本发明涉及一种基于生物质燃油富氧浸没式燃烧的铜熔池熔炼方法，属于金属冶炼技术领域。
背景技术：
熔池熔炼是当今国际先进的有色金属火法冶金技术，适用于铜、镍、锡等有色金属冶炼。常用的熔池熔炼方法有：特尼恩特法、三菱法、奥斯麦特法、瓦钮柯夫法、艾萨法、诺兰达法、顶吹旋转转炉法、白银法、水口山法、东营底吹富氧熔炼法。以艾萨法为例，艾萨法采用艾萨炉作为熔炼炉，艾萨炉采用衬有耐火砖的平顶圆形炉体。喷枪由炉顶插入炉内，向炉中熔融体内的渣、冰铜和金属的混合物喷射气体和燃料，对熔体形成强烈的搅拌，保证原料和氧气间的快速反应。通过燃烧放出大量热量，燃烧产生的热量主要通过对流和辐射的传热方式传递给熔池，为熔池熔炼过程提供热量。熔炼过程中产生大量气体，气体在排出过程中带走大量燃烧放出的热量，热量损失大。
目前，熔池熔炼均采用柴油、煤等一次能源作为燃料。用柴油作为燃料的方法比较成熟，但是由于已探明的石油储量日益下降，按照目前的消耗速度，石油将在几十年内消耗殆尽；其次，柴油价格较高，导致熔炼成本较高。
在我国大部分地区生长许多油料作物，部分可加工成食用油，但是大部分油料作物产生的生物油不能食用，如小桐子、橡胶籽以及棉花籽等，这些植物数量巨大且分布较广，目前并没有被充分利用。目前，我国车用生物质燃油没有统一标准，以至于不能大面积推广。在工业上需要大量用油，各方面标准较为成熟，如果大量使用生物质燃油替代化石燃料将缓解能源危机，减少碳排放。
申请号为cn106016338a的发明专利名称“一种生物质燃油二次雾化全氧燃烧的方法”的发明专利，该专利通过对生物质燃油进行加热加压，实现对生物质燃油的二次雾化，雾化后的油气混合物在熔体上方燃烧，并对熔体供热。但该种供热方式是以辐射换热为主，且燃烧产生的热量被烟气快速带出炉体，导致换热效率较低。
申请号为cn103436705a的发明专利名称“一种用富氧顶吹炉处理铜浮渣的方法”的发明专利，该专利通过顶吹的方式向炉内通入煤粉和富氧空气，燃烧放出的热量传递给铜渣，使铜渣升温。这种供热方式采用的燃料为煤粉，属于一次能源，这一方面加快了一次能源的消耗，另一方面造成铜冶炼过程碳排放当量较大。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明目的是提供一种基于生物质燃油富氧浸没式燃烧的铜熔池熔炼方法，以解决现有铜熔池熔炼工艺过程中，传热效果较差，化石燃料消耗过多，碳排放高，熔炼成本高等问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于生物质燃油富氧浸没式燃烧的铜熔池熔炼方法，以生物质燃油和富氧作为燃料和助燃物，将燃料和助燃物输送至有自动调节阀控制的管道，管道与双层套管喷枪相连，喷枪可采用顶吹、侧吹、底吹的方式插入熔体中，将燃料和助燃物经双层套管喷枪雾化后喷入含有大量金属硫化物的熔体中进行反应和燃烧。
本发明通过以下技术方案实现：根据熔体中铁的硫化物含量确定生物质燃油和富氧使用量。生物质燃油从储油罐经过滤器过滤并经油泵升压后通过压力控制阀调节流量。富氧从储气罐经过滤器过滤经风机引入，通过压力控制阀调节流量。当熔体中铁的硫化物含量达到24～29％时，每吨物料喷入生物质燃油量为220～470l，根据铜精矿品位、生物质燃油种类及熔炉处理能力的不同喷入富氧量控制在1100～1800m3/h，喷枪为双层套管型，外管为富氧通道，内管为生物质燃油通道。结束喷吹时，先停止供油并继续通入富氧对喷枪进行吹扫，然后拔出喷枪。铜精矿、溶剂等炉料从炉顶给料口加入，熔体从卸料口流出。生物质燃油和富氧从喷枪喷嘴喷出后具有较好的雾化效果，对周围熔体形成强烈搅动，传热效果好，反应速率快，反应更为充分。
