年产20万吨铜电解槽设计摘要本文主要设计了一座年产20万吨铜的电解铜精炼车间，根据已知条件，选定操作技术条件、经济技术指标、主体设备设计及冶金计算等内容。
根据已知条件及结合铜电解槽工艺的实际条件，本设计所生产的电铜纯度为99.9941%，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4150×1120×1430mm，电解槽数为860个，车间采用双跨布置。
然后根据冶金计算得出铜电解槽的阳极泥成分、阴极铜的成分、物料平衡、有害杂质在电解液中的允许含量以及净化过程中杂质的脱除效率及热平衡等重要数据。
绘制出铜电解精炼电解槽安装图。
关键词：铜电解精炼，工艺设计，物料平衡，热平衡Design of Annual Output of 200000 Tons Copper ElectrolyticTankAbstractThis paper mainly designs a refining workshop with an annual output of 200000 tons of copper electrolytic copper, under the given conditions, the selected operation technical conditions, economic and technical indicators, the main equipment design and metallurgical calculation etc. On the basis of the known conditions and combining with the actual conditions of copper electrolysis process, the design of the production of electrical copper purity 99.9941%, electrolytic process by using the strength of the current 25000A, slot voltage 0.3V, the current density for the 320A/m2, electrolyte temperature is 60 ℃, electrolyte circulation rate was 30L / min, design of aluminium electrolytic cell size is 4150 x 1120 x 1430mm, electrolytic cell number for 860 workshop features double span arrangement. And then calculated based on Metallurgical electrolytic trough of copper anode slime composition, cathode copper the composition, the material balance, harmful impurities in the electrolyte and allows content purification impurity removal efficiency and thermal equilibrium, and other important data. Draw out the electrolytic refining of copper electrolysis installation drawing.Key Words: Copper electrolysis refining, Process design, Material balance, Heat balance目录1 绪论 (1)1.1 铜的基本性质 (1)1.2 铜的用途 (1)1.3 铜资源的分部 (2)1.3.1 世界铜矿分部状况 (2)1.3.2 中国铜矿种类及分部状况 (3)1.4 铜的生产方法 (4)1.4.1 火法炼铜 (4)1.4.2 湿法炼铜 (5)1.5 现代炼铜新技术 (6)1.5.1 闪速熔炼 (7)1.5.2 艾萨炼铜法 (7)1.5.3 白银炼铜法 (7)1.5.4 奥斯麦特炼铜法 (8)1.5.5 水口山炼铜法 (8)1.6 电解精炼的目的 (9)1.7 设计的内容及意义 (9)1.7.1 设计的内容 (9)1.7.2 设计的意义 (10)2 铜的电解精炼的工艺流程及基本原理 (11)2.1 铜的电解精炼的工艺流程 (11)2.2 铜电解精炼的基本原理 (11)2.2.1 电解过程的电极反应 (12)2.2.2 一价铜离子的形成与影响 (13)2.2.3 阳极杂质在电解过程中的行为 (13)3 技术条件及技术经济指标的选择 (16)3.1 操作技术条件 (16)3.1.1 电流密度 (16)3.1.2 电解液成分 (16)3.1.3 电解液温度 (17)3.1.4 电解液循环 (17)3.1.5 添加剂 (19)3.1.6 同极中心距 (20)3.1.7 阳极溶解周期和阴极周期 (21)3.2 技术经济指标 (21)3.2.1 电流效率 (21)3.2.2 残极率 (21)3.2.3 电解回收率 (22)3.2.4 槽电压 (22)3.2.5 直流电耗 (22)3.2.6 蒸汽单位消耗量 (23)3.2.7 硫酸单位消耗 (23)3.2.8 水单位消耗 (23)4 产物 (24)4.1 电解铜 (24)4.2 阳极泥 (24)5 主体设备的选择与计算 (26)5.1电解槽 (26)5.1.1 电解槽的材质与结构 (26)5.1.2 电解槽的排列 (26)5.1.3 电解槽的安装 (27)5.2 电解槽的计算 (28)5.2.1 商品电解槽总数 (29)5.2.2 电解槽中阴极、阳极的片数 (30)5.2.3 电解槽尺寸 (30)5.2.4 种板槽数确定 (31)5.2.5 槽边导电排、槽间导电板、阴极导棒 (31)6 冶金计算 (34)6.1 物料平衡计算 (34)6.2 净液量计算 (37)6.3 槽电压组成计算 (39)6.4 电解槽热平衡计算 (40)6.4.1 热支出 (40)6.4.2 热收入 (43)6.4.3 全车间需补充的热量 (44)7 车间环保 (45)7.1 废水处理 (45)7.2 废气处理 (46)7.2.1 电解工段废气治理措施 (46)7.2.2 净液工段废气治理措施 (47)7.3 节能降耗 (47)7.4 车间防腐 (47)7.4.1 电解槽 (47)7.4.2 电解液输送管道 (48)致谢 (49)参考文献 (50)1 绪论1.1 铜的基本性质铜在化学元素周期表中属第一族元素，原子量是63.54，原子序数是29，密度8.92，熔点1083℃，沸点2567℃。
铜在熔点的蒸气压仅为1.5996Pa，因此在冶炼温度下，铜几乎不挥发。
铜有一价和二价两种原子价。
纯铜呈玫瑰红色，有金属光泽，质地柔软。
铜的化学稳定性强，热导率和电导率很高，抗张强度大，易熔接，具有耐蚀性、耐磨性、可塑性和良好的延展性。
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、铁等金属制成合金。
1.2 铜的用途铜在工业、农业、国防以及人们日常生活中有着广泛的应用，其应用范围仅次于钢铁。
一般工业发达国家，每一百吨钢铁大约需要1.5吨铜与之相适应。
由于铜的导电率高和延展性好，因此广泛应用于电器、电子技术上，电器制造用量最大。
据统计世界上生产的铜约一半用于电器工业。
世界上生产的铜的40%用于与其他金属制成各种合金，广泛用于在机械、造船、飞机、交通器材、国防以及其他工业部门。
如：黄铜（铜锌合金）和青铜（铜锡合金）大多应用在机械工业中制造各种轴承、活塞、开关、油罐、热交换器等。
在国防工业上用在弹壳制造。
铝青铜（铜铝合金）抗震能力强，可应用于制造一定强度和韧性的铸件。
铜镍合金中的蒙乃尔合金以抗蚀性著称，多应用于制造阀、泵、高压蒸汽设备及其他器材。
钽铜合金是最耐腐蚀的合金之一，可用来制造耐高腐蚀的部件和器械。
世界上生产的铜大约10%用于化学和建筑等。
硫酸铜（CuSO4·H2O）在农业上用做除虫剂。
铜具有较强的的耐蚀性和抑制细菌的生长，在建筑上用来做自来水管道。
1.3 铜资源的分部1.3.1 世界铜矿分部状况总体来看，全世界的铜资源比较丰富，世界陆地铜资源量估计约为30亿吨，深海结核中铜资源量估计约为7亿吨，主要分部在太平洋，另外洋底或海底热泉形成的贱金属硫化物矿床中也含有大量的铜资源。
世界铜资源的分布从地理上来看极其不平衡，主要集中在南北美洲西海岸、非洲中部、中亚地区以及俄罗斯的西伯利亚，其次是阿尔卑斯山脉和中东、美国东南部、西南太平洋沿岸等。
世界上铜储量最多的国家是智利和秘鲁，分别占世界铜基础储蓄量的36%和12%，其他储蓄较多的国家有美国、中国、波兰、澳大利亚、墨西哥、印度尼西亚、赞比亚、俄罗斯和加拿大等国家。
[1]详见图1.1图1.1 各国铜资源储量1.3.2 中国铜矿种类及分部状况中国地域辽阔，铜矿类型相对比较齐全。
其中最重要的有斑岩型、矽卡岩型、层状型（包括变质岩层状型和含铜砂页岩型）、火山沉积型（黄铁矿型铜矿）和铜镍硫化物型。
这5种类型的铜储存量占全国铜矿总量的90%以上。
[2]中国铜矿多为综合性矿床，伴生组分多。
在已经探明的铜储量中，单一的铜矿床占全国总储量的5%，而与铜矿伴生的金占中国伴生金储量的78%，与铜矿伴生的银占中国伴生银总储量的26%，与铜矿伴生的钴约占全国总储量的一半。
中国铜矿的平均品位为0.8%，而品位大于1%的富铜矿储量为2196.41万t。
仅占总保有储量的35%，大型斑岩铜矿的矿石品位普遍较低，一半约为0.5%，仅占总保有储量的35%。
从矿石类型来看，中国的铜矿以硫化矿为主。
已探明储量中，硫化矿约占87%，氧化矿约占10%，混合矿约占3%。
在中国铜矿的开发利用上，虽然有上述有利条件，但超大型的铜矿床少，矿石品位低，贫矿多，富矿少，一些铜矿床地处边远、海拔高、交通不便，影响了开发利用[3]。
中国铜矿分部广泛，在已经探明的矿产地除天津以外，各省、自治区、直辖市均有不同程度的分布。
其中，江西、云南、西藏三省查明的铜矿资源储量占全国总储量的51%。
此外，铜储量较多的还有甘肃、安徽、内蒙古、山西、湖北、黑龙江等6%[4]。