焙烧过程
2010-03-11 21:03:56 阅读30 评论0 字号：大中小
焙烧过程
焙烧过程的一般原理是在适宜的气氛和低于原料熔点的温度条件下，使原料目的组分矿物发生物理和化学变化，转变为易浸或易于物理分选的形态。
1） 氧化焙烧与硫酸化焙烧
定义：在氧化气氛中加热硫化矿，将矿石中的全部（或部分）硫化物转变为相应的金属氧化物（或硫酸盐）的过程，称为氧化焙烧（或硫酸化焙烧）。
原理：在焙烧条件下，硫化矿物转变为金属氧化物和金属硫酸盐的反应式可表示为：
2MS + 3O2 = 2MO +2 SO2 （8-1）
2SO2 + O2 = 2SO3 （8-2）
MO + SO3 = MSO4 （8-3）
氧化焙烧时，金属硫化物和氧气的反应式（8-1）是不可逆的，而式（8-2）、（8-3）是可逆的。
应用：在焙烧过程中当炉气中SO3分压大于金属硫酸盐的分解压时，焙烧产物为金属硫酸盐，过程属硫酸化焙烧。反之，炉气中的SO3分压小于金属硫酸盐的分解压时，焙烧产物为金属氧化物（全脱硫焙烧）。因此，在一定的温度下硫化矿物氧化焙烧产物取决于气相组成和金属硫化物、氧化物及硫酸盐的分解压。各种金属硫酸盐的分解温度和分解自由能不同，控制焙烧温度和炉气成分，即可控制焙烧产物组成，以达到选择性硫酸化焙烧的目的。
2）还原焙烧
定义：还原焙烧是在低于炉料熔点和还原气氛条件下，使矿石中的金属氧化物转变为相应低价金属氧化物或金属的过程。
原理：金属氧化物的还原可用式表示：
MO +R = M + RO （8-4）
式中： MO——金属氧化物；
R，RO——还原剂和还原剂氧化物。
凡是对氧的化学亲合力比被还原的金属对氧的亲合力大的物质，均可作为该金属氧化物的还原剂。生产中常用的还原剂为固体炭、一氧化碳和氢气。
应用：主要用于处理难选的铁、锰、镍、铜、锡、锑等矿物原料。此外还用于精矿除杂质，粗精矿精选。例如，含镍红土矿是世界上{zd0}的氧化镍矿资源，因其品位低，镍呈化学浸染状存在，目前无法用物理分选富集。用焙烧-低压氨浸的方法回收其中的镍已得到工业应用，过程为预先将氧化镍还原焙烧为活性金属镍、钴镍合金，然后氨浸回收镍。
3）．氯化焙烧
定义：氯化焙烧是一定的温度气氛条件下，用氯化剂使矿物原料中的目的组分转变为气相或凝聚相的氯化物，以使目的组分分离富集的工艺过程。
原理：根据产品形态可将其分为高温氯化焙烧等三种类型。
（1）高温氯化焙烧。其生成的氯化物呈气体挥发，又称高温氯化挥发法。
（2）中温氯化焙烧。该法生成的氯化物基本上呈固态存在于焙砂中，然后用浸出法使其转入溶液中，又称氯化焙烧-浸出法。
（3）离析法。此法是使目的组分呈氯化物挥发的同时，又使金属氧化物被还原而呈金属态析出，然后物理分选法回收。
此外，根据气相中含氧量又可分为氧化氯化焙烧（直接氯化）和还原氯化焙烧（还原氯化 ）。还原氯化主要用于处理较难氯化的物料。氯化焙烧可用气体氯化剂（Cl2、HCl）或固体氯化剂（NaCl、CaCl2、FeCl3），气相氯化剂的氯化反应为：
MO + Cl2 = MCl2 + 1/2 O2 （8-5）
MS + Cl2 = MCl2 + 1/2 S2 （8-6）
MO + 2 HCl = MCl2 + H2O （8-7）
MS + 2 HCl = MCl2 + H2S （8-8）
