旋流电解铜开盖装置的设计

旋流电解铜开盖装置设计摘要本文完成旋流电解铜开盖装置的整体设计。它包括了对整个系统工作要求和受力情况分析，以及设计要求，确定整个开盖装置的结构设计。首先根据开盖机构任务书的主要参数，确定开盖装置的总体方案，然后逐个去设计每个部分。同时计算打开盖子的扭力，提升盖子的力，并结合实际情况对气缸尺寸及连杆进行校核。最后根据气缸尺寸，合理设计联结机构和导向装置等辅助机构。根据以上参数绘制机械总图和重要非标准图。关键字：开盖机构，校核，受力第一章绪论1.1选题背景嘉兴科菲冶金科技股份有限公司是嘉兴科菲投资公司在浙江嘉兴设立的一家具有独立法人资格，专业从事冶金技术研发，有色金属矿山、冶炼及稀有金属冶炼等工程建设的技术咨询与矿业设计服务的高科技公司。科菲冶金科技股份有限公司拥有多位从事冶金技术和矿业工程方面的资深设计和研究人员，通过对多种金属提纯与分离的研究和试验，并结合国内外相关技术和先进经验，自主研制开发出旋流电解技术，填补了国内在智能化、选择性电解技术领域的技术空白，在包括铂、金、银、镍、钴、铜、锡、锌、镉等金属的生产和分离上有着无可比拟的技术优势，配套相关专用设备及技术专利若干。公司与北京设计院、南昌设计院、长沙设计院等国内知名有色设计单位建立了长期和良好的合作关系、与中南大学、西北有色研究院等科研院所建立校企或院企合作框架，聘有多名资深有色行业专家为公司常年技术顾问，可承接镍、铜、钴、铅、锌、贵金属等矿业项目的咨询设计，并对中小型项目提供工程总承包。公司成立以来已经为多个海外及国内有色工程项目提供技术支持，成绩斐然。公司拥有一批高级管理人才，管理既严谨又灵活。公司坚持“质量第一，顾客至上”的原则，坚持“追求完善质量，提供优质服务”、“保持品质国内同行领先、跻身全球市场竞争舞台”的质量方针。优良的质量管理和质量保证能力得到客户的一致好评。展望未来，公司将断续加强与国内大专院校、国外知名企业的合作，继续深入推广旋流电解技术在冶炼、电镀及环保等行业中的废液及废渣里选择性提取有价金属的应用，继续深入研究从不同环境条件下有价金属提取的各种工艺技术条件，加强和完善该技术配套设备的开发和研制，完善现有配套产品的各项性能，使旋流电解技术和配套设备设施等高新技术产品系列化，为有色金属矿山、冶炼厂及稀有金属冶炼、电镀、PCB板回收处理、废渣废液处理等行业提供全方位的开发、设计、制造、安装、调试等更优质的服务，为金属回收设备的国产化和环保事业作出更大的贡献。中国铜的生产状况和消费中国铜的生产状况据中国有色金属工业协会提供的统计资料显示，2000年底中国精炼铜产量为137.11万吨，2005年达260.04万吨，5年间增长100余万吨以上，居世界第二位；精铜消费量也呈快速增长态势，2000年精铜消费量为190万吨，2005年达到368万吨，居世界第一位。中国铜产业技术改造步伐明显加快，装备水平大幅提高。江西铜业集团公司、铜陵有色金属集团公司、云南铜业集团公司等骨干铜冶炼企业，先后引进了奥托昆普闪速熔炼、诺兰达熔炼等一批先进工艺和装备，使得中国铜企业的冶炼综合能耗呈现相当幅度的下降。目前，中国铜企业的经济实力不断提高。2000年，中国铜冶炼企业(含矿山、冶炼联合企业和独立冶炼企业)实现产品销售收入337亿元人民币。2005年，中国铜企业已实现销售收入1098.6亿元人民币。在中国国内铜产品需求增长和产量增加的带动下，中国铜产品进口快速增长。其中铜原料部分增加显著，特别是铜精矿和精铜的进口量增幅很大。2000年～2005年净进口量平均分别增长了17.49%和12.86%。在中国政府的大力支持下，中国铜工业在国际化经营和境外投资取得初步进展。目前，中国国内4家铜企业4个牌号的精炼铜产品已在伦敦金属交易所(LME)注册，成为国际认可的品牌。目前，中国在境外已获得投资权益铜金属基础储量约650万吨，形成了近8万吨/年的矿铜精矿(金属量)产能铜的消费我国既是铜资源较贫乏的国家又是世界上第二大铜消费国。从2001年到2005年，全球铜消费量增加了241.7万吨，而中国的消费增量就达到152.5万吨，占全球增量的63%。