目前，铜生产厂面临的一个主要挑战是通过湿法冶炼，通过电解阴阳极板吸附铜，不给电解槽的硫酸铜溶液加热，铜离子的活动速度慢，铜在极板的吸附速度慢，给电解槽的硫酸铜溶液用蒸汽加温，蒸汽冷凝水进入电解槽这样会影响硫酸铜溶液的浓度，同时使电解槽的硫酸铜溶液体积增加，从而影响阴阳极板吸附铜的质量。
摘 要：硫酸铜溶液加热的目的是加强硫酸铜溶液的反应速度，使硫酸铜溶液进去电解槽之后，经过阴阳极板通电吸附铜，使硫酸铜溶液的铜离子吸附速度加快，使铜的产品质量有所增强。这种电解铜的工艺加上管式换热器配合使用，大大的节约了成本，同时也提高了铜产品的质量。本文主要讨论电解铜工艺上加哪种形式的换热器更有利于铜离子的吸附，同时不会将换热器结晶，从而影响换热效果。
关键词：科学技术与工程,铜电解液,换热器加热,提高铜的吸附速度和质量
通过该工艺连接使用换热器，会解决电解槽硫酸铜溶液体积增加使电解槽的硫酸铜溶液外漏，造成不必要的经济损失，同时也影响铜产品的质量。但是使用哪种形式的、哪种材质的换热器给工艺造成了很大的悬念，在生产中，我们试用了316L管式换热器、钛材质的涡流热膜换热器、钛材质的板式换热器，刚刚投产几天316L管式换热器材质上不耐腐蚀，使用时间短，使用几天换热器里面的管很快就被腐蚀坏了;后来又选用钛材质的涡流热膜换热器材质上耐腐蚀了，但是由于结构原因换热效果不好，又更换为钛材质的板式换热器，起初试用很好，由于电解槽通过阴阳极板吸附铜需要十几个小时，所以输送硫酸铜溶液的泵开关很频繁，由于硫酸铜溶液受温度影响很大，温度忽高忽低很容易结晶，一结晶就将板式换热器的通道堵死(由于板式换热器的通道比较狭窄)，从而影响硫酸铜溶液的进液量和硫酸铜溶液的换热效果，板式换热器的通道堵了就不能使用了，就必须清理一次板式换热器，导致清理板式换热器的周期缩短(周期基本上是一周一次)，久而久之换热器的拆卸次数就会增多，拆几次板式换热器就会将换热器的板拆卸变形损坏、板与板之间的密封就会损坏，这样整台板式换热器就会报废。
最后我们选用了钛材质的管式换热器，把换热面积由原来的10m2增加到25m2，换热面积的增大使管式换热器里面的管径增大，从而不容易结晶，对最终产出高纯铜奠定了基础，各精炼厂采用了火法冶金和湿法冶金在内的几种技术，来迎接这种挑战。高纯铜的短缺以及较高的铜价，激励精炼厂将阴极铜的产量增至最大。利用这种钛材的管式换热器对提高铜的产量起着重要的作用。下面我们将钛材的几种形式的换热器的结构做一下简单的分析。
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二、加工钛及钛材质的特性
(一)加工钛及钛合金的化学性质：
室温下钛比较稳定，高温下很活泼，熔化态能与绝大多数坩埚或造型材料发生作用。高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进行强烈反应。钛在真空或惰性气氛下熔炼，如真空自耗电弧炉、电子束炉、等离子熔炉等设备中熔炼。钛在氮气中加热即能发生燃烧，钛尘在空气中有爆炸危险，所以钛材加热和焊接宜用氩气作保护气体。钛在室温可吸收氢气，在500℃以上吸气能力尤为强烈，故可作为高真空电子仪器的脱气剂;利用钛吸氢和放氢的特性，可以作储氢材料。
(二)加工钛及钛合金的物理性质
工业纯钛与化学纯钛不同之处是，它含有较多量的氮、碳及多种其他杂质元素(如铁、硅等)，它实质上是一种低合金含量的钛合金。与化学纯钛相比，由于含有较多的杂质元素后其强度大大提高，它的力学性能和化学性能与不锈钢相似(但和钛合金比，强度仍然较低)
工业纯钛的特点是：强度不高，但塑性好，易于加工成形，冲压、焊接、可切削加工性能良好;在大气、海水、湿氯气及氧化性、中性、弱还原性介质中具有良好的耐蚀性，抗氧化性优于大多数奥氏体不锈钢;但耐热性较差，使用温度不宜太高
工业纯钛按其杂质含量的不同，分为TA1、TA2'>和TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素是逐渐增加的，故其机械强度和硬度也随之逐级增加，但塑性、韧性相应下降
工业上常用的工业纯钛是TA2'>，因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐磨和强度要求较高时可采用TA3。对要求较好的成型性能时可用TA1
三、钛合金行业的发展及其特点：
(一)钛合金的发展及其作用：
钛合金按组织可分三类.(1钛中加入铝和锡元素.2钛中加入铝铬钼钒等合金元素.3钛中加入铝和钒等元素.)钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好.另外:钛合金的工艺性能差,切削加工困难.在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质.还有抗磨性差,生产工艺复杂.
