焙燒

物料（礦石和精礦）在低於其熔化溫度的條件下，使其發生脫水、分 解、氧化、還原、氯化、硫酸化、結塊或球團等過程。依據焙燒時所發生的化學過 程的不同，分為煅燒、氧化焙燒、還原焙燒、氯化焙燒、硫酸化焙燒；依據其物理 狀態的不同，分為粉狀焙燒和燒結（結塊焙燒）。大多數情況下，焙燒是冶金過 程中礦石和精礦的第一個處理階段，是一種火法冶金過程，為熔煉或濕法冶金 做準備，在這個過程中物料發生某種化學變化，但仍保持固體狀態。

依據物料的性質和後序加工方法的不同，焙燒具有不同的目的：（1）使礦石中的非氧化 物礦物變成氧化物，這些氧化物在濕法冶金過程中會轉入溶液中以提取金屬，在火法冶金過程中會還原成金屬狀態；（2）除掉礦石中對冶金過程有害的水分 及其它易揮發組分（如砷、銻等）：（3）使粉狀物料變成塊狀或球團狀，利於冶鍊 過程的進行。任何類型的焙燒過程都是固相與氣相間的多相化學反應過程。硫 化物焙燒為放熱過程，一般可不加熱或加少許熱量的條件下可自動進行。多價 金屬的化合物焙燒時，先離解成低價化合物后再進行焙燒。焙燒溫度控制在硫 化物和氧化物熔點以下，一般低於900℃—1000℃；有些硫化物焙燒溫度較 低，為提高焙燒速度，常控制在500℃—600℃。故實際焙燒溫度控制在 500℃—1000℃。

根據工藝的目的，焙燒大致可分為：氧化焙燒、鹽化焙燒、還原焙燒、揮發焙燒、燒結焙燒，其中的鹽化焙燒包括硫酸化焙燒、氯化焙燒和蘇打焙燒，磁化焙燒屬還原焙燒。按物料在熔煉過程中的運動狀態，分為固定床焙燒、移動床焙燒、流態化焙燒、飄浮焙燒。

粉碎后的固體原料在氧氣中焙燒，使其中的有用成分轉變成氧化物，同時除去易 揮發的砷、銻、硒、碲等雜質。在硫酸工業中，硫鐵礦焙燒製備二氧化硫是典型的氧化焙燒。冶金工業中氧化焙燒應用廣泛，例如：硫化銅礦、硫化鋅礦經氧化焙燒得氧化銅、氧化鋅，同時得到二氧化硫。

在礦石或鹽類中添加還原劑進行高溫處理，常用的還原劑是碳。在製取高純度產品時，可用氫氣、一氧化碳或甲烷作為焙燒還原劑。例如：貧氧化鎳礦在加熱下用水煤氣還原，可使其中的三氧化二鐵大部分還原為四氧化三鐵,少量還原為氧化亞鐵和金屬鐵；鎳、鈷的氧化物則還原為金屬鎳和鈷。因為該過程中的三氧化二鐵具有弱磁性，四氧化三鐵具有強磁性，利用這種差別可以進行磁選，故此過程又稱磁化焙燒。

在礦物或鹽類中添加氯化劑進行高溫處理,使物料中某些組分轉變為氣態或凝聚態 的氧化物,從而同其他組分分離。氯化劑可用氯氣或氯化物（如氯化鈉、氯化鈣等）。例如：金紅石在流化床中加氯氣進行氯化焙燒，生成四氯化鈦，經進一步加工可得二氧化鈦。又如在鋁土礦化學加工中，加炭（高質煤）粉成型后氯化焙燒可製得三氯化鋁。若在加氯化劑的同時加入炭粒，使礦物中難選的有價值金屬礦物經氯化焙燒后，在炭粒上轉變為金屬，並附著在炭粒上，隨後用選礦方法富集，製成精礦，其品位和回收率均可以提高，稱為氯化離析焙燒。

以二氧化硫為反應劑的焙燒過程，通常用於硫化物礦的焙燒，使金屬硫化物氧化為易溶於水的硫酸鹽。若以Me表示金屬，硫酸化焙燒主要包括下列過程： 2MeS+3O2─→2MeO+2SO2

