年处理7万吨电解铜电解槽专题计划说明指导书.doc
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1、 冶金技术专业冶金设备课程设计阐明书设计题目: 年解决电解铜7万吨电解槽 专设计时间 12 21 至 12 31 班级: 14冶金 学生姓名: 武俊阳 安徽工业职业技术学院二0一五年编制 目录(1) 设计进度安排及规定21.1进度安排21.2设计规定2 (2)绪言2 (3)工艺流程选取及意义3 3.1工艺流程3 3.2设计意义4(4)冶金计算5 4.1物料平衡计算5 4.2热平衡计算6(5)主体设备选型及计算8 5.1主体设备选型8 5.2电解槽计算11 5.2.1电解槽极板数计算11 5.2.2电解槽尺寸计算12(6)设计心得体会12(7)重要参照资料141 设计进度安排阶段阶段内容起止时间
2、设计计算工艺论证,物料平衡计算,设备选型及主体设备构造设计计算。 1周阐明书编写进行数据整顿、流程选取和论文编写0.5周绘图绘制主体设备图1张0.5周设计内容规定:已知条件:年解决电解铜7万吨/槽,阳极铜成分Cu 99.43,电解铜回收率99.8;电解铜品位 99.95;残极率15;电流密度:320 A/m2;电解槽作业率95;电流效率:96;同极中心距:95mm;始极片尺寸:770740mm(阴极浸没于电解液深度为670mm) 2 绪言 本文重要设计了一座年产7万吨铜铜电解精炼车间及电解工艺。通过收集有关资料,熟悉了电解精炼工艺及车间布置。依照已知条件,选定操作技术条件。在物料平衡和热平衡计
3、算基本上,依照给定条件选取适当工艺流程和主辅设备。对年产7万吨铜铜电解精炼槽进行了槽型设计及绘制出铜电解精炼电解槽安装图。铜火法精炼普通能产出铜99.0%99.8%粗铜产品,但依然不能满足电气工业对铜性质规定,其她工业也需要使用精铜。因而,当代几乎所有粗铜都通过电解精炼,以除去火法精炼难于除去杂质,铜电解精炼,是将火法精炼铜浇铸成阳极板,用纯铜薄作为阴极片,相间地装入电解槽中,用硫酸铜和硫酸水溶液作电解液,在直流电作用下,阳极上铜和电位较负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。溶液中铜在阴极上优先析出,而其她电位较负贱金属不能在阴极上析出。留于电解液定
4、期净化时除去,这样,阴极上析出金属铜纯度很高,称为阴极铜或电解铜,简称电铜。具有贵金属和硒,碲等稀有金属阳极泥,作为铜电解一种副产品另行解决,以便从中回收金,银,硒,碲等元素。在电解液中逐渐积累贱金属杂质,当其达到 一定浓度后,会防碍电解过程正常进行。例如,增长电解液电阻和密度,使阳极泥沉降速度减慢,甚至在阴极上与铜一起共同放电,影响阴极铜质量,因而必要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。抽出电解液在净化过程中,常将其中铜,镍等有价元素以硫酸盐形态产出,硫酸则返回电解系统重复使用。在铜电解车间,普通设有几百个甚至上千个电解槽,每一种直流电源串联其中若干个电解槽成为一种系统。所
5、有电解槽中电解液必要不断循环,使电解槽内电解液成分均匀。在电解液循环系统中,普通设有加热装置,以将电解液加热一定温度。3工艺流程选取及意义3.1工艺流程选取火法精炼产出阴极铜品位普通为99.299.7%,其中还具有0.30.8%杂质。为了提高铜性能,使其达到各种应用规定,同步回收其中有价金属,特别是贵金属、铂族金属和稀散金属,必要对其进行电解精炼。粗铜电解精炼是以铜阳极板为阳极,纯铜始极片或不锈钢板为阴极,以硫酸铜和硫酸溶液为电解液,将极板按一定极距相间排列于电解槽内,通入直流电,阳极不断溶解,便在阴极上析出电解铜。电解过程中,阳极铜中贵金属和硒、碲等有价元素进入阳极泥,沉积于电解槽底,定期排
