Повышение производительности цеха элетктролиза меди с 350 000-500 000 тонн катодной меди

ВВЕДЕНИЕ 6
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 8
1.1 Условия катодного выделения металла 8
1.2 Влияние посторонних ионов 11
1.3 Совместный разряд ионов основного металла и примесей 12
1.4 Анодное растворение многофазного сплава н шламообразование 13
2.1 Характеристика медных анодов 15
2.2 Раствор для электролиза 16
2.2.1 Состав электролита 16
2.2.2 Температура электролита 18
2.2.3 Циркуляция раствора электролита 19
2.3 Применение ПАВ 20
2.3.1 Использование классических поверхностно-активных веществ 23
2.4 Описание технологической схемы 25
2.6 Анодный процесс 26
2.7 Катодный процесс 28
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ 31
3.1 Материальный баланс электролизной ванны 31
3.2 Электрический баланс электролизной ванны 35
3.3 Тепловой баланс электролизной ванны 38
3.4 Основные технологические показатели 41
4. ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКЕ ОБОСНОВАНИЕ 45
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 50
5.1 Опасные и вредные производственные факторы ЦЭМ. 51
5.2 Характеристика вредных веществ. 52
5.3 Защита технологических процессов и оборудования от аварий и травмирования работающих. 54
5.4 Меры безопасности при эксплуатации производства. 55
5.5 Электробезопасность. 57
5.6 Вентиляция. 57
5.7 Освещение помещений. 58
5.8 Пожарная безопасность. 58
6 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63

Весь текст будет доступен после покупки

Черновая медь, получаемая на медеплавильных заводах, содержит значительное количество примесей, которые ухудшают её качество. Развитие электротехники и повышение требований к чистоте меди способствовало возникновению нового процесса в металлургии меди – электролитического рафинирования.
С возникновением электроники и ряда других новых отраслей промышленности требования к частоте меди сильно возросли. Появилась необходимость производить медь особо высокой чистоты, содержание основного металла в которой 99,99 % и выше.
Электролитическое рафинирование меди – это сложный процесс, требующий больших материальных и энергетических затрат. Для данного процесса необходимо тщательное соблюдение технологического режима и точный технологический контроль.
Электролитическое рафинирование является завершающей стадией получения готовой меди. Электролиз меди позволяет не только получать медь высокого качества с минимальным содержанием примесей, с высокой электропроводностью и теплопроводностью, но и наиболее полно извлечь благородные и редкие металлы из черновой меди.

Весь текст будет доступен после покупки

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.1 Условия катодного выделения металла
Процесс катодного выделения металла состоит из трёх последовательных стадий:
1) подхода катиона к электроду из толщи раствора;
2) разряд (нейтрализация) катиона;
3) внедрение атома металла в кристаллическую решётку катодного осадка (электрокристаллизация).
Скорость катодного выделения в целом определяется той из стадий, которая является в данном конкретном случае наиболее медленной.
При погружении металла в раствор, содержащий его ионы, сразу же начинаются реакции ионизации атома металла:
Me – 2e- Me2+
и нейтрализации ионов металла:
Me2+ + 2e- = Me
Реакции (1) и (2) на границе раздела электрод – электролит имеют ограниченные скорости. В зависимости от природы металла, активности его ионов в растворе и некоторых других факторов в первые моменты времени эти реакции протекают с разными скоростями. Это приводит к заряжению поверхности металла: если скорость первой реакции больше, поверхность заряжается отрицательно, в обратном случае – положительно.
Заряжение поверхности металла тормозит протекание той реакции, которая в первый момент имела преимущественное развитие, и ускоряет протекание обратной реакции. Торможение одной из реакций и соответственное ускорение другой реакции возрастают по мере увеличения заряда поверхности. В результате этого через небольшой промежуток времени (после погружения металла) между ним и раствором устанавливается динамическое равновесие, заключающееся в равенстве скоростей реакций (1) и (2). Для каждого конкретного случая состоянию равновесия отвечает вполне определенный заряд поверхности металла и, следовательно, определенный потенциал этого металла (электрода) относительно раствора, который называют равновесным (обратимым) потенциалом.
Скорость электрохимических реакций (1) и (2) при равновесном потенциале электрода, выраженная электрической величиной–плотностью тока, называется током обмена.
Количественные закономерности скорости процессов нейтрализации ионов и ионизации атомов на границе электрод–электролит были впервые получены Эрдей-Груцем и Фольмером и развиты А. Н. Фрумкиным в современную теорию кинетики электродных реакций [1].
Поскольку скорость реакций (1) и (2) не бесконечно велика, естественно предположить, что для их протекания, как и для протекания любой химической реакции, требуется определенная энергия активации и, следовательно, для электрохимических реакций должно быть справедливо основное уравнение кинетики химических реакций:
u = k ? a1 ? a2 . . . . с – Ua/RT
где u – скорость реакции;
k – константа скорости;
а1, а2 – активности реагирующих ионов;
Ua – энергия активации;
R – универсальная газовая постоянная;
Т – абсолютная температура.
Однако закономерности, которым подчиняются электрохимические реакции, должны иметь не только общие черты, но принципиальные отличия от закономерностей скорости реакций между нейтральными частицами. Законы кинетики электродных реакций должны отражать тот факт, что реакция нейтрализации или ионизации происходит между электрически заряженными частицами в условиях воздействия мощного электрического поля двойного слоя на границе металл–электролит, достигающего сотен миллионов вольт на 1 см. Количественно это воздействие, учитывается изменением энергии активации с изменением потенциала электрода.
При увеличении плотности тока может, наконец, наступить такой момент, когда концентрация ионов у поверхности станет равной нулю. При этом все ионы, которые могут подаваться в единицу времени к поверхности катода, немедленно разряжаются. Дальнейшее увеличение поляризации уже не приведет к росту плотности тока, так как диффузия не будет в состоянии обеспечить поступление соответствующего количества ионов к поверхности (при пулевой концентрации ионов у поверхности диффузия ионов из толщи раствора к поверхности максимальна). Плотность тока становится в этих условиях постоянной и независимой от потенциала. Такую плотность тока называют предельной плотностью тока и рассчитывают по уравнению:
I пр=?zFC/(?(1-nk))=kдC,
где ? – коэффициент диффузии;
I– предельная плотность тока;
z – валентность;
F – константа Фарадея;
С – концентрация в объёме;
? – толщина диффузионного слоя;
nk – число переноса катиона;
kд – константа скорости диффузии.
Таким образом, предельная плотность тока растет прямо пропорционально концентрации разряжающихся ионов.
Константа скорости диффузии (а, следовательно, и предельная плотность тока) возрастает с повышением температуры и скорости перемешивания раствора. Следовательно, с ростом температуры и увеличение интенсивности перемешивания электролита концентрационная поляризация снижается.

