5万吨电铅方案.docx
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5万吨电铅方案
甘肃xx新材料科技股份有限公司
5万t电解铅/年项目
方案设计
2007年8月
目 录
1、前言1
2、生产规模及产品方案2
2.1生产规模2
2.2产品2
3、原料、辅助材料及燃料供应2
3.1原料2
3.2辅助材料供应2
3.3燃料供应3
4、生产工艺方案3
4.1生产工艺3
4.2工艺简述3
4.2.1火法作业3
4.2.2电解作业5
5、主要设备6
5.1主要设备方案6
5.1.1电解槽6
5.1.2硅整流器6
5.1.3电解液输送设备6
5.1.4燃料7
5.2主要设备能力计算7
5.2.1电解系统7
5.2.2火法系统11
5.2.3阳极泥洗涤系统13
5.3综合设备表13
5.4主要技术参数15
6、设备布置方案15
6.1主要建构筑物15
6.2电解槽布置16
7、其它16
7.1配电16
7.2电器控制16
7.3给排水16
7.4采暖、通风17
7.5防腐17
7.6其它17
8、技术经济17
8.1总平面布置17
8.2劳动定员18
8.3项目实施进度18
8.4成本估算18
9、投资估算19
附图 电解车间平面布置图
1、前言
xx新材料科技股份有限公司冶炼分公司根据本地区的区位优势和资源优势,着眼于未来的发展,在甘肃省酒泉市瓜州县北大桥工业园区内新建了一处有色金属生产加工基地,占地约270000m2(400多亩)。
根据规划,基地内将建设以铅、锌、铜冶炼及其所含希贵金属综合回收为主的生产加工项目。
目前一期工程粗铅冶炼项目已实施完成,正等待试车调产。
生产工艺采用硫化铅精矿富氧顶吹熔池熔炼高新工艺技术,硫精矿直接进行富氧顶吹熔池熔炼,产出富铅渣送鼓风炉进一步回收粗铅,高浓度SO2烟气制酸,高温烟气余热产蒸汽并用于发电。
根据顶吹炉处理能力,若高品质(含pb>60%)铅精矿供给有保障的前提下,粗铅产量可达50000t/a以上。
介于现阶段电铅市场价格走势强劲,粗铅与电铅之间的差价在1500.00元/吨以上,另外直接销售粗铅,其中的稀贵金属计价偏低或难予计价、甚至于不计价,企业经济上损失较大,为提高企业经济效益,必须考虑有价金属的综回收。
因此,公司决定地生产基地内新建电解铅系统,规模50000t/a。
本项目占地5600m2(8.4亩),完全能够满足用地要求,不再新征土地。
涉及到的生产项目主要有:
◆火法粗炼:
熔化设备、煤气发生器、搅拌设备、除杂设备;
◆阳极板浇铸:
熔化设备、阳极板圆盘浇铸设备;
◆阴极片制造:
熔化设备、始极片制造联动线机组设备;
◆电解铅铸锭:
熔铅方式、浇铸设备;
◆电解:
电解槽制作、残极洗涤、阴极洗涤、阴阳极装槽出槽等;
◆电解液系统:
电解液制造、电解液净化、加温、循环;
◆阳极泥处理系统:
阳极泥收集、阳极泥洗涤、过滤、贮存;
◆配电系统:
变压器、整流器、控制柜。
本方案就电解冶炼工艺设备、工艺设备布置,总平面布置方案、需要配套的外围技术保障系统方案等进行初步分析,探讨技术上的先进、成熟可靠性,经济上的合理性,并提出建议供公司领导决策时参考。
2、生产规模及产品方案
2.1生产规模
年产电解铅50000t/a。
年生产天数340天。
2.2产品
产品为电铅和阳极泥。
粗铅电解精炼过程中产生阳极泥,其产出率一般占粗铅量的1.5~2.5%,含银视粗铅中银的含量而波动,花牛山矿自有原料,阳极泥中含银18~25%。
◆电铅:
产量50000t/a,产品质量达GB/T469-1995中1#铅标准,其成份见表2—1
表2—1电铅成份
元素
Pb
