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1、江西理工大学应用科学学院毕业设计年产20万吨电解铜的铜电解车间设计摘要本文研究的主要内容是在目前铜电解工艺中，选择了与阳谷祥光铜业有限公司相结合的投资省，见效快，工艺成熟，以求先进但又要稳妥可靠，不能盲目的超前工艺。电解工艺选择了永久不锈钢阴极电解。选择的工艺条件是：铜回收率为99.8%，电解过程中铜直收率为98%，残极率为16%，电解溶铜率为1.95%，阳极板100096044mm，阴阳极数目分别为54片，55片，阴极为102910103.25mm的不锈钢，电流密度生产为280A/m，电流效率为95%。电解厂房分东西2个系统，中间为机组，东系统400槽，西系统320槽，每20槽为一组，根据工
2、艺条件对设备进行计算和选择：混凝土衬玻璃钢电解槽720个，带组合吊架及接酸盘的专用吊车2台。5条自动生产机组，可控硅整流2台，带盖的全玻璃钢槽25个，高位槽2个，板式换热器8台，隔膜压滤机4台。导电装置采用平衡电流式绝缘导电装置，滤布采用丙纶1000A微孔薄膜复合滤布。净化工艺选择了真空蒸发、水冷结晶、带式过滤生产硫酸铜，诱导法脱铜脱砷，真空蒸发冷冻结晶法生产硫酸镍。关键词：电解铜；电解；净化；工艺设计With an annual output of 200000tons of electrolytic copper electrolytic workshop designAbstractTh
3、e main contents of this paper are currently in the process of copper electrolysis, choose Yanggu Xiangguang copper industry limited company combination of investment, get effective fast, mature technology, but also to advanced reliable, not blindly Abstract technology. Electrolytic process choice of
4、 permanent stainless steel cathode electrolysis Selection of the process conditions are: copper recovery rate is 99.8%, in the process of electrolysis copper direct yield of 98%, a residual rate of 16%, electrolytic copper dissolving rate of 1.95%, an anode plate 1000x 960 x44mm, yin and Yang number
5、 were 54piece,55 pieces, the cathode is 1029x 1010 x 3.25mm stainless steel, current density for the production of 280A / m, current efficiency 95%. Electrolytic plant west of the 2systems, for the Middle East system unit,400 slot, West system 320slots, each 20groove as a group, based on conditions
6、of equipment for the calculation and selection of concrete lining of FRP bath tank:720, with combined hanger and the acid disc special crane 2. 5 automatic production line silicon controlled rectifier2, with a cover glass steel tank25, high slot2, plate heat exchanger8, diaphragm filter press4. Cond
7、uctive device with balanced current insulating conductive device, filter cloth made of the polypropylene microporous membrane filter in1000A. Process for purifying selection by vacuum evaporation, water cooling crystallization, belt filter production induced by copper sulfate, copper and arsenic rem