一种基于生物质燃油富氧浸没式燃烧的铜熔池熔炼方法，其具体步骤如下：以生物质燃油和富氧形成的油气混合物作为燃料和助燃物，将燃料和助燃物输送至有调节阀控制的管道（当喷枪从顶部插入时，如图1所示，储油罐1中的生物质燃油通过油泵2、生物燃油过滤器3、压力控制阀4进行加压和调节，储气罐5中的富氧通过风机6、空气过滤器7、压力控制阀8进行加压和调节），管道与喷枪相连（储油罐1中的生物质燃油管道与双层套管喷枪9中的内管连接，储气罐5中的富氧与双层套管喷枪9中的外管连接），喷枪插入熔池的熔体中，喷枪为双层套管喷枪，燃料和助燃物在喷枪内分别由不同的通道喷入熔体，喷枪插入方式为顶部插入、侧部插入、底部插入中的一种或任意几种组合，从喷枪中喷出的油气混合物在熔体包裹的高温环境中燃烧，给熔体供热，同时油气混合物及燃烧产生的高温烟气对熔体形成强烈搅动。
所述熔体中包含以下质量百分比组分：cu24~29％、fe20~25％、s28~32％、sio25~10％、pb0.2~0.5％和zn0.8~1.5％。
所述富氧中氧气占的体积百分比为50～70％。
所述燃料和助燃物输送至有调节阀控制的管道中进行加压，加压至压力为0.1～0.5mpa。
所述喷枪插入方式为顶部插入时，单独或者组合使用时喷枪插入位置为熔体液面几何中心，喷枪插入深度为430～500mm，使用1支喷枪。
所述喷枪插入方式为侧部插入时，单独或者组合使用时喷枪插入位置为距熔体液面表面2/3～3/4深处，喷枪插入熔体深度为400～450mm，使用1～3支喷枪。
所述喷枪插入方式为底部插入时，喷枪插入位置熔体液面几何中心，喷枪插入熔体深度为350～410mm，使用1支喷枪。
所述熔体中铁的硫化物含量达到24～29％时，每吨混合料需喷入的生物质燃油量为220～470l，根据铜精矿品位、生物质燃油种类及熔炉处理能力的不同喷入氧气量控制在1100～1800m3/h。
上述生物质燃油包含但不限于植物油脂、回收餐饮废油、地沟油、生物柴油中的一种或任意比例混合物。
本发明将喷枪插入熔体中，采用浸没式燃烧技术，从喷嘴喷出的富氧进入熔体中，发生如下化学反应：
2cufes2+5/2o2=cus·fes+feo+2so2
2fes+3o2=2feo+2so2
上述反应发生放出大量的热，提供熔池熔炼所需的主要热量，生物质燃油燃烧放热补充熔池熔炼需要的热量。生物质燃油主要成分是五种脂肪酸甲酯：棕榈酸甲酯（c17h34o2）、硬脂酸甲酯（c19h38o2）、油酸甲酯（c19h36o2）、亚油酸甲酯(c19h34o2)、亚麻酸甲酯（c19h32o2），从喷嘴喷出的生物质燃油与富氧（全氧）发生的反应如下：
c17h34o2+49/2o2=17co2+17h2o
c19h38o2+55/2o2=19co2+19h2o
c19h36o2+27o2=19co2+18h2o
c19h34o2+53/2o2=19co2+17h2o
c19h32o2+26o2=19co2+16h2o
以上反应都是在熔体内进行，与常规的熔体液面上燃烧放热相比，反应放出的热量直接被熔体吸收，减少了传热过程中的热量损失。同时，反应过程中产生高温烟气对熔体产生强烈搅动，强化传热，使反应速率加快，加快造锍、造渣过程。
本方法采用基于富氧生物质燃油浸没式燃烧方式，与现有技术相比，具有以下优点：
