重金属冶金学课程设计(模板).doc

学号：

江西理工大学
2025年7月15日
姓名：
年产x万吨的铜电解精炼槽
指导教师：
专业：软件工程（冶金工程方向）

年产x万吨的铜电解精炼槽
一、铜电解精炼的概述
1、 铜电解精炼的必要性
火法精炼产出的阴极铜中铜的品位一般为99.2%~99.7%，杂质含量偏高，使铜的使用性能或加工性能变坏，火法精炼难以把这些杂质除去到满足各种应用的要求且有些杂质本身具有回收价值。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，必须进行电解精炼。
2、 铜电解精炼的目的
电解精炼的目的是把火法精铜中的有害杂质进一步除去，得到既易加工又具有良好使用性能的电解铜，同时回收金、银、硒、碲等有价金属。
3、 铜电解精炼的原理
3.1 阳极反应
Cu-2e-=Cu2+
Me-2e-=Me2+
其中，Me只指Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更具负电性的金属，由于阳极的主要组成是铜，阳极的主要反应是Cu溶解形成Cu2+的反应
3.2 阴极反应
Cu2++2e-=Cu
3.3 一价铜离子的影响
2Cu+=Cu2++Cu，此反应的发生会降低电流效率，增加电能消耗。
3.4 阳极上杂质的行为

3.4.1 比Cu电位更正的杂质，如Au、Ag、Se、Te等最终以其化合物、粒子形态进入阳极泥中。
3.4.2 比Cu电位更负的，主要是铁、锌、镍，电解时可能在阴极上放电析出，并且会生成极细的SbAsO4及BiAsO4等砷酸盐，它们是一种絮状物，黏附在阴极上。
4、 铜电解精炼的流程
二、铜电解精炼物料平衡计算
按年产电解铜80000吨进行计算，表1为假设的阳极成分

阳极成分（%） 表1
元素
Cu
As
Sb
Ni
Bi
Pb
Se
Te
Au
Ag
Fe
S
Zn
含量
99.3
0.07
0.04
0.2
0.008
0.03
0.06
0.05
0.003
0.06
0.002
0.007
0.003

1、 阳极泥率和阳极泥成分计算
表2为铜电解过程中各元素的分配。应用表1和表2的数据计算阳极泥率和阳极泥成分，表3为其计算结果

铜电解过程中各元素的分配率（%） 表2
元素
进入溶液
进入阳极泥
进入阴极
金
—
98.5~99.0
1~1.5
银
—
97~98
2~3
铜
1.93
0.07
98
硒和碲
—
98~99
1~2
铅
—
95~99
1~5
镍
75~100
0~25
<0.5
砷
60~80
20~40
微量
锑
10~60
40~90
微量
硫
—
95~97
3~5
铁
75
5~15
10~20
锌
93
4
3
铝
75
20
5
二氧化硅
—
100
—
铋
20
80
微量

阳极泥率和阳极泥成分计算 表3
元素
进入阳极泥的量占阳极溶解量的百分数（%）
阳极泥成分（%）
Au
0.003*0.987=0.002961
0.002961/0.363=0.82
Ag
0.06*0.975=0.0585
0.0585/0.363=16.1
As
0.07*0.30=0.021
0.021/0.363=5.8
Sb
0.04*0.75=0.03
0.03/0.363=8.3
Ni
0.2*0.15=0.03
0.03/0.363=8.3
Bi
0.008*0.80=0.0064
0.0064/0.363=1.8
Pb
0.03*0.96=0.0288
0.0288/0.363=7.9
Se
0.06*0.985=0.0591
0.0591/0.363=16.3
Te
0.05*0.986=0.0493
0.0493/0.363=13.6
Fe
0.002*0.15=0.0003
0.0003/0.363=0.1
Cu
99.3*0.0007=0.06951
0.0651/0.363=17.9
S
0.007*0.96=0.00672
0.00672/0.363=1.9
Zn
0.003*0.04=0.00012
—
阳极泥率（%）
≈0.363
98.82

2、 电解精炼物料计算
假设下列原始数据：
电解铜回收率 99%
电解铜品位 99.95%

残极率 15%
2.1、生产一吨阴极铜需要的阳极数量

2.2、计算阳极铜数量

2.3、计算阳极含铜量
97643.50*99.3%=96960.00
2.4、计算残极数量
97643.50*15%=14646.53
2.5、计算残极含铜量
97643.50*15%*99.3%=14544.00
2.6、计算阳极泥数量
97643.50*（1-15%）*0.363%=301.28吨
2.7、计算阳极泥含铜量
97643.50*（1-15%）*0.363%*17.9%=53.93吨
2.8、计算电解液中铜量
97643.50*（1-15%）*99.3%*1.93%=1590.63

