銅電解精煉冶金計算.doc

1、銅電解精煉冶金計算1、物料平衡計算計算條件：產(chǎn)量為100000t 電解銅 /a，年工作日為 355 天?；鸱ň珶捄箨枠O成分見表7-1。表 7-1 陽極成分元素CuNiAsSbAgFeBiSe TeSOAuPb含量 %電回收率： %；殘極率： 15%。銅電解過程元素分配(W / %) ：表 7-2 銅電解過程元素分配(W / %)元素進入電解液進入陽極泥進入電解銅CuNiAsSb17785Ag952Bi18Se Te946S964O973AuPb937Fe745321假設以溶解 100kg 的陽極銅平衡進行計算陰極銅產(chǎn)量和電銅品味計算Cu： %=Ni： %=As： %=Sb： 5%=Ag： 5%

2、=Bi： %=Se+Te： 6%=Fe： 21%=S： 4%=O： 3%=Au： %=Pb： 7%=合計：電銅品位： =%陽極泥率和成份計算Cu：99 %=Ni： %=As： %=Sb： 78%=Ag： 95%=Se+Te： 94%=S： 96%=O： 97%=Au： %=Pb： 93%=Fe: 3%=合計：陽極泥率： %（對溶解陽極銅）電解物料平衡計算（ 1） 1t 陰極銅需要溶解的陽極量199.98%199%1.0119t99.8%(2)陽極實際需要量1.011910000119288.322t / a0.998(10.15)（3）陽極實際溶解的量1.0119 100000101395t

3、/ a0.998（4）陽極銅的含量119288.322 0.99118095.4388t / a（5）殘極量119288.322 0.1517893.2483t / a（6）殘極銅的含量17893.2482 0.9917714.3158t / a（7）陽極的泥量（8）陽極泥含銅量： a（9）電解液中各個元素的含量：根據(jù)陽極成分和計算的陽極泥中各元素量及其成分見表7-3表 7-3 陽極泥中各元素重量級百分比元素進入陽極泥的量t/a陽極泥元進入陽極泥的量t/a陽極泥成分，%素成分， %Cu%=Au其它Se+Te共計表 7-4 電解液中各元素的含量裝入物 料物料量CuAsNi名 稱t/a%t / a

4、%t / a%陽極合 計產(chǎn) 出物 料物料量CuAsNi名 稱t/a%t / a%t / a%電解銅1000099980殘極銅99.0陽極泥電解液AuAgt / a%t / a%t / aAuAgt / a%t / a%t / a損 失 及計 算 誤差合計5302+銅電解精煉熱平衡計算儀器及實驗條件參數(shù)設定如下：電解槽的外形尺寸： 5100 1265 1395；電流強度： 10000A；槽間電壓：；電解槽的數(shù)量： 560；電解槽的外壁溫度： 35C電解車間溫度： 2C5電解液的溫度： 60C電解液循環(huán)速度： 20L/min （商品槽與種板槽共用一個循環(huán)系統(tǒng)） ；熱量支出（ 1）槽內(nèi)液面上水蒸氣的

5、熱損失q1槽的總液表面積S= 560=每平方電解槽液面在無覆蓋時的水分蒸發(fā)量查表得(m2 h).60的水氣化為 kJ / kg則 q1= =h（ 2）槽液面上對流傳熱與輻射損失 q2根據(jù)化工原理的傅立葉傳熱公式：Q=KS（t 1-t2）式中： K 輻射與對流聯(lián)合導熱系數(shù)，kJ/( m2h )取；S傳熱面積，；t1t2 電解液與車間空氣溫度差，。則： q2=（ 60-25） =h（ 3）槽外壁的對流傳熱與輻射損失q3槽壁總面子 S 總=560（+ 2+2）=m2根據(jù)化工原理的傅立葉傳熱公式：Q=KS（t 1-t2）式中：K對鋼筋混凝土槽壁輻射與對流聯(lián)合導熱系數(shù)，2kJ/( m ，當槽外h )壁溫

6、度為 35，車間室溫為25時，取則： q3=（ 35-25）（ 4）循環(huán)管道內(nèi)溶液熱損失為q4電解液的循環(huán)量為：3060142010 32556 m3 / hq4V Cp t（7-7）式中： V 電解液循環(huán)量， 750m3 / h ；Cp 電解液熱容量， KJ/(kg )，；電解液密度， 1250kg / m3 ；t 電解液在循環(huán)管道內(nèi)的溫度降，根據(jù)車間規(guī)模大小取24，本設計取 3 。q4 672 1250 3.43 3 8643600kJ / h 16=h熱量收入熱量收入為電流通過電解液時所產(chǎn)生的熱：Q4.180.239IEtN10 3式中： I電流強度， A；E消耗于克服電解液阻力得到槽電

7、壓/V,為槽電壓的 50%左右；N電解槽數(shù)；t時間，取 3600s。則熱量收入：Q= 10000 360010-3560=kJh綜上熱量衡算可得整個車間需補充的額外熱量為：q1 q2q3q4 Q=+23719967.777kJ / h 。表 7-5 電解精煉系統(tǒng)熱量衡算熱量流入kJ ? h 1熱量流出加熱器補充的熱量23719967.777電解槽外壁的輻射與對流熱損失電流通過電解液產(chǎn)生電解槽液面水蒸發(fā)熱的熱量損失電解槽液面輻射與對流熱損失循環(huán)管道內(nèi)溶液熱損失合計.257合計kJ ? h 18643600.257凈液量的計算本設計銅凈化的過程主要采用的流程有中和結晶、 脫銅電解、電熱濃縮生產(chǎn)粗硫

