年产8万吨粗铜闪速炉熔炼车间的设计开题报告.docx
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年产8万吨粗铜闪速炉熔炼车间的设计开题报告
本科毕业设计开题报告
设计题目：
年产8万吨粗铜闪速炉熔炼车间的设计
（2015届）
学
院（部）：
冶金工程学院
专
业：
冶金工程
学
生姓名：
班
级：
冶金工程1105学号：
指导教师姓名：
职称:
2014年月日
题目：
年产8万吨粗铜闪速炉熔炼车间的设计
1.本课题的背景和意义
2012年，中国的铜消费量达到800万吨，占全球消费量的40%以上，从而取代美国成为世界第一大铜消费国。
自从中国进行改革开放以来，中国的工业发展速度特别的快。
铜作为现代工业发展和经济发展的基础性材料。
如前所述，铜一直是电气，轻工，机械制造，交通运输及电子等行业不可缺少的重要材料。
通过浏览一些网页，查阅一些书籍及相关的报告得知2005年中国的铜产量达
260.04万吨居世间第二，阴极通的消费量为达368万吨居世界第一位，但是随着中国工业的发展，特别是电力等方面，进而出现了较大的缺口。
到了2012年,这个缺口更大了，达到3百万吨以上，需要靠大量进口来弥补。
因此，新建电解铜车间对缓解国内铜消费缺口，促进我国工业的发展有积极的现实意义和巨大的经济利益。
1.1人类利用铜的发展过程
铜是人类最早发现和使用的有色金属之一。
大约在公元钱4000年，波斯人
就已经掌握了炼铜技术。
公元3000年，埃及印度等地区已出现较高水平的炼铜业。
欧洲在公元2000年采用硫化铜炼铜。
我国新石器时代后期开始使用铜夏代即开始进入青铜器时代；在商周时期（公元前16世纪）青铜的冶炼和铸造技术
已经很发达。
在湖北大冶县境内发现铜绿山矿冶遗址始于西周末年，是我国目前发下规模最大，保存最完整的古代铜矿遗址。
铜冶炼技术发展是一个漫长的过程，铜的冶炼至今乃以火法为主，其产量占世界铜产量的80%。
1.2铜的性质及用途
根据铜的不同物理化学性质，其用途也不一样。
1.2.1铜的物理性质
纯铜呈玫瑰颜色，有金属光泽，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故常称紫铜。
铜的延性和展性好，易于成型和加工，能拉成极细的铜丝，压成极薄的片，具有好的导电性和导热性，仅次于银居第二位。
铜在元素周期表属第一副族元素，原子系数29。
，原子量63.57,有两种原子价，形成一价和二价化合物。
液态铜能溶解某些气体，如氢气，氧气等。
气体的溶解不仅包括物理溶解，也包括气体与铜及铜中杂质发生化学反应作用。
气体的溶解是铜的力学性能和导电性能受到影响，当熔融铜凝固时气体从铜中溢出，造成铜铸件的气孔。
铜的合金性能好，能与锌，锡，铅，镍等金属制成各种不同特性的合金，如铜锌合金有很好的延展性。
1.2.1.1铜导电性
随着科技的发展，材料学有了大的飞跃。
铜是21世纪工业发展的基础性材料，因此铜材料的研究还是比较多。
电解主要有电解沉积和电解精炼，可以提供高纯度的铜锭。
越纯的铜就可以提供较多的优良性质，像高导电性。
现今的铜材主要是用于合金，因为合金可以拥有多种金属的化学性质，从而扩宽了材料的使用范围。
像铜基材料，铜套材料等多是当前研究的热点。
要获得合格的铜复合材料，制取高纯度的铜基是首要条件。
特别是最近几年以来电子工业发展可以说是“翻天覆地”，不少企业改向向电子工业发展，因此高性能的导电材料是必须的，铜就是其中一种，其实电力也是一个使用铜的大户。
因此认为新建铜电解车间是必需的。
121.2铜的导热性
我们从物理化学方面对铜的性质进行学习，了解到固体铜中含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。
1.2.2铜的化学性质
