30万吨年电铜的铜电解精炼车间工艺设计Word文件下载.docx

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TheProcessDesignofElectrolyticRefiningWorkshopwithAnnualOutput250,000TonsElectrolyticCopper

Specialty：

Metallurgicalengineering

Name：

Zhulangtao

Tutor：

Zhangqiuli

DesignDescription

Thecopperelectrolysisfiningprocessismainlyunderthedirectcurrentfunction,copperlosestheelectronaftertheanodebycupricionshapedissolution,butthecupricionobtainstheelectrononthenegativepolebythemetalcoppershapeseparationprocess.Atpresenttheworldcopperrefineryusemainsmeltingcrafttododgethefastsmeltingandthemoltenbathsmelts,themoltenbathsmeltsincludingtheLandacontinualcoppersmelting,Isasmelts,NiuShinaosmelts.

Originallydesignedtoproduceper250,000thefirstelectrolyticcopperrefinetheworkshop,refiningtheprecisecopperproducedelectrolyticallyandconciselyasthepositivepolewithfirelawofcopper,takecoppersulficacidandaqueoussolutionofthesulfuricacidastheelectrolyticliquidverymuchwiththeelectrolyticthincopperbeginningthatproduces.Underthefuncitionofthedirectcurrent,positivepolecoppercarriesonelectrochemistrytodissolve,purecopperisdepositedinthenegativepole,theimpurityisenteredinpositivepolemudandelectrolyticliquid,thusrealizedtheseparationofthecopperandimpurity,haveconfirmedthemaintechnicalandeconomicindexintheelectrolyticcourseofcopper.Haveoriginallydesignedandalsocarriedonsuppliesequilibrating,calculationandchoiceofthethermalbalance,horizontalweighingapparatus,capitalequipmentandauxiliaryequipment.Furtherimprovethestandardoftheelectrolyticrefiningandreachedfortherefinementoftheelectrolytictechnologyisaprofoundunderstandingofpurpose.

Keywords:

Copper;

Electrorefining;

balancedcomputing;

design

1文献综述

1.1铜的简介

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炼铜技术的地区。

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8000～9000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，我国在夏代就进入了青铜时期，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2500～2700年。

该矿址已出土8座竖炉，炉周边堆放着大量炼铜炉渣和金属铜。

19世纪后期转炉的出现引发了炼铜工艺大改革。

用转炉吹炼铜硫，简化了流程，缩短了周期。

1865年欧洲出现了电解精炼，从而使铜的纯度大大提高。

上世纪20年代以前，火法熔炼大多采用鼓风炉，到70年代则以反射炉熔炼为主。

自上世纪60年代以来，以闪速熔炼为代表的一批强化冶炼新工艺，逐渐取代了反射炉熔炼。

我国虽然很早就生产和应用铜，但直到1949年新中国建立前，我国炼铜工业一直处于落后地位，全国仅有几个小的再生铜冶炼厂。

新中国成立后我国整个工业水平迅速提高，从上世纪50年代后期开始，我国逐渐建立起几座现代化炼铜厂，近20年来，几乎世界上的各种先进炼铜工艺都在我国得到应用，近年来我国的铜产量已跃居世界前列。

现行炼铜方法分为火法和湿法两大类。

火法炼铜的简要流程为“熔炼——吹炼——火法精炼——电解精炼”；

湿法炼铜的简要流程为“焙烧——侵出——电积”。

近年来，尽管湿法炼铜，尤其是细菌侵出炼铜方面发展很快，但目前世界上所产的铜仍有80%以上来自火法工艺，在我国更是高达95%以上。

铜电解精炼得到的产品称为阴极铜。

阴极铜中含有一定量的杂质时，铜的电导性、可塑性变差，影响铜加工产品的使用性能，因此工业上要求阴极铜中的杂质含量要低。

随着铜矿的逐步开发，原料品味逐渐下降，杂质的含量不断升高（尤其是砷锑），但在铜冶炼过程中，火法冶金不能有效除去As、Sb、Bi等杂质，产出阳极铜的杂质含量往往比较高。

