年产16万吨阴极铜铜电解车间设计毕业设计

本科毕业设计（论文）

冶金与化学工程学院冶金工程专业级（2013届）班学生

题目：年产16万吨电铜电解车间设计

原始依据：

本设计是在原贵溪冶炼厂三系统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16万吨电解车间。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16万吨

阳极成分（表1）：

表1 阳极成分表

元素Cu As Sb Bi Ni Fe Pb 含量99.41 0.035 0.035 0.01 0.245 0.004 0.09 元素Se Te Au Ag S Zn 其它含量0.045 0.043 0.002 0.067 0.003 0.001

电解铜回收率：99.8%；

电铜品位：99.9935%；

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。

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）。

主要（技术）要求：

1．写实习报告一份。

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

第7周完成工艺流程、技术条件和经济技术指标的选择与论证

第8周完成电解和净液工段的冶金计算及物料衡算

第9周完成主要设备选型计算和车间配置与安排

第10周完成车间环保和技术经济分析与评价

第11周完成工艺流程图或设备连接图和电解槽结构图

第12周完成车间平面和立面配置图

第13周初步完成设计说明书

第14周修改设计说明书、编辑论文

第15周老师评阅设计、学生准备答辩

第16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，2003

[2] 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

[3] 陈国发.重金属冶金学[M].北京：冶金出版社，2010

[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].2000，3(20):12～18

[6] 赵欣. 铜电解新技术的应用[J].2008，29(4):9

[7] 李公建. 浅谈铜电解生产过程中降低槽电压的途径[J]，2010，29（3）：71～72

[8] 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，2004

[9] 邱栋良.冶金起重机选用指南[J].

[10] 张文毓. 钛制板式换热器在海水淡化中的应用[J].2009，26（1）：32

[11] 《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

[12] 姜国民. 浅谈ISA法阴极铜加工机组[J].2005，42(2):42

[13] 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，2004

[14] 袁一.化学工程师手册[M].北京：机械工业出版社，1999

[15] 刘会巨.铜电解车间的防腐[J].2009，5(13):12～16

[16] 李著华.论铜电解车间的采暖通风[J].2001，2:47～48

[17] 《化学工程师手册》编写组.化学工程师手册[M].北京

[18] 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

[19] 郭鸿发等.冶金工程设计第1册[M].北京：冶金工业出版社，2006

[20] 云正宽等. 冶金工程设计第2册[M].北京：冶金工业出版社，2006

本科毕业设计 (论文) 开题报告冶金与化学工程学院冶金工程专业级（2013届）班学号学生

设计题目：年产16万吨电铜电解车间设计

本课题来源及研究现状：

1.本课题来源

随着社会的发展，人类对资源的需求越来越高。比如铜资源。截至2006年底，我国铜矿查明资源储量7048万吨，其中，基础储量3070万吨，占43.6%。我国铜矿类型繁多，主要类型有斑岩型、砂页岩型、黄铁矿型、硅卡岩型和铜镍硫化物型等五大类，分别占总资源储量的44.4%、23.5%、11.9%、11.8%和6.7%，合计占总资源储量的98.3%。国家统计局数据显示，中国铜精矿产量2008 年为93.57 万吨，2009 年为101.35 万吨，2010年为126.1 万吨，2011 年截止到5 月份累计铜精矿产量50.7 万吨，去年同期为46.7 万吨，产量同比增加8.56%。

但是，经过多年的开采，7大铜业基地现大多已进入中晚期，并出现了不同程度的资源危机。在7大铜矿基地中，除江西铜基地的资源相对充足外，白银铜基地资源已经枯竭；云南铜基地的易门、牟定已列入关闭矿山，东川、大姚保有储量严重不足；中条山铜基地已经“三矿变一矿”，其中蓖子沟、胡家峪铜资源已经枯竭，铜矿峪资源虽保有一定储量，但品位太低；大冶铜基地的5座铜矿山中，有两座资源已经枯竭；铜录山、丰山洞等矿山也已出现资源危机。

