本發(fā)明涉及一種基于生物質(zhì)燃油富氧浸沒式燃燒的銅熔池熔煉方法，屬于金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熔池熔煉是當今國際先進的有色金屬火法冶金技術(shù)，適用于銅、鎳、錫等有色金屬冶煉。常用的熔池熔煉方法有：特尼恩特法、三菱法、奧斯麥特法、瓦鈕柯夫法、艾薩法、諾蘭達法、頂吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐法、白銀法、水口山法、東營底吹富氧熔煉法。以艾薩法為例，艾薩法采用艾薩爐作為熔煉爐，艾薩爐采用襯有耐火磚的平頂圓形爐體。噴槍由爐頂插入爐內(nèi)，向爐中熔融體內(nèi)的渣、冰銅和金屬的混合物噴射氣體和燃料，對熔體形成強烈的攪拌，保證原料和氧氣間的快速反應。通過燃燒放出大量熱量，燃燒產(chǎn)生的熱量主要通過對流和輻射的傳熱方式傳遞給熔池，為熔池熔煉過程提供熱量。熔煉過程中產(chǎn)生大量氣體，氣體在排出過程中帶走大量燃燒放出的熱量，熱量損失大。
目前，熔池熔煉均采用柴油、煤等一次能源作為燃料。用柴油作為燃料的方法比較成熟，但是由于已探明的石油儲量日益下降，按照目前的消耗速度，石油將在幾十年內(nèi)消耗殆盡；其次，柴油價格較高，導致熔煉成本較高。
在我國大部分地區(qū)生長許多油料作物，部分可加工成食用油，但是大部分油料作物產(chǎn)生的生物油不能食用，如小桐子、橡膠籽以及棉花籽等，這些植物數(shù)量巨大且分布較廣，目前并沒有被充分利用。目前，我國車用生物質(zhì)燃油沒有統(tǒng)一標準，以至于不能大面積推廣。在工業(yè)上需要大量用油，各方面標準較為成熟，如果大量使用生物質(zhì)燃油替代化石燃料將緩解能源危機，減少碳排放。
申請?zhí)枮閏n106016338a的發(fā)明專利名稱“一種生物質(zhì)燃油二次霧化全氧燃燒的方法”的發(fā)明專利，該專利通過對生物質(zhì)燃油進行加熱加壓，實現(xiàn)對生物質(zhì)燃油的二次霧化，霧化后的油氣混合物在熔體上方燃燒，并對熔體供熱。但該種供熱方式是以輻射換熱為主，且燃燒產(chǎn)生的熱量被煙氣快速帶出爐體，導致?lián)Q熱效率較低。
申請?zhí)枮閏n103436705a的發(fā)明專利名稱“一種用富氧頂吹爐處理銅浮渣的方法”的發(fā)明專利，該專利通過頂吹的方式向爐內(nèi)通入煤粉和富氧空氣，燃燒放出的熱量傳遞給銅渣，使銅渣升溫。這種供熱方式采用的燃料為煤粉，屬于一次能源，這一方面加快了一次能源的消耗，另一方面造成銅冶煉過程碳排放當量較大。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明目的是提供一種基于生物質(zhì)燃油富氧浸沒式燃燒的銅熔池熔煉方法，以解決現(xiàn)有銅熔池熔煉工藝過程中，傳熱效果較差，化石燃料消耗過多，碳排放高，熔煉成本高等問題。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于生物質(zhì)燃油富氧浸沒式燃燒的銅熔池熔煉方法，以生物質(zhì)燃油和富氧作為燃料和助燃物，將燃料和助燃物輸送至有自動調(diào)節(jié)閥控制的管道，管道與雙層套管噴槍相連，噴槍可采用頂吹、側(cè)吹、底吹的方式插入熔體中，將燃料和助燃物經(jīng)雙層套管噴槍霧化后噴入含有大量金屬硫化物的熔體中進行反應和燃燒。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：根據(jù)熔體中鐵的硫化物含量確定生物質(zhì)燃油和富氧使用量。生物質(zhì)燃油從儲油罐經(jīng)過濾器過濾并經(jīng)油泵升壓后通過壓力控制閥調(diào)節(jié)流量。富氧從儲氣罐經(jīng)過濾器過濾經(jīng)風機引入，通過壓力控制閥調(diào)節(jié)流量。當熔體中鐵的硫化物含量達到24～29％時，每噸物料噴入生物質(zhì)燃油量為220～470l，根據(jù)銅精礦品位、生物質(zhì)燃油種類及熔爐處理能力的不同噴入富氧量控制在1100～1800m3/h，噴槍為雙層套管型，外管為富氧通道，內(nèi)管為生物質(zhì)燃油通道。結(jié)束噴吹時，先停止供油并繼續(xù)通入富氧對噴槍進行吹掃，然后拔出噴槍。銅精礦、溶劑等爐料從爐頂給料口加入，熔體從卸料口流出。生物質(zhì)燃油和富氧從噴槍噴嘴噴出后具有較好的霧化效果，對周圍熔體形成強烈攪動，傳熱效果好，反應速率快，反應更為充分。
