焙烧

冶炼流程中炉料准备的工序

焙烧是在低于物料熔化温度下完成某种化学反应的过程，为炉料准备的组成部分。绝大部分物料始终以固体状态存在，因此焙烧的温度以保证物料不明显熔化为上限。显然，焙烧反应以固-气反应为主，有时兼有固-固、固-液及气-液的相互反应或作用。焙烧大多为下步的熔炼或浸出等主要冶炼作业做准备，因而在冶炼流程中常常是一个炉料准备工序，但有时也可作为一个富集、脱杂、金属粉末制备或精炼过程。

介绍

物料（矿石和精矿）在低于其熔化温度的条件下，使其发生脱水、分解、氧化、还原、氯化、硫酸化、结块或球团等过程。依据焙烧时所发生的化学过程的不同，分为煅烧、氧化焙烧、还原焙烧、氯化焙烧、硫酸化焙烧；依据其物理状态的不同，分为粉状焙烧和烧结（结块焙烧）。大多数情况下，焙烧是冶金过程中矿石和精矿的第一个处理阶段，是一种火法冶金过程，为熔炼或湿法冶金做准备，在这个过程中物料发生某种化学变化，但仍保持固体状态。

焙烧作用

依据物料的性质和后序加工方法的不同，焙烧具有不同的目的：（1）使矿石中的非氧化物矿物变成氧化物，这些氧化物在湿法冶金过程中会转入溶液中以提取金属，在火法冶金过程中会还原成金属状态；（2）除掉矿石中对冶金过程有害的水分及其它易挥发组分（如砷、锑等）：（3）使粉状物料变成块状或球团状，利于冶炼过程的进行。任何类型的焙烧过程都是固相与气相间的多相化学反应过程。硫化物焙烧为放热过程，一般可不加热或加少许热量的条件下可自动进行。多价金属的化合物焙烧时，先离解成低价化合物后再进行焙烧。焙烧温度控制在硫化物和氧化物熔点以下，一般低于900℃—1000℃；有些硫化物焙烧温度较低，为提高焙烧速度，常控制在500℃—600℃。故实际焙烧温度控制在 500℃—1000℃。

焙烧分类

根据工艺的目的，焙烧大致可分为：氧化焙烧、盐化焙烧、还原焙烧、挥发焙烧、烧结焙烧，其中的盐化焙烧包括硫酸化焙烧、氯化焙烧和苏打焙烧，磁化焙烧属还原焙烧。按物料在熔炼过程中的运动状态，分为固定床焙烧、移动床焙烧、流态化焙烧、飘浮焙烧。

氧化焙烧

粉碎后的固体原料在氧气中焙烧，使其中的有用成分转变成氧化物，同时除去易挥发的砷、锑、硒、碲等杂质。在硫酸工业中，硫铁矿焙烧制备二氧化硫是典型的氧化焙烧。冶金工业中氧化焙烧应用广泛，例如：硫化铜矿、硫化锌矿经氧化焙烧得氧化铜、氧化锌，同时得到二氧化硫。

还原焙烧

在矿石或盐类中添加还原剂进行高温处理，常用的还原剂是碳。在制取高纯度产品时，可用氢气、一氧化碳或甲烷作为焙烧还原剂。例如：贫氧化镍矿在加热下用水煤气还原，可使其中的三氧化二铁大部分还原为四氧化三铁,少量还原为氧化亚铁和金属铁；镍、钴的氧化物则还原为金属镍和钴。因为该过程中的三氧化二铁具有弱磁性，四氧化三铁具有强磁性，利用这种差别可以进行磁选，故此过程又称磁化焙烧。

氯化焙烧

在矿物或盐类中添加氯化剂进行高温处理,使物料中某些组分转变为气态或凝聚态的氧化物,从而同其他组分分离。氯化剂可用氯气或氯化物（如氯化钠、氯化钙等）。例如：金红石在流化床中加氯气进行氯化焙烧，生成四氯化钛，经进一步加工可得二氧化钛。又如在铝土矿化学加工中，加炭（高质煤）粉成型后氯化焙烧可制得三氯化铝。若在加氯化剂的同时加入炭粒，使矿物中难选的有价值金属矿物经氯化焙烧后，在炭粒上转变为金属，并附着在炭粒上，随后用选矿方法富集，制成精矿，其品位和回收率均可以提高，称为氯化离析焙烧。