Cu
As
Sb
Bi
Sn
Fe
Zn
Ag
总和
Pb-1含量%
99.994
0.001
0.0005
0.001
0.003
0.001
0.0005
0.0005
0.0005
0.006
◆阳极泥:
产量1010t/a,其中含银75t。
根据来料情况,还会含有金、铋、锑等有价金属。
3、原料、辅助材料及燃料供应
3.1原料
◆粗铅:
需求量53000t/a(其中50%由顶吹沉没炉生产,其余由鼓风炉生产),产品质量达到YS/T71—1993中2#,成份见表3—1。
表3—1粗铅成份
元素
Pb
As
Ag
Sb
含量%
97.00
≤0.5
0.15
≤0.8
3.2辅助材料供应
项目辅助材料主要是:
◆硅氟酸:
作电解质,随着电解过程不断的消耗,需定期补充,年需补充量约600吨。
外购氢氟酸自制。
◆电铅用辅料:
在电解精炼中需要加入少量添加剂,见表3—2。
表3—2电解铅生产用辅料
序号
名称
单位消耗量
年消耗量
备注
1
硫磺
2.56kg/tPb
128800kg/a
兰州购买
2
骨胶
0.5kg/tPb
25150kg/a
酒泉购买
3
β奈酚
20g/tPb
1006kg/a
兰州购买
4
氢氟酸
12kg/tPb
600000kg/a
酒泉购买
3.3燃料供应
项目所需燃料为烟煤,用于粗铅火法粗炼、极板及产品浇铸。
消耗量约为15000t/a。
成份见表3—3安西境内购入。
表3—6烟煤成份
项目
热值(kJ/kg)
固定炭
挥发份
硫
灰份
灰份中主要成份(%)
CaO
SiO2
Fe2O3
成份(%)
5621.22
49.95
35.22
2.67
24.84
23.14
11.67
27.83
4、生产工艺方案
4.1生产工艺
采用常规的硅氟酸法电解生产工艺流程,见图4-1。
4.2工艺简述
4.2.1火法作业
(1)熔铅除杂
粗铅加入锅内升温熔化,待铅熔化达80%以上,开啟搅拌机搅拌铅液,温度升至500℃,表面有浮渣形成,捞渣。
然后降温至330℃捞出凝析渣,升温至340℃时加硫磺粉,待其与铅液充分接触并与其中的铜生硫化铜渣浮于液面后捞出。
最后调整铅液含锑量,达到铅阳极成份要求之后即可浇铸。
产出浮渣送鼓风炉。
石英粉
氢氟酸
搅拌槽
熔铅炉
硫
高位槽
硅氟酸
电解槽精炼
贮液槽
循环槽
析出铅
残极
刷洗
沉淀槽
阳 极 板
清洗
残极
泥浆
阴极制造
电铅锅
自然过滤
热水
热水
搅拌洗涤
阴极板
板框压滤
滤液
阳极泥
提贵金属
图4-1 硅氟酸法电解铅生产工艺流程图
(2)阳极板浇铸
合格液用泵扬至园盘浇铸机,控制温度在450~480℃,进行机械控制浇铸,每块阳极重约95kg,要求厚薄均匀,平直不弯,无飞边毛刺,无断裂,表面无氧化渣。
(3)始极片制备
漂洗干净的析出电铅从电解工段运至火法工段称小量吊入阴极锅熔化,然后自动浇铸成型,制备电铅用的始极片,操作中严格控制冷却速度,以使制出的始极片厚薄均匀。
(4)电铅锭
洗净的析出铅吊入熔化炉,机械搅拌使铅液中的杂质与空气接触氧化生成氧化物浮于表面捞出,然后控制温度在420~480℃,用泵送至直链式浇铸机铸锭,水冷却。
每块铅锭不超过50kg,要求表面无飞边毛刺、无氧化浮渣、无气泡、无断裂、表面平整即可作合格产品出售。
浮渣送顶吹炉。
4.2.2电解作业
(1)阴、阳极准备
阴、阳极经自动排板机按极距80㎜排好后,从火法系统运来,再经过人工检查合格后待用。
(2)电解
阴、阳极用吊车装入电解槽,在硅氟酸铅和硅氟酸组成的电解液中进行电解。
为了防止短路,要求加强槽面管理工作,同时按规定定时对电解液进行分析化验,控制成份在规定范围之内。