8、oval by vacuum evaporation and cooling crystallization, the production of nickel sulfate. Key words: electrolytic copper; electrolytic; purification; process design 目 录第一章 前言11.1铜冶炼的发展史及主要生产厂家11.1.1铜冶炼的发展史11.12 铜冶炼主要生产厂家11.2铜的性质11.2.1铜的物理性质11.2.2铜的化学性质21.2.3铜的主要化合物的性质31.3铜的用途31.4铜资源状况41.4.1世界铜资源41.4
9、.2国内铜资源51.5中国铜的生产状况和消费61.5.1中国铜的生产状况61.5.2铜的消费61.6铜的冶炼方法71.6.1铜的湿法冶金71.6.2铜的火法冶金81.7设计的内容81.7.1冶金计算91.7.2重要设备及辅助设备计算91.7.3制图内容和要求9第二章 铜电解精练102.1铜电解精炼流程简述102.2铜电解精炼的基本原理112.2.1阳极过程112.2.2阴极过程122.2.3杂质在电解中的行为122.3电解液的净化13第三章 电解工艺计算143.1铜电解精炼的主要设备选择143.2铜电解技术指标163.2.1铜电解的条件163.2.2阳极寿命和阴极周期173.3主要经济技术指标
10、173.3.1电流效率173.3.2残极率183.3.3铜电解回收率183.3.4槽电压183.3.5直流电能电位消耗183.3.6硫酸单位消耗183.3.7蒸汽单位消耗183.3.8槽利用率183.3.9电流强度183.3.10年工作日183.4电解槽193.4.1电解槽总数193.4.2电解槽的尺寸和材质193.4.3电解槽排布193.5物料平衡计算193.6铜电解精炼热平衡计算213.6.1热收入223.6.2热支出223.7厂房尺寸计算23第四章 净液工艺计算244.1工艺条件选择244.2净液量计算244.3粗硫酸铜的生产工艺254.3.1粗硫酸铜的生存物料计算254.3.2粗硫酸铜
11、的生产主要设备计算选择254.4 脱铜电解工艺264.4.1 脱铜电解物料平衡计算264.4.2脱铜电解主要设备计算选择264.5 粗硫酸镍的生产工艺284.5.1粗硫酸镍的生存物料计算284.5.2主体设备计算以及选择28第五章 铜电解精炼的主要生产设备的选用305.1主体设备305.2电解液循环系统设备30第六章 环保措施336.1环境保护336.2安全生产33结 论34致谢35附图36参考文献61附录A 外文翻译-原文部分62附录B 外文翻译-译文部分6769第一章 前言1.1铜冶炼的发展史及主要生产厂家1.1.1铜冶炼的发展史 铜是人类最早发现和应用的金属之一，铜的冶炼历史悠久.西亚地
12、区在世界上是最早应用铜并掌握铜技术的地区。伊朗西部发现的小铜针、铜锥等距今已有9000年以上的历史。在土耳其南部查塔尔萤克，发现的炉渣中有铜粒，这种炉渣距今约有80009000年历史。在以色列发现的炼铜炉距今已达6000年。 我国是世界上四大文明古国之一，也是最早应用铜的国家之一。我国在夏代就进入了青铜时代，商代炼铜和铸造技术已经相当进步，这一时期出土的大批文物表明，我国的炼铜技术已经处于当时世界的最高水平。湿法炼铜更是源于我国。古称胆铜法，早在西汉怀南万毕术中就有用铁从硫酸铜溶液中置换铜的记载。北宋哲宗时张潜写的浸铜要略可以说是世界上最早的湿法炼铜专著。 电解精炼已有120多年的发展历史，铜
13、电解精炼最初是由俄罗斯科学家研究出的。雅柯比是1837年研究了铜电镀沉积的原理，列赫丁贝尔斯基于10年后在圣彼得堡建立了第一个大的电镀厂，为伊沙阿基也夫大教堂制造浮雕。列赫丁贝尔斯基当时还指出应用这个新的方法去精炼铜的可能性。至1869年，英国在威尔士建立了第一个铜的精炼厂。 二十世纪六十年代以来，铜的电解精炼技术取得了很多重要的进展和成就，如电解设备和电解方法的改进；电解液控制和净化的加强；从而强化了电解过程，即能在高于常规电解的电流密度一倍甚至几倍的条件下，成功的制取高质量的阴极铜。 由于大功率可控硅整流器和始极片加工机组等的开发，以及自动控制和电子计算机在铜电解精炼工艺过程中的推广应用，
14、铜电解精炼向大型化、机械化和自动化方向发展。到70年代后，保加利亚精炼厂进行了周期反向电流电解的实验，80年代在澳大利亚芒特艾萨公司发明了永久性不锈钢阴极电解工艺，国外常规电解采用新型电解槽提高电流密度，形成传统电解法、永久性不锈钢阴极、周期反向电流三大类精炼方法。使铜电解精炼继续朝着高效率、高质量、低消耗的目标前进。 随着经济发展和科学技术的进步，对铜电解精炼的产品质量要求越来越高，为了适应市场的要求，电解阴极铜的物理规格逐渐向大极板、单片重量不断增大，表面析出致密光洁的方向发展。化学成分对杂质含量进一步提出了严格要求，高纯阴极铜产品在市场竞争中越来越成为主导，成为市场交易的主角。超高纯铜的