应用：许多金属硫化物较易被氯气所氯化，因此对多数金属硫化物可用氯气作氯化剂。高温时，硫化物用氯化氢氯化是无效的。除气态氯化剂外，工业上常用价格低廉的氯化钠和氯化钙作固体氯化剂，氯化剂的氯化作用主要是通过其他组分使其分解而得到氯气和氯化氢来实现的 。
4）．钠盐烧结焙烧
定义：钠盐烧结焙烧是在矿物原料焙烧中加入钠盐，如碳酸钠、食盐、硫酸钠等，在一定的温度和气氛条件下，使矿物原料中的难溶的目的组分转变为可溶性的相应钠盐。所得焙砂（烧结块）可用水、稀酸或稀碱进行浸出，目的组分转变为溶液，从而使目的组分达到分离富集的目的。
应用：钠盐烧结焙烧可用于提取有用组分，也可用于除去难选粗精矿中的某些杂质。工业上常用钠盐焙烧提取钨、钒等有用组分。
原理：难处理的低度钨矿物原料、钾钒铀矿等难选矿物原料的钠化焙烧过程的主要反应为：
钨铁矿 2FeWO4 + 2Na2 CO3 + 1/2 O2 ????→ 2Na2WO4 + Fe2O3 + 2CO2↑
钨锰矿 3MnWO4 +3 Na2CO3+ 1/2 O2 ????→ 3Na2WO4 +3 Mn3O4 + 3CO2↑
钾钒铀矿 K2O·2UO3·V2O5 + 6Na2CO3 +2H2O ????→
2Na4〔UO2（CO3）3〕+ 2KVO3 + 4NaOH
V2O5 + Na2CO3 ????→ 2NaVO3 + CO2↑
SiO2 +Na2CO3 ????→ Na2SiO3 + CO2↑
5）．煅烧
定义：煅烧是xx化合物或人造化合物的热离解或晶形转变过程，此时化合物受热离解为一种组分更简单的化合物或发生晶形转变。
碳酸盐的热离解称为焙解。煅烧作业可用于直接处理矿物原料以适于后续工艺要求，也可再用化学分选处理而制取化学精矿。
原理：煅烧过程的化学反应可表示为
MCO3 = MO + CO2 （8-9）
MSO4 = MO + SO2 + 1/2 O2 （8-10）
MS2 = MS + 1/2 S2 （8-11）
（NH4）2WO4 = WO3 + NH3 + H2O （8-12）
影响因素：煅烧温度、气相成分、化合物的热稳定性等。
如图8-2中，1、2、3三条曲线分别表示菱铁矿（FeCO3）、菱镁矿（MgCO3）、方解石（CaCO3）的分解压pCO2与温度的关系。水平虚线表示气相中CO2实际分压（p`CO2）。由图8-2可见，当温度控制在T1时，这三种碳酸盐的分解压大小为：p1CO2 ? p2CO2 ? p3CO2，此时FeCO3分解，而MgCO3、CaCO3不分解。当p`CO2为定值时（图中水平虚线），分解压小的碳酸盐需要更高的煅烧温度才能分解，对于FeCO3、MgCO3和CaCO3其煅烧温度应分别大于T1、T2和T3。
应用：根据各种化合物（如碳酸盐、氧化物、氢氧化物、硫化物、含氧酸盐等）的热稳定性不相同，采用控制煅烧温度和气相组成，可以选择性改变某些化合物的组成或发生晶形的转变，再用相应方法处理，可以达到除去杂质和使有用组分离富集的目的。
应用实例：磷矿资源中含磷品位不高的矿石，特别是脉石矿物以碳酸盐矿物如白云石、石灰石为主的磷矿石，不宜直接用于生产磷肥，因为生产磷肥的过程中要消耗大量的硫酸。一般的物理分选方法难于分离这些脉石。采用煅烧-消化工艺，可以通过煅烧过程使石灰石分解成石灰，再洒入少量水使石灰消化膨胀成为粉状消石灰，然后通过筛分即可有效地除去碳酸盐杂质，提高磷矿品位。