Уравнение, связывающее величину концентрационной поляризации с плотностью тока, имеет вид:
??к=RT/zF ln??(1-Iк/Iпр) ?
На скорость катодного процесса выделения металла может оказывать влияние также замедленное протекание третьей стадии – образования кристаллических зародышей из разрядившихся атомов металла.
Явление это называется кристаллизационной поляризацией, однако случаи, когда оно лимитирует скорость катодной реакции, относительно редки (например, выделение свинца). Независимо от характера поляризации с увеличением катодной плотности тока величина поляризации повышается. Во всех случаях повышение температуры снижает поляризацию. Состав раствора также влияет на величину поляризации, причем зависимости здесь не имеют общего характера.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Фрумкин А. Н. Кинетика электродных процессов: учебное пособие для государственных университетов / А. Н. Фрумкин, В. С. Багоцкий, 3. А. Иофа, Б. Н. Кабанов. – Москва: Изд-во Московского университета, 1952. – 319 с.
2. Исаков, В. Т. Электролиз меди: Пособие для подготовки и повышения квалификации рабочих и мастеров. - 2-е изд. - Москва: Металлургия, 1970. - 220 с.
3. ТИ 00194429-0200-02/1-2021: Производство катодов медных по безосновной технологии. – Введ. 2021-10-25. – Верхняя Пышма: АО «Уралэлектромедь», 2021. – 49 с.
4. Федотьев, Н. П. Прикладная электрохимия: учебное пособие / Н. П. Федотьев, А. Ф. Алабышев, А. Л. Ротинян. - Санкт-Петербург: «Госхимиздат», 1962. – 641 с.
5. Лебедев, В. А. Теория электрометаллургических процессов: учебное пособие / В. А. Лебедев. – 2-е изд., доп. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. – 112 с.
6. Уткин, Н. И. Производство цветных металлов / Н. И. Уткин. - Москва: Интермет Инжиниринг, 2004. – 442 с.
7. Вольхин, А. И. Анодная и катодная медь: учебное пособие / А. И. Вольхин, В. П. Жуков, Е. И. Елисеев. – Челябинск: Южно-уральское книжное издательство, 2001. – 431 с.
8. ГОСТ 859-2014 Межгосударственный стандарт / медь марки: Москва Стандартинформ 2015 – 69 с.
9. Волков, А. И. Большой химический справочник: учебное пособие / А. И. Волков, Жарский И. М. – Москва: «Современная школа», 2005. – 608 с.
10. Ривкин, С. Л. Теплофизические свойства воды и водяного пара [Текст] / С. Л. Ривкин, А. А. Александров. – Москва: Энергия, 1980. – 424 с.
11. СанПиН 2.2.4.548-96: Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений [Текст]. – Введ. 1996-10-01. – М: Госкомсанэпиднадзор РФ, 1996. – 15 с.
12. ГОСТ 12.1.005: Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны [Текст]. – Введ. 1989-01-01. – М. : Издательство стандартов, 1988. – 24 с.
13. ГОСТ 12.4.021: Система стандартов безопасности труда. Системы вентиляционные. [Текст]. – Введ. 1977-01-01. - М. : ИПК Издательство стандартов, 2001. – 67 с.
14. СН 2.2.4/2.1.8.562-96: Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. [Текст]. – Введ. 1996-31-10. – М. : Государственная система санитарно-эпидемиологического нормирования Российской Федерации. Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы, 1996. – 16 с.
15. СН 2.2.4/2.1.8.566- 96: Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий [Текст]. – Введ. 1996-31-10. – М. : Государственная система санитарно-эпидемиологического нормирования Российской Федерации. Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы, 1997. – 50 с.

Весь текст будет доступен после покупки