一種基于生物質(zhì)燃油富氧浸沒式燃燒的銅熔池熔煉方法，其具體步驟如下：以生物質(zhì)燃油和富氧形成的油氣混合物作為燃料和助燃物，將燃料和助燃物輸送至有調(diào)節(jié)閥控制的管道（當噴槍從頂部插入時，如圖1所示，儲油罐1中的生物質(zhì)燃油通過油泵2、生物燃油過濾器3、壓力控制閥4進行加壓和調(diào)節(jié)，儲氣罐5中的富氧通過風機6、空氣過濾器7、壓力控制閥8進行加壓和調(diào)節(jié)），管道與噴槍相連（儲油罐1中的生物質(zhì)燃油管道與雙層套管噴槍9中的內(nèi)管連接，儲氣罐5中的富氧與雙層套管噴槍9中的外管連接），噴槍插入熔池的熔體中，噴槍為雙層套管噴槍，燃料和助燃物在噴槍內(nèi)分別由不同的通道噴入熔體，噴槍插入方式為頂部插入、側(cè)部插入、底部插入中的一種或任意幾種組合，從噴槍中噴出的油氣混合物在熔體包裹的高溫環(huán)境中燃燒，給熔體供熱，同時油氣混合物及燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣對熔體形成強烈攪動。
所述熔體中包含以下質(zhì)量百分比組分：cu24~29％、fe20~25％、s28~32％、sio25~10％、pb0.2~0.5％和zn0.8~1.5％。
所述富氧中氧氣占的體積百分比為50～70％。
所述燃料和助燃物輸送至有調(diào)節(jié)閥控制的管道中進行加壓，加壓至壓力為0.1～0.5mpa。
所述噴槍插入方式為頂部插入時，單獨或者組合使用時噴槍插入位置為熔體液面幾何中心，噴槍插入深度為430～500mm，使用1支噴槍。
所述噴槍插入方式為側(cè)部插入時，單獨或者組合使用時噴槍插入位置為距熔體液面表面2/3～3/4深處，噴槍插入熔體深度為400～450mm，使用1～3支噴槍。
所述噴槍插入方式為底部插入時，噴槍插入位置熔體液面幾何中心，噴槍插入熔體深度為350～410mm，使用1支噴槍。
所述熔體中鐵的硫化物含量達到24～29％時，每噸混合料需噴入的生物質(zhì)燃油量為220～470l，根據(jù)銅精礦品位、生物質(zhì)燃油種類及熔爐處理能力的不同噴入氧氣量控制在1100～1800m3/h。
上述生物質(zhì)燃油包含但不限于植物油脂、回收餐飲廢油、地溝油、生物柴油中的一種或任意比例混合物。
本發(fā)明將噴槍插入熔體中，采用浸沒式燃燒技術(shù)，從噴嘴噴出的富氧進入熔體中，發(fā)生如下化學反應：
2cufes2+5/2o2=cus·fes+feo+2so2
2fes+3o2=2feo+2so2
上述反應發(fā)生放出大量的熱，提供熔池熔煉所需的主要熱量，生物質(zhì)燃油燃燒放熱補充熔池熔煉需要的熱量。生物質(zhì)燃油主要成分是五種脂肪酸甲酯：棕櫚酸甲酯（c17h34o2）、硬脂酸甲酯（c19h38o2）、油酸甲酯（c19h36o2）、亞油酸甲酯(c19h34o2)、亞麻酸甲酯（c19h32o2），從噴嘴噴出的生物質(zhì)燃油與富氧（全氧）發(fā)生的反應如下：
c17h34o2+49/2o2=17co2+17h2o
c19h38o2+55/2o2=19co2+19h2o
c19h36o2+27o2=19co2+18h2o
c19h34o2+53/2o2=19co2+17h2o
c19h32o2+26o2=19co2+16h2o
以上反應都是在熔體內(nèi)進行，與常規(guī)的熔體液面上燃燒放熱相比，反應放出的熱量直接被熔體吸收，減少了傳熱過程中的熱量損失。同時，反應過程中產(chǎn)生高溫煙氣對熔體產(chǎn)生強烈攪動，強化傳熱，使反應速率加快，加快造锍、造渣過程。
本方法采用基于富氧生物質(zhì)燃油浸沒式燃燒方式，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：
