煅燒焙燒與燒結(jié)的區(qū)別精制甲類

1、焙燒焙燒與煅燒是兩種常用的化工單元工藝。焙燒是將礦石、精礦在空氣、氯氣、氫氣、甲烷和氧化碳等氣流中不加或配加一定的物料，加熱至低于爐料的熔點(diǎn)，發(fā)生氧化、還原或其他化學(xué)變化的單元過程，常用于無機(jī)鹽工業(yè)的原料處理中，其目的是改變物料的化學(xué)組成與物理性質(zhì)，便于下一步處理或制取原料氣。煅燒是在低于熔點(diǎn)的適當(dāng)溫度下，加熱物料，使其分解，并除去所含結(jié)晶水、二氧化碳或三氧化硫等揮發(fā)性物質(zhì)的過程。兩者的共同點(diǎn)是都在低于爐料熔點(diǎn)的高溫下進(jìn)行，不同點(diǎn)前者是原料與空氣、氯氣等氣體以及添加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，后者是物料發(fā)生分解反應(yīng)，失去結(jié)晶水或揮發(fā)組分。燒結(jié)也是一種化工單元工藝。燒結(jié)與焙燒不同，焙燒在低于固相爐料的熔點(diǎn)下

2、進(jìn)行反應(yīng)，而燒結(jié)需在高于爐內(nèi)物料的熔點(diǎn)下進(jìn)行反應(yīng)。燒結(jié)也與煅燒不同，煅燒是固相物料在高溫下的分解過程，而燒結(jié)是物料配加還原劑、助熔劑的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。燒結(jié)、焙燒、煅燒雖然都是高溫反應(yīng)過程，但燒結(jié)是在物料熔融狀態(tài)下的化學(xué)轉(zhuǎn)化，這是它與焙燒、煅燒的不同之處。焙燒 1. 焙燒的分類與工業(yè)應(yīng)用礦石、精礦在低于熔點(diǎn)的高溫下，與空氣、氯氣、氫氣等氣體或添加劑起反應(yīng)，改變其化學(xué)組成與物理性質(zhì)的過程稱為焙燒。在無機(jī)鹽工業(yè)中它是礦石處理或產(chǎn)品加工的一種重要方法。焙燒過程根據(jù)反應(yīng)性質(zhì)可分為以下六類，每類都有許多實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。(1) 氧化焙燒 硫化精礦在低于其熔點(diǎn)的溫度下氧化，使礦石中部分或全部的金屬硫化物變?yōu)檠趸?/p>

3、，同時(shí)除去易于揮發(fā)的砷、銻、硒、碲等雜質(zhì)。硫酸生產(chǎn)中硫鐵礦的焙燒是最典型的應(yīng)用實(shí)例。硫化銅、硫化鋅礦的火法冶煉也用氧化焙燒。硫鐵礦(fes2)焙燒的反應(yīng)式為：4fes2+11o22fe2o3+8so23fes2+8o2fe3o4+6so2生成的so2就是硫酸生產(chǎn)的原料，而礦渣中fe2o3與fe3o4都存在，到底那一個(gè)比例大，要視焙燒時(shí)空氣過剩量和爐溫等因素而定。一般工廠，空氣過剩系數(shù)大，含fe2o3較多；若溫度高，空氣過剩系數(shù)較小，渣成黑色，且殘硫高，渣中fe3o4多。焙燒過程中，礦中所含鋁、鎂、鈣、鋇的硫酸鹽不分解，而砷、硒等雜質(zhì)轉(zhuǎn)入氣相。硫化銅(cus)精礦的焙燒分半氧化焙燒和全氧化焙燒兩