为了获得平整致密的阴极铅,将熔化后的牛胶和β-萘酚在电解液循环贮槽处缓慢加入。
电解过程中电解液不断减少,需定期补充新的硅氟酸,硅氟酸由氢氟酸加石英粉自制。
电解液温度控制,根据季节的不同,在循环槽内设置紫铜盘管通以蒸汽或冷水对电解液温度进行调节。
电解过程中有少量阳极泥落入槽底,积累过多影响生产,因此,要求电解一定的时间后进行清槽工作,清槽人工进行。
(3)析出电铅和残极洗涤
根据阴、阳极寿命,定期从电解槽内吊出,分别放入洗涤槽内机械刷洗,再经清水漂洗送火法工段分别进行处理。
洗下的阳极泥放入中间槽进入阳极泥处理系统。
(4)阳极泥洗涤
阳极泥经自然过滤后,放入搅拌槽中,用3~4倍的净水搅拌洗涤,最后泵入箱式板框过滤机压滤,得到含水份20%左右的阳极泥送贵金属车间处理。
滤液、洗液等净化后作补充液返回电解系统。
5、主要设备
5.1主要设备方案
5.1.1电解槽
通常采用混砼内衬沥清防腐,从节省投资和缩短施工周期方面考虑,设计采用钢结构内衬软塑料防腐。
电解槽外形尺寸(长×宽×高):
3166×1016×1208㎜。
槽与槽之间留缝隙10㎜。
槽底由钢筋混凝土梁柱支撑,中间垫绝缘瓷砖。
5.1.2硅整流器
介于当地缺水,硅整流器采用风冷式。
5.1.3电解液输送设备
所有输电解液的管路材质全部采用聚乙烯,阀门等管材管件也全部采用耐硅氟酸的聚乙烯塑料,泵采用内衬氟塑料钢泵。
5.1.4阴、阳极板及产品浇铸设备
介于生产规模扩大后,阴、阳极板及产品铸锭量显著增大,延用原有的人工浇铸方式显然已远不能满足生产要求,必须采用机械化和自动化程度较高的机械浇铸方式。
◆阳极板浇铸:
目前有水平园盘和立式铸模机两类,后者占地面积小,生产效率高,自动化水平高,是近年才引进使用。
从公司多方面的实际情况出,方案还是选择采用国内普遍使用的成熟的水平式园盘阳极铸模机组。
机组包含整形、排板等自动设备;
◆阴极制造:
有自动浇铸整形联动机组,还有一类是外购压制成形的铅泊片(成卷)自动截剪制成。
从大模生产分析来看,后者因外形质量好、生产效率高而占有明显的优势,但缺点是铅泊必须有稳定来源且运距不易过远。
由于厂址地处偏远,为便于企业能主动撑握和控制生产,方案推荐采用始极片制造联动线机组。
机组包含喂棒机、包边机、整形机、排板机等。
◆产品铸锭:
阴极析出铅采用直链式铸锭机。
机组包含码垛、打包等自动设施。
5.1.4燃料
项目能源除电能外,火法系统还需使用大量的燃料来熔化金属铅并进行各种除杂操作。
一般熔化所用燃料是煤,本地煤资源也比较丰富,但直接燃煤会产生烟气污染大气环境。
由于厂址地处县城边、疏勒河旁,属较敏感地带,为保护环境,确保烟气达标排放,燃料应该使用清洁能源,根据本地区煤炭资源比较丰富的现状,结合本地区煤的供给状况,本方案建议设置煤气发生器,将煤转换成清洁燃料-煤气,供火法系统使用。
5.2主要设备能力计算
5.2.1电解系统
5.2.1.1计算条件
(1)设计生产天数T:
340d/a;
(2)电铅产量:
50000t/a、147t/d、6.1t/h;
(3)设计参数:
◆电化当量k3.865g/A.h
◆电解时间t23.5h
◆电流强度I6000A
◆电流密度Dk160A/m2
◆电流效率η90%
◆同极距80㎜
5.2.1.2电解槽数
◆单槽年产量:
g=I×k×η×h×T×10-6
=6000×3.865×0.9×23.5×340×10-6
=166.8t/a
◆电解槽应该产出的阴极铅量:
Q=Q0÷C1=50000÷0.975=51282t/a
◆电解槽数:
N=Q÷q×C+A
=51282÷166.8÷0.95+4
=327.6
取电解槽数328个。
