铜电解精炼冶金计算

铜电解精炼冶金计算
1、物料平衡计算
计算条件：产量为100000t电解铜/a，年工作日为355天。

火法精炼后阳极成分见表7-1。

表7-1 阳极成分
元素
C
u
N
i
A
s
S
b
A
g
F
e
B
i
Te
Se+S O A
u
P
b
含
量%
电回收率：%；残极率：15%。

铜电解过程元素分配%)
/
(W：
表7-2 铜电解过程元素分配%)
/
(W
元素进入电解液进入阳极泥进入电解铜Cu
Ni
As
Sb17785
Ag—952
Bi18
Te
Se+—946
S—964
O—973
Au—
Pb—937
Fe745321
假设以溶解100kg的阳极铜平衡进行计算
阴极铜产量和电铜品味计算
Cu：×%=
Ni：×%=
As：×%=
Sb：×5%=
Ag：×5%=
Bi：×%=
Se+Te：×6%=
Fe：×21%=
S：×4%=
O：×3%=
Au：×%=
Pb：×7%%=
合计：
电铜品位：÷=%
阳极泥率和成份计算Cu：99×%=
Ni：×%=
As：×%=
Sb：×78%=
Ag：×95%=
Se+Te：×94%=
S：×96%=
O：×97%=
Au：×%=
Pb：×93%=
Fe:×3%=
合计：
阳极泥率：%（对溶解阳极铜） 电解物料平衡计算
（1）1t 阴极铜需要溶解的阳极量
t 0119.1%
8.99%991%
98.991=⨯⨯⨯
(2)阳极实际需要量
a t /322.119288)
15.01(998.010000
0119.1=-⨯⨯
（3）阳极实际溶解的量
a t /101395998
.0100000
0119.1=⨯
（4）阳极铜的含量
a t /4388.11809599.0322.119288=⨯
（5）残极量
a t /2483.1789315.0322.119288=⨯
（6）残极铜的含量
a t /3158.1771499.02482.17893=⨯
（7）阳极的泥量 （8）阳极泥含铜量：a
（9）电解液中各个元素的含量：
根据阳极成分和计算的阳极泥中各元素量及其成分见表7-3
表7-3 阳极泥中各元素重量级百分比
元素
进入阳极泥的量t/a
阳极泥成
元
素
进入阳极泥的量t/a
阳极泥成
表7-4 电解液中各元素的含量
分，%
分，%
Cu
⨯%⨯%=
A
u
⨯⨯
⨯⨯
⨯⨯ ⨯⨯ ⨯⨯ ⨯⨯ ⨯⨯ ⨯⨯
⨯⨯
⨯⨯
其
它
Se +Te
⨯⨯
共
计
装入
物 料
名 称
物料
量
Cu
As
Ni
Au
Ag
t/a
%
a t /
%
a t /
%
a t /
%
a t /
%
a t /
阳极
合 计
产 出
物 料
名 称 物料
量
Cu
As
Ni
Au
Ag
t/a
%
a t /
%
a t /
%
a t /
%
a t /
%
a t /
电解铜
1000
9998
+铜电解精炼热平衡计算
仪器及实验条件参数设定如下：
电解槽的外形尺寸：5100×1265×1395； 电流强度：10000A ； 槽间电压：； 电解槽的数量：560； 电解槽的外壁温度：35°C 电解车间温度：2°C5 电解液的温度：60°C
电解液循环速度：20L/min （商品槽与种板槽共用一个循环系统）；
热量支出
（1）槽内液面上水蒸气的热损失q 1
槽的总液表面积 S=××560=
残极铜
99..0
阳极泥
电解液
损失及计算误差
合计
5302
每平方电解槽液面在无覆盖时的水分蒸发量查表得(m 2·h). 60℃的水气化为kg kJ /
则
q 1=××=h
（2）槽液面上对流传热与辐射损失
q 2
根据化工原理的傅立叶传热公式： Q=KS （
t 1-t 2
）
式中：K —辐射与对流联合导热系数，kJ/( m 2·h ·℃)取； S —传热面积，㎡；
21t t -—电解液与车间空气温度差，℃。