资源是有限，只有优化生产方法，提高资源利用率，才是目前急需解决的问题。应要求现需设计一个年产16万吨铜电解精炼车间。

2.研究现状

现今铜电解精炼的方法主要有传统法和ISA法电解精炼。其中ISA法为主要电解方法，以不锈钢板为阴极，用硫酸和硫酸铜的水溶液座位电解液，在直流电的作用下，阳极上的铜溶解进入溶液，溶液中的铜离子在阴极上析出。当前国际市场上包括伦敦金属交易所，对电铜质量要求愈来愈高。各国现行的电铜质量标准及国际标准ISO已不能全面反映电铜质量特性。阳极铜的物理质量和化学质量，对电铜质量影响很大，尤其是阳极中所含的各种元素，对阳阳极泥的生成结构与阳极钝化有着十分密切的关系，并受电解条件的制约。目前开采化学成份复杂的贫矿，大量增加多种精矿的购买量，所有这些原因均会造成铜电解系统杂质含量

课题研究目标、内容、方法和手段：

目标：了解铜电解精炼的原理及电解车间的运作过程。通过在贵溪冶炼厂实习，理论结合实践，将实习期间所获取的技术参数与设备技术指标应用于设计电

解车间当中。对ISA电解精炼了解更加的更加深刻，对生产的流程、工作条件、注意事项、应急措施、不足之处等都有了新的认识。

内容：将收集的数据对电解车间进行设计，画出车间平面布置图。

方法和手段：使用Auto CAD制图软件绘图。

设计（论文）提纲及进度安排：

设计提纲：

第一章概述

1.1铜的性质

1.2铜的用途

1.3铜资源的分布及开采进展

1.4铜的消费现状

1.5铜冶炼技术

第二章厂址选择

2.1厂址选择原则

2.2厂址的确定

第三章电解精炼及净化流程的选择与论证

3.1铜电解精炼原理

3.2工艺流程概述

第四章铜电解精炼技术条件的选择与论证

4.1电解液的组成

4.2阳极板规格

4.3添加剂

4.4电解液温度

4.5电解液循环

4.6电流密度

4.7同极中心距

4.8阳极寿命和阴极周期

第五章技术经济指标的选择与论证

5.1电流效率

5.2残极率

5.3铜电解回收率

5.4槽电压

5.5直流电能消耗

5.6硫酸单位消耗

5.7蒸汽单位消耗

5.8铜电解精炼的技术经济指标实例

5.9劳动生产率

第六章产物

6.1电解铜

6.2阳极泥

第七章冶金计算

7.1计算条件

7.2物料平衡计算

7.3净液量的计算

7.4电解脱铜计算

7.5硫酸盐生产物料平衡计算

第八章主要设备的选择和计算

8.1电解槽

8.2电解槽设计计算，以年产铜量为设计基础8.3脱铜槽

8.4电解槽附属设备

8.5起重机

8.6净化中的主要设备

8.7电解精炼的热平衡

8.8附属槽体的选择和设计

8.9附属设备的选择和设计

8.10极板作业机组的计算及选型

8.11管道的设计及计算

第九章车间环保和安全生产

9.1环境保护

9.2车间防腐

9.3采暖通风

9.4安全生产

9.5安全管理

第十章设备明细表

第十一章车间平面配置与安排

11.1车间配置的基本原则

11.2车间的具体配置

第十二章经济技术分析与评价

12.1车间定员

12.2项目成本评价

12.3项目收益评价

主要参考文献

外文资料

外文中文翻译

致谢

小论文

进度安排：

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

第7周完成工艺流程、技术条件和经济技术指标的选择与论证

第8周完成电解和净液工段的冶金计算及物料衡算

第9周完成主要设备选型计算和车间配置与安排

第10周完成车间环保和技术经济分析与评价

第11周完成工艺流程图或设备连接图和电解槽结构图

第12周完成车间平面和立面配置图

第13周初步完成设计说明书

第14周修改设计说明书、编辑论文

第15周老师评阅设计、学生准备答辩

第16周毕业答辩

参考文献和书目：

[1] 朱祖泽、贺家齐.现代铜冶金学[M]. 北京：科学出版社，2003

[2] 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

[3] 陈国发.重金属冶金学[M].北京：冶金出版社，2010

[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].2000，3(20):12～18

[6] 赵欣. 铜电解新技术的应用[J].2008，29(4):9

[7] 李公建. 浅谈铜电解生产过程中降低槽电压的途径[J]，2010，29（3）：71～72

[8] 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，2004

[9] 邱栋良.冶金起重机选用指南[J].

