年產(chǎn)28萬噸電解槽廠房設(shè)計

12-東北大學(xué)有色冶金課程設(shè)計(銅電解)題目：年產(chǎn)2.8萬噸銅電解車間設(shè)計班級：冶金工程1103姓名：馬林林學(xué)號：20110075目錄1.概述 -3-1.1電解精煉的目的和任務(wù) -3-1.2電銅的質(zhì)量標準 -3-1.2.1高純陰極銅(Cu-CATH-1)化學(xué)成分 -3-1.2.2一號銅化學(xué)成分的質(zhì)量分數(shù) -4-1.3銅電解一般工藝流程 -4-2.冶金計算 -5-2.1已知條件 -5-2.2計算 -5-3.主體設(shè)備設(shè)計 -7-3.1電解槽材質(zhì)與結(jié)構(gòu) -7-3.2商品電解槽總數(shù) -8-3.3電解槽的極板數(shù) -8-3.4電解槽尺寸的確定 -9-3.5種板電解槽數(shù) -9-3.6凈液量及脫銅槽數(shù) -10-3.6.1凈液量 -10-3.6.2脫銅槽數(shù) -11-3.7槽邊導(dǎo)電排、槽間導(dǎo)電板和陰極導(dǎo)電棒的選擇與計算 -11-3.7.1槽邊導(dǎo)電排 -11-3.7.2槽間導(dǎo)電板 -12-3.7.3陰極導(dǎo)電棒 -12-3.8設(shè)計總結(jié) -9-4.圖紙 -12-5.參考文獻 -12-1.概述1.1電解精煉的目的和任務(wù)火法精煉產(chǎn)出的陽極銅中Cu的質(zhì)量分數(shù)一般為99.2%～99.7%，其中還有一定數(shù)量的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)的存在會使銅的某些物理性質(zhì)和機械性能變壞，因此，為了提高銅的性能，使其達到各種應(yīng)用的要求，同時回收其中的有價金屬，尤其是貴金屬和稀散金屬，必須進行電解精煉。電解精煉是以火法精煉產(chǎn)出的陽極板為陽極，以電解產(chǎn)出的薄銅片（始極片）為陰極，以硫酸銅和硫酸的水溶液為電解液，在直流電的作用下，陽極銅電化學(xué)溶解，溶液中銅離子在陰極上析出。1.2電銅的質(zhì)量標準陰極銅按化學(xué)成分分為高純陰極銅(Cu-CATH-1)和標準陰極銅(Cu-CATH-2)兩個牌號。1.2.1高純陰極銅(Cu-CATH-1)化學(xué)成分表1 高純陰極銅(Cu-CATH-1)化學(xué)成分 %元素組雜質(zhì)元素含量（不大于）元素組總含量（不大于）1Se0.000200.003000.0005Fe0.00020Bi0.000202Cr—0.0015Mn—Sb0.0004Cd—As0.0005P—3Pb0.00050.00054S0.001500.00155Sn—0.0020Ni—Fe0.0010Si—Zn—Co—6Ag0.00250.0025雜質(zhì)元素總含量0.00651.2.2一號銅化學(xué)成分的質(zhì)量分數(shù)電解精煉的產(chǎn)品是電銅（即陰極銅），其標準見表2。表2 一號銅化學(xué)成分的質(zhì)量分數(shù)（GB466-82） %銅品號代號Cu+Ag不小于雜質(zhì)（不大于）AsSbBiFePbSnNiZnSP總和一號銅Cu-199.950.0020.0020.0010.0040.0030.0020.0020.0030.0040.0010.051.3銅電解一般工藝流程2.冶金計算2.1已知條件年產(chǎn)電解銅2.8萬噸電流效率：96%殘極率：16%銅電解回收率：99.9%年工作日：360d日通電時數(shù)：24h電解槽作業(yè)率：95%每片陰極面積：0.77×0.74×2m電流強度：10000A陽極成分及電解過程中各元素的分配率見表3和表4表3 陽極成分元素CuNiPbAsSbBiZnFeSnOAuAg含量/%99.380.080.130.0160.040.0030.0010.0040.0010.020.0030.085表4 電解過程中各元素的分配率元素進入溶液/%進入陽極泥/%進入陰極/%Cu1.930.0798Ni89.5100.4Pb—96.53.5As63307Sb256510Bi15805Zn9343Fe721018Sn58510O—100—Au—991Ag—9822.2計算根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算出陽極泥率，陽極泥成分，電銅成分，最后編制出銅電解精煉物料平衡表。表5 陽極率和陽極泥成分計算元素進入陽極泥的量占陽極溶解量的百分數(shù)/%陽極泥成分/%Cu99.38×0.0007=0.06956620.24Ni0.08×0.10=0.0082.33Pb0.13×0.095=0.1254536.49As0.016×0.3=0.00481.40Sb0.04×0.65=0.0267.56Bi0.003×0.80=0.00240.70Zn0.001×0.04=0.000040.01Fe0.004×0.10=0.00040.12Sn0.001×0.85=0.000850.25O0.02×1.0=0.025.82Au0.003×0.99=0.002970.86Ag0.085×0.98=0.083324.23陽極泥率0.343776100.00表6 