1、生物質(zhì)燃油替代常規(guī)化石燃料，緩解能源危機，減少因燃燒化石燃料產(chǎn)生的碳排放。
2、生物質(zhì)燃油熱值為35～41mj/kg，市場價約4000元/噸，0#柴油熱值約為42mj/kg，市場價約8000元/噸。在產(chǎn)生相同熱量前提下，生物質(zhì)燃油更為經(jīng)濟，并且生物質(zhì)燃油屬于可再生能源。
3、采用富氧浸沒式燃燒方法，整個燃燒過程都是在熔體中進行，產(chǎn)生的熱量直接傳遞給熔體，減少常規(guī)液面上燃燒在熱量傳遞過程中造成的損失，反應過程也會對熔體產(chǎn)生強烈攪動，加快反應速率，使反應更加充分。
4、本方法可采用頂吹、側(cè)吹、底吹的噴吹方式，安裝過程更為靈活，選擇性大。
附圖說明
圖1是本發(fā)明工作流程示意圖。
圖中：1-儲油罐，2-油泵，3-生物燃油過濾器，4-壓力控制閥，5-儲氣罐，6-風機，7-空氣過濾器，8壓力控制閥，9-雙層套管噴槍，10-熔池，11-卸料口，12-煙氣出口，13-爐墻，14-進料口。小桐子油。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1
該基于生物質(zhì)燃油富氧浸沒式燃燒的銅熔池熔煉方法，其具體步驟如下：以小桐子油生物柴油和富氧（富氧中氧氣占的體積百分比為55％）形成的油氣混合物作為燃料和助燃物，將燃料和助燃物輸送至有調(diào)節(jié)閥控制的管道（當噴槍從頂部插入時，如圖1所示，儲油罐1中的生物質(zhì)燃油通過油泵2、生物燃油過濾器3、壓力控制閥4進行加壓和調(diào)節(jié)，儲氣罐5中的富氧通過風機6、空氣過濾器7、壓力控制閥8進行加壓和調(diào)節(jié)，燃料和助燃物加壓至壓力為0.1mpa），管道與噴槍相連（儲油罐1中的生物質(zhì)燃油管道與雙層套管噴槍9中的內(nèi)管連接，儲氣罐5中的富氧與雙層套管噴槍9中的外管連接），噴槍插入熔池的熔體中，熔體中包含以下質(zhì)量百分比組分：cu24％、fe20％、s28％、pb0.2％、zn0.8％和sio25％，噴槍為雙層套管噴槍，燃料和助燃物在噴槍內(nèi)分別由不同的通道噴入熔體，噴槍插入方式為頂部插入，使用1支噴槍，噴槍插入位置為熔體液面幾何中心，噴槍插入深度為430mm；每噸混合料需噴入的生物質(zhì)燃油量為200l，根據(jù)銅精礦品位、生物質(zhì)燃油種類及熔爐處理能力的不同噴入氧氣量控制在1100m3/h，從噴槍中噴出的油氣混合物在熔體包裹的高溫環(huán)境中燃燒，給熔體供熱，同時油氣混合物及燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣對熔體形成強烈攪動。
反應都是在熔體內(nèi)進行，與常規(guī)的熔體液面上燃燒放熱相比，反應放出的熱量直接被熔體吸收，減少了傳熱過程中的熱量損失，相較現(xiàn)有技術(shù)，傳熱過程中的熱量損失減少16~22％。同時，反應過程中產(chǎn)生高溫煙氣對熔體產(chǎn)生強烈攪動，強化傳熱，使反應速率提高14%，加快造锍、造渣過程。
實施例2
該基于生物質(zhì)燃油富氧浸沒式燃燒的銅熔池熔煉方法，其具體步驟如下：以地溝油生物柴油和富氧（富氧中氧氣占的體積百分比為50％）形成的油氣混合物作為燃料和助燃物，將燃料和助燃物輸送至有調(diào)節(jié)閥控制的管道，燃料和助燃物加壓至壓力為0.5mpa，管道與噴槍相連，噴槍插入熔池的熔體中，熔體中包含以下質(zhì)量百分比組分：cu26％、fe25％、s32％、pb0.5％、zn1.5％、sio210％，噴槍為雙層套管噴槍，燃料和助燃物在噴槍內(nèi)分別由不同的通道噴入熔體，噴槍插入方式為頂部插入和側(cè)部插入，頂部插入時使用1支噴槍，噴槍插入位置為熔體液面幾何中心，噴槍插入深度為500mm；側(cè)部插入時，噴槍插入位置為距熔體液面表面2/3深處，噴槍插入熔體深度為400mm，使用1支噴槍，每噸混合料需噴入的生物質(zhì)燃油量為270l，根據(jù)銅精礦品位、生物質(zhì)燃油種類及熔爐處理能力的不同噴入氧氣量控制在1800m3/h，從噴槍中噴出的油氣混合物在熔體包裹的高溫環(huán)境中燃燒，給熔體供熱，同時油氣混合物及燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣對熔體形成強烈攪動。