铜电解精炼物料平衡 表4
进 料

出 料
物料名称
数 量
（吨）
成分Cu
(%)
纯铜量
（%）
物料名称

数 量
（吨）
成分Cu
(%)
纯铜量
（吨）
铜阳极
97643.50
99.3
96960.00
阴极铜
80000
99.95
79960

残极
14646.53
99.3
14544.00

阳极泥
301.28
17.9
53.93

电解液

1590.63

损失

811.44
共计

96960.00
共计

96960.00

三、铜电解精炼槽的主要尺寸计算
年产电解铜80000吨规模进行有关各项设备的选择和计算。
已知条件：
（1） 年产电解铜 80000吨；
（2） 年操作日 36天；
（3） 电流密度 普通电解槽 220A/米2；
种板电解槽 200A/米2；
（4） 电流强度 10000安；
（5） 电流效率 97%；
（6） 电解槽利用率 94%；
（7） 同极中心距 普通电解槽 86毫米；
种板电解槽 89毫米。
计算：
（1） 电解槽总数
N=
考虑配置的合理性取870个槽。
（2） 确定普通电解槽尺寸
采用的阴极尺寸为770*740毫米。
4） 每片阴极有效面积
770*740*2*10-6=1.14米2
4） 每槽阴极片数
nc=
3)每槽阳极片数
阳极比阴极多一片，因此每槽阳极数为
40+1=41片
4） 电解槽长度
电解槽两端各留100毫米，则电解槽长度为：
40*86+2*100=3640毫米
5）电解槽宽度
阴极两侧距槽边各留55毫米，则电解槽宽度为：
740+55*2=850毫米
6）电解槽深度
阴极下部距槽底留280毫米，则电解槽深度为
770+280=1050毫米
根据上述计算，则普通电解槽内尺寸（长*宽*深）为3640*850*1050毫米。
（3） 确定种板电解槽尺寸
采用的种板尺寸为840*760毫米。
1） 每槽种板片数
nc=
2)每槽阳片数
阳极比阴极多一片，因此每槽阳极数为
44+1=45片
2） 电解槽长度
电解槽两端各留100毫米，则电解槽长度为：
44*89+100*2=4116毫米
种板电解槽的宽度和深度与普通电解槽相同，则种板电解槽内尺寸（长*宽*深）4116*850*1050毫米。
（4） 种板槽数
x=
取68个
四、铜点解精炼辅助设备的选择
1、 起重机荷重的确定
起重机荷重应考虑车间最大操作荷重，通常一槽阳极和吊架的重量之和为车间车间最大操作荷重。
（1） 每块阳极重量
取残极率为15%；阳极寿命是18天；电流强度是10000安；电流效率是96%；每槽阳极39片；则每块阳极重，

（2） 一个普通电解槽阳极总重量
148*39=5772公斤
（3） 一个种板电解槽阳极总重量
148*45=6660公斤
（4） 阳极吊架重量
一个阳极吊架约重400公斤。
根据上述计算，起重机最大操作荷重为6.66+0.4=7.06吨，根据车间的配置，选择：Q=10吨，Lk=22.5米，h=12米，Jc=40%的电动双梁桥式起重机。
2、 起重机台数的确定
起重机台数根据车间内电解槽数量，阴、阳极周期及车间的配置等因素确定。根据实际调查情况，车间跨度一般为18米，长度在56米以内，电解槽数量少于140个，每天阴、阳极出装槽合计不多于45槽的车间内，设置一台起重机已能满足需要。如果车间内设有种板电解槽和制始极片作业场地，应另设起重机一台。通常在年生产规模5000吨以下的小型精炼长，一般设置一台起重机即可。
3、 循环宁槽
电解液循环宁槽通常采用钢筋混泥土内衬铅板或软聚氯乙烯塑料板制成。槽内分成若干格，有利于检修时轮换使用。宁液槽通常配置在地面以下。为了防止雾酸侵蚀厂房，恶化操作环境，槽面需加盖板，盖板通常采用木材外包软聚氯乙烯塑料。生产实践中，循环宁槽的容积约为电解槽内电解液总体积的20%。
按照电解槽举例中的条件计算循环宁槽的容积；
每个普通电解槽容积 3.64*0.85*1.05=3.25米3；
每个种板电解槽容积 4.116*0.85*1.05=3.67米3。
每个电解槽中减去电极占有的体积后，实际装载的电解液体积约为槽容积的80%。所以普通电解槽（包括2个脱铜电解槽）的电解液总量为，3.25*0.80*857=2228.2米3。
种板电解槽的电解液总量为，3.67*0.80*68=199.6米3。则普通电解槽的宁液槽容积为，2228.2*0.2=445.6米3；种板电解槽的宁液容积为，199.6*0.2=39.92米3。
4、 电解液循环泵
循环电解液一般选用悬臂式耐腐蚀离心泵，目前使用较为普遍的有高硅铸铁泵和铅泵。近几年来，正在试用聚三氟氯乙烯塑料泵和玻璃钢泵，这类泵具有体积较高硅铁泵小，重量轻，机械性能好等优点，今后有广泛采用的可能。
5、 高位槽
当采用蛇管加热器加热时，加温槽即为高位槽；当采用石墨热交换器加热电解液时，必须另设高位槽。高位槽的容积可按5~10分钟溶液循环量计算确定。高位槽一般采用刚劲混泥土内衬铅板制成。
五、铜电解精炼槽设备图。
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