15、实验和研究以及生产应用正在进行，典型意义是例如网络传输连接电线用高纯铜，电真空器件用高纯无氧铜，精确制导和高保真信号传输及超导体用单精铜和超导铜。1.12 铜冶炼主要生产厂家 世界大的炼铜企业主要在国外，智利国营铜业公司既是全球最大的精炼铜公司，又是全球最大的铜资源开发公司之一。美国自由港麦克莫兰铜金公司，产铜量最高时曾达到80多t/a。斯特拉塔矿业集团自2002年以来，也开始大举涉足铜矿山项目，2007年为98.67万吨。我国目前电铜冶炼厂比较多，基本大多数在产量小、自动化低的基础上。工艺先进、自动化高、产量40万吨以上的冶炼厂只有云南铜业集团、江铜冶炼集团、铜陵有色金属集团、金川集团、阳谷
16、祥光铜业有限公司5家。1.2铜的性质1.2.1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1083。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
17、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。已知的含铜矿物有250多种，主要工业矿物如表1-1，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)12As4S1
18、357.0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CuFe4+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
19、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。1.2.2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）
20、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Cu2O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。1.2.3铜的主要化合物的性质(1) 硫化铜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) 硫化亚铜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
21、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。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
22、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
23、FeS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+O
24、2)。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。1.3铜的用途(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
25、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、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
26、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。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CuS04Cu(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。1.4铜资源
27、状况1.4.1世界铜资源全球陆地上的铜矿资源量可能要比先前公布的16亿吨多。在深海中也蕴藏着丰富的铜矿资源，资源量可能达7亿吨。据2005年统计数字，全球铜矿储量4.7亿吨，基础储量为9.4亿吨。生产铜矿最多的前5个国家是，智利、美国、印度尼西亚、秘鲁和澳大利亚，2003年分别出产铜矿490万吨、112万吨 、97.9万吨、83.1万吨 、83.0万吨，全球铜矿资源分布及主要国家产量见表1-2。表1-2全球铜矿资源分布及主要国家产量铜矿产量储量基础储量20032004美国112011603500070000澳大利亚8308502400043000智利49005380140000360000中国
