年产27万吨高纯阴极铜电解车间的设计

年产27万吨高纯阴极铜电解车间的设计本科毕业设计（论文）任务书题目：年产27万吨高纯阴极铜电解车间的设计原始依据：本设计是在原紫金铜业有限公司ISA电解精炼铜车间的基础上设计，利用实习期间所搜集到数据以及厂内教员的指导，根据冶金物料平衡计算设计一座年产26万吨电解车间。查阅一些有关车间设计以及冶金方面的资料。原始数据:产量要求：年产量为26万吨阳极成分（表1）：表1阳极泥成分表元素CuAsSbBiNiFePbSe含量（%）99.460.0350.0350.0080.230.0040.090.030元素TeAuAgSZn其他含量（%）0.0350.0020.0670.0030.001电解铜回收率：99.8%；电铜品位：99.993%（符合高纯阴极铜的化学成分要求：GB/T1385-92;）残极率：15%主要内容和要求：1.设计说明书；应包含如下内容：设计概述；厂址的选择与论证；工艺流程的选择与论证；技术条件的选择与论证；经济指标的选择与论证；冶金计算；主要设备的选择与计算；车间环保与三废处理、技术经济的简要分析等。2.图纸；绘制车间平面配置和立面配置图(0#图纸)、设备连接图（1#图纸），电解槽结构图（1#图纸）。3．翻译外文资料一篇。4.小论文一篇。主要（技术）要求：1．写任务书一份。2．用CAD绘制设备图和至少一张手工图纸。3．完成设计说明书一篇。4．翻译外文资料一篇。5.小论文一篇。日程安排：第1周听从老师毕业设计任务的安排，并做好准备第2周去网上和图书馆收集与毕业设计相关的资料和论文第3周初步形成设计任务书和开题报告等初稿第4周查阅文献资料，翻译一篇英文资料，写出文献综述第5周提交开题报告，确定合理工艺流程，应用相关知识进行必要计算第6周完成概述和厂址的选择与论证，完成工艺流程、技术条件和经济技术指标的选择与论证第7周完成电解和净液工段的冶金计算及物料衡算第8周完成主要设备选型计算和车间配置与安排，完成车间环保和技术经济分析与评价第9周完成工艺流程图或设备连接图和电解槽结构图第10周完成车间平面和立面配置图第11周初步完成设计说明书第12周修改设计说明书、编辑论文，老师评阅设计、学生准备答辩第13周毕业答辩主要参考文献：[1]朱祖泽、贺家齐.现代铜冶金学[M].北京：科学出版社，2021[2]陈国发.重金属冶金学[M].北京：冶金出版社，2021[3]陈维东.铜电解精炼中阳极杂质的行为[J].1993,4（20）：56~60[4]《重有色金属冶炼设计手册》编写组.重有色金属冶炼设计手册（铜镍卷）[M].北京：冶金工业出版社，1996[5]姚素平.永久阴极铜电解技术述评[J].2021,3(20):12~18[6]赵欣.铜电解新技术的应用[J].2021,29(4):9[7]蔡祺风.有色冶金工厂设计基础[M].北京：冶金工业出版社，1991：65~71[8]程彤.降低阴极铜电单耗生产实践[J].2021,(4):50~51[9]李公建.浅谈铜电解生产过程中降低槽电压的途径[J]，2021,29（3）：71~72[10]刘道德.大学生毕业设计指导教程（冶金、选矿、化工分册）[M].长沙：中南大学出版社，2021[11]邱栋良.冶金起重机选用指南[J].[12]张文毓.钛制板式换热器在海水淡化中的应用[J].2021，26（1）：32[13]《有色金属冶炼设备》编委会编.湿法冶金设备[M].北京：冶金工业出版社1993[14]姜国民.浅谈ISA法阴极铜加工机组[J].2021,42(2):42[15]成大先.机械设计手册（常用工程材料）[M].北京：化学工业出版社，2021[16]袁一.化学工程师手册[M].北京：机械工业出版社，1999[17]刘会巨.铜电解车间的防腐[J].2021,5(13):12~16[18]李著华.论铜电解车间的采暖通风[J].2021,2:47~48[19]《化学工程师手册》编写组.化学工程师手册[M].北京：机械工业出版社，1998[20]师利熙.有色金属工业项目技术经济分析[M].北京：冶金工业出版社，1998[21]郭鸿发等.冶金工程设计第1册[M].北京：冶金工业出版社，2021[22]云正宽等.冶金工程设计第2册[M].北京：冶金工业出版社，2021指导教师签字：年月日注：1、本表可自主延伸2、本表一式两份，一份下达给学生，一份装订在《指导教师日志》中。摘要本文主要要是设计一座年产26万吨电解铜精炼车间设计，原料为含铜99.46%的火法精炼阳极铜，要求电解精炼后使铜的含量达到99.95%以上的一级铜。在工艺上选择了先进的ISA法铜电解精炼工艺。根据所得的数据，进行了厂址的选择、物料平衡计算、热平衡计算和设备选型的计算，确定了车间的生产工艺条件和各个设备的规格、参数、操作条件，经计算决定设800个电解槽，采用8列配置。最后对车间的环保、生产安全及技术经济等指标进行分析和论证，证明本次设计的车间无论在技术、经济和带动的.效益等多方面都具有积极地意义。