4、種，分別除去精礦中部分或全部硫，同時(shí)除去部分砷、銻等易揮發(fā)雜質(zhì)。過程為放熱反應(yīng)，通常無需另加燃料。半氧化焙燒用以提高銅的品位，保持形成冰銅所需硫量；全氧化焙燒用于還原熔煉，得到氧化銅。焙燒多用流態(tài)化沸騰焙燒爐。鋅精礦中的硫化鋅(zns)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苡谙×蛩岬难趸\也用氧化焙燒，溫度850900，空氣過剩系數(shù)1.11.2，焙燒后產(chǎn)物中90以上為可溶于稀硫酸的氧化鋅，只有極少量不溶于稀酸的鐵酸鋅(znofe2o3)和硫化鋅。氧化焙燒是鉬礦化學(xué)加工的主要方法，輝鉬礦(mos2)含鉬量大于45，被粉碎至6080目，在焙燒爐中于500550下氧化焙燒，生成三氧化鉬。三氧化鉬是中間產(chǎn)品，可生成多種鉬化合物與

5、鉬酸鹽。有時(shí)，氧化焙燒過程中除加空氣外，還加添加劑，礦物與氧氣、添加劑共同作用。如鉻鐵礦化學(xué)加工的第一步是純堿氧化焙燒，工業(yè)上廣泛采用。原料鉻鐵礦(要求含cr2o335以上)，在10001150下氧化焙燒為六價(jià)鉻：2cr2o3+4na2co3+3o2=4na2cr2o4+4co2(2) 硫酸化焙燒使某些金屬硫化物氧化成為易溶于水的硫酸鹽的焙燒過程，主要反應(yīng)有2mes+3o22meo+2so22meo+ so2+o2meomeso4meomeso4+ so2+o22meso4式中me為金屬。例如一定組成下的銅的硫化物，在600下焙燒時(shí)，生成硫酸銅；在800下焙燒時(shí)，生成氧化銅。所以控制較高的so

6、2氣氛及較低的焙燒溫度，有利于生成硫酸鹽；反之，則易變?yōu)檠趸?，成為氧化焙燒。對鋅的硫化礦及其精礦，用火法冶煉時(shí)，用氧化焙燒；用濕法處理時(shí)，采用硫酸化焙燒。(3) 揮發(fā)焙燒將硫化物在空氣中加熱，使提取對象變?yōu)閾]發(fā)性氧化物，呈氣態(tài)分離出來，例如，火法煉銻中將銻礦石(含sb2s3)在空氣中加熱，氧化為易揮發(fā)的sb2o3：2sb2s3+9o22sb2o3+6so2此反應(yīng)從290開始，至400可除去全部硫。(4) 氯化焙燒 借助于氯化劑(如cl2、hcl、nacl、cacl2等)的作用，使物料中某些組分轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)或凝聚態(tài)的氯化物，從而與其他組分分離。金屬的硫化物、氧化物或其他化合物在一定條件下大都能與

7、化學(xué)活性很強(qiáng)的氯反應(yīng)，生成金屬氯化物。金屬氯化物與該金屬的其他化合物相比，具有熔點(diǎn)低、揮發(fā)性高、較易被還原，常溫下易溶于水及其他溶劑等特點(diǎn)。并且各種金屬氯化物生成的難易和性質(zhì)上存在明顯區(qū)別?；どa(chǎn)中，常利用上述特性，借助氯化焙燒有效實(shí)現(xiàn)金屬的分離、富集、提取與精煉的目的。視原料性質(zhì)及下一步處理方法的不同，可分為中溫氯化焙燒與高溫氯化焙燒，前者是使被提取的金屬氯化物在不揮發(fā)條件下進(jìn)行，所產(chǎn)生的氯化物用水或其他溶劑浸取而與脈石分離；后者是被提取的金屬氯化物在能揮發(fā)的溫度下進(jìn)行，所形成的氯化物呈蒸氣狀態(tài)揮發(fā)，與脈石分離，然后冷凝回收。此法用于菱鎂礦(mgco3)與金紅石(tio2)的氯化，以生產(chǎn)鎂