反應都是在熔體內(nèi)進行，與常規(guī)的熔體液面上燃燒放熱相比，反應放出的熱量直接被熔體吸收，減少了傳熱過程中的熱量損失，相較現(xiàn)有技術(shù)，傳熱過程中的熱量損失減少20~25％。同時，反應過程中產(chǎn)生高溫煙氣對熔體產(chǎn)生強烈攪動，強化傳熱，使反應速率提高18％，加快造锍、造渣過程。
實施例3
該基于生物質(zhì)燃油富氧浸沒式燃燒的銅熔池熔煉方法，其具體步驟如下：以小桐子油生物柴油和富氧（富氧中氧氣占的體積百分比為70％）形成的油氣混合物作為燃料和助燃物，將燃料和助燃物輸送至有調(diào)節(jié)閥控制的管道，燃料和助燃物加壓至壓力為0.4mpa，管道與噴槍相連，噴槍插入熔池的熔體中，熔體中包含以下質(zhì)量百分比組分：cu26％、fe24％、s31％、pb0.4％、zn1.0％、sio26％，噴槍為雙層套管噴槍，燃料和助燃物在噴槍內(nèi)分別由不同的通道噴入熔體，噴槍插入方式為底部插入時，噴槍插入位置熔體液面幾何中心，噴槍插入熔體深度為350mm，使用1支噴槍，每噸混合料需噴入的生物質(zhì)燃油量為470l，根據(jù)銅精礦品位、生物質(zhì)燃油種類及熔爐處理能力的不同噴入氧氣量控制在1500m3/h，從噴槍中噴出的油氣混合物在熔體包裹的高溫環(huán)境中燃燒，給熔體供熱，同時油氣混合物及燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣對熔體形成強烈攪動。
反應都是在熔體內(nèi)進行，與常規(guī)的熔體液面上燃燒放熱相比，反應放出的熱量直接被熔體吸收，減少了傳熱過程中的熱量損失，相較現(xiàn)有技術(shù)，傳熱過程中的熱量損失減少18~23％。同時，反應過程中產(chǎn)生高溫煙氣對熔體產(chǎn)生強烈攪動，強化傳熱，使反應速率提高16％，加快造锍、造渣過程。
實施例4
該基于生物質(zhì)燃油富氧浸沒式燃燒的銅熔池熔煉方法，其具體步驟如下：以餐飲廢油混合地溝油生物柴油（餐飲廢油、地溝油與生物柴油的質(zhì)量比為1：2.5：6.5）和富氧（富氧中氧氣占的體積百分比為60％）形成的油氣混合物作為燃料和助燃物，將燃料和助燃物輸送至有調(diào)節(jié)閥控制的管道，燃料和助燃物加壓至壓力為0.3mpa，管道與噴槍相連，噴槍插入熔池的熔體中，熔體中包含以下質(zhì)量百分比組分：cu26％、fe25％、s29％、pb0.4％、zn1.0％、sio210％，噴槍為雙層套管噴槍，燃料和助燃物在噴槍內(nèi)分別由不同的通道噴入熔體，噴槍插入方式為頂部插入、側(cè)部插入和底部插入；頂部插入時，噴槍插入位置為熔體液面幾何中心，噴槍插入深度為480mm，使用1支噴槍；側(cè)部插入時，噴槍插入位置為距熔體液面表面3/4深處，噴槍插入熔體深度為450mm，使用3支噴槍；噴槍插入方式為底部插入時，噴槍插入位置熔體液面幾何中心，噴槍插入熔體深度為410mm，使用1支噴槍；每噸混合料需噴入的生物質(zhì)燃油量為220l，根據(jù)銅精礦品位、生物質(zhì)燃油種類及熔爐處理能力的不同噴入氧氣量控制在1700m3/h，從噴槍中噴出的油氣混合物在熔體包裹的高溫環(huán)境中燃燒，給熔體供熱，同時油氣混合物及燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣對熔體形成強烈攪動。
反應都是在熔體內(nèi)進行，與常規(guī)的熔體液面上燃燒放熱相比，反應放出的熱量直接被熔體吸收，減少了傳熱過程中的熱量損失，相較現(xiàn)有技術(shù)，傳熱過程中的熱量損失減少22~27％。同時，反應過程中產(chǎn)生高溫煙氣對熔體產(chǎn)生強烈攪動，強化傳熱，使反應速率提高18~20％，加快造锍、造渣過程。
以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。