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1、.冶金技术专业冶金设备课程设计说明书设计题目：年处理电解铜7万吨电解槽 专设计时间2015 12 21至 2015 12 31班级： 14冶金学生姓名： 武俊阳 安徽工业职业技术学院二0一五年编制. v.目录(1) 设计进度安排及要求21.1进度安排21.2设计要求2(2)绪言2(3)工艺流程选择及意义3 3.1工艺流程3 3.2设计意义4(4)冶金计算5 4.1物料平衡计算5 4.2热平衡计算6(5)主体设备选型及计算8 5.1主体设备选型8 5.2电解槽计算11 5.2.1电解槽极板数计算11 5.2.2电解槽尺寸计算12(6)设计心得体会12(7)主要参考资料141设计进度安排阶段阶段内
2、容起止时间设计计算工艺论证，物料平衡计算，设备选型及主体设备结构设计计算。 1周说明书编写进行数据整理、流程选择和论文编写0.5周绘图绘制主体设备图1张0.5周设计内容要求：已知条件：年处理电解铜7万吨/槽，阳极铜成分Cu 99.43，电解铜回收率99.8；电解铜品位 99.95；残极率15；电流密度：320 A/m2；电解槽作业率95；电流效率：96；同极中心距：95mm；始极片尺寸：770740mm（阴极浸没于电解液深度为670mm）2绪言本文主要设计了一座年产7万吨铜的铜电解精炼车间及电解工艺。通过搜集相关资料，熟悉了电解精炼工艺及车间布置。根据已知条件，选定操作技术条件。在物料平衡和热
3、平衡计算的基础上，根据给定的条件选择合适的工艺流程和主辅设备。对年产7万吨铜的铜电解精炼槽进行了槽型设计及绘制出铜电解精炼电解槽安装图。铜的火法精炼一般能产出铜99.0%99.8%的粗铜产品，但仍然不能满足电气工业对铜的性质的要求，其他工业也需要使用精铜。因此，现代几乎所有的粗铜都经过电解精炼，以除去火法精炼难于除去的杂质，铜的电解精炼，是将火法精炼的铜浇铸成阳极板，用纯铜薄作为阴极片，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）不溶，成为阳极泥沉于电解槽底。溶液中的铜在阴极上优先析出，而其他电位
4、较负的贱金属不能在阴极上析出。留于电解液定期净化时除去，这样，阴极上析出的金属铜纯度很高，称为阴极铜或电解铜，简称电铜。含有贵金属和硒，碲等稀有金属的阳极泥，作为铜电解的一种副产品另行处理，以便从中回收金，银，硒，碲等元素。在电解液中逐渐积累的贱金属杂质，当其达到 一定的浓度后，会防碍电解过程的正常进行。例如，增加电解液的电阻和密度，使阳极泥沉降速度减慢，甚至在阴极上与铜一起共同放电，影响阴极铜的质量，因此必须定期定量地抽出净化，并相应地向电解液中补充新水和硫酸。抽出的电解液在净化过程中，常将其中的铜，镍等有价元素以硫酸盐的形态产出，硫酸则返回电解系统重复使用。在铜电解车间，通常设有几百个甚至
5、上千个电解槽，每一个直流电源串联其中的若干个电解槽成为一个系统。所有的电解槽中的电解液必须不断循环，使电解槽内的电解液成分均匀。在电解液循环系统中，通常设有加热装置，以将电解液加热一定的温度。3工艺流程选择及意义3.1工艺流程选择火法精炼产出的阴极铜品位一般为99.299.7%，其中还含有0.30.8%的杂质。为了提高铜的性能，使其达到各种应用的要求，同时回收其中的有价金属，特别是贵金属、铂族金属和稀散金属，必须对其进行电解精炼。粗铜电解精炼是以铜阳极板为阳极，纯铜始极片或不锈钢板为阴极，以硫酸铜和硫酸溶液为电解液，将极板按一定的极距相间排列于电解槽内，通入直流电，阳极不断溶解，便在阴极上析出
6、电解铜。电解过程中，阳极铜中的贵金属和硒、碲等有价元素进入阳极泥，沉积于电解槽底，定期排出，送阳极泥车间提取贵金属。镍、砷、锑、铋等杂质大部分进入电解液，需从循环液中抽取一部分进行净化处理。工艺流程包括电解精炼和电解液净化两部分。以纯铜始极片为阴极，电源为恒向直流电，电流密度为220280A/m2。该法在世界各国均已有多年生产历史，工艺成熟可靠，电耗低。特别是采用了机械化、自动化水平高的阴阳极加工机组，并采用新技术适当提高了阴阳极板的垂直度以后，阴极铜产品质量得到显著的改善。是传统法的始极片制作工艺复杂，不仅需要独立的生产系统，而且制作过程中劳动强度过大。除此之外，这种工艺流程自身还存在两个难
7、以克服的缺点：（l）电解精炼过程中存在“极限电流密度”，电解精炼时的实际电流密度必须低于极限电流密度，否则就会使阴极铜沉积表面粗糙，甚至形成“枝晶”，造成电解槽短路，使电解过程能耗大大增加，并且影响正常生产过程和产品质量。（2）容易形成“阳极钝化”，在正常电压下阳极不能溶解，必须提高电压使钝化膜在更高的电压下被破坏并溶解，不仅影响正常生产，还会造成电能浪费和阴极铜的化学成分不稳定，进而影响产品的质量和物理性能图1-1 电解铜的工艺流程3.2设计意义。本设计的内容包括电解工艺的确定，铜电解精炼冶金计算，主要设备结构图的绘制等。铜电解精炼工艺流程的确定通过比较，选择先进、经济、合理的铜电解精炼的工