例如：閃鋅礦經硫酸化焙燒製得硫酸鋅、硫化銅經硫酸化焙燒製得硫酸銅等。

固定床焙燒的爐料平鋪在爐膛上，爐氣僅與爐料表面接觸，故氣-固介面接觸有限，質、熱傳遞很不理想，因而生產率低，勞動強度大，煙氣濃度低不便回收利用，但煙塵率低。多膛爐焙燒基本屬固定床焙燒。固定床焙燒現代工業只在特殊情況下使用，如氧化鋅塵脫氯、氟，高砷銅精礦脫砷焙燒等。

移動床焙燒因爐料靠重力或機械作用，在焙燒時緩慢移動，而爐氣則與爐料逆（順）流或垂直的相對運動，故氣-固間接觸較好。常用的設備有燒結機、豎爐和迴轉窯等。

流態化焙燒又叫假液化床焙燒或沸騰焙燒，固體粉（粒）料在自料層底部鼓入的空氣或其他氣體均勻向上的作用下，料層變成流態化狀，故氣-固間相對運動很劇烈，熱、質傳遞迅速，整個流化床層內溫度濃度梯度很小。有時為了強化過程又不致過分地增加煙塵率，精礦粉料常先經制粒后再加入爐內，故稱制粒流態化焙燒。流態化焙燒由於有其獨特的優點，自20世紀50年代以來在有色冶金中獲得廣泛的應用。

飄懸焙燒因爐料飄懸在爐中，氣-固間相對運動雖不及流態化焙燒劇烈，但氣-固間熱、質傳遞仍然很迅速，並且固體粒子間幾乎不直接接觸，所以允許採用更高的焙燒溫度，以及允許在飄懸爐內存在一定的溫度梯度和爐料的濃度梯度。

以純鹼、燒鹼或石灰石等鹼性物質為反應劑，對固體原料進行高溫處理的一種鹼解過程。例如：軟錳礦與苛性鉀焙燒製取錳酸鉀；鉻鐵礦與苛性鉀焙燒製取鉻酸鉀。

在固體物料中加入適量的氯化鈉、硫酸鈉等鈉化劑，焙燒后產物為易溶於水的鈉鹽。例如：濕法提釩過程中，細磨釩渣，經磁選除鐵后，加鈉化劑在迴轉窯中焙燒，渣中的三價釩氧化成五價釩。

影響固體物料焙燒的轉化率與反應速度的主要因素是焙燒溫度、固體物料的粒度、固體顆粒外表面性質、物料配比以及氣相中各反應組分的分壓等。

焙燒過程所用設備，按固體物料運動特性，可分為固定床、移動床和流動床幾類；按其所用加熱爐的形式可分為反射爐、多膛爐、豎窯、迴轉窯、沸騰爐、施風爐等。

主要有多膛焙燒爐、迴轉窯、流態化焙燒爐、飄懸焙燒爐、燒結機和豎式焙燒爐等。

多膛焙燒爐為間隔成多層爐膛的豎式圓筒型爐（圖1），一般設有8～12層爐床。爐內壁襯以耐火磚，在中心軸上連結著旋轉的耙臂隨軸轉動，轉動耙臂採用空氣冷卻。物料由頂部加入，並依次耙向每層爐盤外緣或內緣相間的開孔，依次由一層降落至下一層，經乾燥、焙燒后從最底層排出。爐氣在爐內向著與物料相反的方向流動，直到乾燥預熱最上層的物料后逸出。與其他焙燒爐相比，多膛焙燒爐具有出爐煙氣溫度低、散熱少的優點；缺點是溫度難以控制，焙燒時間長，生產能力小。對於依次進行不同焙燒反應的焙燒，此種爐子倒是很方便的。

為一隻稍微傾斜的卧式圓筒型爐（圖2），以耐火磚作內襯。爐料從一端裝入，邊從旋轉的爐壁落下邊被攪拌焙燒，最後從出料端排出。一般在出料端設有燒嘴進行加熱。由於窯內為負壓，防止了從爐的兩端漏出煙氣和粉塵。迴轉窯結構簡單，攪拌良好，不僅能處理粉料和塊料，還能處理在焙燒過程中形成少量熔體的物料，可廣泛用於氧化、還原、硫化和揮發的焙燒過程。其不足之處是：溫度難以控制，一旦在爐內形成所謂環狀爐結，便不能進行正常操作。