煅烧,焙烧与烧结的区别

焙烧

焙烧与煅烧是两种常用的化工单元工艺。焙烧是将矿石、精矿在空气、氯气、氢气、甲烷和氧化碳等气流中不加或配加一定的物料，加热至低于炉料的熔点，发生氧化、还原或其他化学变化的单元过程，常用于无机盐工业的原料处理中，其目的是改变物料的化学组成与物理性质，便于下一步处理或制取原料气。煅烧是在低于熔点的适当温度下，加热物料，使其分解，并除去所含结晶水、二氧化碳或三氧化硫等挥发性物质的过程。两者的共同点是都在低于炉料熔点的高温下进行，不同点前者是原料与空气、氯气等气体以及添加剂发生化学反应，后者是物料发生分解反应，失去结晶水或挥发组分。

烧结也是一种化工单元工艺。烧结与焙烧不同，焙烧在低于固相炉料的熔点下进行反应，而烧结需在高于炉内物料的熔点下进行反应。烧结也与煅烧不同，煅烧是固相物料在高温下的分解过程，而烧结是物料配加还原剂、助熔剂的化学转化过程。烧结、焙烧、煅烧虽然都是高温反应过程，但烧结是在物料熔融状态下的化学转化，这是它与焙烧、煅烧的不同之处。

焙烧

1. 焙烧的分类与工业应用

矿石、精矿在低于熔点的高温下，与空气、氯气、氢气等气体或添加剂起反应，改变其化学组成与物理性质的过程称为焙烧。在无机盐工业中它是矿石处理或产品加工的一种重要方法。

焙烧过程根据反应性质可分为以下六类，每类都有许多实际工业应用。

(1) 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。硫酸生产中硫铁矿的焙烧是最典型的应用实例。硫化铜、硫化锌矿的火法冶炼也用氧化焙烧。

硫铁矿(FeS2)焙烧的反应式为：

4FeS2+11O2＝2Fe2O3+8SO2↑

3FeS2+8O2＝Fe3O4+6SO2↑

生成的SO2就是硫酸生产的原料，而矿渣中Fe2O3与Fe3O4都存在，到底那一个比例大，要视焙烧时空气过剩量和炉温等因素而定。一般工厂，空气过剩系数大，含Fe2O3较多；若温度高，空气过剩系数较小，渣成黑色，且残硫高，渣中Fe3O4多。焙烧过程中，矿中所含铝、镁、钙、钡的硫酸盐不分解，而砷、硒等杂质转入气相。

硫化铜(CuS)精矿的焙烧分半氧化焙烧和全氧化焙烧两种，分别除去精矿中部分或全部硫，同时除去部分砷、锑等易挥发杂质。过程为放热反应，通常无需另加燃料。半氧化焙烧用以提高铜的品位，保持形成冰铜所需硫量；全氧化焙烧用于还原熔炼，得到氧化铜。焙烧多用流态化沸腾焙烧炉。

锌精矿中的硫化锌(ZnS)转变为可溶于稀硫酸的氧化锌也用氧化焙烧，温度850～900℃，空气过剩系数1.1～1.2，焙烧后产物中90％以上为可溶于稀硫酸的氧化锌，只有极少量不溶于稀酸的铁酸锌(ZnO·Fe2O3)和硫化锌。

氧化焙烧是钼矿化学加工的主要方法，辉钼矿(MoS2)含钼量大于45％，被粉碎至60～80目，在焙烧炉中于500～550℃下氧化焙烧，生成三氧化钼。三氧化钼是中间产品，可生成多种钼化合物与钼酸盐。

有时，氧化焙烧过程中除加空气外，还加添加剂，矿物与氧气、添加剂共同作用。如铬铁矿化学加工的第一步是纯碱氧化焙烧，工业上广泛采用。原料铬铁矿(要求含Cr2O335％以上)，在1000～1150℃下氧化焙烧为六价铬：

