《年产26万吨电铜电解车间的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产26万吨电铜电解车间的设计.docx（100页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、 江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：年产26万吨电铜电解车间的设计 学 院：冶金与化学工程学院专 业：冶金工程班 级：冶金093班学 号：14号学 生：请叫我雷锋指导教师：郭年祥 职称：教授 江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）任 务 书冶金与化学工程学院 冶金工程专业2009 级（2013届） 3班 学生 请叫我雷锋题 目：年产26万吨电铜电解车间的设计 原始依据：元素CuAuAgAsSbNiBiPb含量（%）99.460.0020.0670.0350.350.230.0080.09元素SeTeFeZnS其他含量（%）0.0300.0350.0040
2、.010.003电解铜回收率：99.8%； 电铜品位：99.993%（符合高纯阴极铜的化学成分要求：GB/T1385-92;）残极率：15%主要内容和要求： 1.设计说明书；应包含如下内容：设计概述；厂址的选择与论证；工艺流程的选择与论证；技术条件的选择与论证；经济指标的选择与论证；冶金计算；主要设备的选择与计算；车间环保与三废处理、技术经济的简要分析。2.图纸；绘制车间平面配置和立面配置图(0#图纸)、设备连接图（1#图纸），电解槽结构图（1#图纸）。主要（技术）要求：1写实习报告一份。2用CAD绘制设备图和至少一张手工图纸。3完成设计说明书一篇。4翻译外文资料一篇。5. 小论文一篇。日程安
3、排：第4周 查阅文献资料，翻译一篇英文资料，写出文献综述第5周 提交开题报告，确定合理工艺流程，应用相关知识进行必要计算第6周 完成概述和厂址的选择与论证第7周 完成工艺流程、技术条件和经济技术指标的选择与论证第8周 完成电解和净液工段的冶金计算及物料衡算第9周 完成主要设备选型计算和车间配置与安排第10周 完成车间环保和技术经济分析与评价第11周 完成工艺流程图或设备连接图和电解槽结构图第12周 完成车间平面和立面配置图第13周 初步完成设计说明书第14周 修改设计说明书、编辑论文第15周 老师评阅设计、学生准备答辩第16周 毕业答辩主要参考文献：1 朱祖泽、贺家齐.现代铜冶金学M. 北京：
4、科学出版社，20032 陈国发.重金属冶金学M.北京：冶金出版社，20103 陈维东.铜电解精炼中阳极杂质的行为J.1993,4（20）：56604 重有色金属冶炼设计手册编写组.重有色金属冶炼设计手册（铜镍卷）M. 北京：冶金工业出版社，19965 姚素平.永久阴极铜电解技术述评J.2000,3(20):12186 赵欣. 铜电解新技术的应用J.2008,29(4):97 蔡祺风.有色冶金工厂设计基础M.北京：冶金工业出版社，1991：65718 程彤. 降低阴极铜电单耗生产实践J.2010,(4):50519 李公建. 浅谈铜电解生产过程中降低槽电压的途径J，2010,29（3）：7172
5、10 刘道德.大学生毕业设计指导教程（冶金、选矿、化工分册）M.长沙：中南大学出版社，200411 邱栋良.冶金起重机选用指南J.12 张文毓. 钛制板式换热器在海水淡化中的应用J.2009，26（1）：3213 有色金属冶炼设备编委会编.湿法冶金设备M.北京：冶金工业出版社199314 姜国民. 浅谈ISA法阴极铜加工机组J.2005,42(2):4215 成大先.机械设计手册（常用工程材料）M.北京：化学工业出版社，200416 袁一.化学工程师手册M.北京：机械工业出版社，199917 刘会巨.铜电解车间的防腐J.2009,5(13):121618 李著华.论铜电解车间的采暖通风J.20
6、01,2:474819 化学工程师手册编写组.化学工程师手册M.北京指导教师签字： 年 月 日注：1、本表可自主延伸 2、本表一式两份，一份下达给学生，一份装订在指导教师日志江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计 (论文) 开 题 报 告冶金与化学工程学院 冶金工程专业2009级（2013届 ）3班 学号 14 学生 请叫我雷锋设计题目：年产26万吨电铜电解车间的设计 本课题来源及研究现状：铜电解精炼工艺自年问世以来，单就其基本原理来讲并没有重大变化其过程主要包括阳极加工，始极片制作、电解、净液及阳极泥处理等工序。近几年来，替代始极片的永久不锈钢阴极（）技术的应用，为铜电解工业带来了一次