中国铜消费行业主要是带动了电力、电缆行业的发展。发电情况在80年到90年年平均增长速度是7.5%，90-2000年增长是8.2%，2000年到2005年是12%，也就是说中国电力发展在近五年发展速度逐渐加快。装机容量应该从2005年9月份发电装容量突破5万亿千瓦。推动电力发展主要是电线、电缆主要大产品，其中中国电线、电缆在全球占的份额是20%。电信、电缆行业的用铜量是铜的绝对量，去年大概算下来是310万，这样一算国内电线、电缆行业占了将近60%，这是国内目前最大的用铜的情况。对于未来的情况来看，电线、电缆未来用铜情况怎么样，主要看中国电力发2展情况。十一五期间电力投资还是比较大，根据电力行业资料，未来五年的投资在3万亿左右，其中是电网、电站一半的格局。装机容量未来增长7-8%，这个速度未来电力发展增长速度应该比过去五年要放慢了。总体来说是增长，所以对电线、电缆行业发展情况来看，这个也是发展相对匹配的。7-8%的样子，所以电线、电缆这个行业有一个电力行业大概在增长9%。铜的冶炼方法从铜矿石中或精矿提取炼铜的方法较多，总括起来分火法和湿法两大类。铜的湿法冶金一般适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。湿法炼铜目前主要用于处理氧化铜矿。有氧化铜矿直接酸浸和氨浸（或还原焙烧后氨浸）等法；酸浸应用较广，氨浸限于处理含钙镁较高的结合性氧化矿。处理硫化矿多用硫酸化焙烧-浸出或者直接用氨或氯盐溶液浸出等方法。①硫酸化焙烧-浸出法是将精矿中的铜转变为可溶性硫酸铜溶出；②氨液浸出法是将铜转变为铜氨络合物溶出，浸出液在高压釜内用氢还原，制成铜粉，或者用溶剂萃取-电积法制取电铜；氯盐浸出法是将铜转变为铜氯络合物进入溶液，然后进行隔膜电解得电铜。(1)氧化铜矿酸浸法流程氧化铜矿一般不易用选矿法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出，所得溶液含铜一般为1～5g/L，可用硫化沉淀、中和水解、铁屑置换以及溶剂萃取-电积等方法提取铜。近年来，萃取-电积法发展较快。其主要过程包括：①用对铜有选择性的肟类螯合萃取剂（LiX－64N，N－510，N－530等）的煤油溶液萃取铜，铜进入有机相而与铁、锌等杂质分离。②用浓度较高的H2SO4溶液反萃铜，得到含铜约50g/L的溶液。反萃后的有机溶剂，经洗涤后，返回萃取过程使用。③电积硫酸铜溶液得电铜，电解后液返回用作反萃剂。生产流程见图1.2。图1.2氧化铜矿酸浸法流程(2)硫化铜精矿焙烧浸出法硫化铜精矿经硫酸化焙烧后浸出，得到的含铜浸出液，经电积得电铜。此3法适于处理含有钴、镍、锌等金属的硫化铜精矿，但铜的回收率低，回收贵金属较困难，电能消耗大，电解后液的过剩酸量须中和处理，所以一般不采用。(3)从贫矿石和废矿中提取铜铜矿开采后坑内的残留矿、露天矿剥离的废矿石和铜矿表层的氧化矿，含铜一般较低，多采用堆浸、就地浸出和池浸等方法，浸出其中氧化形态的铜，而所含硫化铜则利用细菌的氧化作用，使之溶解。浸出液中的铜可用铁置换得海绵铜，或者用溶剂萃取-电积法制取电铜。铜的火法冶金火法炼铜是将铜矿（或焙砂、烧结块等）和溶剂一起在高温下熔化，或直接炼成粗铜，或先炼成冰铜（铜、铁、硫为主的熔体）然后在炼成粗铜。该法除部分预备作业及电解精炼作业外，均在高温下进行。其一般流程如图1.3：图1.3铜火法冶金的一般流程火法流程最大的优点是适应性广，对各种不同的铜矿均能处理，特别是对一般硫化矿和富氧化矿很适用。火法和湿法两种工艺的特点比较火法和湿法两种铜的生产工艺，有如下特点：（1）后者的冶炼设备更简单，但杂质含量较高，是前者的有益补充。（2）后者有局限性，受制于矿石的品位及类型。（3）前者的成本要比后者高。可见，湿法冶炼技术具有相当大的优越性，但其适用范围却有局限性，并不是所有铜矿的冶炼都可采用该种工艺。不过通过技术改良，这几年已经有越来越多的国家，包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等，将该工艺应用于更多的铜矿冶炼上。