5.2.1.3电解槽阴阳极板片数
每槽阴极片数n=I÷Dk÷fk+1
=6000÷160÷(0.8×0.7×2)+1
=34.5
取阴极片数为35片/槽,则阳极片数为34片/槽。
5.2.1.4电解槽内部净尺寸
(1)计算条件
◆同极距80㎜;
◆阴极距槽端壁之和260㎜;
◆阴极距槽侧壁之和150㎜;
◆阴极距槽底部250㎜;
◆电解槽液面距槽面100㎜。
(2)内部净尺寸
◆长L=(35-1)×80+260=2980㎜≈3000㎜;
◆宽B=700+150=850㎜;
◆深H=800+250+100=1150㎜。
电解槽内部净尺寸(长×宽×深):
3000×850×1200㎜。
5.2.1.5电解槽导电铜排
(1)阴极导电棒
◆材质为紫铜空心棒,断面为方形20×20㎜,厚3㎜,长1000㎜;
◆取允许电流密度为0.71~1.12A/㎜2;
◆复核计算:
电流密度=6000A÷35根导电棒÷20㎜÷4÷3㎜
=0.714A/㎜2≤0.71~1.12A/㎜2
阴极导电棒断面尺寸符合电流通过要求。
◆所需的导电棒数量为:
Q=328槽×35根/槽=11480根
总重量为:
W=11480×0.000264×8.9=27.0t
(2)槽间导电杆
◆取允许电流密度为0.25~0.85A/㎜2;
◆材料为紫铜,断面为半园形,规格Φ35×3000㎜;
◆复核计算:
电流密度=6000÷35÷962÷0.8㎜
=0.223A/㎜2≤0.25~0.85A/㎜2
◆所需的导电杆数量为:
Q=328槽×1根/槽+8=336根
总重量为:
W=336×0.00077×8.9=2.3t
(3)槽边导电板(导电母线)
◆取允许电流密度为0.7~1.1A/㎜2;
◆材料为紫铜,断面矩形长×宽:
100×10㎜,采用七块组成;
◆复核计算:
电流密度=6000A÷7÷100㎜÷10㎜
=0.86A/㎜2≤1.12A/㎜2
◆所需的导电母线数量为:
100m
总重量为:
W=100×0.0001×7×8.9=0.7t
5.2.1.6电解液循环泵
(1)计算条件
◆电解液循环速度15~30L/min,计算取30L/min;
◆从循环池输送至高位槽高差8m。
(2)循环量计算
总的电解液循环量Q=328槽×30L/min×60min÷1000
=590m3/h
(3)循环泵
按方案,328槽分为两组,每一组为164个槽,由此电解循环液也分为两组,每组最大循环液量为300m3/h。
选用耐硅氟酸的钢衬氟塑料泵,型号:
150FS-300-25,流量Q300m3/h,杨程H25m,功率45W,选择四台,二开二备。
5.2.1.7电解液高位槽
共计两座,每组一座。
单座计算如下:
◆取有效容积为总电解液量的5%;
◆高位槽有效容积V1=164×3×0.85×1.1×5%=23m3;
◆高位槽的总体积V=V1÷0.7=32.8≈33m3;
◆高位槽内部几何尺寸(长×宽×高):
6.9×2.4×2.1m;
◆高位槽体采用钢筋混凝土槽,内衬软聚乙烯板。
槽体外形尺寸(长×宽×高):
7.3×2.8×2.3m。
5.2.1.8电解液集液槽
集液槽分为循环槽和地下套槽,计算如下:
◆取有效容积为总电解液量的8%;
◆循环槽有效容积V1=328×3×0.85×1.1×8%×0.8=59m3;
◆循环槽总体积V=V1÷0.7=84m3;
◆循环槽内部几何尺寸(长×宽×高):
13.5×4.8×1.5m;
◆集液槽体采用钢筋混凝土槽,内衬软聚乙烯板。
槽体外形尺寸(长×宽×高):
13.9×5.2×1.5m。
5.2.1.9阴极洗槽
采用浸泡法洗涤,洗涤槽设置四座,每组两座,采用混砼内衬塑料防腐结构,洗涤槽内部几何尺寸(长×宽×高):