28、6106202600063000印度尼西亚9798503500038000哈萨克斯坦4854851400020000墨西哥3614002700040000秘鲁83110003000060000波兰4955003000048000俄罗斯6755752000030000赞比亚3304001900035000其他国家世界总值14001360016001450060000470000110000940000注：e为估计值。资料来源：U.SG910gimlSurvey，MinerdCommtySuImlmries，January 2005按照铜的证实储量，俄罗斯仅次于智利和美国，居世界第三位。诺里尔斯克
29、地区和科拉半岛的铜镍矿床（占俄罗斯总储量的40%多）、乌拉尔和西西伯利亚地区54个黄铁矿型铜锌与多金属矿床（占俄罗斯总储量的28.6%)，是俄罗斯的主要铜原料基地，含铜砂岩型乌多坎矿床（23%）目前尚未开发，其余铜储量（75%）作为伴生组分产于其他矿床中。（占世界铜储量的60%以上）主要分布在美洲、大洋洲和东南亚诸国，层状铜矿床（大约20%)多分布在非洲国家（赞比亚、刚果）以及波兰、澳大利亚和阿富汗，含铜黄铁矿和黄铁矿多金属矿床（10%以上），往往分布在加拿大、日本、哈萨克斯坦、澳大利亚、阿富汗、俄罗斯。 1.4.2国内铜资源目前，中国己发展成为全球最大的铜消费国、铜加工制造业基地、铜基础产品
30、输出国，实现了中国铜工业的持续快速发展，对促进国民经济发展、增加财政税收及解决劳动就业等方而都取得了卓著的成绩，并且在世界铜行业内充当了重要角色。尽管如此，站在科学发展观的高度，认真审视我国铜工业产业链，就能够清晰地发现，铜资源依然是制约我国铜产业顺利发展的“瓶颈”因素。因此，对铜资源问题必须引起我们的高度关注。长期以来，我国铜资源不能满足国内消费需求，供需缺口较大，需要通过国际市场加以平衡，为此国家每年要花大量外汇。为了确保国民经济发展对铜产品的消费需要，保障铜资源的长期稳定安全供应，研究制定我国铜资源的发展战略己势在必行，但是在制定铜资源战略之前必须了解我国的铜资源现状，如表1-3所示。表
31、1-3 我国的铜资源现状与国外的铜资源现状比较比较项目 国内国内资源储量 2003年铜储量为1787万吨保障程度 30.5年矿床规模 大型铜矿少，中小型矿多；金属量在500万吨以上的只有2个。矿石质量 平均品位偏低，绝大多数斑岩矿平均品位为0.5%。砂页岩型矿的平均品位为0.5%-1%矿床类型 斑岩矿少，砂卡岩矿多，使得溶剂萃取技推广受到限制；砂卡岩型铜矿多数适宜地下开采，开采成本高。2003年铜储量为47000万吨。33.9年巨型，大型铜矿多，铜矿年产在10万吨以上的有20个，其产量约占世界总量的45%。平均品位偏高，智利与秘鲁斑岩型铜矿品位为1%-2%；刚果，赞比亚及波兰的砂页矿床品位为2
32、%-5%；智利，美国及印度尼西亚等铜资源国家的斑岩型铜矿无论是矿床数量和储量均占80%以上，适宜使用溶剂萃取技术，使用成本偏低尽管我国铜矿资源的保障程度与世界铜矿资源的保障程度相仿，但是因资源的关系，我国铜矿资源的使用成本普遍高于世界，竞争能力十分有限。在全球经济一体化的大趋势下，应充分考虑利用国外的铜矿资源，这不仅是平衡国内铜市场供需缺口的需要，而且也是市场经济运行的必然选择。我国铜矿资源的特点是中小型矿床多，大型、超大型矿床少。该特点使得我国铜矿山建设规模普遍偏小，且经过几十年的强化开采，它们的资源储量在大幅度减少，有的甚至己接近枯竭。虽然国家花大气力发展铜矿业，但是铜精矿(金属量)生产量
33、并无显著增加;即使受国际上涨的影响，2004我国铜精矿(金属量)产量也仅有60.7万吨，比上年增长4.1%。另一方面，基于资源关系，我国铜精矿的生产主要来自安徽、江西、湖北、石南及甘肃。以2004年为例，这五个省的铜精矿产量约占到全国总量的75%与此对应，这五个省的铜储量也占到全国的58.50%，基础储量占到全国的59.84%，查明资源储量将近占到全国的50%。因此，这五个省是我国铜工业的重要原料基地除湖北与石南外，其他三个铜精矿生产大省的共同特点是：它们的铜储量保障程度都比较高，且基础储量及查明资源储量都不错，具备资源储量级别升级的资源基础。考虑到地质勘查促进资源储量级别升级情况，未来20年
34、内铜精矿生产大省的产能都能够稳住，甚至通过新建矿山及现有矿山产能的扩建，其铜精矿产量还有望扩张。但是也应看到，我国铜储量绝大部分都已被开发，在未来20年内还有一部分产能要消失，估计近几年新建的铜陵冬瓜山铜矿、石南大红山铜矿一期工程等重点工程，建成后只能弥补铜矿山消失产能。如果今后不增加大型铜矿床工程建设，估计铜精矿产量不会有多大的变化，基本维持在年产铜精矿(金属量)60万t的水平。1.5中国铜的生产状况和消费1.5.1中国铜的生产状况据中国有色金属工业协会提供的统计资料显示，2000年底中国精炼铜产量为137.11万吨，2005年达260.04万吨，5年间增长100余万吨以上，居世界第二位；精
