什么是焙烧
将矿石、精矿或金属化合物在空气中不加或配加一定的物料(如炭粉、氯化剂等),加热至低于炉料的熔点,发生氧化、还原或其他化学变化的冶金过程。是火法冶炼或湿法冶金中浸取前的准备作业,其目的在于改变炉料中提取对象的化学组成,便于下一步处理。焙烧方法根据反应的性质可分为下列8类:
氧化焙烧
硫化精矿在低于其熔点的温度下氧化,使矿石中部分或全部的金属硫化物变为氧化物,同时除去易于挥发的砷、锑、硒、碲等杂质。硫化铜矿、硫化锌矿多用这种焙烧(见锌)。
硫酸化焙烧
使某些金属硫化物氧化成为易溶于水的硫酸盐。焙烧的主要反应是:
式中Me代表金属。例如铜的硫化物在600和800℃下焙烧,有关化合物或金属稳定存在的热力学条件可从优势区图看出。在附图中,圱表示工业焙烧炉内气相组成范围(SO25~15%,O21~5%,其余为H2O 10%、N275%)中的一个点。随着温度的提高,硫酸盐稳定区变小。所以,控制较高的SO2分压和较低的焙烧温度,有利于生成硫酸盐,即可进行硫酸化焙烧;反之,则易变成氧化物,成为氧化焙烧。对锌的硫化矿及其精矿:用火法冶炼时,采用氧化焙烧;用湿法处理时则采用硫酸化焙烧。
挥发焙烧
将硫化物在空气中加热,使提取对象变为挥发性氧化物,呈气态分离出来。例如,火法炼锑中将锑矿石(含Sb2S3)在空气中加热,氧化为易挥发的Sb2O3:
此反应从290℃开始,至400℃可除去全部硫。
氯化焙烧
借助氯化剂(如Cl2、HCl、NaCl、CaCl2等)的作用,使物料中的某些组分转变为气态或凝聚态的氯化物,从而同其他组分分离(见氯化冶金)。
氯化离析焙烧
可视为氯化焙烧的一种特例。加氯化剂的同时加入炭粒,使矿石中难选的有价金属矿物经氯化挥发后,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。其品位和回收率都可以提高。
还原焙烧
将氧化矿预热至一定温度,然后用还原气体 (含CO、H2、CH4等)使其中某些氧化物部分或全部还原,以利于下一步处理。例如,将贫氧化镍矿预热到780~800℃,用混合煤气还原,使铁的高价氧化物大部分还原成Fe3O4,少量还原成FeO和金属铁,镍、钴氧化物还原成易溶于NH3-CO2-H2O系溶液的金属镍、钴(见镍)。
磁化焙烧也属于还原焙烧,其目的是将弱磁性的赤铁矿(Fe2O3)还原成强磁性的磁铁矿(Fe3O4),以便用磁选,使之与脉石和杂质分离。
氧化钠化焙烧
向矿石或精矿配入适量的钠化剂如Na2CO3、NaCl、Na2SO4等,焙烧后产生易溶于水的钠盐。例如,湿法提钒流程中,细磨钒渣,经磁选除去铁珠后,加钠化剂并在回转窑内焙烧,渣中的三价钒氧化成五价的偏钒酸钠:Na2CO3+V2O3+O2─→2NaVO3+CO2
Na2SO4+V2O3+O2─→2NaVO3+SO3
2NaCl+V2O3+O2─→2NaVO3+Cl2
煅烧
将碳酸盐或氢氧化物的矿物原料在空气中加热分解,除去二氧化碳或水分,变成氧化物,也称为焙解。如菱铁矿、菱镁矿、石灰石、氢氧化铝等的处理。
影响焙烧反应速度的主要因素是:
(1)温度;
(2)物料颗粒外表面形成的固体反应物膜层的厚度及致密程度;
(3)物料的粒度及物理化学性质;
(4)气流中各种气体的分压等。
上述各种焙烧,根据所用设备的不同,又可分为流态化焙烧,固定床焙烧(反射炉),移动床焙烧(多膛炉,回转窑)和旋风焙烧(旋风炉)等。
参考书目赵天从主编:《重金属冶金学》,冶金工业出版社,北京,1982。
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