铜电解车间设计

前言

同时人类历史上发现的最早的金属，约一万年前，人们就已经将统计工程为各种生活用品和生产用具。到现在，世界上生产痛的方法主要分火法炼铜，湿法炼铜。火法炼铜是指在高温炉中进行的痛的冶炼过程，而湿法是在常温或者是在一百摄氏度左右进行的冶金过程。经过活法和湿法得到的铜主要是得到可以进行电解精炼的阳极铜。

铜电解精炼工艺1869年首次在工业上应用，阳极使用粗铜板，阴极使用始极片电解生产阴极铜的电解精炼工艺称为传统法。在随后的一百多年的发展历程中其基本原则和理论并没有发生多大的变化，而在围绕提高技术装备水平、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，则有了巨大的进步，这种进步在近几十年间尤为显著。直到1978年PLY铜精炼有限公司汤斯维尔铜电解精炼厂使用永久性不锈钢阴极板替代传统工艺使用的铜始极片，阴极铜产品由自动剥片机上剥取的方法就是后来的ISA法铜电解技术。

ISA法和传统法相比，其最大的优点是减少了始极片的生产工序，降低了生产车间的投资成本，减少了日常维护费用，生产作业的周期也大为缩短，能够持续生产高质量的阴极铜，可以说ISA法铜电解技术是传统法的突破性发展。

本设计根据毕业设计任务书的要求在综合比较各种铜电解工艺的基础上做出最终的设计方案，设计采用ISA法新工艺，对铜精矿的选取、备料、熔炼、阳极浇铸等工艺进行了一般性的论述。本次设计的重点是电解车间工艺的初步设计，其中包括工艺流程的选择、设备的选型、定员、技术经济核算等方面。设计中采用的主要参数和指标是以贵溪冶炼厂电解工艺的参数为基准，使设计理论更合理，更符合实际工厂生产的需要。

文献综述

1.1铜

1.1.1铜的性质

铜属第四周期第一副族元素。原子序数29，原子量63.57，密度为8.89g/cm-3(20℃),熔点1083℃,沸点2310℃。铜是一种玫瑰红色、柔软、具有较高

的导电性、传热性、延展性、抗拉性和耐腐蚀性的金属。铜易于锻造和压延，能拉成很细的铜丝，能压成0.0026mm厚的铜箔；在金属中铜的导电性仅次于银。

液态铜能溶解某些气体，如氢、氧、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳和水蒸气等。温度越高，溶解度越大。由于溶解的气体与铜及铜中杂质发生化学作用，因而会导致铜的机械性能和导电性、传热性显著恶化。

铜属于活性小的金属。铜在干燥空气中常温时稳定，加热时（185℃以上）开始氧化，赤热时，在铜的表面会生成一层由氧化铜和氧化亚铜组成的黑色覆盖物，在氧充足时表面生成的是氧化铜，里层为氧化亚铜。在含有二氧化碳的潮湿空气中，铜的表面会慢慢生成有毒的铜绿即铜锈。铜在高温下不与氢、氨或碳作用，但在常温下能与卤素作用。铜的表准电位为0.34V，在电位顺序中，铜为于氢的后面。盐酸和稀硫酸不与铜发生反应，但有氧存在时，铜可缓慢溶解，并生成相应的盐。铜可充分迅速地溶于硝酸中，并溶于浓硫酸中，也能很好地溶于热的稀硫酸。

1.1.2铜的用途

纯铜呈紫红色，熔点约1083.4℃，沸点2567℃，密度8.92g/cm3，具有良好的延展性。1g纯铜可拉成3000m细铜丝或压延成面积为10m2几乎透明的铜箔。纯铜的导电性仅次于银，但比银便宜得多，所以当今世界一半以上的铜用于电力和电讯工业上。

1.1.3 铜产品分类

（1）按自然界中存在形态分类

自然铜—铜含量在99%以上，但储量极少；

氧化铜矿—为数也不多；

硫化铜矿—含铜量极低，一般在2-3%左右，世界上80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的。

（2）按生产过程分类

铜精矿—冶炼之前选出的含铜量较高的矿石；

粗铜—铜精矿冶炼后的产品，含铜量在95-98%；

纯铜—火炼或电解之后含量达99%以上的铜。

（3）按主要合金成份分类

黄铜—铜锌合金；

青铜—铜锡合金等(除了锌镍外，加入其他元素的合金均称青铜)；

白铜—铜钴镍合金。

（4）按产品形态分类

铜管、铜棒、铜线、铜板、铜带、铜条、铜箔等

1.2铜电解精炼原理

铜电解精炼是以火法精炼的铜为阳极，硫酸铜和硫酸水溶液为电解质，电铜为阴极向电解槽通直流电使阳极溶解，在阴极析出更纯的金属铜的过程。根据化学性质的不同，阳极中的杂质或者进入阳极泥或者保留在电解液中而被脱除。1.2.1电解精炼的电极反应

同电解精炼是在硫酸铜和硫酸溶液中进行，根据电离理论，溶液中存在H+、Cu2+、SO42-离子和水分子，因此在阳极和阴极之间施加电压通电时，将发生相应的反应。

阳极反应：阳极可能进行的反应如下：

Cu-2e=Cu2+ EѲCu2+/Cu=0.34v

Me-2e=Me2+ EѲMe2+/Me<0.34v

H2O-2e=2H++1/2O2 EѲO2/H2O =1.229v

SO42--2e=SO3+1/2O2 EѲO2/SO42-=2.42v

阴极反应：阴极上可能进行的反应为：

Cu2++2e=Cu EѲCu2+/Cu=0.34 v

2H++2e=H2 EѲH+/H2=0v

Me2++2e=Me EѲMe2+/Me>0.34v

根据电化学原理，在阳极上放电的是电极电位代数值较小的还原态物质，而在阴极上放电的是电极电位较大的氧化态物质。因此，阳极上主要是铜的溶解，阴极上主要是铜的析出。杂质在电解液中的行为主要决定于它们在电位序上的位置及其在电解液中的溶解度。电极电位较铜更负的杂质金属（EѲMe2+/Me<0.34v）进入电解液后会以离子的形式留在电解液中，而电极电位较铜更正的贵金属和某些化合物（EѲMe2+/Me>0.34v）在阳极不发生放电化学溶解，以阳极泥形态沉积槽底，从而实现了铜与阳极泥的分离。在电解精炼过程中，可以将铜阳极中的杂质分为四类：

1.）锌、铁、镍、钴、锡、铅等属于电极电位比铜更负的一类，点解释均溶于电解液中，其中的铅进一步生成难溶的硫酸盐沉降进入阳极泥。这类金属大多