7、革命。使其在提高技术装备水平、有利于机械化和自动化扩大生产规模、提高阴极铜质量、降低能耗和人工消耗等方面，取得了进步。永久不锈钢阴极（）电解技术最早由澳大利亚公司的冶炼厂在年研制成功并投入生产，称之为艾萨（）电解法。随后在年，加拿大鹰桥公司冶炼厂也开发了另外一种不锈钢阴极，称为鼬法。目前还有奥图泰（，原奥托昆普），三并（）也在研究开发和推广该项技术。永久不锈钢阴极（）电解技术。由于具有显著的优越性，从其问世伊始，就引起了铜冶金行业的巨大关注。得到迅速推广和应用。全球使用该项技术生产的铜量接近：近年来中国永久不锈钢阴极技术的应用也得到了迅速推广，如江西铜业（法），铜陵金隆（法），山东祥光（奥图泰
8、法）。但据有色金属工协会的数据显示，我国的精铜年产量年已达万，大部分电解仍然采用传统电解。提高产能以适应消费需求已成为一种趋势，扩大生产规模，提高技术装备水平符合这种趋势。反映在铜电解上就是逐渐改造旧工艺。有条件地采用不锈钢阴极技术，实现自动化，提高生产效率。卢森堡保尔沃特公司创新理念。因地制宜，优化设计。最大限度地提高设备利用率，劳动生产率。其经验可以为鉴。课题研究目标、内容、方法和手段：研究目标：设计一座年产26万吨铜电解精炼车间研究内容：1.设计说明书；应包含如下内容：设计概述；厂址的选择与论证；工艺流程的选择与论证；技术条件的选择与论证；经济指标的选择与论证；冶金计算；主要设备的选择与
9、计算；车间环保与三废处理、技术经济的简要分析。2.图纸；绘制车间平面配置和立面配置图(0#图纸)、设备连接图（1#图纸），电解槽结构图（1#图纸）。3翻译外文资料一篇。4. 小论文一篇。研究方法和手段：1.现场车间考察，并通过和工人师傅的了解使自己对整个现场车间有比较充分的认识和掌握，并适当提出自己的改进意见2.通过各种途径查询资料，例如上网和图书馆查询，3.将收集到的数据和资料分析汇总，并计算得到自己想要的结果4.设计自己目标车间，使之翔实科学并具有可行性设计（论文）提纲及进度安排：设计提纲：第一章 概述1.1 铜的性质1.2 纯铜及其合金的用途1.3 铜的电解精炼概述1.4 电解精炼中杂质
10、的行为和影响第二章 厂址的选择与论证2.1 厂址的选择依据2.2 厂址选择与论证第三章 电解精炼及净化流程的选择与论证3.1 铜电解精炼流程简述3.2 铜电解精炼的理论基础3.3 电解液的净化第四章 铜电解精炼技术条件的选择与论证4.1 电解液的组成4.2 添加剂4.3 电解液温度4.4 电解液循环4.5 电流密度4.6 同极中心距4.7 阳极寿命和阴极周期第五章 技术经济指标的选择与论证5.1 电流效率5.2 残极率5.3 铜电解回收率5.4 槽电压5.5 直流电能单位消耗5.6 硫酸单位消耗5.7 蒸汽单位消耗第六章 冶金计算6.1 铜电解精炼物料平衡计算6.2 铜电解精炼热平衡计算6.3
11、 电解液净化及硫酸盐生产冶金计算第七章 主要设备的选择和计算7.1 电解槽各有关设备选择和计算7.2 整流器及导电铜材料的计算7.3 电解液循环系统设备及管道计算7.4 车间运输设备计算及选择7.5 其他设备及设施7.6 粗硫酸铜的生产主要设备计算选择7.7 脱铜电解主要设备计算选择7.8 粗硫酸镍的主体设备计算以及选择第八章 车间环保与安全生产8.1 环境保护8.2 安全生产第九章 设备明细表第十章 车间平面配置与安排10.1 车间配置的基本原则10.2 车间的具体配置第十一章 技术经济分析与评价11.1 车间定员11.2 项目成本评价11.3 项目收益评价11.4 综合效益评价参考文献附录
12、（含外文资料和中文译文）致谢小论文进度安排：第4周 查阅文献资料，翻译一篇英文资料，写出文献综述第5周 提交开题报告，确定合理工艺流程，应用相关知识进行必要计算第6周 完成概述和厂址的选择与论证第7周 完成工艺流程、技术条件和经济技术指标的选择与论证第8周 完成电解和净液工段的冶金计算及物料衡算第9周 完成主要设备选型计算和车间配置与安排第10周 完成车间环保和技术经济分析与评价第11周 完成工艺流程图或设备连接图和电解槽结构图第12周 完成车间平面和立面配置图第13周 初步完成设计说明书第14周 修改设计说明书、编辑论文第15周 老师评阅设计、学生准备答辩第16周 毕业答辩参考文献和书目：1