这些杂质必须经过电解精炼才能有效除去[1]。

由于铜的优良传导性，机械强度大，延展性好，鲜艳的金属光泽等，使铜一度成为有色金属之首。

1.2铜生产技术

1.2.1传统炼铜技术

中世纪末，德国和英国发明了从硫化矿中生产铜，采用小型鼓风炉熔炼。

约在1700年英国创立了反射炉熔炼，进入20世纪，相继出现了大型鼓风炉和反射炉炼铜，随后又出现了电炉炼铜。

（1）鼓风炉熔炼。

鼓风炉适宜处理块状物料，因其生产效率低和环境污染等问题，现已逐步被淘汰。

（2）反射炉熔炼。

20世纪初随着粉状铜精炼大量出现，反射炉逐渐成为主要炼铜手段。

后来，由于石油危机和环境压力，污染严重和高能耗的反射炉逐渐被一些现代炼铜工艺所取代。

少数反射炉经富氧和炉子结构现代化改造保留了下来。

（3）电炉熔炼。

在电价便宜或精矿含高熔点物料时适宜电炉熔炼，首先在北欧国家应用。

1.2.2现代炼铜技术

为节能和减轻环境污染，半个世纪来相继研制和创立了许多新的炼铜工艺，统称为现代炼铜技术，其共同特点是：

为节能和减轻污染，将焙烧和熔炼作业合并到一个反应器中完成；

不断提高燃料空气中氧量，甚至采用纯氧；

余热利用以及采用预热鼓风；

不用或仅用少量辅助燃料。

这些措施导致：

生产效率高；

能耗低；

烟气SO2浓度高。

普遍缺点是：

渣含铜量高，需要进一步处理。

闪速熔炼的主要方法有：

诺兰达法；

三菱法；

瓦钮可夫法；

艾萨法[2]。

1.2.3冰铜吹炼

传统的冰铜吹炼设备是卧式转炉，现在全世界有上1000台这种转炉在操作。

比利时霍波肯公司开发了一种虹吸式转炉，由于炉子特殊结构和作业，是转炉烟气SO2浓度达到12%，环境污染大大减轻。

上述提到的许多现代化火法炼铜工艺本身也包括冰铜吹炼过程，而且许多还是连续吹炼，如诺兰达法、三菱法等。

新近开发的闪速熔炼-闪速吹炼，已在其他铜厂应用。

1.2.4铜的精炼

传统的铜精炼大致为三个过程：

火法精炼；

点解；

阴极重熔和铸锭。

（1）间歇式火法精炼。

主要设备有发射炉、阳极转炉和阳极鼓风炉（用于固体料），还原剂有各种碳质还原剂、天然气、石油气以及氨等。

（2）连续火法精炼

1）HCCR法。

由Humboldt公司开发。

第一室加入液态或固态粗铜；

第二室用氧气氧化；

第三室用甲烷或丙烷还原。

2）Contimelt法。

由北德精炼公司和霍波肯公司联合开发。

由鼓风炉和圆筒炉用溜槽相连组成。

鼓风炉加料、融化和氧化；

圆筒炉还原。

阳极浇铸：

传统的圆盘浇铸还在许多中小铜厂应用。

点解：

世界80%以上精铜由电解法产出。

3）电极制备和处理的全机械化，在奥托昆普公司，霍波肯公司等广泛应用。

4）巨型电解槽应用。

1972年首先在小名兵精炼厂应用，巨型槽有效使用容积式普通槽20倍，阴、阳极周期相同，为10天，极距10毫米，电解液与电极表面呈不平行流动。

5）艾萨电解法。

由艾特公司开发，首先汤斯韦尔铜精炼厂应用。

工艺特点是采用不锈钢阴极，并由锌生产中移植机械化阴极剥离技术，电流密度和电流效率都比一般铜电解高，并节省劳力，世界已有30几家铜精炼厂应用[3]。

1.2.5湿法炼铜

目前，世界湿法炼铜约占铜的大部分，主要产品是电解铜或置换铜。

（1）浸出方法主要有：

1）就地浸出，处理零星矿或残矿；

2）块矿堆浸出或堆摊浸出；

3）细矿槽浸出或渗滤浸出；

4）加压浸出。

采用的浸出剂有“三酸”、三价铁盐、氧-铵溶液、CuCl2、二价铬酸盐等。

细菌浸出主要有铁氧杆菌等，也获得了广泛应用。

（2）溶剂萃取。

这是从稀铜浸出液中富集铜最普遍应用的方法。

当前有两种最重要的铜萃剂系列：

德国汉高公司的LIX系列和美国阿希兰德公司的Kelex系列。

新近开发的新萃取剂增加了溶剂萃取的重要性。

（3）（固体）离子交换。

虽不像溶剂萃取那么广泛应用，但在溶液净化、废水处理等方面亦有应用。

（4）置换。

加铁从铜溶液中置换铜是很古老的方法，一般铜回收率是60%～90%，置换铜多用火法精炼，少数较纯置换铜用于生产硫酸铜。

（5）电积。

电积与容积萃取配套，是当今湿法炼铜应用最广泛的工艺。

电积电耗一般2000～2600kWh/tCu,通常采用铅-锑不溶阳极。

智利丘基卡马塔用Chilex阳极；

新进出现了钛阳极，表面有一层铂族涂层。

钛有抗腐蚀、节能和阳极不会被铜污染等优点[4]。

1.3铜的电解精炼

1.3.1铜电解精炼现状

铜的火法精炼一般能产出含铜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