目前，銅生產(chǎn)廠面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是通過(guò)濕法冶煉，通過(guò)電解陰陽(yáng)極板吸附銅，不給電解槽的硫酸銅溶液加熱，銅離子的活動(dòng)速度慢，銅在極板的吸附速度慢，給電解槽的硫酸銅溶液用蒸汽加溫，蒸汽冷凝水進(jìn)入電解槽這樣會(huì)影響硫酸銅溶液的濃度，同時(shí)使電解槽的硫酸銅溶液體積增加，從而影響陰陽(yáng)極板吸附銅的質(zhì)量。

　　摘　要：硫酸銅溶液加熱的目的是加強(qiáng)硫酸銅溶液的反應(yīng)速度，使硫酸銅溶液進(jìn)去電解槽之后，經(jīng)過(guò)陰陽(yáng)極板通電吸附銅，使硫酸銅溶液的銅離子吸附速度加快，使銅的產(chǎn)品質(zhì)量有所增強(qiáng)。這種電解銅的工藝加上管式換熱器配合使用，大大的節(jié)約了成本，同時(shí)也提高了銅產(chǎn)品的質(zhì)量。本文主要討論電解銅工藝上加哪種形式的換熱器更有利于銅離子的吸附，同時(shí)不會(huì)將換熱器結(jié)晶，從而影響換熱效果。

　　關(guān)鍵詞：科學(xué)技術(shù)與工程,銅電解液,換熱器加熱,提高銅的吸附速度和質(zhì)量

　　通過(guò)該工藝連接使用換熱器，會(huì)解決電解槽硫酸銅溶液體積增加使電解槽的硫酸銅溶液外漏，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也影響銅產(chǎn)品的質(zhì)量。但是使用哪種形式的、哪種材質(zhì)的換熱器給工藝造成了很大的懸念，在生產(chǎn)中，我們?cè)囉昧?16L管式換熱器、鈦材質(zhì)的渦流熱膜換熱器、鈦材質(zhì)的板式換熱器，剛剛投產(chǎn)幾天316L管式換熱器材質(zhì)上不耐腐蝕，使用時(shí)間短，使用幾天換熱器里面的管很快就被腐蝕壞了;后來(lái)又選用鈦材質(zhì)的渦流熱膜換熱器材質(zhì)上耐腐蝕了，但是由于結(jié)構(gòu)原因換熱效果不好，又更換為鈦材質(zhì)的板式換熱器，起初試用很好，由于電解槽通過(guò)陰陽(yáng)極板吸附銅需要十幾個(gè)小時(shí)，所以輸送硫酸銅溶液的泵開(kāi)關(guān)很頻繁，由于硫酸銅溶液受溫度影響很大，溫度忽高忽低很容易結(jié)晶，一結(jié)晶就將板式換熱器的通道堵死(由于板式換熱器的通道比較狹窄)，從而影響硫酸銅溶液的進(jìn)液量和硫酸銅溶液的換熱效果，板式換熱器的通道堵了就不能使用了，就必須清理一次板式換熱器，導(dǎo)致清理板式換熱器的周期縮短(周期基本上是一周一次)，久而久之換熱器的拆卸次數(shù)就會(huì)增多，拆幾次板式換熱器就會(huì)將換熱器的板拆卸變形損壞、板與板之間的密封就會(huì)損壞，這樣整臺(tái)板式換熱器就會(huì)報(bào)廢。

　　最后我們選用了鈦材質(zhì)的管式換熱器，把換熱面積由原來(lái)的10m2增加到25m2，換熱面積的增大使管式換熱器里面的管徑增大，從而不容易結(jié)晶，對(duì)最終產(chǎn)出高純銅奠定了基礎(chǔ)，各精煉廠采用了火法冶金和濕法冶金在內(nèi)的幾種技術(shù)，來(lái)迎接這種挑戰(zhàn)。高純銅的短缺以及較高的銅價(jià)，激勵(lì)精煉廠將陰極銅的產(chǎn)量增至最大。利用這種鈦材的管式換熱器對(duì)提高銅的產(chǎn)量起著重要的作用。下面我們將鈦材的幾種形式的換熱器的結(jié)構(gòu)做一下簡(jiǎn)單的分析。

　　一、鋅冶煉凈化渣回收工藝介紹：

　　二、加工鈦及鈦材質(zhì)的特性

　　(一)加工鈦及鈦合金的化學(xué)性質(zhì)：

　　室溫下鈦比較穩(wěn)定，高溫下很活潑，熔化態(tài)能與絕大多數(shù)坩堝或造型材料發(fā)生作用。高溫下與鹵素、氧、硫、碳、氮等進(jìn)行強(qiáng)烈反應(yīng)。鈦在真空或惰性氣氛下熔煉，如真空自耗電弧爐、電子束爐、等離子熔爐等設(shè)備中熔煉。鈦在氮?dú)庵屑訜峒茨馨l(fā)生燃燒，鈦塵在空氣中有爆炸危險(xiǎn)，所以鈦材加熱和焊接宜用氬氣作保護(hù)氣體。鈦在室溫可吸收氫氣，在500℃以上吸氣能力尤為強(qiáng)烈，故可作為高真空電子儀器的脫氣劑;利用鈦吸氫和放氫的特性，可以作儲(chǔ)氫材料。