13、 朱祖泽、贺家齐.现代铜冶金学M. 北京：科学出版社，20032 陈国发.重金属冶金学M.北京：冶金出版社，20103 陈维东.铜电解精炼中阳极杂质的行为J.1993,4（20）：56604 重有色金属冶炼设计手册编写组.重有色金属冶炼设计手册（铜镍卷）M. 北京：冶金工业出版社，19965 姚素平.永久阴极铜电解技术述评J.2000,3(20):12186 赵欣. 铜电解新技术的应用J.2008,29(4):97 蔡祺风.有色冶金工厂设计基础M.北京：冶金工业出版社，1991：65718 程彤. 降低阴极铜电单耗生产实践J.2010,(4):50519 李公建. 浅谈铜电解生产过程中降低槽电
14、压的途径J，2010,29（3）：717210 刘道德.大学生毕业设计指导教程（冶金、选矿、化工分册）M.长沙：中南大学出版社，200411 邱栋良.冶金起重机选用指南J.12 张文毓. 钛制板式换热器在海水淡化中的应用J.2009，26（1）：3213 有色金属冶炼设备编委会编.湿法冶金设备M.北京：冶金工业出版社199314 姜国民. 浅谈ISA法阴极铜加工机组J.2005,42(2):4215 成大先.机械设计手册（常用工程材料）M.北京：化学工业出版社，200416 袁一.化学工程师手册M.北京：机械工业出版社，199917 刘会巨.铜电解车间的防腐J.2009,5(13):12161
15、8 李著华.论铜电解车间的采暖通风J.2001,2:474819 化学工程师手册编写组.化学工程师手册M.北京：机械工业出版社，199820 师利熙.有色金属工业项目技术经济分析M.北京：冶金工业出版社，199821 郭鸿发等.冶金工程设计第1册M.北京：冶金工业出版社，200622 云正宽等. 冶金工程设计第2册M.北京：冶金工业出版社，2006指导老师审核意见：指导教师签字： 年 月 日摘 要本设计为年产26万吨电解铜的电解车间设计，根据设计任务书的要求，对年产26万吨电解铜的电解车间进行了模拟工程设计。主要内容包括概述、厂址的选择与论证、工艺流程选择与论证、冶金计算、主要设备计算与选型、
16、环保措施、技术经济指标选择与论证等部分。以各铜电解厂参数为参考依据进行选取工艺流程，依据物料衡算数据进行净化与硫酸盐的冶金计算。列出设备明细表，对车间平面进行配置与安排，最终进行技术经济分析与评价，得出本设计的最后结果。关键词：粗铜；电解；参数；指标；衡算；选择论证ABSTRACTThe design for the electrolysis workshop design annual production capacity of 260000 tons of electrolytic copper, according to the design requirements of the t
17、ask, were simulated in engineering design of electrolysis workshop with an annual output of 260000 tons of electrolytic copper. The main contents include introduction, site selection and demonstration, process selection and demonstration, metallurgical calculation, calculation and selection of main
18、equipment, environmental protection measures, technical and economic indicators selection and demonstration etc. In the copper electrolysis plant parameters for the selected process reference, on the basis of the material balance data calculation and sulfate purification of metallurgical. List the e