2Cr2O3+4Na2CO3+3O2=4Na2Cr2O4+4CO2↑

(2) 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的焙烧过程，主要反应有

2MeS+3O2→2MeO+2SO2

2MeO+ SO2+O2→MeO·MeSO4

MeO·MeSO4+ SO2+O2→2MeSO4

式中Me为金属。例如一定组成下的铜的硫化物，在600℃下焙烧时，生成硫酸铜；在800℃下焙烧时，生成氧化铜。所以控制较高的SO2气氛及较低的焙烧温度，有利于生成硫酸盐；反之，则易变为氧化物，成为氧化焙烧。

对锌的硫化矿及其精矿，用火法冶炼时，用氧化焙烧；用湿法处理时，采用硫酸化焙烧。

(3) 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：

2Sb2S3+9O2→2Sb2O3↑+6SO2↑

此反应从290℃开始，至400℃可除去全部硫。

(4) 氯化焙烧

借助于氯化剂(如Cl2、HCl、NaCl、CaCl2等)的作用，使物料中某些组分转变为气态或凝聚态的氯化物，从而与其他组分分离。金属的硫化物、氧化物或其他化合物在一定条件下大都能与化学活性很强的氯反应，生成金属氯化物。金属氯化物与该金属的其他化合物相比，具有熔点低、挥发性高、较易被还原，常温下易溶于水及其他溶剂等特点。并且各种金属氯化物生成的难易和性质上存在明显区别。化工生产中，常利用上述特性，借助氯化焙烧有效实现金属的分离、富集、提取与精炼的目的。视原料性质及下一步处理方法的不同，可分为中温氯化焙烧与高温氯化焙烧，前者是使被提取的金属氯化物在不挥发条件下进行，所产生的氯化物用水或其他溶剂浸取而与脉石分离；后者是被提取的金属氯化物在能挥发的温度下进行，所形成的氯化物呈蒸气状态挥发，与脉石分离，然后冷凝回收。此法用于菱镁矿(MgCO3)与金红石(TiO2)的氯化，以生产镁和钛，也用于处理黄铁矿烧渣，综合回收铜、铅、锌、金、银等。

氯化离析焙烧是氯化焙烧的一种特例，在矿石中加入适量的碳质还原剂(如煤或焦炭)和氯化剂，在弱还原气氛中加热，使矿石中难选的金属成氯化物挥发，再在炭粒表面还原为金属，并附着在炭粒上，随后用选矿方法富集，制成精矿。此法可用于某些难选或低品位的氧化矿(如氧化铜矿)。

氯化焙烧用于火法冶金具有以下优点：①对原料适应性强，可处理各种不同类型的原料；②作业温度比其他火法反应过程低；③分离效率高，综合利用好。在高品位矿石资源日趋枯竭的情况下，对储量很大的低品位、成分复杂难选的贫矿来说，氯化焙烧将发挥更大作用。但是氯化焙烧要解决以下两个问题：①提高氯的利用率与氯化剂的再生回收是关键问题；②设备的防腐蚀问题与环境保护问题。

在无机盐生产中，新建的钛白粉(TiO2)装置多采用氯化法。金红石矿或钛铁矿渣与适量的石油焦混合后，加入流态化炉中，通入氯气在800～1000℃下进行氯化，其反应式为：

TiO2+(1+β)C+2Cl2→TiCl4+2βCO+(1-β)CO2

式中β为排出炉气中CO/(CO+ CO2)的比值。纯TiCl4是无色透明液体，但此过程所得粗TiCl4含有杂质，将杂质分离后，可制金属Ti或TiO2。

(5) 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。例如贫氧化镍矿预热到780～800℃，用混合煤气还原，使铁的高价化合物大部分还原为Fe3O4，少量还原为FeO及金属铁，镍与钴的氧化物还原成易溶于NH3－CO2－H2O溶液的金属镍和钴。

磁化焙烧也属于还原焙烧，其目的是将弱磁性的赤铁矿(Fe2O3)还原为强磁性的磁铁矿(Fe3O4),以便于磁选，使之与脉石分离。