关键词：铜电解精炼；ISA法；车间设计；冶金计算ABSTRACTThisthesismainlyisayearlyproduces260000tonselectrolyticcopperrefiningplantdesign,rawmaterialsforcopperanodecopper,99.46%offirerefiningrequirementsafterelectrolyticrefiningofcoppercontentof99.95%ormoreofhighpuritycathodecopper.ChoosetheadvancedmethodofISAoncraftcopperelectrolyticrefiningprocess.Accordingtothedataobtained,thesiteselection,calculationofmaterialbalance,heatbalancecalculationandequipmentselectioncalculationtodeterminetheworkshopproductionprocessconditionsandvariousequipmentspecifications,parameters,operatingcondition,aftercalculation,decidedtoestablishthe800electrolyticbath,usingdoublespan8columnconfiguration.Finallyaworkshoponenvironmentalprotection,safetyinproductionandtechnicaleconomicindexareanalyzedandprovedthatthedesignofworkshopintermsoftechnical,economicanddrivethesocialbenefitshavepositivesignificance.Keywords:Copperelectrolyticrefining;ISAmethod;plantdesign;metallurgicalcalculation第一章概述1.1铜的性质1.1.1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1083Co。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色，打磨光亮后会呈现出明亮的金属光泽，铜不具有磁性，其强度、硬度中等，抗磨蚀性极佳。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.1、铜的导电性固体铜中喊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/(Ω)，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。2、铜的导热性固体铜中喊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，在碱性气氛中优于铝。铜的电位序中是+0.34V，比氢高，是以电位较正的金属。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CuS04*Cu(OH)2及CuSO4*3Cu(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。1.1.2铜的化学性质铜原子容易失去一个电子形成亚铜离子(Cu+)或失去两个电子形成铜离子(Cu2+)，故铜形成化合物是以呈现一价或二价的氧化状态进行，但由正二价氧化状态形成的化合物比由正一价氧化状态形成的化合物稳定。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）的有毒薄膜。加热至150℃，铜在空气中开始氧化，高0和CuO。因铜为正电性元素，故不能置换酸（盐酸和硫于350℃氧化生成Cu2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.铜的矿物名称矿物种类分子式含铜量自然元自然铜Cu100素硫化物黃铜矿CuFeS234.5斑铜矿Cu5FeS263.3辉铜矿Cu2S79.8铜蓝CuS66.4硫砷铜矿Cu3AsS448.3硫砷化物和砷黝铜矿(Cu9Fe)12As4S1357.0硫锑化物黝铜矿(Cu9Fe)12Sb4S1352.1氧化物赤铜矿Cu2O88.8黑铜矿CuO79.8碳酸盐孔雀石CuCO3·Cu(OH)257.3蓝铜矿2CuCO3·Cu(OH)255.1硫酸盐铜靛岩CuSO4胆矾CuSO4·5H2O铜叶绿矾CuFe4+3(SO4)6(OH)·2H2O2硅酸盐硅孔雀石CuSiO3·2H2O36.02.铜的化合物及性质(1)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)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、