19、quipment list, configuration and arrangement of the workshop plane, the final analysis and evaluation of technology and economy, Finally, get the results of this design.Keywords:thick；copper；Electrolysis；Parameter；index；Calculation目 录 第一章 概述 11.1 铜的性质 11.2 纯铜及其合金的用途 41.3 铜的电解精炼概述 41.4 电解精炼中杂质的行为和影响
20、7 第二章 厂址的选择与论证 102.1 厂址的选择依据 102.2 厂址选择与论证 11第三章 电解精炼及净化流程的选择与论证133.1 铜电解精炼流程简述 133.2 铜电解精炼的理论基础 153.3 电解液的净化 18第四章 铜电解精炼技术条件的选择与论证19 4.1 电解液的组成 194.2 添加剂 204.3 电解液温度 204.4 电解液循环 214.5 电流密度 214.6 同极中心距 214.7 阳极寿命和阴极周期 22第五章 技术经济指标的选择与论证235.1 电流效率 235.2 残极率 245.3 铜电解回收率 245.4 槽电压 245.5 直流电能单位消耗 255.6
21、 硫酸单位消耗 255.7 蒸汽单位消耗 25第六章 冶金计算 266.1 铜电解精炼物料平衡计算 266.2 铜电解精炼热平衡计算 296.3 电解液净化及硫酸盐生产冶金计算 32第七章 主要设备的选择和计算 387.1 电解槽各有关设备选择和计算 387.2 整流器及导电铜材料的计算 397.3 电解液循环系统设备及管道计算 417.4 车间运输设备计算及选择 447.5 其他设备及设施 457.6 粗硫酸铜的生产主要设备计算选择 467.7 脱铜电解主要设备计算选择 477.8 粗硫酸镍的主体设备计算以及选择 50第八章 车间环保与安全生产 518.1 环境保护 518.2 安全生产 5
22、1第九章 设备明细表 53第十章 车间平面配置与安排 5510.1 车间配置的基本原则5510.2 车间的具体配置57第十一章 技术经济分析与评价 5811.1 车间定员5811.2 项目成本评价5811.3 项目收益评价6111.4 综合效益评价61参考文献63附录（含外文资料和中文译文） 64致谢77小论文 78江西理工大学2013届本科生毕业设计（论文）第一章 概述1.1铜的性质1.1.1铜的物理性质铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。自然铜及氧化铜的储量少，现在世界上80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的，这种矿石含
23、铜量极低，一般在2-3%左右。金属铜，元素符号Cu，原子量63.54,比重8.92，熔点10830C。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色。铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，且抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，形成的合金主要分成三类：黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金，白铜是铜钴镍合金。铜在地壳中的克拉克值为0.01%，世界铜储量约5000104t，主要储于智利、美国、俄罗斯、利比亚、加拿大、秘鲁、波兰、菲律宾等国家。此外洋底锰結核中亦有丰富的铜。全球主要产铜国家是智利、美国、俄罗斯。
24、已知的含铜矿物有250多种1，主要工业矿物如下表，其中最重要的是黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿。表1-1 含铜主要供应矿物名称矿物种类分子式含铜量(%)自然元素自然铜Cu100硫化物黃铜矿CuFeS234.5斑铜矿Cu5FeS263.3辉铜矿Cu2S79.8铜 蓝CuS66.4硫砷化物和硫砷铜矿Cu3AsS448.3硫锑化物砷黝铜矿(Cu9Fe)12As4S1357.0黝铜矿(Cu9Fe)12Sb4S1352.1氧化物赤铜矿Cu2O88.8黑铜矿CuO79.8碳酸盐孔雀石CuCO3Cu(OH)257.3蓝铜矿2CuCO3Cu(OH)255.1硫酸盐铜靛岩CuSO4胆矾CuSO45H2O铜叶绿矾CuFe