则：q
2=×（60-25）×=h （3）槽外壁的对流传热与辐射损失
q 3
槽壁总面子S 总=560×（×+××2+××2）= m 2 根据化工原理的傅立叶传热公式： Q=KS （
t 1-t 2
）
式中：K —对钢筋混凝土槽壁辐射与对流联合导热系数，kJ/( m 2·h ·℃)，当槽外壁温度为35℃，车间室温为25℃时，取
则：q
3=×（35-25）× （4）循环管道内溶液热损失为
q 4
电解液的循环量为：h m /2556101420603033=⨯⨯⨯-
t C V q p ∆=γ4 （7-7） 式中：V —电解液循环量，h m /7503；
p
C—电解液热容量，KJ/(kg·℃)，；
γ—电解液密度，3
/
1250m
kg；
t∆—电解液在循环管道内的温度降，根据车间规模大小取2～4℃，本设计取3℃。

q4h
kJ/
8643600
3
43
.3
1250
672=
⨯
⨯
⨯
=16=h
热量收入
热量收入为电流通过电解液时所产生的热：
3
10
239
.0
18
.4-
⨯
⨯
⨯
=IEtN
Q
式中：I—电流强度，A；
E—消耗于克服电解液阻力得到槽电压/V,为槽电压的50%左右；
N—电解槽数；
t—时间，取3600s。

则热量收入：
Q=××××10000×3600×560×10-3=kJ h
综上热量衡算可得
整个车间需补充的额外热量为：
q1＋q2＋q3＋q4－Q=++
+h
kJ/
777
.
23719967
=。

表7-5 电解精炼系统热量衡算
热量流入1-
•h
kJ热量流出1-
•h
kJ
加热器补充的热量
777
.
23719967电解槽外壁的辐
射与对流热损失
电流通过电解液产生的热量
电解槽液面水蒸发热损失
电解槽液面辐射与对流热损失
循环管道内溶液热损失
8643600
合计 .257 合计 .257
净液量的计算
本设计铜净化的过程主要采用的流程有中和结晶、脱铜电解、电热浓缩生产粗硫酸镍。

设计规模为产量100000t/a 电解铜，阳极板成分为：Cu ：%，Ni ：%，As ：%，Fe ：%，Sb ：%，Bi ：%。

生产1t 的电铜所溶解的阳极板量为，在净化过程中铜、镍、砷、锑、铋和铁的脱出率分别为98%、75%、85%、85%、85%、和80%。

本设计所取有害杂质在电解液中的允许含量如下表所示:
表7-6 各种有害杂质元素在电解液中的允许含量
元素 Cu Ni As Fe Sb
Bi 含量
<50
<20
<7
<
<
<
净液量的计算公式如下：
c
k m V ⨯⨯=3
10 （7-8）
式中：m —每溶解100㎏阳极后某元素进入溶液的数量㎏； k —元素在整个净化过程中的脱除率%； c —元素允许的极限浓度（即允许含量）l g /。

设计中主要元素净液量的计算分别如下：
a Q /m 893.3577798
.05010%75.1%990119.110000033
=⨯⨯⨯⨯⨯=铜
a Q /5828.544m 75
.01510%81%08.00119.110000033
=⨯⨯⨯⨯⨯=镍
a Q /m 452.156285
.0710%4.63%02.00119.110000033
=⨯⨯⨯⨯⨯=砷
a Q /m 4941.936280
.05.010%74%002.00119.110000033
=⨯⨯⨯⨯⨯=铁
a Q /m 8.2499485
.06.010%17%126.00119.110000033
=⨯⨯⨯⨯⨯=锑
a Q /m 7647.523985
.05.010%16%025.00119.110000033
=⨯⨯⨯⨯⨯=
铋
表7-7主要元素的净液量
元素 Cu Ni As Fe
Sb
Bi 净液量a m /3
根据上表可知，净液量需求最大的是铜，其次的是铋。

本设计采用在电解工序电解槽中增加不溶阳极的方法脱出，则净液量以铋的净液量为准，取为44000a m /3。

按照44000a m /3的净液量可以推算出电解液的实际含量（l g /）：
L g C Bi
/1218.04400085.010%18%025.00119.11000003
=⨯⨯⨯⨯⨯=
L g C As
/4307.34400085.010%4.63%20.00119.11000003=⨯⨯⨯⨯⨯=
L g C Sb
/5795.04400085.010%17%126.00119.11000003=⨯⨯⨯⨯⨯=
L g C Ni
/9870.14400075.010%81%008.00119.11000003=⨯⨯⨯⨯⨯=
L g C Ni
/6567.4044000
98.010%75.1%0.990119.11000003=⨯⨯⨯⨯⨯=
L g C SO H /18042=
由以上的计算可知，电解液的实际含量（l g /）：Bi:、As:、Sb:、Cu:、Ni:、
42SO H ：180。