　　(二)加工鈦及鈦合金的物理性質(zhì)

　　工業(yè)純鈦與化學(xué)純鈦不同之處是，它含有較多量的氮、碳及多種其他雜質(zhì)元素(如鐵、硅等)，它實(shí)質(zhì)上是一種低合金含量的鈦合金。與化學(xué)純鈦相比，由于含有較多的雜質(zhì)元素后其強(qiáng)度大大提高，它的力學(xué)性能和化學(xué)性能與不銹鋼相似(但和鈦合金比，強(qiáng)度仍然較低)

　　工業(yè)純鈦的特點(diǎn)是：強(qiáng)度不高，但塑性好，易于加工成形，沖壓、焊接、可切削加工性能良好;在大氣、海水、濕氯氣及氧化性、中性、弱還原性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，抗氧化性優(yōu)于大多數(shù)奧氏體不銹鋼;但耐熱性較差，使用溫度不宜太高

　　工業(yè)純鈦按其雜質(zhì)含量的不同，分為TA1、TA2'>和TA3三個(gè)牌號(hào)。這三種工業(yè)純鈦的間隙雜質(zhì)元素是逐漸增加的，故其機(jī)械強(qiáng)度和硬度也隨之逐級(jí)增加，但塑性、韌性相應(yīng)下降

　　工業(yè)上常用的工業(yè)純鈦是TA2'>，因其耐蝕性能和綜合力學(xué)性能適中。對(duì)耐磨和強(qiáng)度要求較高時(shí)可采用TA3。對(duì)要求較好的成型性能時(shí)可用TA1

　　三、鈦合金行業(yè)的發(fā)展及其特點(diǎn)：

　　(一)鈦合金的發(fā)展及其作用：

　　鈦合金按組織可分三類.(1鈦中加入鋁和錫元素.2鈦中加入鋁鉻鉬釩等合金元素.3鈦中加入鋁和釩等元素.)鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小,機(jī)械性能好,韌性和抗蝕性能很好.另外:鈦合金的工藝性能差,切削加工困難.在熱加工中,非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì).還有抗磨性差,生產(chǎn)工藝復(fù)雜.

　　以鈦(titanium alloys)為基加入其他元素組成的合金。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開(kāi)始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約 8%的增長(zhǎng)速度發(fā)展。目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬(wàn)余噸,鈦合金牌號(hào)近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦(TA1、TA2和TA3)。

　　鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。

　　中國(guó)于1956年開(kāi)始鈦和鈦合金研究;60年代中期開(kāi)始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。

　　(二)鈦合金的特點(diǎn)：

　　鈦合金與其他金屬材料相比,有下列優(yōu)點(diǎn):①比強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度/密度)高(見(jiàn)圖),抗拉強(qiáng)度可達(dá)100～140kgf/mm2，而密度僅為鋼的60%。②中溫強(qiáng)度好,使用溫度比鋁合金高幾百度，在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度,可在450～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作。③耐蝕性好,在大氣中鈦表面立即形成一層均勻致密的氧化膜，有抵抗多種介質(zhì)侵蝕的能力。通常鈦在氧化性和中性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，在海水、濕氯氣和氯化物溶液中的耐蝕性能更為優(yōu)異。但在還原性介質(zhì)，如鹽酸等溶液中，鈦的耐蝕性能較差。④低溫性能好,間隙元素極低的鈦合金,如TA7,在-253℃下還能保持一定的塑性。⑤彈性模量低,熱導(dǎo)率小，無(wú)鐵磁性。

　　(三)鈦合金的分類：

　　鈦合金根據(jù)相的組成可分為三類:α合金,(α+β)合金和β合金,中國(guó)分別以TA、TC、TB表示。

　　1 α合金含一定量的穩(wěn)定α相的元素，平衡狀態(tài)下主要由α相組成。α合金比重小，熱強(qiáng)性好、具有良好的焊接性和優(yōu)異的耐蝕性,缺點(diǎn)是室溫強(qiáng)度低,通常用作耐熱材料和耐蝕材料。α合金通常又可分為全α合金(TA7)、近α合金 (Ti-8Al-1Mo-1V)和有少量化合物的α合金(Ti-2.5Cu)。