25、4+3(SO4)6(OH)22H2O硅酸盐硅孔雀石CuSiO32H2O36.0除了主要矿物外，铜矿中还含有少量的其他金属，如铅、锌、镍、铁、砷、锑、铋、硒、锑、钨、钼、钴、锰等，并含有金银等贵金属和稀有金属，它们在冶炼过程中分别进入不同的产品中，所以炼铜工厂通常设有综合回收这些金属的车间。进入冶炼厂的铜矿都为浮选产出的铜精矿，品位1035%。硫化铜精矿是炼铜的主要原料。有时也处理自然铜精矿，但很次要。氧化矿可与硫化矿一起处理。未经选矿的氧化矿可直接用湿法或离析法等方法处理。我国铜资源分布很广，几乎遍及全国各地。一般来说，我国硫化矿的品味较低。矿物的性质也比较复杂，原生矿与次生矿交错混乱，并有大
26、量多金属伴生，处理也比较复杂，且需特别重视综合回收问题。铜的蒸汽压很小，在熔点温度下仅为910-5Pa。高温下，液体铜能溶解、氧、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等气体。凝固时，溶解的气体又从铜中放出，造成铜铸件内带有气孔，影响铜的机械性能和电工性能。1.1.2铜的化学性质铜在干燥的空气中不起变化，但在含有二氧化碳的潮湿空气中则能氧化形成碱式碳酸铜（铜绿）的有毒薄膜。加热至150，铜在空气中开始氧化，高于350氧化生成Cu20和CuO。因铜为正电性元素，故不能置换酸（盐酸和硫酸）中的氢，而仅能溶于有氧化作用的酸如硝酸和有氧化剂存在时的硫酸中。铜能溶于氨水及与氧、硫、卤素等化合。1.1.3铜的主要化
27、合物的性质(1) 化铜CuS，天然硫化铜为绿色或棕黑色无定形不稳定化合物铜蓝，比重为4.68，中性或还原性气氛中加热即分解为Cu2S和S2。Cu2S不溶于水、稀硫酸和苛性钠中，但能溶于氰化钾和热硝酸中。(2) 化亚铜Cu2S，天然的硫化亚铜为辉铜矿，蓝黑色无定形或结晶形，比重为5.76，熔点为1135.它在高温下稳定或氧化成金属铜，常温下不被空气氧化，430-680下则氧化放出SO2。赤热Cu2S的可逐渐被CO2氧化和缓慢地但能完全的被H2分解。CO能氧化Cu2S。以Cu2S和FeS为主的共熔体称为冰铜。由于铜对硫的亲和力大，故在冰铜吹炼时FeS先氧化造渣，剩下的Cu2S（称白铍）被吹炼成粗铜
28、。Cu2S不溶于水和几乎不溶于稀硫酸，与浓硫酸作用生成CuSO4、CuS和SO2，溶解于浓盐酸时放出H2S。Cu2S可溶于NH4OH、HNO3、Fe2(SO4)、FeCl3、CuCl2中。(3) 氧化铜CuO，天然氧化铜为黑色无光泽的黑铜矿，比重为6.36.4。它不稳定，遇热即分解。CuO易被H2、C、CO、CxHy和较负电性的Zn、Fe、Ni等所还原。它不溶于水，但可溶于FeCl2、FeCl3、NH4OH、Fe2(SO4)、(NH4)2CO3及各种稀酸中。(4) 氧化亚铜CuO、CuO2，天然氧化亚铜称为赤铜矿，比重为6.11，熔点为1235。它高温稳定，在2200以上才完全分解，在1060
29、以下时则部分或全部变为。CuO2也易被H2、C、CO、CxHy和Zn、Fe或其它对氧亲和力强的元素所还原。高温时进行的反应：2Cu2O+Cu2S=6Cu+ SO2是冰铜吹炼成粗铜的理论基础。该反应在450开始至1100完成。吹炼时，由于铜对硫的亲和力大于铁，而铁对氧的亲和力大于铜，是反应CuO2+FeS=Cu2S+FeO向右进行到底。因此在冰铜中的Fe未完全氧化造渣以前，理论上Cu2S是不会被氧化的。CuO2也不溶于水，但溶于HCl、H2SO4、FeCl2、FeCl3、Fe2(SO4)、NH4OH、等溶剂中，这些反应为湿法冶金所应用。(5) 硅酸铜xCunySi2zH2O自然界中的硅酸铜有硅孔
30、雀石CuOSiO2H2O和透视石CuOSiOH2O。它们在高温下分解成稳定的2Cu2OSiO2，后者易被H2、C、CO等还原，也易被FeO、CaO等强碱性氧化物和铜、铁硫化物分解，并能溶于浓硝酸、稀醋酸、盐酸和硫酸中。(6) 硫酸铜CuSO4，自然界的硫酸铜为天蓝色三斜晶体系结晶的胆矾。无水硫酸铜为白色粉末，加热时分解成CuO和SO3(SO2+O2)。硫酸铜易溶于水,铁、锌等可从硫酸铜中置换出铜。(7) 氯化铜CuCl2，氯化铜无天然矿物，人造氯化铜为褐色粉末。熔点为498。沸点低，易挥发，也溶于水。氯化铜不稳定，加热至340即分解生成白色粉末的氯化亚铜：CuCl2=Cu2Cl2+Cl2。1.
