF6-Al2O3 二元系和 Na3AlF6-AlF3-Al2O3 三元系是工业电 解 质 的基础。电解铝工业对环境影响较大，属于高耗能，高污 染 行业。电解铝生产中排出的废气主要是 CO2，以及以 HF 气 体 为主的气-固氟化物等。CO2 是一种温室气体，是造成全 球 气
7、 候 变 暖 的主要原因。而氟 化 物 中的 CF4 和 C2F6 其温室作用效果是二氧化碳的 6500-10000 倍，并且会对臭 氧 层 造成不同程度的影响。HF 则是一种剧毒气体，通过皮肤或呼吸道进入人体，仅需 1.5g 便可以致死。 二、电解锌的制液及冶炼新工艺方法一：用铜镉渣为原料生产电解锌液工艺流程：经多次试验, 设计了一种铜镉渣处理新工艺(见附图)。该工艺应用了以下新技术: 浸出用反浸法, 以控制杂质尽量少的被浸出而留于渣中, 同时避免大量气泡(H2) 产生不利于操作; 浸出液空气氧化除铁(针铁矿铁) , 使铁生成过滤性能良好的针铁矾(A- FeOOH) , 并达到深度除去的目的
8、, 同时吸附除去对电解危害较大的砷、锑和锗等杂质的大部分; 锌粒振动净化除镉, 并深度除去钴、镍、砷、锑、锗等杂质。附图附图铜镉渣处理新工艺流程铜镉渣处理新工艺流程按此新工艺进行了除电解的流程试验, 结果表明, 用所处理的铜镉渣生产电解锌, 可产出符合电解要求的高质量新液; 同时经概算, 生产成本可较用锌焙砂降低1 000 元t 锌以上。锌浸出率达94145% , 振动净化的锌粒单耗120 kgt 锌。3试验方法进行了1 L 液除电解的流程试验。试验所用原料(铜镉渣) 主要成分, %: Zn 39121, Cd 6107,Cu 2137, H2O 3315。试验的技术操作条件如下:(1) 浸出
9、(反浸法)。用上次预留的15 浸出矿浆作底料(首批试验用水) , 加热至70 80, 搅拌状态下均匀缓慢投加铜镉渣, 同时加电解废液或酸。投料过程随时检测pH 值, 并保持在2 3。到终点后继续搅拌反应1 h 左右, 终点pH控制在4 5。投料过程时间控制不低于2 h, 以确保铜镉渣中的锌被有效浸出(浸出率95% 以上)。到终点后的浸出矿浆过滤, 此滤液含铁较高, 一般可达1 gL 左右, 工艺上按先进行空气氧化除铁, 再作锌粒振动净化除镉及钴、镍、砷、锑和锗的深度净化。(2) 空气氧化除铁。保持pH 值为4 5, 温度80 85 , 用WM - 2H 型无油空气压缩机向溶液中通入适量空气,
10、同时为提高反应效率, 按015 gL 加入铜盐(CuSO 45H2O ) 作催化剂, 并开动搅拌。在此操作条件下, 经1 2 h 即可将溶液中1 gL 左右的铁(Fe2+ ) 除至新液所要求的20 mgL 以下。铁被除去的机理是Fe2+ 被空气均匀缓慢氧化为Fe3+ , 且被氧化的以离子状态存在的Fe3+ 浓度始终保持不高于1 gL 的状态, 在此条件下被氧化的Fe3+ 即生成所谓的针铁矾沉淀(A- FeOOH) , 此沉淀物易于过滤, 同时还可吸附除去溶液中大部分的砷、锑和锗。(3) 锌粒振动净化除镉，并深度除去钴、镍、砷、锑和锗。其装置为: 将2 支41515 cm 的圆底试管绑缚固定于8
11、411 型电动振筛机上, 每支试管内盛装锌粒400 500 g, 锌粒装满率50%。试管用带有进出导管的橡胶塞密封, 两支试管之间通过乳胶管按串联联接。锌粒系用瓷坩埚于马弗炉中熔融自制, 锌粒规格为415 (10 20)mm 的水滴状, 表面光滑。操作件: 除铁后液加热至90 95 , 然后由进液导管(乳胶管) 自流通过振动状态下的振动管(试管)。溶液在振动管内的停留时间(反应时间) 根据所除杂质的种类和除去程度而定, 如铜和镉等易于除去的杂质所需停留的时间较短, 一般不超过30 s 即可达到95% 以上的除去率; 钴、镍、砷、锑、锗等所需的停留时间较长, 约需2 3 m in, 同时还需添加