常温下，铜在干燥空气中稳定，加热时生成黑色的氧化铜。
在含有二氧化碳的潮湿空气中，铜的表面会慢慢生成有毒的铜绿。
这种薄膜能保护铜不被腐蚀。
铜绿有毒，因而纯铜不能做食具。
使用铜制品时，需镀锡。
高温下，铜不与氢，氮或碳作用。
铜与含有硫化氢的空气接触时，表面生成硫化物黑色薄膜。
铜在电位序中位于氢后，属于正电性金属，不能从酸中置换出氢，因此不能溶解于盐酸和未溶解氧的硫酸。
只有在具要氧化作用的酸中铜才可以溶解，便生成相应的盐，如铜能溶解于硝酸和有氧化剂存在的硫酸。
1.2.2.1铜的耐腐蚀性
铜具有良好的耐蚀性能，优于普通不锈钢材，在碱性气氛中优于铝。
铜的电位序比氢高，是电位较正的金属。
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CuS04Cu（0H）2及CuS043Cu（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。
1.2.2.2铜具有多种存在形态性
铜具有多种价态及特定的原子结构使之具有很多种化合物形态。
常见的有硫化铜，硫化亚铜，氧化铜，氧化亚铜，硫酸铜，铜的硅酸盐，铁酸盐，碳酸盐及铜的氯化物。
不同种类的化合物使铜在很多化学试剂中应用就多，像硫酸铜作为干燥剂，硫化铜作为分析试剂，氧化铜可以用作玻璃、瓷器的颜料、脱硫剂、催化剂等
1.3铜的冶炼方法
用铜矿石或精矿生产铜的方法比较多，概括起来主要有火法和湿法两大类
1.3.1火法炼铜
火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上80沖上的铜是用火法从硫化铜精矿中提取的。
随着时间的推移，我们慢慢地明白火法炼铜的特性，其实火法炼铜最大的优点是适应性强，生产效率高等。
其一般工艺流程如图1.1所示。
硫化铜精矿的火法熔炼，一般包括三个过程。
第一个过程是将铜矿熔炼成冰铜，第二个过程是将冰铜吹炼成粗铜，最后把粗铜精炼成纯铜，精炼又分火法精炼和电解精炼。
铜精矿熔炼成冰铜的过程，根据所用炉子的不同，可分为鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼、闪速炉熔炼等。
由于熔炼方法和设备的不同，铜精矿熔炼前要进行一系列的预处理，包括混捏、干燥、制粒、焙烧等，当然也可以直接熔炼。
尽管对精矿的预处理不同，但熔炼后所得产品都是冰铜。
吹炼一般是在转炉中进行。
吹炼的原料是冰铜，产品是粗铜。
吹炼产出的粗铜，先经过火法精炼，然后电解精炼产出纯铜，并回收金、银等有价金属。
在熔炼和吹炼过程中产出的炉气，含有二氧化硫，可以用来制酸。
硫化铜精矿
电解精炼
电铜
图1.1
1.3.2湿法炼铜
湿法炼铜是在溶液中进行的一种提铜的方法。
无论贫矿或富矿、氧化矿或硫化矿，都可以采用湿法炼铜的方法将同提取出来。
1.321焙烧-浸出净化-电积法[3]
1.2
该法主要用于处理硫化铜精矿，用适当的溶剂浸出铜矿石，使铜以离子状态进入溶液。
浸出后经澄清过滤，得到含铜的浸出液和由脉石组成的不溶性残渣即浸出渣。
浸出过程中，由于一些金属和非金属杂质与铜一起进入溶液，浸出液须净化。
净化后的浸出液用于电积将铜取出来。
其一般的工艺流程如图
硫化铜精矿
图1.2
1.322浸出-萃取-电积法[2]
该方法是最近几十年开发出的新型铜冶炼工艺，主要用于处理低品位矿石,尾矿，复合矿等。
具有很广阔的市场，市场竞争力也非常强。
该法具有建厂投资和生产费用低，以难选矿难处理的低品位矿石为原料，三废问题得到解决，拥有可靠的特效萃取剂。
该法的流程图如图1.3
浸矿剂低品位矿石
图1.3
1.323氨浸-萃取-电积
该方法是最近十几年出现的新方法，主要用于处理高钙、镁氧化铜矿或硫化矿等。
其中该法又分为高压氨浸法和常压氨浸法两种。