硫酸化焙烧

以二氧化硫为反应剂的焙烧过程，通常用于硫化物矿的焙烧，使金属硫化物氧化为易溶于水的硫酸盐。若以Me表示金属，硫酸化焙烧主要包括下列过程：2MeS+3O2─→2MeO+2SO2

例如：闪锌矿经硫酸化焙烧制得硫酸锌、硫化铜经硫酸化焙烧制得硫酸铜等。

固定床焙烧

固定床焙烧的炉料平铺在炉膛上，炉气仅与炉料表面接触，故气-固介面接触有限，质、热传递很不理想，因而生产率低，劳动强度大，烟气浓度低不便回收利用，但烟尘率低。多膛炉焙烧基本属固定床焙烧。固定床焙烧现代工业只在特殊情况下使用，如氧化锌尘脱氯、氟，高砷铜精矿脱砷焙烧等。

移动床焙烧

移动床焙烧因炉料靠重力或机械作用，在焙烧时缓慢移动，而炉气则与炉料逆（顺）流或垂直的相对运动，故气-固间接触较好。常用的设备有烧结机、竖炉和回转窑等。

流态化焙烧

流态化焙烧又叫假液化床焙烧或沸腾焙烧，固体粉（粒）料在自料层底部鼓入的空气或其他气体均匀向上的作用下，料层变成流态化状，故气-固间相对运动很剧烈，热、质传递迅速，整个流化床层内温度浓度梯度很小。有时为了强化过程又不致过分地增加烟尘率，精矿粉料常先经制粒后再加入炉内，故称制粒流态化焙烧。流态化焙烧由于有其独特的优点，自20世纪50年代以来在有色冶金中获得广泛的应用。

飘悬焙烧

飘悬焙烧因炉料飘悬在炉中，气-固间相对运动虽不及流态化焙烧剧烈，但气-固间热、质传递仍然很迅速，并且固体粒子间几乎不直接接触，所以允许采用更高的焙烧温度，以及允许在飘悬炉内存在一定的温度梯度和炉料的浓度梯度。

碱性焙烧

以纯碱、烧碱或石灰石等碱性物质为反应剂，对固体原料进行高温处理的一种碱解过程。例如：软锰矿与苛性钾焙烧制取锰酸钾；铬铁矿与苛性钾焙烧制取铬酸钾。

钠化焙烧

在固体物料中加入适量的氯化钠、硫酸钠等钠化剂，焙烧后产物为易溶于水的钠盐。例如：湿法提钒过程中，细磨钒渣，经磁选除铁后，加钠化剂在回转窑中焙烧，渣中的三价钒氧化成五价钒。

影响因素

影响固体物料焙烧的转化率与反应速度的主要因素是焙烧温度、固体物料的粒度、固体颗粒外表面性质、物料配比以及气相中各反应组分的分压等。

焙烧设备

焙烧过程所用设备，按固体物料运动特性，可分为固定床、移动床和流动床几类；按其所用加热炉的形式可分为反射炉、多膛炉、竖窑、回转窑、沸腾炉、施风炉等。

焙烧炉

主要有多膛焙烧炉、回转窑、流态化焙烧炉、飘悬焙烧炉、烧结机和竖式焙烧炉等。

多膛焙烧炉为间隔成多层炉膛的竖式圆筒型炉（图1），一般设有8～12层炉床。炉内壁衬以耐火砖，在中心轴上连结着旋转的耙臂随轴转动，转动耙臂采用空气冷却。物料由顶部加入，并依次耙向每层炉盘外缘或内缘相间的开孔，依次由一层降落至下一层，经干燥、焙烧后从最底层排出。炉气在炉内向着与物料相反的方向流动，直到干燥预热最上层的物料后逸出。与其他焙烧炉相比，多膛焙烧炉具有出炉烟气温度低、散热少的优点；缺点是温度难以控制，焙烧时间长，生产能力小。对于依次进行不同焙烧反应的焙烧，此种炉子倒是很方便的。

回转窑

为一只稍微倾斜的卧式圆筒型炉（图2），以耐火砖作内衬。炉料从一端装入，边从旋转的炉壁落下边被搅拌焙烧，最后从出料端排出。一般在出料端设有烧嘴进行加热。由于窑内为负压，防止了从炉的两端漏出烟气和粉尘。回转窑结构简单，搅拌良好，不仅能处理粉料和块料，还能处理在焙烧过程中形成少量熔体的物料，可广泛用于氧化、还原、硫化和挥发的焙烧过程。其不足之处是：温度难以控制，一旦在炉内形成所谓环状炉结，便不能进行正常操作。

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