铜电解槽精炼车间工业设计

铜电解槽精炼车间工业设

计

Newly compiled on November 23, 2020

铜电解槽精炼车间工艺设计

一、概述

1、粗铜经火法精炼后仍含有一点数量的杂质。这些杂质的存在会使铜的某些物理性质和机械性能变坏，不能满足电气工业对铜的要求。因此，粗铜在火法精炼后需要电解精炼以除去有害杂质。铜的电解精炼以火法精炼产出的铜为阳极，以电解产出的薄铜片为阴极，以硫酸和硫酸铜水溶液作电解液。在直流电作用下，阳极铜电化学溶解，在阴极上沉积，杂质则进入阳极泥和电解液中，从而实现铜于杂质的分离。

下图为铜电解精炼一般工艺流程图：

种板阳极

阳极

阳极泥

送阳极泥

处理法精炼

结晶硫酸铜粗硫酸

图1-1铜电解精炼一般工艺流程图：

2、铜阳极

铜电解精炼的原料是火法精炼后烧铸而成的铜阳极。生产中应尽量获得质量良好的铜阳极板。

二、技术条件及技术经济指标的选择

1、操作技术条件

⑴、电流密度

电流密度是指单位面积上通过的电流安培数。电流密度的范围为200-360A /m 2.。种板电解槽电流密度比普通电解槽电流密度稍低，本设计中普通电解槽电流密度取300 A /m 2，种板电解槽电流密度取230A /m 2。 ⑵、电解液成分

电解液成分主要由硫酸和硫酸铜水溶液组成。其铜和硫酸的含量视电流密度、阳极成分和电解液的纯净度等条件而定。在电解生产中，必须根据具体条件加以掌握，以控制电解液的含铜量处于规定的范围。 ⑶、极距

极距一般指同极中心距。本设计取极距为90mm 。 ⑷、阳极寿命和阴极周期

阳极寿命根据电流密度、阳极质量及残极率来确定，一般为18-24天。阴极周期与电流密度、阳极寿命及劳动组织等因素有关，一般为阳极寿命的1/3。本设计中阳极寿命为18天，阴极寿命为6天。 2、技术经济指标 ⑴、电流效率

电流效率是指电解过程中，阴极实际析出量占理论量的百分比。本设计中电流效率为% ⑵、残极率

残极率是指产出残极量占消耗阳极量的百分比。本设计中残极率17%。 ⑶、电解回收率

铜电解回收率反应在电解过程中铜的回收程度，其计算方法如下：

铜电解回收率×100 ％

本设计中铜电解回收率为99%。

⑷、槽电压

槽电压由电解液电阻引起的电压降，金属导体电压降，接触点电压降，克服阳极泥电阻的电压降，浓差极化引起的电压降等组成。普通槽槽电压一般为~；种板槽电压一般为~。

三、主体设备设计

1、电解槽的材质与结构

电解槽的材质一般以钢筋混凝土为槽体，内衬造价低廉、耐热、耐腐蚀和电绝缘性能良好的材料。电解槽结构见设计图。通常电解槽由长方形槽体和附设的供液管、排液斗、出液斗的液面调节堰板等组成。槽体底部作成由一端向另一端倾斜，最低处开设排泥孔，较高处设有放液孔，分别供刷槽时排放阳极泥和电解液用。电解槽安装在钢筋混凝土横梁上，槽底四角垫以橡胶板和瓷砖。

2、电解槽总数的确定

电解槽总数包括普通电解槽、种板电解槽和脱铜电解槽。其总数按下式计算：

（3-1）

M 年产铜数量，t；

η电流效率；

I 电流强度，A。

铜的电化当量，g∕A·h

本设计中已知 M = 40000t

η= %

I =10000A

年工作日：350d

日通电小时：

将已知数据代入上式得N = 取整数N=424个

3、阳极、阴极、种板和始极片的选择与计算

⑴、阳极、阴极和种板的尺寸

①阳极尺寸的选择与生产规模、操作机械化程度及其他一些条件有关。本设计中采用

阳极尺寸为：阳极长780mm 阳极宽730mm 。

②阴极尺寸应比阳极稍大一些，一般比阳极宽35~55mm，比阳极长25~45mm。本设计中阴极尺寸为：阴极长=780+30=810mm 阴极宽=730+40=770mm。

③种板的尺寸一般比始极片宽20~30 mm，长50~70mm。本设计中种板的尺寸为：种板长=780+20=800mm 种板宽=730+50=780mm 。

⑵、电解槽中阴极和阳极的片数每槽阴极的片数为： n c =I∕(D k f c) （3-2）

式中n c 每槽阴极片数,片；

I 电流强度，A；

电流密度，A∕m2；（本设计中取300 A∕m2）

D

k

每片始极片的面积（本设计中为×× 2 ＝）。

f

c

每槽阳极的片数为：n c+1

将以上数据代入式（3-2）得 n c =10000∕（300×）= 取整数30，

则每槽阳极的片数为30+1=31。

4、电解槽尺寸的确定

电解槽长度：

电解槽两端各留120mm，则电解槽长度为：

L=31×90+2×120=3030mm ； 电解槽宽度：

阴极两侧距槽边各留50mm ，则电解槽宽度为： D=730+2×50=830mm ； 电解槽深度：

阴极下端距槽底留280mm ，阴极上端距距槽面留80mm ，则电解槽深度为： H=780+280+80=1140mm 。 5、种板槽数的确定

电解精炼过程所需种板槽数可按下式计算： X=

（3-3）

式中

X

N 车间电解槽总数，个； a

种板周期，d ；取一天 n c

一个普通电解槽的阴极数，片； P 一片阴极所需始极片量，取； A 阴极周期，d ；

B 一个种板槽的种板数，片；

C 始极片的成品率，取。

其中 f c = ××2=

则 B = I ∕(D k f c )=10000∕(230×= 取35。 将以上数据代入式（3-3）得