[10] 张文毓. 钛制板式换热器在海水淡化中的应用[J].2009，26（1）：32

[11] 《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

[12] 姜国民. 浅谈ISA法阴极铜加工机组[J].2005，42(2):42

[13] 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，2004

[14] 袁一.化学工程师手册[M].北京：机械工业出版社，1999

[15] 刘会巨.铜电解车间的防腐[J].2009，5(13):12～16

[16] 李著华.论铜电解车间的采暖通风[J].2001，2:47～48

[17] 《化学工程师手册》编写组.化学工程师手册[M].北京

[18] 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

[19] 郭鸿发等.冶金工程设计第1册[M].北京：冶金工业出版社，2006

[20] 云正宽等. 冶金工程设计第2册[M].北京：冶金工业出版社，2006

指导老师审核意见：

指导教师签字：年月日

摘要

本文主要要是设计一座年产16万吨电解铜精炼车间设计，在工艺上选择了先进的ISA法铜电解精炼工艺。根据已有的数据，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，在计算的基础上设计出电解槽的槽型，并完成了设备的选型和车间布局的设计，最后对本项目的经济效益进行了概算。绘制出电解槽的结构图，工艺流程图以及车间平面图、立剖图。本设计所生产的电铜纯度为99.9935%，电解过程所使用电流强度为25000A，槽电压为0.3V，电流密度为320A/m2，电解液温度是60℃，电解液循环速度为30L/min，电解槽设计内尺寸为4495×1110×1320/1503mm，电解槽数为740个，车间采用双跨布置。关键词：铜电解精炼；工艺设计；电解槽；物料平衡；设备选型；车间布置

ABSTRACT

The main contents are designed annual production capacity of 160,000 tons of electrolytic copper refining a design workshop. According to the existing data to complete the material balance calculations,thermal balance calculation and equipment selection calculations.Based on the calculation, designed electrolyzer tank type, and completed the selection of the equipment and the design of workshop layout, finally estimates the economic benefits of this project. Map out the structure of the cell diagram, process flow diagram and workshop plan and vertical section. The design of the production of electrical copper purity of 99.9935%, the electrolysis current intensity is used as 25000A, Cell voltage was 0.3V ,a current density of 320A/m2, electrolyte temperature is 60 ℃, electrolyte circulation rate of 30L/min, the inner dimension of cell design 4495 × 1110 × 1320/1503mm, cell number is 740, workshop with double cross layout.

Key words: Electrolytic refining of copper; technological process design; electrolyzer；Material balance; Equipment Selection; plant layout

目录

第一章概述 (1)

1.1铜的性质 (1)

1.2铜的用途 (1)

1.3铜资源的分布及开采进展 (1)

1.4铜的消费现状 (2)

1.5铜冶炼技术 (3)

第二章厂址选择 (6)

2.1厂址选择原则 (6)

2.2厂址的确定 (7)

第三章电解精炼及净化流程的选择与论证错误！未定义书签。

3.1铜电解精炼原理 (10)

3.2工艺流程概述 (11)

第四章铜电解精炼技术条件的选择与论证错误！未定义书签。

4.1电解液的组成 (20)

4.2阳极板规格 (20)

4.3添加剂 (20)

4.4电解液温度 (21)

4.5电解液循环 (21)

4.6电流密度 (22)

4.7同极中心距 (22)

4.8阳极寿命和阴极周期 (22)

第五章技术经济指标的选择与论证 (23)

5.1电流效率 (23)

5.2残极率 (23)

5.3铜电解回收率 (23)