31、2纯铜及其合金的用途(1) 铜的导电性铜最重要的特性之一便是其具有极佳的导电性，其电导率为58m/(mm2)。这一特性使得铜大量应用于电子、电气、电信和电子行业。铜的这种高导电性与取原子结构有关；当多个单独存在的铜原子结合成铜块时，其价电子将不再局限于铜原子之中，因而可以在全部的固态铜中自由移动，其导电性仅次于银。铜的导电性国际标准为：长1m重1g的铜在20时的导电量公认为100%。现在的铜炼技术已经可以生产出同品级铜的导电量比这个国际标准高出4%5% 。(2) 铜的导热性固体铜中含有自由电子所产生的另一重要效应就是其拥有极高的导热性，其热导性为386W/(m.k)，导热性仅次于银。加之铜比金
32、、银储量更丰富,价格更便宜，因此被制成电线电缆、接插件端子、汇流排、引线框架等各种产品，广泛用于电子电气、电讯和电子行业。铜还有各种换热设备如热交换器、冷凝器、散热器的关键材料，被广泛应用于电站辅机、空调、制冷、汽车水箱、太阳能集热器栅板、海水淡化以及医药、化工、冶金等各种换热场合。(3) 铜的耐蚀性铜具有良好的耐蚀性能，优于普通钢材，在碱性气氛中优于铝。铜的电位序中是+0.34V，比氢高，是电位较正的金属。铜在淡水中的腐蚀速度也很低(约0.05mm/a)。并且铜管用于运送自来水时，管壁不沉积矿物质，这点是铁制水管所远不能及的。正因为这一特性，高级卫浴给水装置中大量使用铜制水管、龙头及有关设备
33、。铜极耐大气腐蚀，其在表面可形成一层主要有碱式硫酸铜组成的保护薄膜，即铜绿，其化学成分为CuS04 Cu(OH)2及CuSO43Cu(OH)2。因此铜材被用于建筑屋屋面板、雨水管、上下管道、管件;化工和医药容器、反应釜、纸浆滤网;舰船设备、螺旋桨、生活和消防管网；冲制种类硬币(耐腐蚀性)、装饰、奖牌、奖杯、雕塑和工艺品(耐蚀性色泽典雅)等。1.3铜的电解精炼概述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，现代几乎所有的粗铜都经过电解精炼，以除去火法精炼难以出去的杂质。铜的电解精炼，是将火
34、法精炼的铜浇铸成阳极板，用纯铜薄片作为阴极片。相间地装入电解槽中，用硫酸铜和硫酸的水溶液作电解液，在直流电的作用下，阳极上的铜和电位较负的贱金属溶解进入溶液，而贵金属和某些金属（如硒、碲）不溶，成为阳极泥沉于电解槽底。溶液中的铜在阴极上优先析出，而其他电位较负的贱金属不能在阴极上析出，留于电解液中，待电解液定期净化时除去。这样，阴极上析出的金属铜纯度很高，称为阴极铜或电解铜，简称电铜。含有贵金属和硒、碲等稀有金属的阳极泥，作为铜电解的一种副产品另行处理，以便从中回收金、银、硒等元素。在电解液中逐渐积累的贱金属杂质，当其达到一定的浓度后，会妨碍电解过程的正常进行。例如，曾加电解液的电阻和密度，使
35、阳极泥沉降速度减慢，甚至在阴极上与铜一起放电，影响阴极铜的质量，因此必须定期定量地抽出净化，并相应地向电解液中补充新水和硫酸。抽出的电解液在净化过程中，常将其中的铜、镍等有价元素以硫酸盐的形态产出，硫酸则返回电解系统重复使用。在电解车间，通常设有几百个甚至几千个电解槽，每一个直流电源串联其中的若干个电解槽成为一个系统。所有的电解槽中的电解液必须不断循环，使电解槽内的电解液成分均匀。在电解液循环系统中，通常设有加热装置，以将电解液加热至一定的温度。近十年来，我国铜电解精炼操作技术有很大改进，操作电流密度大幅度提高【5】，使生产得到强化。进行了周期反向电流电解试验，操作电流密度达到400A/m2。