陰極銅成分計算元素陰極析出量占陽極溶解量的百分數(shù)/%陰極銅成分Cu99.38×0.98=97.392499.98694Ni0.08×0.004=0.000320.00033Pb0.13×0.035=0.004550.00467As0.016×0.07=0.001120.00115Sb0.04×0.10=0.0040.00411Bi0.003×0.05=0.000150.00015Zn0.001×0.03=0.000030.00003Fe0.004×0.18=0.000720.00074Sn0.001×0.10=0.00010.00010Au0.003×0.01=0.000030.00003Ag0.085×0.02=0.001700.00175合計97.40512100根據(jù)以上有關(guān)數(shù)據(jù),進行物料平衡計算如下28000t電銅中的含銅量28000×99.98694%=27996.343t生產(chǎn)28000t電銅所需銅量27996.343/99.9%（銅電解回收率）=28024.368t生產(chǎn)28000t電銅要進入陽極泥中的銅量×0.07%=19.997t陽極泥量19.997/20.24%=98.801t生產(chǎn)28000t電銅要進入溶液中的銅量×1.93%=551.357t生產(chǎn)28000t電銅所需陽極數(shù)量=34254.907t陽極含銅量34254.907×99.38%=34042.527t殘極數(shù)量34254.907×16%=5480.785t殘極含銅量5480.785×99.38%=5446.804t用上述結(jié)果編制物料平衡表如下表7 銅電解精煉物料平衡表進料物料名稱數(shù)量/t銅含量/%純銅量/t銅陽極34254.90799.3834042.527合計34042.527出料物料名稱數(shù)量/t銅含量/%純銅量/t陰極銅2800099.9869427996.343殘極5480.78599.385446.804陽極泥98.80120.2419.997電解液551.357損失28.026合計34042.5273.主體設(shè)備設(shè)計3.1電解槽材質(zhì)與結(jié)構(gòu)本電解槽的材質(zhì)以鋼筋混凝土為槽體，采用耐酸、耐高溫性能好的鉛板作內(nèi)襯。電解槽由長方形槽體和附設(shè)的供液管、排液斗、出液斗的液面調(diào)節(jié)堰板等組成。槽體低部作成由一端向另一端傾斜，傾斜度為3%，最底處開設(shè)排泥孔，較高處設(shè)有放液孔。放液排泥孔配有耐酸陶瓷或嵌有橡膠圈的硬鉛制造的塞子，防止漏液。此外，在鋼筋混凝土槽體底部開設(shè)（撿）檢漏孔，以觀察內(nèi)襯是否破損。鋼筋混凝土電解槽壁厚為100mm。電解槽安裝在鋼筋混凝土橫梁上，槽底四角墊以橡膠板和磁磚，兩個相鄰電解槽之間留30mm的空隙，用以槽間絕緣。3.2商品電解槽總數(shù)N=式中N——電解槽總數(shù)，個；M——年電解銅量，t；360——年工作日，日；24——日通點時數(shù)，h；——電解槽作業(yè)率，95%；——電流效率，96%；I——電流強度，A；1.186——銅的電化學(xué)當量，g/(A·h)。N==299.6取300個3.3電解槽的極板數(shù)每槽陰極數(shù)按下式計算：式中——每槽陰極片數(shù)，片；I——電流強度，A；——商品槽電流密度，A/；——每片陰極的面積，，0.77×0.74×2。=40.9片取41片每槽陽極數(shù)：41－1=40片本車間設(shè)電解槽兩端為陰極，即陰極數(shù)比陽極數(shù)多1片。3.4電解槽尺寸的確定電解槽長度：設(shè)電解槽兩端各留120mm，則電解槽長度為：陽極片數(shù)×極距=40×90＋120×2=3840mm電解槽寬度：設(shè)陰極兩側(cè)距槽邊各留50mm，則電解槽寬度為：740＋50×2=840mm

電解槽深度：設(shè)陰極下部距槽底留260mm，陰極上邊距槽上沿60mm，則電解槽深度為：770＋260＋60=1090mm根據(jù)上述計算，電解槽內(nèi)長×寬×深為3840×840×1090mm。3.5種板電解槽數(shù)為了有利于配置及生產(chǎn)調(diào)度，取種板槽尺寸同商品槽尺寸。種板電解槽數(shù)按下式計算：式中——種板電解槽數(shù)，個；N——車間電解槽總數(shù)，取333個；——個商品電解槽的陰極數(shù)，41片；a——種板周期，1d;P——一個陰極所需始極片量，取1.06；A——陰極周期，取6d;B—一個種板電解槽的種板數(shù)，取39片；——始極片廢品率，0.05~0.2，取0.05；個，取30個。3.6凈液量及脫銅槽數(shù)3.6.1凈液量根據(jù)陽極銅成分，陽極銅中各種雜質(zhì)進入電解液的百分數(shù)，電解液中雜質(zhì)的允許含量及凈液過程中的雜質(zhì)的脫除效率，可以計算所需的凈液量。一般要考慮的主要雜質(zhì)是鎳、砷、銻和鉍。電解液中銅和雜質(zhì)的允許含量（g/L）Cu45,Ni15,As7,Sb0.6,Bi0.5采用冷卻結(jié)晶法生產(chǎn)粗硫酸鎳，這幾種物質(zhì)的脫除率為：Cu98%,NI75%,As85%,Sb85%,Bi85%按主要元素分別計算凈液量如下：從計算結(jié)果看，需凈液量最大的元素是銅，其次是銻。銅的脫除采用在電解工序電解槽中增加不溶陽極的方法脫除，故凈液量以銻元素所需的量計算，取凈液量為5642m/a。3.6.2脫銅槽數(shù)需用脫銅槽脫除的銅量為：（12515-5642）×45×10=206.190t所需脫銅槽數(shù)：個取3個（電流強度10000A,電流效率0.96）3.7槽邊導(dǎo)電排、槽間導(dǎo)電板和陰極導(dǎo)