[發明專利]采用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的方法及裝置

在審

• 申請號: 201410412549.1
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN105349798A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 王晶紅;林慶坤;劉劍玉;劉天成
• 申請（專利權）人: 空氣化工產品有限公司
• 主分類號: C22B15/00
• 分類號: C22B15/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 孟凡宏;謝燕軍

技術領域

本申請屬于銅熔煉領域，具體而言，涉及一種采用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的方法及裝置。

背景技術

再生銅熔煉過程包括熔化、氧化、扒渣和還原階段。為提高銅的純度，用吹入壓縮空氣來氧化除雜，再用還原劑還原脫氧。傳統再生銅熔煉還原過程中，人們常常采用插木還原。但由于木材資源寶貴，為保護環境，還原過程逐漸采用天然氣替代插木還原。

目前，使用天然氣進行還原存在如下弊端：(1)天然氣的利用率低，還原時間長；(2)天然氣與銅液反應不完全，產生大量黑煙造成環境污染；(3)天然氣在銅液中裂解產生的氫氣易被銅液吸收，使銅出現一些微孔，影響產品質量；(4)由于在還原過程中天然氣流量沒有做出適量和及時調整，導致還原過程某些時間段天然氣過量，使銅液溫度過高。銅液溫度越高越易吸入氧氣再次氧化。為使銅液的氧含量降低到要求指標，相應的還原過程就會被拉長。

發明內容

為解決上述銅熔煉工藝中的弊端，本發明采用天然氣與氮氣的混合氣體來還原含氧銅液，并根據監測的參數調節天然氣和氮氣的混合比例。

具體地，首先，將天然氣和氮氣在一個混合器內進行預混。進入混合器的天然氣流量和氮氣流量分別由天然氣流量控制閥組和氮氣流量控制閥組來進行精確控制。

因此，一方面，本發明提供一種采用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的方法，包括以下步驟：將所述天然氣與氮氣預混合后再通入含氧銅液中進行還原，其中所述天然氣與氮氣的混合比例通過監測的參數來調節。

根據一個優選的實施方式，上述方法中所述參數選自：

(1)盛裝所述含氧銅液的熔煉爐的爐溫變化和爐氣中CO濃度的變化；或

(2)盛裝所述含氧銅液的熔煉爐的煙道出口處煙氣溫度變化和煙氣中CO濃度的變化；或

(3)所述含氧銅液中含氧量的變化。

然后將天然氣和氮氣的混合氣體輸送到還原噴管。最后將還原噴管埋入銅液中進行還原。還原噴管可通過加料口插入熔煉爐內，亦可安裝在熔煉爐頂部，還原時將還原噴管插入銅液內。不需要時，還原噴管移出熔煉爐。

本發明在天然氣中混入氮氣再插入銅液中。氮氣的存在，增強了對銅液的攪拌強度，增加了天然氣與銅液中氧化亞銅的接觸機會，改善了天然氣的動力學性能，從而提高天然氣的利用率，減輕了環境污染。氮氣的存在也減少了氫氣在銅液的溶解度，而且還可阻止銅液表面與空氣接觸，防止重新溶解氧的現象發生。這樣不僅可以提高銅液質量，也可縮短還原時間。

根據一個優選的實施方式，其中所述天然氣與氮氣的混合比例在還原初期大于還原后期。在還原初期，由于銅液中氧化亞銅的含量相對較高，這時需要送入較多的天然氣進行還原。隨著還原的進行，銅液中氧化亞銅的含量逐漸降低，這時需要減少天然氣量，而增加氮氣量。天然氣與氮氣的比例在還原初期時，可以全部是天然氣，然后逐步增加氮氣的含量，使得二者的比例為30∶1，15∶1，10∶1，5∶1，3∶1，2∶1，1∶1。然后隨著還原過程逐步降低，天然氣的含量逐漸減少，達到1∶2，1∶3，1∶5，1∶10，1∶15或1∶30直至可以全部是氮氣。根據上述監測到的參數，可以每1，2，3，4，5，10，15，20，或30分鐘調整天然氣和氮氣的流量比例。在還原過程中有效控制天然氣和氮氣的混合比例，可進一步提高天然氣的利用率、減少黑煙生成、減少氫氣在銅液中的溶解和避免銅液溫度過高。

本發明通過如下方式控制還原過程中天然氣和氮氣的混合比例：

(1)方式一：監測熔煉爐的爐溫變化和爐氣中CO濃度的變化

通過監測到爐膛溫度變化(dT/dt)和爐氣中CO濃度的變化(dCO/dt)判定天然氣的輸入量是否過多。溫度變化是通過熱電偶或紅外測溫等溫度測量傳感器測量的溫度值計算出溫度變化值dT/dt。CO的變化值dCO/dt是通過CO測量傳感器測量的CO濃度計算出來的。溫度和CO測量傳感器放置在爐膛內。當監測的溫度變化值dT/dt和CO濃度變化值dCO/dt比預先給定的設定值高，這就表明天然氣的輸入量過多，天然氣與氮氣的混合比要降低。爐溫和CO的變化信號會反饋到天然氣流量控制閥組和氮氣流量控制閥組，通過流量控制閥組改變進入到混合器的天然氣和氮氣流量，從而達到所需要的天然氣和氮氣的混合比。

(2)方式二：熔煉爐排煙口處煙氣溫度變化和煙氣中CO濃度的變化