湿法冶炼技术的提高及应用的推广，降低了铜的生产成4本，提高了铜矿产能，短期内增加了社会资源供给，造成社会总供给的相对过剩，对价格有拉动作用。总之，火法和湿法炼铜都各有利弊，选用哪种方法，应根据矿物的特点，当地的经济情况，交通运输情况，地理条件，气候条件，特别是应根据矿物特点（化学成分，物相组成，含铜量，脉石组成等）和当地经济条件（燃料，水，旋流电解技术介绍旋流电解技术是一种有效分离和提纯金属的方法，是科菲冶金科技有限公司与澳大利亚迪若拉集团公司合作在中国进行推广的一项新型电解专利技术。目前该技术应用领域包括：铜、锌、镍、钴、铅、金、银及贵金属等多个方面，在全世界拥有近百家用户。旋流电解技术是一种能够对有价金属进行选择性电解（电积）的新技术，特别适合于冶金行业进行低浓度溶液、成份复杂溶液的选择性电解（电积）分离和提纯，以及将废水中重金属离子进行剥离。1）工作原理所有的电解技术均建立在电化学基础理论之上，旋流电解技术也不例外。传统的电解技术是将阴阳极放置在缓慢流动或停滞的槽体内，在电场的作用下，阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移动，通过控制一定的技术条件，欲获得的金属阳离子在阴极得到电子沉积析出，从而得到电解产品。阴极反应：金属离子在阴极得到电子形成金属Me+(aq)+e-→Me(S)阳极反应：阴极得到的电子需要通过阳极失去电子来平衡。阳极有几个可能的反应，最主要的反应是溶液中的水氧化产生氧气，反应如下：2H2O→O2(g)+4H++4e-当电解液中的金属浓度降低时，很难保证金属在阴极还原而不发生其它反应。在金属浓度较低时最容易发生的化学反应是氢气的产生，如下：2H+(aq)+2e-→H2(g)旋流电解技术是基于各金属离子理论析出电位（E¢）的差异，即欲被提取的5金属只要与溶液体系中其他金属离子有较大的电位差，则电位较正的金属易于在阴极优先析出，其关键是通过高速溶液流动来消除浓差极化等对电解的不利因素，避免了传统电解过程受多种因素（离子浓度、析出电位、浓差极化、超电位、pH值等）影响的限制，可以通过简单的技术条件生产出高质量的金属产品。图3.1铜电解精炼的工艺流程图1.2设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特殊功能，特殊要求的开盖装置。现上盖打开采用人工方式，由于槽内有强酸残液，可能会用人产生严重伤害，故需要设计一种自动开盖机械。盖的形状和尺寸如下图所示：流电解铜外部各形状及尺寸如右图所示：8第二章驱动盖子旋转机构本方案在上下方向运动靠行车来实现，开盖机构是一个类似于四杆机构的机构，通过气缸提供动力，推动其中一个杆，在通过该机构传递动力实现盖子的旋转，达到开盖的目的。开盖的示意图如下所示：（1）各杆的尺寸计算根据实际情况，现取图中垂直方向的杆的长度L1=100mm，杆上孔的直径为10mm。杆的宽度20mm，连杆的长度L2=2000mm。（2）气缸的各参数设计计算。连杆到盖子中心的距离D=150mm，由于盖子需要旋转22.5度才能打开，所以气缸活塞的行程要大于57.4mm。打开盖子需要克服摩擦力F=Ug.式中：u-塑料与塑料的摩擦系数。G-盖子的重力。盖子的重量按10KG计算，材料为ABS.查相关资料得，摩擦系数u=0.48，所以F=ug=48N.如果筒内是真空或与大气压有气压差，则还要考虑这个力的大小，现假设筒内是真空的，对盖子的压力F压=PS=560N,所以需要克服总摩擦力为2189N.气缸的直径计算本气缸属于单向作用气缸。根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为:ztFFPDF421式中:1F-活塞杆上的推力，NtF-弹簧反作用力，NzF-气缸工作时的总阻力，N9P-气缸工作压力，Pa弹簧反作用按下式计算:)1(sGFftnDGdGf3141nDGdGf31418式中:fG-弹簧刚度，N/m1-弹簧预压缩量，ms