3×0.85×1.2m,外形几何尺寸(长×宽×高):
3.4×1.25×1.4m。
5.2.1.10残极洗槽
采用机械式洗刷机洗涤,洗槽设置四座,每组两座,采用混砼内衬塑料防腐结构,洗槽内部几何尺寸(长×宽×高):
3.2×0.9×1.3m,外形几何尺寸(长×宽×高):
3.6×1.3×1.5m。
5.2.1.11桥式起重机
用于阴、阳极出装槽,设备检修等作业,因作业频繁,选用A7工作制。
共计选择五台5t,两座电解车间分别用2台,火法精炼车间用一台。
5.2.2火法系统
5.2.2.1计算条件
◆阴极片几何尺寸(长×宽):
900×700㎜,周期2d;
◆阳极板几何尺寸(长×宽×厚):
750×650×(10~20)㎜,周期4d;
◆粗炼浮渣率6%;
◆残极率40%。
5.2.2.2阳极板制造
(1)阳极板数量
项目总的阳极板数量为328×34=11152块,按3天生命周期计算,则阳极板需求数量为2788块/d、116块/h、930块/班。
(2)熔铅量
◆铅处理量
阳极板制造所用原料为粗铅和残极两个部份。
一块阳极板约重95kg,总的阳极板重量为265t/d,其中:
粗铅需求量159÷94%=169t/d,残极量为106t/d。
阳极制造处理铅量合计为:
275t/d、11.5t/h、92t/班。
◆熔铅设备
取熔铅炉容积系数为0.8,炉底残铅系数为0.8,作业周期为12h,则每次炉熔铅量为275÷2÷0.8÷0.8=214.8t,炉子的容积为214.8÷10.8=19.9≈20m3。
(3)阳极板浇铸设备选择
选用园盘自动浇铸机。
5.2.2.3阴极制造
(1)阴极片数量
项目总的阴极片数量为328×35=11480片,按2天出装槽一个周期计算,则阴极片需求数量为5740片/d、240片/h、1914片/班。
(2)熔铅量
◆铅处理量
阴极片制造所用原料为阴极析出铅。
一块阴极片约重9kg,总的阴极片重量为52t/d。
阴极制造需处理析出铅量为:
53t/d、2.2t/h、17.7t/班。
◆熔铅设备
取熔铅锅容积系数为0.8,锅底残铅系数为0.8,作业周期为6h,则每次锅熔铅量为53÷4÷0.8÷0.8=20.7t,锅的容积为20.7÷10.8=1.9≈2m3。
(3)阴极片制造设备选择
选用始极片制造联动线机组,生产能力选择为425片/h。
5.2.2.4光杆机
每次光杆数量为240根,选择光杆筒规格Φ700×1200㎜,转速50r/min,光杆时间15~20min,电机功率5.5KW,装杆量250~300根。
5.2.2.5阴极铅精炼和铸锭
(1)处理阴极析出铅量
需熔化精炼铸锭的阴极析出铅量为51282t/a、151t/d、6.3t/h。
(2)精炼炉
设作业周期为10h,则每炉处理阴极析出铅量为63t,炉子的容积为63÷10.8÷0.8÷0.8=9m3。
(3)铅锭浇铸设备
选择直联式浇铸机,设备能力≥151t/d。
5.2.2.6煤气发生炉
火法系统所用燃料全部由自产煤气提供,专门设置煤气发生炉一台,选择型号RDB2.5-A,煤气产生量2700~3700Nm3/h,耗煤量600~1000kg/h。
5.2.3阳极泥洗涤系统
5.2.3.1中间槽
(1)阳极泥产生量
阳极泥率取2%,项目阳极泥产生量为53000×2%=1060t/a、3t/d、0.13t/h,
阳极泥浆含固量200g/l,则泥浆体积为15m3/d、0.63m3/h。
(2)中间槽体积
中间槽采用不锈钢衬塑料制作,取残极洗刷槽体积的2倍,中间槽规格Φ2000×1800㎜。
5.2.3.2搅拌槽