35、铜消费量也呈快速增长态势，2000年精铜消费量为190万吨，2005年达到368万吨，居世界第一位。 中国铜产业技术改造步伐明显加快，装备水平大幅提高。江西铜业集团公司、铜陵有色金属集团公司、云南铜业集团公司等骨干铜冶炼企业，先后引进了奥托昆普闪速熔炼、诺兰达熔炼等一批先进工艺和装备，使得中国铜企业的冶炼综合能耗呈现相当幅度的下降。目前，中国铜企业的经济实力不断提高。2000年，中国铜冶炼企业(含矿山、冶炼联合企业和独立冶炼企业)实现产品销售收入337亿元人民币。2005年，中国铜企业已实现销售收入1098.6亿元人民币。在中国国内铜产品需求增长和产量增加的带动下，中国铜产品进口快速增长。其中
36、铜原料部分增加显著，特别是铜精矿和精铜的进口量增幅很大。2000年2005年净进口量平均分别增长了17.49%和12.86%。在中国政府的大力支持下，中国铜工业在国际化经营和境外投资取得初步进展。目前，中国国内4家铜企业4个牌号的精炼铜产品已在伦敦金属交易所(LME)注册，成为国际认可的品牌。目前，中国在境外已获得投资权益铜金属基础储量约650万吨，形成了近8万吨/年的矿铜精矿(金属量)产能。1.5.2铜的消费我国既是铜资源较贫乏的国家又是世界上第二大铜消费国。从2001 年到2005 年，全球铜消费量增加了241.7 万吨，而中国的消费增量就达到152.5 万吨，占全球增量的63%。中国铜消
37、费行业主要是带动了电力、电缆行业的发展。发电情况在80年到90年年平均增长速度是7.5%，90-2000年增长是8.2%，2000年到2005年是12%，也就是说中国电力发展在近五年发展速度逐渐加快。装机容量应该从2005年9月份发电装容量突破5万亿千瓦。推动电力发展主要是电线、电缆主要大产品，其中中国电线、电缆在全球占的份额是20%。电信、电缆行业的用铜量是铜的绝对量，去年大概算下来是310万，这样一算国内电线、电缆行业占了将近60%，这是国内目前最大的用铜的情况。 对于未来的情况来看，电线、电缆未来用铜情况怎么样，主要看中国电力发展情况。十一五期间电力投资还是比较大，根据电力行业资料，未来
38、五年的投资在3万亿左右，其中是电网、电站一半的格局。装机容量未来增长7-8%，这个速度未来电力发展增长速度应该比过去五年要放慢了。总体来说是增长，所以对电线、电缆行业发展情况来看，这个也是发展相对匹配的。7-8%的样子，所以电线、电缆这个行业有一个电力行业大概在增长9%。 1.6铜的冶炼方法从铜矿石中或精矿提取炼铜的方法较多，总括起来分火法和湿法两大类。1.6.1铜的湿法冶金一般适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。湿法炼铜目前主要用于处理氧化铜矿。有氧化铜矿直接酸浸和氨浸（或还原焙烧后氨浸）等法；酸浸应用较广，氨浸限于处理含钙镁较高的结合性氧化矿。处理硫化矿多用硫酸化焙烧-浸出或者直接
39、用氨或氯盐溶液浸出等方法。硫酸化焙烧-浸出法是将精矿中的铜转变为可溶性硫酸铜溶出；氨液浸出法是将铜转变为铜氨络合物溶出，浸出液在高压釜内用氢还原，制成铜粉，或者用溶剂萃取-电积法制取电铜；氯盐浸出法是将铜转变为铜氯络合物进入溶液，然后进行隔膜电解得电铜。(1)氧化铜矿酸浸法流程 氧化铜矿一般不易用选矿法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出，所得溶液含铜一般为15g/L，可用硫化沉淀、中和水解、铁屑置换以及溶剂萃取-电积等方法提取铜。近年来，萃取-电积法发展较快。其主要过程包括：用对铜有选择性的肟类螯合萃取剂（LiX64 N，N510，N530等）的煤油溶液萃取铜，铜进入有机相而与铁、锌等杂质分离。用浓
40、度较高的 H2SO4溶液反萃铜，得到含铜约50g/L的溶液。反萃后的有机溶剂，经洗涤后，返回萃取过程使用。电积硫酸铜溶液得电铜，电解后液返回用作反萃剂。生产流程见图1.4。图1.4氧化铜矿酸浸法流程 (2)硫化铜精矿焙烧浸出法 硫化铜精矿经硫酸化焙烧后浸出，得到的含铜浸出液，经电积得电铜。此法适于处理含有钴、镍、锌等金属的硫化铜精矿，但铜的回收率低，回收贵金属较困难，电能消耗大，电解后液的过剩酸量须中和处理，所以一般不采用。(3) 从贫矿石和废矿中提取铜 铜矿开采后坑内的残留矿、露天矿剥离的废矿石和铜矿表层的氧化矿，含铜一般较低，多采用堆浸、就地浸出和池浸等方法，浸出其中氧化形态的铜，而所含硫