5.4槽电压 (23)

5.5直流电能消耗 (24)

5.6硫酸单位消耗 (24)

5.7蒸汽单位消耗 (24)

5.8铜电解精炼的技术经济指标实例 (24)

5.9劳动生产率 (24)

第六章产物 (25)

6.1电解铜 (25)

6.2阳极泥 (25)

第七章冶金计算 (26)

7.1计算条件 (26)

7.2物料平衡计算 (26)

7.3净液量的计算 (28)

7.4电解脱铜计算 (29)

7.5硫酸盐生产物料平衡计算 (29)

第八章主要设备的选择和计算 (32)

8.1电解槽 (32)

8.2电解槽设计计算，以年产铜量为设计基础 (35)

8.3脱铜槽 (36)

8.4电解槽附属设备 (38)

8.5起重机 (40)

8.6净化中的主要设备 (42)

8.7电解精炼的热平衡 (44)

8.8附属槽体的选择和设计 (46)

8.9附属设备的选择和设计 (49)

8.10极板作业机组的计算及选型 (52)

8.11管道的设计及计算 (57)

第九章车间环保和安全生产 (58)

9.1环境保护 (59)

9.2车间防腐 (61)

9.3采暖通风 (62)

9.4安全生产 (64)

9.5安全管理 (64)

第十章设备明细表 (64)

第十一章车间平面配置与安排 (66)

11.1车间配置的基本原则 (67)

11.2车间的具体配置 (68)

第十二章经济技术分析与评价 (69)

12.1车间定员 (70)

12.2项目成本评价 (70)

12.3项目收益评价 (73)

主要参考文献 (74)

外文资料 (75)

外文中文翻译 (81)

致谢 (85)

小论文 (86)

xxx大学2013届本科生毕业设计（论文）

第一章概述

1.1铜的性质

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。铜原子量63.54，密度8.92，熔点1083℃，沸点2567℃。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫铜色。铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率和电导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，具有抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。铜能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金。

1.2铜的用途

铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛应用于电气、电子、机械制造、建筑、国防等工业领域。铜及其合金的消费量仅次于钢铁和铝。铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大，发电机的线圈、电线、电缆等都是用铜制造的。铜用于制造各种子弹、枪炮和飞机、舰艇的热交换器等部件，还用于制造轴承、活塞、开关、阀门及高压蒸汽设备等，其他热工技术、冷却装置、民用设备等也广泛使用铜和铜合金。

1.3铜资源的分布及开采进展

铜资源广泛分布在世界各个国家和地区，其中储量最多的是智利和美国，分别占世界铜储量基础的24.6%和13.8%。其它储量较多的国家还有秘鲁、中国、波兰、赞比亚、俄罗斯、墨西哥、印度尼西亚、加拿大、哈萨克斯坦、刚果（金）和菲律宾等。我国铜矿分布广泛，江西、西藏和云南的储量最多，这3个省区的储量占全国铜矿储量的47.1%，铜储量较多的还有甘肃、安徽、内蒙古、山西、湖北、黑龙江等6省区。以上9省区的储量合计占全国铜矿总储量的80%。

我国已开发的铜矿主要分布在自然地理条件较好、经济较发达、地质勘查工作相对集中的东部、中部和南部各省（区），在这些省（区）内，已探明的大中型铜矿床，凡其矿区建设、水、电和交通运输等外部条件较优越，开采技术条件和矿石选冶技术条件较好的绝大多数矿床都已开发，并形成了江西、铜陵、大冶、白银、中条山、云南、东北7大铜业基地。

但是，经过多年的开采，7大铜业基地现大多已进入中晚期，并出现了不同程度的资源危机。在7大铜矿基地中，除江西铜基地的资源相对充足外，白银铜基地资源已经枯竭；云南铜基地的易门、牟定已列入关闭矿山，东川、大姚保有储量严重不足；中条山铜基地已经“三矿变一矿”，其中蓖子沟、胡家峪铜资源已经枯竭，铜矿峪资源虽保有一定储量，但品位太低；大冶铜基地的5座铜矿山