12、一定的Cu2+ 、Sb3+ 等添加剂以提高除去效率。（4）试验结果及讨论411浸出(反浸法)主要技术指标: 锌浸出率94154% , 渣率916%。产渣成分, %: Zn 24191, Cd 4112,Cu 1915,Fe 2138。浸出液成分: Zn 14010 gL , Cd 917 gL , Fe019 gL , Cu 40 mgL , Co 1210 mgL , N i 410mgL , A s 0146 mgL , Sb 1196 mgL , Ge 2115mgL , pH 值为5。48 湖南冶金Vo l132No15412空气氧化除铁41211温度除铁对温度的允许范围较大, 609
13、0 之间均可取得良好的除铁效果, 但考虑除铁后溶液的过滤效果, 除铁温度应控制不低于80。41212空气鼓入量无需太大的空气鼓入量即可取得良好的除铁效果, 1 L 溶液除铁试验的空气鼓入压力仅为01005M Pa。41213酸度试验发现, 空气氧化除低铁的酸度与某些资料所介绍的除高铁(10 gL 以上) 有所不同, 除低铁的酸度条件必须控制在pH 为5以上, 方可达到深度除去铁的目的(除铁至20mgL 以下) , 同时为避免锌的水解损失, pH 最高不超过514 为宜。除铁操作中控制好上述条件, 浸出液中1 gL 左右的铁可在2 h 以内除至新液所要求的20mgL 以下, 且同时可除去70%
14、以上的砷、锑和锗。413锌粒振动净化主要技术条件: 振动管进口温度90 95 ,出口温度70 75 , 除镉反应时间20 30 s, 除钴、镍、砷、锑、锗等反应时间2 3 m in。锌粒单耗: 118129 kgt 锌, 其中除镉单耗为69130 kgt 锌, 除钴、镍、砷、锑和锗等单耗为48199 kgt 锌。同时进行了锌粉常规净化的对比试验, 其锌粉单耗: 141130 kgt 锌, 其中除镉单耗为99116kgt 锌, 除钴、镍、砷、锑、锗等单耗为42114 kgt 锌。采用锌粒振动净化, 可较常规锌粉净化降低锌粒(锌粉) 单耗1613%。经空气氧化除铁及锌粒振动净化后, 产出了符合电解
15、工艺要求的新液, 即Zn 14010 gL , 其余为, mgL : Cd 018, Fe 15, Co 018, N i 015,A s 0110, Sb 0110, Ge 01026, Cu 微量, pH 值为511。三立产0# 锌的新液质量标准, Zn 140 160gL , 其余为, mgL : Cd1, Cu011, Fe30,Co1, N i1, A s011, Sb011, Ge0105,pH 值为514。5经济效益分析与锌焙砂生产电解锌的生产成本(车间成本) 进行对比分析。按三立集团新近生产情况(2003 年上半年) ,其电解锌的生产成本为6 808160 元t 锌, 其中锌焙砂原料成本4 608129 元t 锌(4 28693% =4 608160, 93% 为电解锌直收率) , 车间加工费2 200元t 锌。用铜镉渣为原料生产电解锌, 其生产成本可控制在5 500 元t 锌以内。其中铜镉渣的售价按较高时的800 元t 计, 含锌品位按38% , 则原料成本为2 313147 元t 锌( 2 105126 91% =2 313147, 91% 为电解锌直收率) ; 车间加工费按高于锌焙砂生产时的640 元t 锌计, 即2 8