36、1.3.2铜电解精炼的基本原理传统的铜电解精炼是采用纯净的电解铜薄片作阴极，阳极铜板含有少量杂质（一般为0.3%1.5%）。电解液主要为含有游离硫酸的硫酸铜溶液。由于电离的缘故，电解液中的各组分按下列反应生成离子：CuSO4=Cu2+SO42-H2SO4=2H+SO42-H2O=H+OH-在未通电时，上述反应处于动态平衡。但在直流电通过电极和溶液的情况下，各种离子作定向运动，在阳极上可能发生下列反应：种板 阳极 初始片 阳极种板槽电解精炼净 化初始片 残极 阳极泥 电解液 电解液 电铜 阳极 泥残极送电解 返火法 送阳极 送阳极 返火法精炼 精炼 泥处理 泥处理 精炼再生铜 粗硫酸镍 结晶硫酸
37、铜 粗硫酸返火法精炼 生产精制硫酸镍 返回电解精炼图1.1 铜电解精炼一般工艺流程图式中M只指Fe、Ni、Pb、As、SB等比Cu更负电性的金属。因其浓度很低，其电极电位将进一步降低，从而它们将优先进入电解液。由于阳极主要成分是铜，所以阳极的主要反应将是铜溶解形成Cu2+的反应。至于H2O和SO42-失去电子的氧化反应，由于其电极电位比铜正的多，故在阳极上是不可能进行的。另外，如Ag、Au、Pt等电位更正贵金属、铂族金属和稀有金属，更是不能溶解，而落到电解槽底部。此外，杨的析出还具有相当大的超电位。因此，在铜电解精炼过程中不可能发生水放电，只有当铜离子的浓度达到极高或电解槽内阳极严重钝化，使精
38、炼电压升高至1.7V以上时才可能有氧在阳极上放出。至于SO42-离子的放电反应，因为其电位更正，故在铜电解精炼过程中式不能进行的。在阴极上可能发生下列反应：氢的标准电位较铜负，且在铜阳极上的超电压使使氢的电极电位更负，所以在正常的电解精炼条件下，阴极不会析出氢，而只有铜的析出。同样，标准电位比铜低而浓度又小的负电性金属M，不会在阴极析出。电解过程中还形成一价铜离子Cu+并建立下列平衡：表1-2 上式在不同温度下的平衡数据温度（）101 6050 403021KCu1.61034.21041.01052.51057.01052.0106综上所述，铜电解精炼过程，主要是在直流电的作用下，铜在阳极上
39、失去电子后以Cu2+的形态溶解，而Cu2+在阴极上得到电子以金属铜的形态析出的过程。除此之外，还不可避免地有Cu2+的产生，并引起一系列的副反应，使电解过程复杂化。根据以上情况，可以认为铜电解精炼时较有利的工作条件是：电解液中含有足够高的游离硫酸和二价铜离子；电解液的温度不宜过高；采用足够高的电流密度；尽量减少电解液与空气的接触6。1.4铜电解精炼中杂质的主要行为和影响在电解精炼过程中，阳极铜中的各种杂质的行为，按其电位序可分为四类：（1）比铜更负电性的元素。如：锡、锌、铁和镍，大部分进入电解液，并在电解液中积累，需定期净化除去；当阳极溶解时，以金属形态存在的该类杂质均电化溶解，并以二价离子形
40、态进入溶液，其中铅、锡由于产生难溶的盐类或氧化物，大部分转入阳极泥，其余则在电解液中积累。共同特点是：消耗溶液中的硫酸，增加溶液的电阻。锌、铁和锡都是在火法精炼中容易除去的杂质，在阳极中含量很低。锌在阳极溶解时，全部成为硫酸锌进入电解液；铁以Fe2O3形式存在于铜晶体间的缝隙中，阳极溶解时绝大部分以二价形式进入电解液；锡在阳极溶解时最终水解为溶解度不大的碱式盐，沉入槽底成为阳极泥。铅主要生成PbSO4进入阳极泥。镍是火法精炼时难以除去的杂质。为了提高冶炼流程中镍的综合利用率，火法精炼时，力求将镍最大限度地以金属镍的形式保存在阳极泥中，即调铜保镍。实践表明，镍在阳极上的溶解与阳极含氧量有很大的关系。阳极含氧量低，镍绝大部分进入溶液；阳极含氧量高，则镍很大部分进入阳极泥。（2）比铜更正电性的元素。如：金、银、铂和钯，一般以金属状态进入阳极泥；银、金和铂族元素比铜具有较大的正电性，但他们通常只以很小的浓度与铜形成固溶体，若浓度较高，则形成过饱和溶体。对阳极泥进行的物相分析结果发现，阳极泥中绝大部分的银以硫酸银形式存在，
