铜电解精炼冶金计算

铜电解精炼冶金计算

1、物料平衡计算

计算条件：产量为100000t电解铜/a，年工作日为355天。 火法精炼后阳极成分见表7-1。 表7-1 阳极成分

元素 含量%

u C

i N

s A

b S

g A

e F

i

B

SeTeS O

u

A

b

P

电回收率：%；残极率：15%。 铜电解过程元素分配(W/%)：

表7-2 铜电解过程元素分配(W/%)

元素 Cu Ni As Sb Ag Bi

SeTe

进入电解液 17 — 18 — — — — — 74

进入阳极泥 78 95 94 96 97 93 53

进入电解铜 5 2 6 4 3 7 21

S O Au Pb Fe

假设以溶解100kg的阳极铜平衡进行计算 阴极铜产量和电铜品味计算

Cu：×%= Ni：×%= As：×%= Sb：×5%= Ag：×5%= Bi：×%= Se+Te：×6%= Fe：×21%= S：×4%= O：×3%= Au：×%= Pb：×7%%= 合计：

电铜品位：÷=% 阳极泥率和成份计算 Cu：99×%= Ni：×%= As：×%= Sb：×78%= Ag：×95%= Se+Te：×94%= S：×96%= O：×97%= Au：×%= Pb：×93%= Fe:×3%=

合计：

阳极泥率：%（对溶解阳极铜） 电解物料平衡计算

（1）1t阴极铜需要溶解的阳极量

199.98%1.0119t

199%99.8% (2)阳极实际需要量

1.011910000119288.322t/a

0.998(10.15) （3）阳极实际溶解的量

1.0119100000101395t/a

0.998 （4）阳极铜的含量

119288.3220.99118095.4388t/a

（5）残极量

119288.3220.1517893.2483t/a

（6）残极铜的含量

17893.24820.9917714.3158t/a

（7）阳极的泥量 （8）阳极泥含铜量：a

（9）电解液中各个元素的含量：

根据阳极成分和计算的阳极泥中各元素量及其成分见表7-3

表7-3 阳极泥中各元素重量级百分比

元素

进入阳极泥的量t/a

阳极泥成

素

元

进入阳极泥的量t/a

阳极泥成

分，%

Cu

分，%

%%=

u

A



Se+Te



    

它

其

   

计

共

表7-4 电解液中各元素的含量

装入

物 料

名 称

阳极

合 计

产 出

物 料

名 称 电解铜

0

1000

0

9998

量

t/a

%

物料

Cu

As

Ni

Au

Ag

量

t/a

%

物料

Cu

As

Ni

Au

Ag

t/a

%

t/a

%

t/a

%

t/a

%

t/a

t/a

%

t/a

%

t/a

%

t/a

%

t/a

残极铜

阳极泥

电解液

损失及计算误差

合计

99..0

302

5

+铜电解精炼热平衡计算

仪器及实验条件参数设定如下：

电解槽的外形尺寸：5100×1265×1395； 电流强度：10000A； 槽间电压：； 电解槽的数量：560； 电解槽的外壁温度：35°C 电解车间温度：2°C5 电解液的温度：60°C

电解液循环速度：20L/min（商品槽与种板槽共用一个循环系统）；

热量支出

（1）槽内液面上水蒸气的热损失槽的总液表面积 S=××560=

q1

每平方电解槽液面在无覆盖时的水分蒸发量查表得(m2·h). 60℃的水气化为kJ/kg

则

q1=××=h

q2

（

（2）槽液面上对流传热与辐射损失

根据化工原理的傅立叶传热公式： Q=KS

式中：K—辐射与对流联合导热系数，kJ/( m2·h·℃)取； S—传热面积，㎡；

t1t2—电解液与车间空气温度差，℃。 则：2=×（60-25）×=h （3）槽外壁的对流传热与辐射损失

t1-t2

）

q

q3

槽壁总面子S总=560×（×+××2+××2）= m2 根据化工原理的傅立叶传热公式： Q=KS

式中：K—对钢筋混凝土槽壁辐射与对流联合导热系数，kJ/( m2·h·℃)，当槽外壁温度为35℃，车间室温为25℃时，取

则：3=×（35-25）× （4）循环管道内溶液热损失为

（

t1-t2

）

q

q4

电解液的循环量为：306014201032556m3/h

q4VCpt （7-7） 式中：V—电解液循环量，750m3/h；

Cp—电解液热容量，KJ/(kg·℃)，； —电解液密度，1250kg/m3；

t—电解液在循环管道内的温度降，根据车间规模大小取2～4℃，本设计取3℃。

q467212503.4338643600kJ/h16=h

热量收入

热量收入为电流通过电解液时所产生的热：

Q4.180.239IEtN103

式中：I—电流强度，A；

E—消耗于克服电解液阻力得到槽电压/V,为槽电压的50%左右； N—电解槽数；

t—时间，取3600s。 则热量收入：

Q=××××10000×3600×560×10-3=kJh

综上热量衡算可得

整个车间需补充的额外热量为：

q1＋q2＋q3＋q4－Q=++

+23719967.777kJ/h。

表7-5 电解精炼系统热量衡算

热量流入 加热器补充的热量

电流通过电解液产生的热量

kJ•h1

热量流出 电解槽外壁的辐射与对流热损失

电解槽液面水蒸发热损失

电解槽液面辐射与对流热损失

kJ•h1

23719967.777

循环管道内溶液热损失

8643600

合计 .257 合计 .257

净液量的计算

本设计铜净化的过程主要采用的流程有中和结晶、脱铜电解、电热浓缩生产粗硫酸镍。

设计规模为产量100000t/a电解铜，阳极板成分为：Cu：%，Ni：%，As：%，Fe：%，Sb：%，Bi：%。生产1t的电铜所溶解的阳极板量为，在净化过程中铜、镍、砷、锑、铋和铁的脱出率分别为98%、75%、85%、85%、85%、和80%。