高压氨浸主要是在高温高压下进行浸出硫化精矿。
由于该法浸出要在高温高压下进行，酸溶液对设备的腐蚀性大，使得对设备的要求比较严格。
所以该法还不是怎么被看好，但还是有发展潜力的。
这里也不做过多的探讨。
1.4意义
自从进入21世纪以来，世界的工业发展特别快，中国充当了领头羊的角色，而铜是工业发展的基础性材料，它的产量和质量相当重要。
随着科技的发展和技术进步，对铜的质量有了新的要求。
本次设计就是针对铜产量的缺口和铜的质量来设计较好的电解车间。
利用国内现有的工艺技术和设备，尽可能做到生产设备高效，方便，和实用性，期间也要尽可能引用国外先进的工艺技术和生产经验。
从节约投资，环境保护，资料的利用及加强劳动保护等方面考虑。
设计出投资少，质量好，产量高，污染小的铜电解车间。
此外，通过对铜电解精炼车间的设计可以在一定程度上提高应用知识解决实际问题的能力，为我们今后从事该行业积累一定的经验。
2.国内外的现状和发展
根据不同的矿石就要选用不同的工艺，但是一些辅助设备及生产经验是可以借鉴的。
下面简单介绍一下中国和美国的一般铜冶炼工艺。
2.1美国双峰铜选厂的浸出-萃取-电积工艺
将氧化矿石破碎、磨矿后，用硫酸浸出，浸出液用有机相（一般萃取剂为Lix64N与煤油的混合物）萃取铜，使浓度很低的铜转入有机相中，再用硫酸萃含铜的有机相，然后将含铜的反萃液，送入电解车间电解，获得阴极铜。
其主要工艺流程如图1.3，但是该厂的预处理比较好，经过三级破碎，分别是鄂式破碎，圆锥破碎，短头破碎。
还有两级磨矿，棒磨加球磨。
同时萃取预备工作也做得较多像先逆流洗涤系统，分流，PH值调节，浓缩，澄清，调整槽，压滤，经过这些步骤后才进行萃取。
最后经过简单的电积前得处理，就可以进行电积了。
2.2中国祥光“双闪”铜冶炼工艺⑹
铜精矿与石英砂，渣精矿，吹炼渣按一定的比例配比后经蒸汽干燥后送闪速熔炼炉熔炼成冰铜，熔渣送选矿车间处理，生产渣精矿返回闪速熔炼炉循环。
冰铜水淬后经磨碎干燥成含水极低的细冰铜，然后同生石灰，石英砂一起送闪速吹炼炉也练成含铜98.5%的高硫粗铜。
高硫粗铜经溜槽进入回转式阳极炉进行氧化还原精炼成含铜99.3%以上的阳极铜，用双摸圆盘浇铸成阳极版送电解车间，含硫0.25%的烟气通过锅炉降温和文丘里洗涤后采用贫氨液吸收后排放。
电
解采用奥图泰永久不锈钢阴极技术生产高纯阴极铜，残极经竖炉溶化后浇铸成阳极板返回电解，阳极炉处理采用卡尔多炉技术回收金银。
其工艺流程如图2.1。
精矿库
加料系统
1
闪速熔炼
（送精矿库）
图2.1
2.3电解工艺国内外的新进展
高电流强度是今后的发展方向，本次设计就朝高强度电流电解方向研究。
其实，我本次设计也想融入一些回收铜的二次资源的技术，也就说电解精炼回收二次铜。
毕竟，一次资源不可能被永无止尽的使用。
国内近几年铜每年的回收量达70万吨，占全国铜产量的25%（中国选矿技术网），国内外一直重视二次铜的回收。
不管是哪种方式回收都要通过电解这一道工序。
现今，运用最多的溶浸-萃取-电积工艺就是以电积作为最后工序，而电解过程中主要是运用电积
的方法，但是电积存在一个大的问题就是如何实现真正的惰性阳极。
铅合金阳极比较令人满意，但他却慢慢的腐蚀对电积铜有轻度的污染，因而真正的惰性阳极的研制是提升一个电解车间经济效益的一个重要的发展方向。
3本课题研究目标及内容，方法和手段
本课题研究目标：
设计年产12万吨阴极铜的车间
确定生产过程中物料的处理量，三废的排放量，辅料及电能的消耗量。
从定量的方向来研究各个工序的内在联系，进而使整个车间工作协调一致。
在确定工艺以后，开始设计车间的大小及选用辅助设备包括尺寸，数量等为能量的计算提供依据。
在设计的过程中，我们应尽力发现中间的薄弱环节，也就是生产的限制性环节，通过改善限制性环节来提高铜的产量和质量。
3.1设计方向