1、生物质燃油替代常规化石燃料，缓解能源危机，减少因燃烧化石燃料产生的碳排放。
2、生物质燃油热值为35～41mj/kg，市场价约4000元/吨，0#柴油热值约为42mj/kg，市场价约8000元/吨。在产生相同热量前提下，生物质燃油更为经济，并且生物质燃油属于可再生能源。
3、采用富氧浸没式燃烧方法，整个燃烧过程都是在熔体中进行，产生的热量直接传递给熔体，减少常规液面上燃烧在热量传递过程中造成的损失，反应过程也会对熔体产生强烈搅动，加快反应速率，使反应更加充分。
4、本方法可采用顶吹、侧吹、底吹的喷吹方式，安装过程更为灵活，选择性大。
附图说明
图1是本发明工作流程示意图。
图中：1-储油罐，2-油泵，3-生物燃油过滤器，4-压力控制阀，5-储气罐，6-风机，7-空气过滤器，8压力控制阀，9-双层套管喷枪，10-熔池，11-卸料口，12-烟气出口，13-炉墙，14-进料口。小桐子油。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该基于生物质燃油富氧浸没式燃烧的铜熔池熔炼方法，其具体步骤如下：以小桐子油生物柴油和富氧（富氧中氧气占的体积百分比为55％）形成的油气混合物作为燃料和助燃物，将燃料和助燃物输送至有调节阀控制的管道（当喷枪从顶部插入时，如图1所示，储油罐1中的生物质燃油通过油泵2、生物燃油过滤器3、压力控制阀4进行加压和调节，储气罐5中的富氧通过风机6、空气过滤器7、压力控制阀8进行加压和调节，燃料和助燃物加压至压力为0.1mpa），管道与喷枪相连（储油罐1中的生物质燃油管道与双层套管喷枪9中的内管连接，储气罐5中的富氧与双层套管喷枪9中的外管连接），喷枪插入熔池的熔体中，熔体中包含以下质量百分比组分：cu24％、fe20％、s28％、pb0.2％、zn0.8％和sio25％，喷枪为双层套管喷枪，燃料和助燃物在喷枪内分别由不同的通道喷入熔体，喷枪插入方式为顶部插入，使用1支喷枪，喷枪插入位置为熔体液面几何中心，喷枪插入深度为430mm；每吨混合料需喷入的生物质燃油量为200l，根据铜精矿品位、生物质燃油种类及熔炉处理能力的不同喷入氧气量控制在1100m3/h，从喷枪中喷出的油气混合物在熔体包裹的高温环境中燃烧，给熔体供热，同时油气混合物及燃烧产生的高温烟气对熔体形成强烈搅动。
反应都是在熔体内进行，与常规的熔体液面上燃烧放热相比，反应放出的热量直接被熔体吸收，减少了传热过程中的热量损失，相较现有技术，传热过程中的热量损失减少16~22％。同时，反应过程中产生高温烟气对熔体产生强烈搅动，强化传热，使反应速率提高14%，加快造锍、造渣过程。
实施例2
该基于生物质燃油富氧浸没式燃烧的铜熔池熔炼方法，其具体步骤如下：以地沟油生物柴油和富氧（富氧中氧气占的体积百分比为50％）形成的油气混合物作为燃料和助燃物，将燃料和助燃物输送至有调节阀控制的管道，燃料和助燃物加压至压力为0.5mpa，管道与喷枪相连，喷枪插入熔池的熔体中，熔体中包含以下质量百分比组分：cu26％、fe25％、s32％、pb0.5％、zn1.5％、sio210％，喷枪为双层套管喷枪，燃料和助燃物在喷枪内分别由不同的通道喷入熔体，喷枪插入方式为顶部插入和侧部插入，顶部插入时使用1支喷枪，喷枪插入位置为熔体液面几何中心，喷枪插入深度为500mm；侧部插入时，喷枪插入位置为距熔体液面表面2/3深处，喷枪插入熔体深度为400mm，使用1支喷枪，每吨混合料需喷入的生物质燃油量为270l，根据铜精矿品位、生物质燃油种类及熔炉处理能力的不同喷入氧气量控制在1800m3/h，从喷枪中喷出的油气混合物在熔体包裹的高温环境中燃烧，给熔体供热，同时油气混合物及燃烧产生的高温烟气对熔体形成强烈搅动。