硫酸盐生产物料衡算
衡算的基本数据如下； 加入铜料的品位％；
硫酸铜平均结晶率60％； 中和终液含铜：120；
中和过程溶液体积缩率70％； 硫酸铜含铜％；
一次结晶液体缩率81％； 铜回收率98％。

硫酸铜结晶水返回中和系统； 需加入铜料的量
根据经验选取结晶所需的洗水成分为Cu:40g/l ，H 2SO 4:50g/l 。

本设计的流量取1388a m /3。

则中和过程进料成分为： Cu ϕ=+⨯+⨯=
138********
13886567.4044000l ；
42SO H ϕ=+⨯+⨯=
1388
4400050
138818044000l;
铜料的加入量(按纯铜计）:
q=(44000+1388)⨯%70⨯310-⨯⨯.69=1557t 中和液所需加入铜料量(按纯铜计)
()[]t Q 178.19681064.404438810%7013884400012033=⨯⨯-⨯⨯+⨯=--
加入铜料耗酸：t 50.30375
.6398
178.1968=⨯
中和液体积：a m /60.31771%70453883=⨯
中和终液溶液含酸：
l g /359.155106
.1077150
.30371002.1764538833=⨯-⨯⨯- 计算硫酸铜产品产量
硫酸铜结晶量：
t 2262.937510%4.24%
6060.317711203
=⨯⨯⨯
结晶洗水体积及成分；
在生产实践中，硫酸铜结晶的洗水量为每吨~1m 3，洗水含铜约为40g/l ，含
酸约为50g/l ，,因此洗水量为 ；
a m /70.84379.02262.93753=⨯
洗水带走的铜量：t 508.337104070.84373=⨯⨯-
硫酸铜产品产量：
t 4922.7804%
4.24508
.337%9810%6060.317711203=-⨯⨯⨯⨯- 一次母液体积及铜，酸浓度
一次母液体积：a m /996.26734%8160.317713=⨯
母液含铜：
l g /07.58996
.25734%
98%4060.31771120=⨯⨯⨯
母液含酸： L g /68.200996
.2573450
70.843783.17560.31776=⨯-⨯
脱铜电解物料平衡计算 脱铜的基本参数： 铜的回收率：98%
一次脱铜后终液含Cu 为30L g /； 二次脱铜后终液含Cu 为L g /； 二级电铜含Cu 为%； 铜回收率 98%。

二级电铜产量：
()a t /63.708%
9.99%
981025734996
3007.583=⨯⨯⨯--
黑铜板，粉产量：
()a t /855.1062%
70%
9810996.257345.0303=⨯⨯⨯-- 黑铜板，粉含杂质质量：
%07.12855.1062%
85104307.3440003=⨯⨯⨯=-As ϕ
%04.23
.360%85105795.0440003=⨯⨯⨯=-Sb
ϕ
脱铜电解过程增加的
酸量：
()8.915
.3598
5.060=⨯
- %
43.0855
.1062%85101218.0440003=⨯⨯⨯=-Bi ϕ
脱铜终液中的酸量：L g /825.267025.1768.91=+ 粗硫酸镍生产计算
生产过程的基本参数： 镍的回收率为98%； 粗硫酸镍含Ni 约为%；
回收酸中的成份：Ni ：6L g /；Cu:L g /；42SO H : 1100L g /； 根据以上的基本参数可得：
生产过程中镍的进料量为：a t /48.172%98104440003=⨯⨯⨯-； 回收酸的体积（忽略蒸发过程的酸损失不计）为：a m V /886.62651100
996.25734825.2673=⨯=
粗硫酸镍产量为：
a t /871.208%
5.2310688
6.626568.863
=⨯⨯-- 根据以上的静液过程的物料衡算结果可得物料平衡表：
7-7净液过程主要物料平衡表
序号 物料名称 物料量
Cu
Ni
As
Sb
Bi
l
g /a
t /l
g /a
t /%l g /
a
t /l
g /a
t /l
g /a
t /
进入 不洁电解液 44000
a m /3
178889
加入铜料
a t /
小计 a t /
二级
a t /
产出
电铜
硫酸铜
a t /
粗硫酸镍
a t /
黑铜板粉
a t /
7
744
回收酸
a m /3
6
损失误差
380。