1）降低电耗
2）在一定程度上提高电流强度
3）尽量节省建设成本
4）改善车间环境，即减少污染
5）机械自动化
6）强化控制室和休息室的建设
3.2参数内容
1）电铜品位：
99.99%
2）残极率：
12%
3）铜锍的品位：
45%
4）电解槽的作业率：
95%
5）电流效率：
97.6%
6）电流强度：
10000A
7）始极片尺寸：
965965mm
3.3主要计算内容
1）溶解100kg阳极铜平衡计算
2）生产一吨电铜的平衡计算
3）电解车间一昼夜物料的平衡计算
4）电解槽的选用计算
5）整流器极导电铜材料的计算
6）电解液循环系统设备及管道计算
7）车间运输设备的计算
3.4方法及手段
定性分析法辅之以定量分析法。
利用该法结合车间实际情况加以分析和设计，期间利用数学分析法来分析其经济的合理性。
最后通过对比分析法确定设备，尺寸，数量等。
期间我主要通过浏览网页，查看文献及相关的报告，图书馆查阅书籍等方式收集资料。
4设计进度安排
2013.3.1-3.10
熟悉铜冶炼工艺，电解工艺，选择工艺
2013.3.11-4.0
查阅文献，制定设计计划
201341-4.15
毕业实习，收集数据
2013.4.16-4.20
开题报告的最后定稿
2013.4.21-5.30
毕业设计说明书的书写
2013.5.31-6.3
准备毕业答辩，答辩
5总结
开题报告已基本完成，期间我有不少的体会，有与学习有关的，也有处事态度等方面的。
从老师那拿到设计题目，我就着手收集资料，到图书馆借相关资料，但是有关电解车间设的书籍很少即便有一些，然而其中没有多少是有关车间设计的。
后来我发现阅览室有不少这方面的资料。
其实整个设计有许多的资料是从网上浏览的记下的。
在做开题报告的期间，我也发觉电解车间的设计其实是对流程的选择，因为一座新建的有色电解车间的全部设计内容，都是围绕着确定的工艺流程而展开的。
所以说我们不能只从车间本身出发，而是从工艺流程和技术经济指标方面去改进。
就国内外现今的电解车间设计大多是按照传统的电解工艺流程，没有大的改进，所以我的设计主要是在已有的工艺上，从节能，降耗及二次资源的利用等方面进行设计。
尽量引进国外先进的设备。
通过撰写本次考题报告，我学会了许多查阅资料，文献的方法（通过XX及自我摸索）。
其实我们也知道最近几十年中国工业的快速发展使得许多原材供应不足，铜就是其中之一，所以建设电解车间是必要的，建设具有现代化（机械自动化）工业要求的电解车间是更加必要的。
本次设计就是朝具有现代工业要求的方向设计。
6参考资料
[1]刘道德.大学生毕业设计指导教程（冶金、选矿、化工分册）
[2]北京有色冶金设计总院等，重有色冶炼设计手册（铜、镍卷）[M].北京：
冶金工业出版社，1996
[3]许并社，李明照.铜冶炼工艺[M].北京：
化学工业出版社，2007
[4][美]W.GDAVENPORT,[美]M.KING.EXTRACTIVEMETALLURGYOFCOPPER[M].北京：
化学工业出版社，2006
⑸朱祖泽，贺家齐.现代铜冶金学[M].北京：
科学出版社，2003
⑹蔡祺风.有色冶金工厂设计基础[M].北京：
冶金工业出版社，2003
[7]彭容秋等.重金属冶金学（第二版）[M].长沙：
中南大学出版社，2003
[8]周松林.祥光“双闪”铜冶炼工艺及生产实践.山东：
有色金属报（冶炼部分），2009年2期
4.指导教师意见
指导教师：
年月日
说明：
开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一,此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。
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