6、出,送阳极泥车间提取贵金属。镍、砷、锑、铋等杂质大某些进入电解液,需从循环液中抽取一某些进行净化解决。工艺流程涉及电解精炼和电解液净化两某些。以纯铜始极片为阴极,电源为恒向直流电,电流密度为220280A/m2。该法在世界各国均已有近年生产历史,工艺成熟可靠,电耗低。特别是采用了机械化、自动化水平高阴阳极加工机组,并采用新技术恰当提高了阴阳极板垂直度后来,阴极铜产品质量得到明显改进。是老式法始极片制作工艺复杂,不但需要独立生产系统,并且制作过程中劳动强度过大。除此之外,这种工艺流程自身还存在两个难以克服缺陷:(l)电解精炼过程中存在“极限电流密度”,电解精炼时实际电流密度必要低于极限电流密度,
7、否则就会使阴极铜沉积表面粗糙,甚至形成“枝晶”,导致电解槽短路,使电解过程能耗大大增长,并且影响正常生产过程和产品质量。(2)容易形成“阳极钝化”,在正常电压下阳极不能溶解,必要提高电压使钝化膜在更高电压下被破坏并溶解,不但影响正常生产,还会导致电能挥霍和阴极铜化学成分不稳定,进而影响产品质量和物理性能 图1-1 电解铜工艺流程 3.2设计意义。本设计内容涉及电解工艺拟定,铜电解精炼冶金计算,重要设备构造图绘制等。铜电解精炼工艺流程拟定通过比较,选取先进、经济、合理铜电解精炼工艺流程。冶金计算:铜电解精炼冶金计算涉及:电解过程金属平衡和物料平衡。重要设备尺寸计算及选取:依照工艺流程各个重要过程
8、,合理地选取重要冶炼设备和拟定个数、容量、对其重要尺寸加以计算。重要设备构造图绘制:铜电解槽图。4冶金计算4.1物料计算计算条件:年解决电解Qt。7万吨阳极铜品位阳:99.43;电解铜回收率: 99.8;电解铜品位阴:99.95;残极率:15;铜电解过程元素分派元素进入电解液进入阳极泥进入电解铜Cu/11.9520.05398(1) 1吨阴极铜需要溶解阳极铜199.95%/199.43%98%=1.0258吨:(2) 阳极实际需要量:1.025870000/99.8%(1-15%)=84644吨(3)实际溶解阳极量:1.02587000/99.8%=71949.9000吨(4)阳极含铜量:84
9、64499.43%=84161.5292吨(5)残极量:8464415%=12696.6000吨(6)残极含铜量:12696.600099.43%=12624.2294吨(7)阳极泥含铜量:71949.900099.43%0.05%=35.7699吨(8)电解液含铜量:71949.900099.43%1.95%=13950.258吨物料平衡表物料名称物料量/吨装入阳极含铜84161.5292100共计84161.5292产出残极含铜12624.229415阳极泥含铜35.76990.0425电解液含铜1395.02581.6576电铜7000083.17340损失及计算误差106.50410.
10、1265共计84161.52924.2热平衡计算设定: 电解槽内尺寸 23958801120 外尺寸 24959801220电解槽数 1000个电流强度 7490.3959A槽电压 0.3v 电解温度 60C电解车间室温 24C电解槽外壁温度 35C电解液循环温度 25L(min.槽)每平方米电解槽液表面在无覆盖层时消失水分蒸发量为1.35KJ(m.h)A 热收入 热收入为电流通过电解液时所产生热Q=4.180.239EI10-3式中 E消耗于克服电解液阻力槽电压,V,为槽电压50%左右 I电流强度,A 时间,为3600s N电解槽数Q=4.180.2390.30.507490.3959360
11、0100010-3=4040849.8685KJ/hB 热支出a 电解槽总液(含电极)表面积 F=2.3950.881000=2107.6 m每平方米电解槽液表面在无覆盖层时消失水分蒸发量为1.35KJ(m.h) 60C水气化热为2358.42KJ/hq=2107.61.352358.42=6710318.0892KJ/h b 电解槽液面辐射与对流热损失q依照傅立叶公式:q=K(t-t)F式中 K辐射与对流联合导热系数,KJ/(m.h. C),取39.35 t-t电解液与车间空气温度差,C F传热表面,mq=39.35(60-24) 2107.6=2985626.16KJ/hc 电解槽外壁辐射
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