　　2 (α+β)合金含一定量的穩(wěn)定α相和β相的元素，平衡狀態(tài)下合金的組織為α相和β相。(α+β)合金有中等強(qiáng)度、并可熱處理強(qiáng)化，但焊接性能較差。(α+β)合金應(yīng)用廣泛,其中Ti-6Al-4V合金的產(chǎn)量在全部鈦材中占一半以上。

　　3 β合金含大量穩(wěn)定β相的元素，可將高溫β相全部保留到室溫。β合金通常又可分為可熱處理β合金(亞穩(wěn)定β合金和近亞穩(wěn)定β合金)和熱穩(wěn)定β合金。可熱處理β合金在淬火狀態(tài)下有優(yōu)異的塑性，并能通過(guò)時(shí)效處理使抗拉強(qiáng)度達(dá)到130～140kgf/mm2。β合金通常作高強(qiáng)度高韌性材料使用。缺點(diǎn)是比重大，成本高，焊接性能差，切削加工困難。

　　鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金(鈦-鉬，鈦-鈀合金等)、低溫合金以及特殊功能合金(鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金)等。典型合金的成分和性能見(jiàn)表。

　　四、換熱器的結(jié)構(gòu)及其工作原理

　　(一)板式換熱器的結(jié)構(gòu)及其工作原理

　　1.板式換熱器的結(jié)構(gòu)

　　板式換熱器是一種高效換熱設(shè)備。具有結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，維修方便，應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。板式換熱器主要有傳熱板片、密封墊片、固定封頭、活動(dòng)封頭、支架、上梁(導(dǎo)梁)、下梁(定位梁)、拉緊螺栓等零件。其中活動(dòng)封頭裝在機(jī)架上，靠輪沿上梁行走。板片上下兩端沖有掛梁孔及定位豁口，成組裝在兩封頭中間。

　　2.工作原理

　　夾緊后的板組，角孔自然形成進(jìn)出口通道，介質(zhì)經(jīng)此通道流入傳熱板間的流道中去，由于密封墊片的特殊形狀，可使兩種介質(zhì)分別流入傳熱板兩側(cè)的流道內(nèi)，互不相混。這樣，金屬傳熱板片便可將熱流體的熱量傳給冷流體，達(dá)到熱交換的目的。

　　板組中每相鄰兩板片分別為A型板和B型板。傳熱部分波紋交成網(wǎng)狀并形成眾多觸電，板間流道斷面幾何形狀復(fù)雜。

　　介質(zhì)經(jīng)過(guò)時(shí)，流動(dòng)方向和流動(dòng)速度不斷變化，流速很低便可發(fā)生喘流，強(qiáng)化傳熱，因此，可獲得較高傳熱系數(shù)。板式換熱器總傳熱系數(shù)可達(dá)7500W/m2℃(流速為0.2-1.0m/s范圍內(nèi))。

　　BRW、BRV型板式換熱器一般為單邊流。即一種介質(zhì)進(jìn)出口在左側(cè)，另一種介質(zhì)在右側(cè)，接通管路，便可完成冷熱介質(zhì)間熱交換過(guò)程，對(duì)角流換熱器，對(duì)角接口為同一流體介質(zhì)進(jìn)出通道。

　　(二)U型管式換熱器結(jié)構(gòu)和工作原理

　　管式換熱器主要由封頭，殼體，管束，法蘭接管等部件組成。一種工質(zhì)由封頭端的進(jìn)口接管進(jìn)入傳熱管內(nèi)，其流程可根據(jù)工藝要求實(shí)現(xiàn)一管程、二管程和四管程結(jié)構(gòu);另一種工質(zhì)由殼體一端的進(jìn)口接管進(jìn)入殼體內(nèi)并均勻地分布于傳熱管外，其流動(dòng)狀態(tài)可根據(jù)工藝要求在管束中設(shè)置不同形式和數(shù)量的折流板。做為傳熱原件—換熱管，可根據(jù)工藝要求采用黃銅管、紫銅管，銅翹片管和鋼管，從而保證了不同物性、不同溫度的工質(zhì)在換熱器內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱量交換，達(dá)到冷卻或加熱的目的。

　　五、幾種形式換熱器應(yīng)用在的比較

　　通過(guò)試用316L的管式換熱器、鈦材質(zhì)的板式換熱器及鈦材質(zhì)的管式換熱器，316L的管式換熱器材質(zhì)不耐腐蝕;鈦材質(zhì)的板式換熱器結(jié)構(gòu)通道太窄，易容易結(jié)晶將通道堵死;最終通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐使用鈦材質(zhì)的管式換熱器即耐腐蝕又不容易結(jié)晶，同時(shí)能滿足生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

　　六、結(jié)束語(yǔ)

　　把硫酸銅溶液通過(guò)鈦合金管式換熱器加熱，不但耐腐蝕還能滿足生產(chǎn)的需要，利用該工藝對(duì)提高生產(chǎn)效率、提高銅的回收率方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。