反应都是在熔体内进行，与常规的熔体液面上燃烧放热相比，反应放出的热量直接被熔体吸收，减少了传热过程中的热量损失，相较现有技术，传热过程中的热量损失减少20~25％。同时，反应过程中产生高温烟气对熔体产生强烈搅动，强化传热，使反应速率提高18％，加快造锍、造渣过程。
实施例3
该基于生物质燃油富氧浸没式燃烧的铜熔池熔炼方法，其具体步骤如下：以小桐子油生物柴油和富氧（富氧中氧气占的体积百分比为70％）形成的油气混合物作为燃料和助燃物，将燃料和助燃物输送至有调节阀控制的管道，燃料和助燃物加压至压力为0.4mpa，管道与喷枪相连，喷枪插入熔池的熔体中，熔体中包含以下质量百分比组分：cu26％、fe24％、s31％、pb0.4％、zn1.0％、sio26％，喷枪为双层套管喷枪，燃料和助燃物在喷枪内分别由不同的通道喷入熔体，喷枪插入方式为底部插入时，喷枪插入位置熔体液面几何中心，喷枪插入熔体深度为350mm，使用1支喷枪，每吨混合料需喷入的生物质燃油量为470l，根据铜精矿品位、生物质燃油种类及熔炉处理能力的不同喷入氧气量控制在1500m3/h，从喷枪中喷出的油气混合物在熔体包裹的高温环境中燃烧，给熔体供热，同时油气混合物及燃烧产生的高温烟气对熔体形成强烈搅动。
反应都是在熔体内进行，与常规的熔体液面上燃烧放热相比，反应放出的热量直接被熔体吸收，减少了传热过程中的热量损失，相较现有技术，传热过程中的热量损失减少18~23％。同时，反应过程中产生高温烟气对熔体产生强烈搅动，强化传热，使反应速率提高16％，加快造锍、造渣过程。
实施例4
该基于生物质燃油富氧浸没式燃烧的铜熔池熔炼方法，其具体步骤如下：以餐饮废油混合地沟油生物柴油（餐饮废油、地沟油与生物柴油的质量比为1：2.5：6.5）和富氧（富氧中氧气占的体积百分比为60％）形成的油气混合物作为燃料和助燃物，将燃料和助燃物输送至有调节阀控制的管道，燃料和助燃物加压至压力为0.3mpa，管道与喷枪相连，喷枪插入熔池的熔体中，熔体中包含以下质量百分比组分：cu26％、fe25％、s29％、pb0.4％、zn1.0％、sio210％，喷枪为双层套管喷枪，燃料和助燃物在喷枪内分别由不同的通道喷入熔体，喷枪插入方式为顶部插入、侧部插入和底部插入；顶部插入时，喷枪插入位置为熔体液面几何中心，喷枪插入深度为480mm，使用1支喷枪；侧部插入时，喷枪插入位置为距熔体液面表面3/4深处，喷枪插入熔体深度为450mm，使用3支喷枪；喷枪插入方式为底部插入时，喷枪插入位置熔体液面几何中心，喷枪插入熔体深度为410mm，使用1支喷枪；每吨混合料需喷入的生物质燃油量为220l，根据铜精矿品位、生物质燃油种类及熔炉处理能力的不同喷入氧气量控制在1700m3/h，从喷枪中喷出的油气混合物在熔体包裹的高温环境中燃烧，给熔体供热，同时油气混合物及燃烧产生的高温烟气对熔体形成强烈搅动。
反应都是在熔体内进行，与常规的熔体液面上燃烧放热相比，反应放出的热量直接被熔体吸收，减少了传热过程中的热量损失，相较现有技术，传热过程中的热量损失减少22~27％。同时，反应过程中产生高温烟气对熔体产生强烈搅动，强化传热，使反应速率提高18~20％，加快造锍、造渣过程。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。