8、艺流程。冶金计算：铜电解精炼冶金计算包括：电解过程金属平衡和物料平衡。重要设备尺寸计算及选择：根据工艺流程各个主要过程，合理地选择主要冶炼设备和确定个数、容量、对其主要尺寸加以计算。主要设备结构图的绘制：铜电解槽图。4冶金计算4.1物料计算计算条件：年处理电解Qt。7万吨阳极铜品位阳：99.43；电解铜回收率： 99.8；电解铜品位阴：99.95；残极率：15；铜电解过程元素分配元素进入电解液进入阳极泥进入电解铜Cu/11.9520.05398（1） 1吨阴极铜需要溶解阳极铜199.95%/199.43%98%=1.0258吨：（2） 阳极实际需要量：1.025870000/99.8%（1-1
9、5%）=84644吨（3）实际溶解阳极量：1.02587000/99.8%=71949.9000吨（4）阳极含铜量：8464499.43%=84161.5292吨(5)残极量：8464415%=12696.6000吨（6）残极含铜量：12696.600099.43%=12624.2294吨（7）阳极泥含铜量：71949.900099.43%0.05%=35.7699吨(8)电解液含铜量：71949.900099.43%1.95%=13950.258吨物料平衡表物料名称物料量/吨装入阳极含铜84161.5292100合计84161.5292产出残极含铜12624.229415阳极泥含铜35.76
10、990.0425电解液含铜1395.02581.6576电铜7000083.17340损失及计算误差106.50410.1265合计84161.52924.2热平衡计算设定： 电解槽内尺寸 23958801120 外尺寸 24959801220电解槽数 1000个电流强度 7490.3959A槽电压 0.3v 电解温度 60C电解车间室温 24C电解槽外壁温度 35C电解液循环温度 25L（min.槽）每平方米电解槽液表面在无覆盖层时的消失水分蒸发量为1.35KJ（m.h）A 热收入 热收入为电流通过电解液时所产生的热Q=4.180.239EI10-3式中 E消耗于克服电解液阻力的槽电压，V,
11、为槽电压的50%左右 I电流强度，A时间，为3600s N电解槽数Q=4.180.2390.30.507490.39593600100010-3=4040849.8685KJ/hB 热支出a 电解槽总液（含电极）表面积 F=2.3950.881000=2107.6 m每平方米电解槽液表面在无覆盖层时的消失水分蒸发量为1.35KJ（m.h） 60C的水气化热为2358.42KJ/hq=2107.61.352358.42=6710318.0892KJ/h b 电解槽液面辐射与对流热损失q根据傅立叶公式：q=K（t-t）F式中 K辐射与对流联合导热系数，KJ/（m.h.C），取39.35t-t电解液
12、与车间空气温度差，C F传热表面，mq=39.35(60-24)2107.6=2985626.16KJ/hc 电解槽外壁的辐射与对流的热损失q 电解槽槽壁总表面积： 1000（2.4950.98+3.631.222+0.981.222）=13693.5m根据傅立叶公式：q=K（t-t）F式中 K对钢筋混凝土槽壁，KJ/（m.h.C）当槽壁温度为35 C，车间温度为2 C 时，取35.17 q=35.17（35-24）13693.5=5297604.435KJ/hd 循环管道内溶液热损失q4 电解液循环量 2560100010-3=1500m/hq4=QCpt式中 Q电解液循环量，1500m/h
13、电解液密度，1250Kg/mCp电解液热容量，KJ（Kg.C），3.43t电解液循环管道内的温度降，t根据车间规模大小取24C，大车间取上限，本列取3Cq4=150012503.433=19293750 KJ/h 全车间需补充热量q1+q2+q3+q4-Q=6710318.0892+2985626.16+5297604.435+19293750-4040849.8685=30246448.816KJ/h 铜电解热平衡热收入KJ/h%电流通过电解液产生的热量4040849.868511.7853加热器补充的热量30246448.81688.2147合计34287298.684100电解槽液面水蒸发热损失6710318.089219.5715电解槽液面辐射与对流热损失2985626.168.70