搅拌槽容积以能容纳一天的阳极泥产出量为依据。
按固:
液=3:
8计算,搅拌槽容积为30m3,设置两台,每台搅拌槽15m3,规格Φ2800×2500㎜。
结构为不锈钢衬塑料。
5.2.3.3渗滤槽
槽体采用混砼结构,置于地下,规格长×宽×深:
3.5×2.8×1m。
内衬沥青胶。
木质隔层,草垫作滤层。
5.2.3.4压滤机
取阳极泥含水率40%,密度1.5t/m3。
选择箱式板框压滤机40㎡。
5.3综合设备表
项目主要设备见表5-1。
表5-1项目主要设备一览表
序号
设备名称
规格型号
数量
功率KW
备注
一
电解系统
1
电解槽
3000×850×1200㎜(内)
328槽
2
导电棒
20×20×1000㎜
11480根
紫铜
3
导电杆
Φ35×3000㎜
336根
紫铜
4
导电板
1000×100×10㎜
7块
紫铜
5
循环泵
150FS-300-25、Q300m3/h、H25m
4台
45
2开2备
6
高位槽
6900×2400×2100㎜(内)
2座
钢混
7
集液槽
13500×4800×1500㎜(内)
1座
钢混
8
阴极洗槽
3000×850×1200(内)
4座
钢混
9
残极洗槽
3200×900×1300(内)
4座
钢混
10
双桥起重机
5t,跨度19.5m,提升高度9m
4台
22
11
双桥起重机
5t,跨度21.5m,提升高度9m
1台
22
12
硅整流器
6000A/100V
2台
480
13
洗刷机
120r/min
4台
5
14
硅氟酸制造
Φ2500×2800㎜
1套
4
二
火法系统
1
阳极熔铅炉
10m3
1座
3
含搅拌
2
圆盘自动浇铸机
≥116块/h
1套
30
3
阴极熔铅锅
2m3
1个
1.5
含搅拌
4
始极片制造联动线机组
425片/h
1套
25
5
光杆机
φ700×1200
1台
5.5
6
精炼炉
20m3
1座
4.5
含搅拌
7
直联式浇铸机
151t/d
1套
27
8
铅泵
6台
5
9
煤气发生炉
RDB2.5-A
1台
5.5KW
定型设备
三
阳极泥洗涤系统
1
中间槽
φ2000×1800
1座
不锈钢衬塑料
2
搅拌槽
φ2800×2500
2座
3
不锈钢衬塑料
3
渗滤槽
3.5×2.8×1
1座
钢混
4
压滤机
40㎡
1台
5
耐腐耐磨泵
50UHB-ZK-Ⅲ-30-15
4台
3
5.4主要技术参数
(1)铅回收率:
98.8%;
其中:
火法粗炼99.6%;
电解精炼99.7%;
熔铸99.5%。
(2)渣率:
~4%
其中:
脱铜渣2.0%;
浮渣1.0%;
阳极泥率~2%。
(3)生产控参数:
电流效率90%;
槽电压~0.5V;
电流密度160A/m2;
电解液温度30~40℃;
电解液循环速度~30l/槽.min。
(4)电解液成份:
Pb2+80~120g/l;
总酸160g/l。
6、设备布置方案
6.1主要建构筑物
项目建筑物由电解厂房、火法熔炼厂房、变配电室组成。
为节省占地,所有厂房紧密结合采用联跨结构形式。
厂房为全钢结构,彩钢板围护、彩钢板屋面,钢构件表面均做防腐处理。
项目构筑物主要是电解液贮池及循环池、阳极泥洗涤池,作业平台等。
项目主要建构筑物见表6-1。
表6-1主要建构筑物一览表
序号
名称
规格
数量
结构
备注
1
电解厂房
长×宽×高72×21×12m
2幢
钢构
联跨
2
火法厂房
长×宽×高72×24×12m
1幢
钢构
与电解并联
3
电解平台
长×宽×高48×24×2.5m
2个
钢混
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