8、酸鎳。設計規(guī)模為產(chǎn)量100000t/a 電解銅，陽極板成分為：Cu： %， Ni： %， As： %，F(xiàn)e：%，Sb：%，Bi：%。生產(chǎn) 1t 的電銅所溶解的陽極板量為，在凈化過程中銅、鎳、砷、銻、鉍和鐵的脫出率分別為98%、 75%、85%、 85%、85%、和 80%。本設計所取有害雜質在電解液中的允許含量如下表所示:表 7-6 各種有害雜質元素在電解液中的允許含量元素CuNiAsFeSbBi含量50207凈液量的計算公式如下：V（ 7-8）m 103kc式中： m每溶解 100 陽極后某元素進入溶液的數(shù)量；k元素在整個凈化過程中的脫除率%；c元素允許的極限濃度（即允許含量）g / l 。

9、設計中主要元素凈液量的計算分別如下：Q銅100000 1.011999% 1.75% 10335777.893m3 / a500.98Q鎳1000001.01190.08% 81% 1035828.544m3 / a150.75Q砷1000001.01190.02% 63.4% 1032156.452m3 / a70.85Q鐵1000001.01190.002% 74% 1032936.4941m3 / a0.50.80Q100000 1.01190.126% 17% 10342499.8m3 / a銻0.60.85Q鉍1000001.01190.025% 16% 1039523.7647m3

10、 / a0.50.85表 7-7 主要元素的凈液量元素CuNiAsFeSbBi凈液量m3 / a根據(jù)上表可知， 凈液量需求最大的是銅， 其次的是鉍。 本設計采用在電解工序電解槽中增加不溶陽極的方法脫出，則凈液量以鉍的凈液量為準，取為44000 m3 / a 。按照 44000 m3 / a 的凈液量可以推算出電解液的實際含量（g / l ）：1000001 .01190.025 % 18 % 10C Bi0.85440001000001 .01190.20 % 63 .4% 10C As0 .85440001000001 .01190.126 % 17 % 10C Sb0.8544000100

11、0001 . 01190.008 % 81 % 10C Ni0 .75440001000001 .011999 .0%1.75 % 10C Ni0.9844000CH SO180g / L2430 .1218 g / L33 . 4307 g / L30 .5795 g / L31 .9870 g / L340 .6567 g / L由以上的計算可知，電解液的實際含量（ g / l ）：Bi:、As:、Sb:、Cu:、Ni:、H 2 SO4 ：180。硫酸鹽生產(chǎn)物料衡算衡算的基本數(shù)據(jù)如下；加入銅料的品位；硫酸銅平均結晶率60；中和終液含銅： 120；中和過程溶液體積縮率70；硫酸銅含銅；一次結

12、晶液體縮率81；銅回收率 98。硫酸銅結晶水返回中和系統(tǒng)；需加入銅料的量根據(jù)經(jīng)驗選取結晶所需的洗水成分為Cu:40g/l，H2 4。本設計的流量SO :50g/l取 1388 m3 / a 。則中和過程進料成分為：4400040.6567138840Cu440001388l；H 2SO444000180138850l;440001388銅料的加入量 (按純銅計） :q=(44000+1388)70%10 3.69=1557t中和液所需加入銅料量 (按純銅計 )Q12044000138870%10 34438840.6410 31968.178t加入銅料耗酸： 1968.178983037.50

13、t63.5中和液體積： 4538870%31771 .60m3 / a中和終液溶液含酸： 45388176.0210 33037 .50 103155.359g / l10771 .6計算硫酸銅產(chǎn)品產(chǎn)量硫酸銅結晶量： 12031771 .6060%9375 .2262t24.4%103結晶洗水體積及成分；在生產(chǎn)實踐中，硫酸銅結晶的洗水量為每噸 1m3，洗水含銅約為 40g/l ，含酸約為 50g/l ， ,因此洗水量為 ；9375.22620.98437.70m3 / a洗水帶走的銅量： 8437.704010 3337.508t硫酸銅產(chǎn)品產(chǎn)量： 12031771 .6060%10 3 98%

14、 337.5087804.4922t24.4%一次母液體積及銅，酸濃度一次母液體積： 31771 .60 81 %26734 .996 m 3 / a母液含銅：12031771.6040%98%58.07g / l25734.996母液含酸：31776.60175.838437.705025734.996200.68g / L脫銅電解物料平衡計算脫銅的基本參數(shù)：銅的回收率： 98%一次脫銅后終液含Cu 為 30 g / L ；二次脫銅后終液含Cu 為 g / L ；二級電銅含 Cu 為%；銅回收率98%。二級電銅產(chǎn)量：58.07302573499610 398%99.9%708.63t / a

15、黑銅板，粉產(chǎn)量：300.525734.99610 398%70%1062.855t / a黑銅板，粉含雜質質量：440003.430710 385%As1062.85512.07 %440000.579510385%2.04%Sb360.3440000.1218 10 3Bi1062.85585%0.43%脫銅電解過程增加的酸量： 60 0.59891.835.5脫銅終液中的酸量：91 .8 176.025 267.825g / L粗硫酸鎳生產(chǎn)計算生產(chǎn)過程的基本參數(shù)：鎳的回收率為 98%；粗硫酸鎳含 Ni 約為 %；回收酸中的成份： Ni：6 g / L ；Cu: g / L ； H 2 SO4 :1100 g / L ；根據(jù)以上的基本參數(shù)可得：生產(chǎn)過程中鎳的進料量為： 440004 10398 % 172 .48t / a ；回收酸的體積（忽略蒸發(fā)過程的酸損失不計）為：V267.825 25734 .9966265 .886m3 / a1100粗硫酸鎳產(chǎn)量為： 86.68626