氧化焙烧(oxidlizing roasting)

矿物原料焙烧的一种方法，即在氧化气氛中加热硫化矿物，使其中的金属硫化物转变为相应的金属氧化物或硫酸盐的过程。在工业上氧化焙烧常使用沸腾炉、多瞠炉、回转窑等设备，其中沸腾炉较为先进，应用普遍。氧化焙烧的温度应高于相应硫化物的着火温度，但应低于其熔化温度。生产中焙烧温度一般为580～850℃，温度过高，炉料会熔结。氧化焙烧常用于铜、镍、钴、锌、锑、钼、铁等硫化物的处理，使重金属硫化物转变为易于浸出的氧化物或硫酸盐。硫化铁转变为难溶的亚铁酸盐或铁酸盐。焙烧还可改变物料结构，使其疏松多孔，并使有害杂质砷、锑、硒等呈挥发性氧化物除去。

焙烧反应   硫化物经焙烧转变成氧化物或硫酸盐的反应为

式中MO、MS、MSO₄分别代表金属氧化物、金属硫化物和金属硫酸盐。式(2)和式(3)是可逆反应，其反应平衡常数为

式中声Pso₃、Pso₂、Po₂分别为炉气中三氧化硫、二氧化硫和氧的分压；Pso₃(MSO₄)为金属硫酸盐的分解压。当炉气中三氧化硫分压小于金属硫酸盐的分解压，即Pso₂•<Pso₃(MSO₄)时，金属硫酸盐分解，硫化物氧化成金属氧化物，此过程称氧化焙烧，即硫化矿物全部脱硫焙烧。反之，当炉气中的三氧化硫分压Pso₃大于金属硫酸盐的分解压Pso₃(MSO₄)，即Pso₂•>Pso₃(MSO₄)时硫化物便氧化成金属硫酸盐，此过程称硫酸化焙烧，即硫化物部分脱硫焙烧。因此，决定焙烧过程结果的主要因素是温度、氧的分压、二氧化硫分压及金属硫酸盐的分解压。硫酸化焙烧的温度应比氧化焙烧的低。因温度升高，硫酸盐的分解压增大，分解成金属氧化物的趋势增大。硫酸化焙烧时，炉气中三氧化硫和二氧化硫的浓度比氧化焙烧时大得多，故硫酸化焙烧的入炉过剩空气应少，而氧化焙烧要求大量的过剩空气，以强化焙烧过程。

氧化焙烧的效果常用脱硫率或目的组分的硫酸化程度来衡量。焙烧过程中除去的硫量与物料中含硫总量的百分比称脱硫率。脱硫率或硫酸化程度和脱除其他杂质(砷、锑、硒、碲等)的多少与矿物的性质、物料粒度、焙烧温度、炉内气相组成以及物料在炉内停留时间等因素有关。

焙烧工艺   氧化焙烧一般使用圆形的沸腾焙烧炉，炉壳由钢板焊成，内衬耐火砖。硫化精矿加入焙烧炉后立即进入高温焙烧室，氧化反应激烈进行放出大量热量，可使精矿焙烧温度维持在900～1000℃。由于精矿颗粒在炉内被气流强烈搅动，炉内各部分的物理化学反应比较均一，温度较均匀。部分粗的精矿颗粒位于炉子下部，形成浓相层，在炉内停留几小时后，从相对于加料口处设置的溢流排出口流出，成为焙砂产品。另一部分较细的颗粒(一般约占50％以上)则随气流带至炉子上部，形成稀相层，细粒料在此层中处于悬浮态，氧化后被气流带走。炉内气流速度大(一般为0.4～0.8m／s)，被气流挟带的精矿颗粒在炉内停留不到1min，即被带至炉外。气流速度愈大，细粒料在炉内停留时间愈短，带出的细粒料也愈多。因此，沸腾焙烧炉的收尘系统应十分完善。氧化焙烧时进入旋风收尘器的粉料占80％～90％，硫酸化焙烧时占30％～50％。细粒料的氧化程度较难控制，氧化充分的细粒料烟尘可与细磨后的焙砂混合，一起送后续工序处理。若细粒料氧化不充分，则将其返回，与精矿一起送去焙烧。为了严格控制炉内焙烧温度，可在炉内设置活动的冷却水管或在炉料中加入水分以排除炉中余热。硫酸化焙烧的目的是使有色金属转变为可溶性硫酸盐，要求焙烧过程在氧含量高和温度较低的条件下进行，硫酸化焙烧产物须在冷却室中进行强制冷却，使焙砂温度由670℃左右骤降至200℃以下，冷却后的焙砂送后续工序处理。