41、化铜则利用细菌的氧化作用，使之溶解。浸出液中的铜可用铁置换得海绵铜，或者用溶剂萃取-电积法制取电铜。1.6.2铜的火法冶金火法炼铜是将铜矿（或焙砂、烧结块等）和溶剂一起在高温下熔化，或直接炼成粗铜，或先炼成冰铜（铜、铁、硫为主的熔体）然后在炼成粗铜。该法除部分预备作业及电解精炼作业外，均在高温下进行。其一般流程如图1.5：图1.5铜火法冶金的一般流程火法流程最大的优点是适应性广，对各种不同的铜矿均能处理，特别是对一般硫化矿和富氧化矿很适用。火法和湿法两种工艺的特点 比较火法和湿法两种铜的生产工艺，有如下特点： (1)后者的冶炼设备更简单，但杂质含量较高，是前者的有益补充。 (2)后者有局限性，
42、受制于矿石的品位及类型。 (3)前者的成本要比后者高。 可见，湿法冶炼技术具有相当大的优越性，但其适用范围却有局限性，并不是所有铜矿的冶炼都可采用该种工艺。不过通过技术改良，这几年已经有越来越多的国家，包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等，将该工艺应用于更多的铜矿冶炼上。湿法冶炼技术的提高及应用的推广，降低了铜的生产成本，提高了铜矿产能，短期内增加了社会资源供给，造成社会总供给的相对过剩，对价格有拉动作用。总之，火法和湿法炼铜都各有利弊，选用哪种方法，应根据矿物的特点，当地的经济情况，交通运输情况，地理条件，气候条件，特别是应根据矿物特点（化学成分，物相组成，含铜量，脉石组成等）和
43、当地经济条件（燃料，水，电等）。1.7设计的内容设计之初，在老师的指导下进行资料收集，了解铜的性质、生产工艺以及我国现有的铜生产厂家的生产工艺。在做了深入的学习后，我们去了山东阳谷祥光现场实习，实地考察该公司的成熟生产工艺、厂区布置、有关技术参数等等。为本次设计收集了大量的资料数据，为我们的设计也提供了良好的借鉴作用。实习结束后，回校进行论文的撰写及绘图等相关工作。1.7.1冶金计算铜电解精炼冶金计算包括：电解过程金属平衡和物料平衡，净液量的计算。硫酸盐生产物料平衡计算。硫酸耗量，电解槽热平衡及蒸汽消耗等。1.7.2重要设备及辅助设备计算根据工艺流程各个主要过程，合理地选择主要冶炼设备和确定个
44、数、容量、对其主要尺寸加以计算，计算中采用的数据应当有根据地引用文献和生产实践资料。辅助设备应进行选择和计算，确定其规格和数量。运输设备的选择和计算时，应说明冶炼工艺流程各主要工序的联系，物料运输方式，运输及提升设备型号选择依据及采用的运输方法并进行计算。铜电解精炼主要设备和辅助设备计算包括：电解槽的计算（普通槽和种板槽）。整流器及导电材料的计算和选择，电解液循环系统设备及管道计算，车间运输设备计算与选择，其他设备及设施。1.7.3制图内容和要求铜电解精炼车间设计的图纸包括：工艺流程图、电解槽构造图、设备连接图和车间平面布置图共三张，其中包括CAD和手工绘制。第二章 铜电解精练2.1铜电解精炼
45、流程简述火法精炼产出的精铜品位一般为99.299.7%，其中还含有0.30.8%杂质。为了提高铜的性能，使其达到各种应用的要求，同时回收其中的有价金属，特别是贵金属、铂族金属和稀散金属，必须进行电解精炼。以火法精炼产出的阳极板为原料，经电解精炼，生产电解铜，并富集贵金属和其它有价元素的铜冶炼厂车间设计。设计主要内容包括：工艺流程、设备选择和主要技术经济指标。中国在铜电解精炼设计中采用了大型电解槽、全套机械化极板作业线、大型可控硅整流器、多功能专用起重机和钛板换热器等新型设备，以及电解液平行流动循环、诱导法脱砷等新技术。工艺流程包括电解精炼和电解液净化两部分。以铜阳极板为阳极，纯铜始极片或不锈钢
46、板为阴极，以硫酸铜和硫酸溶液为电解液，将极板按一定的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，阳极铜中的贵金属和硒、碲等有价元素进入阳极泥，沉积于电解槽底，定期排出，送阳极泥车间提取贵金属。镍、砷、锑、铋等杂质大部分进入电解液，需从循环液中抽取一部分进行净化处理。电解精炼有常规电解、周期反向电流电解和永久阴极电解可供选用。(1)常规电解。以纯铜始极片为阴极，电源为恒向直流电，电流密度为220280Am2。其特点是技术成熟，产品质量稳定，电耗低。(2)周期反向电流电解。周期性短时间改变直流电流方向的电解方法。电解阴极及阳极和常规电解相同，周期性短暂反向，是为了克服阳极钝化，电流密度达300350Am2。可强化生产，节省投资，缩短电解铜在产周期。缺点是电流效率低，电耗高于常规电解。适于老厂扩大生产能力和电价低廉地区采用。铜电解精炼于1869年在英国首先用于工业生产，随后在世界上得到广泛应用。20世纪70年代出现周期反向电流电解和不锈钢永久阴极电解等新的电解法。随着生产技术不断完善，电解极板作业等机械化和自动化程度逐步提高，铜电解精炼生产规模日趋大型化。到80年代，世界上最大单一生产电解铜的工厂生产规模已达到40万ta。(3)永久阴极电解。和常规电解不同，阴极是永久性