焙燒:固體物料在高溫不發(fā)生熔融的條件下進(jìn)行的反應(yīng)過程,可以有氧化、熱解、還原、鹵化等,通常用于焙燒無機(jī)化工和冶金工業(yè)。
焙燒過程有加添加劑和不加添加劑兩種類型。
1)不加添加劑的焙燒也稱煅燒,按用途可分為:
①分解礦石,如石灰石化學(xué)加工制成氧化鈣,同時(shí)制得二氧化碳?xì)怏w;
②活化礦石,目的在于改變礦石結(jié)構(gòu),使其易于分解,例如:將高嶺土焙燒脫水,使其結(jié)構(gòu)疏松多孔,易于進(jìn)一步加工生產(chǎn)氧化鋁;
③脫除雜質(zhì),如脫硫、脫除有機(jī)物和 吸附水等;
④晶型轉(zhuǎn)化,如焙燒二氧化鈦使其改變晶型,改善其使用性質(zhì)。
按生產(chǎn)工藝可分為燒脹法和燒結(jié)法兩種。燒脹法是將原料加熱至熔融溫度,產(chǎn)生氣體使其膨脹。燒結(jié)法通過加熱使某些原料熔化,將整個(gè)顆粒黏結(jié)在一起。
2)加添加劑的焙燒
添加劑可以是氣體或固體,固體添加劑兼有助熔劑的作用,使物料熔點(diǎn)降低,以加快反應(yīng)速度。按添加劑的不同有多種類型:
A 氧化焙燒
粉碎后的固體原料在氧氣中焙燒,使其中的有用成分轉(zhuǎn)變成氧化物,同時(shí)除去易 揮發(fā)的砷、銻、硒、碲等雜質(zhì)。在硫酸工業(yè)中,硫鐵礦焙燒制備二氧化硫是典型的氧化焙燒。冶金工業(yè)中氧化焙燒應(yīng)用廣泛,例如:硫化銅礦、硫化鋅礦經(jīng)氧化焙燒得氧化銅、氧化鋅,同時(shí)得到二氧化硫。
B 還原焙燒
在礦石或鹽類中添加還原劑進(jìn)行高溫處理,常用的還原劑是碳。在制取高純度產(chǎn)品時(shí),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?yàn)樵撨^程中的三氧化二鐵具有弱磁性,四氧化三鐵具有強(qiáng)磁性,利用這種差別可以進(jìn)行磁選,故此過程又稱磁化焙燒。
C 氯化焙燒
在礦物或鹽類中添加氯化劑進(jìn)行高溫處理,使物料中某些組分轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)或凝聚態(tài)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(jìn)行氯化焙燒,生成四氯化鈦,經(jīng)進(jìn)一步加工可得二氧化鈦。又如在鋁土礦化學(xué)加工中,加炭(高質(zhì)煤)粉成型后氯化焙燒可制得三氯化鋁。若在加氯化劑的同時(shí)加入炭粒,使礦物中難選的有價(jià)值金屬礦物經(jīng)氯化焙燒后,在炭粒上轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘伲⒏街谔苛I?,隨后用選礦方法富集,制成精礦,其品位和回收率均可以提高,稱為氯化離析焙燒。
D硫酸化焙燒
以二氧化硫?yàn)榉磻?yīng)劑的焙燒過程,通常用于硫化物礦的焙燒,使金屬硫化物氧化為易溶于水的硫酸鹽。
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(jīng)硫酸化焙燒制得硫酸鋅、硫化銅經(jīng)硫酸化焙燒制得硫酸銅等。
堿性焙燒 以純堿、燒堿或石灰石等堿性物質(zhì)為反應(yīng)劑,對(duì)固體原料進(jìn)行高溫處理的一種堿解過程。例如:軟錳礦與苛性鉀焙燒制取錳酸鉀;鉻鐵礦與苛性鉀焙燒制取鉻酸鉀。
鈉化焙燒 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(chǎn)物為易溶于水的鈉鹽。例如:濕法提釩過程中,細(xì)磨釩渣,經(jīng)磁選除鐵后,加鈉化劑在回轉(zhuǎn)窯中焙燒,渣中的三價(jià)釩氧化成五價(jià)釩。
影響固體物料焙燒的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)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(zhì)、物料配比以及氣相中各反應(yīng)組分的分壓等。
焙燒過程所用設(shè)備,按固體物料運(yùn)動(dòng)特性,可分為固定床、移動(dòng)床和流動(dòng)床幾類;按其所用加熱爐的形式可分為反射爐、多膛爐、豎窯、回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐、施風(fēng)爐等。
二 燒結(jié)
燒結(jié)定義
在高溫下(低于熔點(diǎn)),陶瓷生坯固體顆粒的相互鍵聯(lián),晶粒長(zhǎng)大,空隙(氣孔)和晶界漸趨減 少,通過物質(zhì)的傳遞,其總體積收縮,密度增加,最后成為具有某種顯微結(jié)構(gòu)的致密多晶燒結(jié)體,這種現(xiàn)象稱為燒結(jié)。
微觀定義:固態(tài)中分子(或原子)間存在互相吸引,通過加熱使質(zhì)點(diǎn)獲得足夠的能量進(jìn)行遷移,使粉末體產(chǎn)生顆粒黏結(jié),產(chǎn)生強(qiáng)度并導(dǎo)致致密化和再結(jié)晶的過程稱為燒結(jié)。
制取無機(jī)固體材料的一種過程
在利用固相反應(yīng)制備無機(jī)固體化合物時(shí),反應(yīng)的速率由擴(kuò)散過程控制,常常需要較高的溫度才能使反應(yīng)有效地進(jìn)行。另外一些固體化合物是固液相組成的化合物,在熔化時(shí)會(huì)發(fā)生分解反應(yīng),故燒結(jié)一般應(yīng)在產(chǎn)物熔點(diǎn)以下進(jìn)行,以保證得到均勻的物相。但是燒結(jié)溫度也不能太低,否則會(huì)使固相反應(yīng)的速率太低。在很多情況下,燒結(jié)需要在特定的氣氛或真空中進(jìn)行??刂茻Y(jié)過程的氣相分壓非常重要,特別是當(dāng)研究的體系中含有價(jià)態(tài)可變的離子時(shí),固相反應(yīng)的氣相分壓將直接影響到產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)。例如,在銅系氧化物高溫超導(dǎo)體的合成中,燒結(jié)過程必須在嚴(yán)格控制氧分壓,以保證得到具有確定結(jié)構(gòu)、組成和銅價(jià)態(tài)分布的超導(dǎo)材料。
三 區(qū)別
焙燒:去掉結(jié)晶水,要求干燥
燒結(jié):去掉結(jié)晶水,要求凝結(jié)。