以钛(titanium alloys)为基加入其他元素组成的合金。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约 8%的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛(TA1、TA2和TA3)。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。
中国于1956年开始钛和钛合金研究;60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。
(二)钛合金的特点：
钛合金与其他金属材料相比,有下列优点:①比强度(抗拉强度/密度)高(见图),抗拉强度可达100～140kgf/mm2，而密度仅为钢的60%。②中温强度好,使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作。③耐蚀性好,在大气中钛表面立即形成一层均匀致密的氧化膜，有抵抗多种介质侵蚀的能力。通常钛在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性，在海水、湿氯气和氯化物溶液中的耐蚀性能更为优异。但在还原性介质，如盐酸等溶液中，钛的耐蚀性能较差。④低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。⑤弹性模量低,热导率小，无铁磁性。
(三)钛合金的分类：
钛合金根据相的组成可分为三类:α合金,(α+β)合金和β合金,中国分别以TA、TC、TB表示。
1 α合金含一定量的稳定α相的元素，平衡状态下主要由α相组成。α合金比重小，热强性好、具有良好的焊接性和优异的耐蚀性,缺点是室温强度低,通常用作耐热材料和耐蚀材料。α合金通常又可分为全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)合金含一定量的稳定α相和β相的元素，平衡状态下合金的组织为α相和β相。(α+β)合金有中等强度、并可热处理强化，但焊接性能较差。(α+β)合金应用广泛,其中Ti-6Al-4V合金的产量在全部钛材中占一半以上。
3 β合金含大量稳定β相的元素，可将高温β相全部保留到室温。β合金通常又可分为可热处理β合金(亚稳定β合金和近亚稳定β合金)和热稳定β合金。可热处理β合金在淬火状态下有优异的塑性，并能通过时效处理使抗拉强度达到130～140kgf/mm2。β合金通常作高强度高韧性材料使用。缺点是比重大，成本高，焊接性能差，切削加工困难。
钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金(钛-钼，钛-钯合金等)、低温合金以及特殊功能合金(钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金)等。典型合金的成分和性能见表。
四、换热器的结构及其工作原理
(一)板式换热器的结构及其工作原理
1.板式换热器的结构
板式换热器是一种高效换热设备。具有结构紧凑，适应性强，操作简单，维修方便，应用广泛等特点。板式换热器主要有传热板片、密封垫片、固定封头、活动封头、支架、上梁(导梁)、下梁(定位梁)、拉紧螺栓等零件。其中活动封头装在机架上，靠轮沿上梁行走。板片上下两端冲有挂梁孔及定位豁口，成组装在两封头中间。
2.工作原理
夹紧后的板组，角孔自然形成进出口通道，介质经此通道流入传热板间的流道中去，由于密封垫片的特殊形状，可使两种介质分别流入传热板两侧的流道内，互不相混。这样，金属传热板片便可将热流体的热量传给冷流体，达到热交换的目的。
板组中每相邻两板片分别为A型板和B型板。传热部分波纹交成网状并形成众多触电，板间流道断面几何形状复杂。
介质经过时，流动方向和流动速度不断变化，流速很低便可发生喘流，强化传热，因此，可获得较高传热系数。板式换热器总传热系数可达7500W/m2℃(流速为0.2-1.0m/s范围内)。
BRW、BRV型板式换热器一般为单边流。即一种介质进出口在左侧，另一种介质在右侧，接通管路，便可完成冷热介质间热交换过程，对角流换热器，对角接口为同一流体介质进出通道。
(二)U型管式换热器结构和工作原理
管式换热器主要由封头，壳体，管束，法兰接管等部件组成。一种工质由封头端的进口接管进入传热管内，其流程可根据工艺要求实现一管程、二管程和四管程结构;另一种工质由壳体一端的进口接管进入壳体内并均匀地分布于传热管外，其流动状态可根据工艺要求在管束中设置不同形式和数量的折流板。做为传热原件—换热管，可根据工艺要求采用黄铜管、紫铜管，铜翘片管和钢管，从而保证了不同物性、不同温度的工质在换热器内实现热量交换，达到冷却或加热的目的。
五、几种形式换热器应用在的比较
通过试用316L的管式换热器、钛材质的板式换热器及钛材质的管式换热器，316L的管式换热器材质不耐腐蚀;钛材质的板式换热器结构通道太窄，易容易结晶将通道堵死;最终通过现场实践使用钛材质的管式换热器即耐腐蚀又不容易结晶，同时能满足生产的正常进行。
六、结束语
把硫酸铜溶液通过钛合金管式换热器加热，不但耐腐蚀还能满足生产的需要，利用该工艺对提高生产效率、提高铜的回收率方面都具有明显的优势。
