铜电解精炼车间设计 (design of electrolytic refinery of copper)

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蜘电解液净化两部分。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。常规电解工艺流程如图所示。

(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220～280A／m。。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300～350A／’m。，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。简史铜电解精炼于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t／a。

中国铜电解精炼生产始于1938年。50年代初仅有年产铜数百吨的小厂。80年代有年产电解铜40000t以上的冶炼厂4个，经改造扩建的小厂达数十个。80硫酸镍铜电解精炼工艺流程图(3)永久阴极电解。和常规电解不同，阴极是永久性的不锈钢板，在不锈钢阴极板上析出的电解铜定期取出剥离作为成品。1979年澳大利亚精炼铜公司(Coppei refinet iesplyLtd．CRL)首先将此法用于铜电解精炼工业生产，又名艾萨(ISA)电解法。以后美国、加拿大和联邦德国等精炼厂也应用了这一方法。它的优点是可省掉铜始板片生产系统，不锈钢阴极平直，短路发生率低，阴极质量高。

电解液净化为除去电解液中的杂质，并调整其821tong铜成分而进行的作业。净化流程通常依阳极板的杂质含量、需脱除的杂质种类和产品方案确定。一般包括脱铜，脱砷、锑、铋和脱镍等。

脱铜方案有两个。一是硫酸铜结晶一脱铜电解。根据硫酸铜需要量，选用直接浓缩或加铜中和工艺生产硫酸铜。结晶后液再经电解产出黑铜粉。二是二段脱铜电解。第一段电解产出含铜99．5%的二级电解铜；第二段电解产出黑铜板和黑铜粉，返回熔炼工序处理。

电解液中的砷、锑、铋等杂质常在脱铜电解后期进入黑铜粉。采用诱导法脱砷技术，砷的脱除率可达90％，此法还可抑制砷化氢气体发生。也可采用萃取和离子渗析等方法直接从电解液中除去砷、锑和铋等杂质。

脱铜后的溶液生产粗硫酸镍结晶，可选用蒸发浓缩法或冷冻结晶法，母液返回电解液中。蒸发浓缩法镍的脱除率高，但硫酸损失大，劳动条件差，一般适用于规模小的工厂；冷冻结晶法无废气排放，但投资较大，适于规模大的工厂选用。

设备选择包括电解槽和极板作业机组。

电解槽规模在5万t／a以下的，一般选用单槽阴极面积为30～50m。的电解槽、阳极板质量为150～180kg／块；规模在5万t／a以上的，选用单槽阴极面积90～100m。的电解槽，阳极板质量在350kg以上。

电解槽数量由下式计算

极板作业机组各种极板作业机组的功能：(1)阳极板整形排列机组：受板一板面平整一挂耳矫正一挂耳铣削一排列；(2)电解铜洗涤堆垛机组：受板一洗涤一堆垛一抽棒一称量一输出；(3)残极洗涤堆垛机铜电解精炼主要技术经济指标

受板→洗涤→堆垛→称量→输出；(4)始极片制作排列机组：受料→压纹→铆耳穿棒→排列；(5)导电棒贮运机组：受棒→贮存→运输→给棒。各种极板的作业机组要根据建设规模和工厂的机械化和自动化水平进行选用。