本设计所取有害杂质在电解液中的允许含量如下表所示:

表7-6 各种有害杂质元素在电解液中的允许含量

元素 含量

Cu <50

Ni <20

As <7

Fe <

Sb

<

Bi <

净液量的计算公式如下：

m103V （7-8）

kc式中：m—每溶解100㎏阳极后某元素进入溶液的数量㎏； k—元素在整个净化过程中的脱除率%； c—元素允许的极限浓度（即允许含量）g/l。 设计中主要元素净液量的计算分别如下：

1000001.011999%1.75%103Q铜35777.893m3/a

500.981000001.01190.08%81%103Q镍5828.544m3/a

150.751000001.01190.02%63.4%103Q砷2156.452m3/a

70.851000001.01190.002%74%103Q铁2936.4941m3/a

0.50.801000001.01190.126%17%103Q锑42499.8m3/a

0.60.85

1000001.01190.025%16%1039523.7647m3/a Q铋0.50.85

表7-7主要元素的净液量

元素 净液量m3/a

Cu

Ni

As

Fe

Sb

Bi

根据上表可知，净液量需求最大的是铜，其次的是铋。本设计采用在电解工序电解槽中增加不溶阳极的方法脱出，则净液量以铋的净液量为准，取为44000m3/a。

按照44000m3/a的净液量可以推算出电解液的实际含量（g/l）：

1000001.01190.025%18%1030.1218g/L

0.85440001000001.01190.20%63.4%1033.4307g/L

0.85440001000001.01190.126%17%1030.5795g/L

0.85440001000001.01190.008%81%1031.9870g/L

0.75440001000001.011999.0%1.75%10340.6567g/L

0.9844000CBiCAsCSbCNi CNi CH2SO4180g/L

由以上的计算可知，电解液的实际含量（g/l）：Bi:、As:、Sb:、Cu:、Ni:、

H2SO4：180。

硫酸盐生产物料衡算

衡算的基本数据如下； 加入铜料的品位％；

硫酸铜平均结晶率60％； 中和终液含铜：120；

中和过程溶液体积缩率70％； 硫酸铜含铜％；

一次结晶液体缩率81％； 铜回收率98％。

硫酸铜结晶水返回中和系统； 需加入铜料的量

根据经验选取结晶所需的洗水成分为Cu:40g/l，H2SO4:50g/l。本设计的流量取1388m3/a。

则中和过程进料成分为： Cu4400040.6567138840l；

44000138844000180138850l;

440001388 H2SO4铜料的加入量(按纯铜计）:

q=(44000+1388)70%103.69=1557t 中和液所需加入铜料量(按纯铜计)

Q12044000138870%1034438840.641031968.178t

加入铜料耗酸：1968.178983037.50t 63.5中和液体积：4538870%31771.60m3/a

45388176.021033037.50103155.359g/l 中和终液溶液含酸：

10771.6 计算硫酸铜产品产量

12031771.6060%9375.2262t

24.4%103结晶洗水体积及成分；

在生产实践中，硫酸铜结晶的洗水量为每吨~1m3，洗水含铜约为40g/l，含

硫酸铜结晶量：

酸约为50g/l，,因此洗水量为 ；

9375.22620.98437.70m3/a

洗水带走的铜量：8437.7040103337.508t

12031771.6060%10398%337.5087804.4922t 硫酸铜产品产量：

24.4%一次母液体积及铜，酸浓度

一次母液体积：31771.6081%26734.996m3/a

12031771.6040%98%58.07g/l

25734.99631776.60175.838437.7050母液含酸： 200.68g/L

25734.996母液含铜：

脱铜电解物料平衡计算 脱铜的基本参数： 铜的回收率：98%

一次脱铜后终液含Cu为30g/L； 二次脱铜后终液含Cu为g/L； 二级电铜含Cu为%； 铜回收率 98%。

58.073025734996二级电铜产量：

99.9%10398%708.63t/a

300.525734.99610398%1062.855t/a 黑铜板，粉产量：

70%黑铜板，粉含杂质质量：

AsSb440003.430710385%12.07%

1062.855440000.579510385%2.04%

360.3440000.121810385%Bi0.43%1062.855的

脱铜电解过程增加酸量：

600.5

9891.8 35.5

脱铜终液中的酸量：91.8176.025267.825g/L 粗硫酸镍生产计算

生产过程的基本参数： 镍的回收率为98%； 粗硫酸镍含Ni约为%；

回收酸中的成份：Ni：6g/L；Cu:g/L；H2SO4: 1100g/L； 根据以上的基本参数可得：

生产过程中镍的进料量为：44000410398%172.48t/a； 回收酸的体积（忽略蒸发过程的酸损失不计）为：267.82525734.996V6265.886m3/a

110086.686265.8866103208.871t/a 粗硫酸镍产量为：

23.5%根据以上的静液过程的物料衡算结果可得物料平衡表：

7-7净液过程主要物料平衡表

序物物号 料料量

名称 洁电进解入 液

不44000

m3/a

Cu

g/lNi

t/ag/lAs

t/aSb

t/ag/lBi

t/ag/l%t/ag/l

78889

1

加入铜料

小计

级

t/a

t/a

二t/a

电铜

硫酸产铜

粗硫酸镍

黑铜板粉

回收酸

损失误差

t/a

出

t/a

t/a

0

7

744

m3/a

6

380

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