8、和鈦，也用于處理黃鐵礦燒渣，綜合回收銅、鉛、鋅、金、銀等。氯化離析焙燒是氯化焙燒的一種特例，在礦石中加入適量的碳質(zhì)還原劑(如煤或焦炭)和氯化劑，在弱還原氣氛中加熱，使礦石中難選的金屬成氯化物揮發(fā)，再在炭粒表面還原為金屬，并附著在炭粒上，隨后用選礦方法富集，制成精礦。此法可用于某些難選或低品位的氧化礦(如氧化銅礦)。氯化焙燒用于火法冶金具有以下優(yōu)點(diǎn)： 對原料適應(yīng)性強(qiáng)，可處理各種不同類型的原料； 作業(yè)溫度比其他火法反應(yīng)過程低； 分離效率高，綜合利用好。在高品位礦石資源日趨枯竭的情況下，對儲(chǔ)量很大的低品位、成分復(fù)雜難選的貧礦來說，氯化焙燒將發(fā)揮更大作用。但是氯化焙燒要解決以下兩個(gè)問題： 提高氯的利用

9、率與氯化劑的再生回收是關(guān)鍵問題； 設(shè)備的防腐蝕問題與環(huán)境保護(hù)問題。在無機(jī)鹽生產(chǎn)中，新建的鈦白粉(tio2)裝置多采用氯化法。金紅石礦或鈦鐵礦渣與適量的石油焦混合后，加入流態(tài)化爐中，通入氯氣在8001000下進(jìn)行氯化，其反應(yīng)式為：tio2+(1+)c+2cl2ticl4+2co+(1-)co2式中為排出爐氣中co/(co+ co2)的比值。純ticl4是無色透明液體，但此過程所得粗ticl4含有雜質(zhì)，將雜質(zhì)分離后，可制金屬ti或tio2。(5) 還原焙燒 將氧化礦預(yù)熱至一定溫度，然后用還原氣體(含co、h2、ch4等)使其中某些氧化物部分或全部還原，以利于下一步處理。例如貧氧化鎳礦預(yù)熱到7808

10、00，用混合煤氣還原，使鐵的高價(jià)化合物大部分還原為fe3o4，少量還原為feo及金屬鐵，鎳與鈷的氧化物還原成易溶于nh3co2h2o溶液的金屬鎳和鈷。磁化焙燒也屬于還原焙燒，其目的是將弱磁性的赤鐵礦(fe2o3)還原為強(qiáng)磁性的磁鐵礦(fe3o4),以便于磁選，使之與脈石分離。無機(jī)鹽生產(chǎn)中，重晶石(主要含baso4)的化學(xué)加工主要采用還原焙燒法，是生產(chǎn)各種鋇化合物最經(jīng)典、最重要、使用最廣的方法。還原焙燒所用重晶石礦的品位要高，一般含baso498，sio22，否則將影響產(chǎn)品質(zhì)量。重晶石與煤粉在轉(zhuǎn)爐中，于10001200的高溫下，還原焙燒成硫化鋇(俗稱黑灰)，反應(yīng)式為：baso4+2cbas+2c

11、o2經(jīng)浸取分離所得的硫化鋇溶液，可進(jìn)而制成其他鋇化合物。亦可用氫氣、甲烷、天然氣代替煤粉進(jìn)行還原焙燒，在懸浮爐中還原重晶石，該法可強(qiáng)化還原過程。(6) 氧化鈉化焙燒 向礦石中加適量鈉化劑(如na2co3、nacl、na2so4等)，焙燒后生成易溶于水的鈉鹽，例如，濕法提釩過程中，細(xì)磨釩渣，經(jīng)磁選除去鐵后，加鈉化劑并在回轉(zhuǎn)爐中焙燒，渣中的三價(jià)釩氧化成五價(jià)的偏釩酸鈉：na2co3+v2o3+o22navo3+co2na2so4+ v2o3+o22navo3+so3nacl + v2o3+3/2o22navo3+cl22. 焙燒過程的物理化學(xué)基礎(chǔ)(1) 焙燒過程熱力學(xué)焙燒過程中有氣體產(chǎn)物產(chǎn)生，一般為

12、不可逆反應(yīng)。研究焙燒過程熱力學(xué)主要是根據(jù)相圖確定反應(yīng)產(chǎn)物的相區(qū)。焙燒過程中發(fā)生許多反應(yīng)。以方鉛礦焙燒為例，總反應(yīng)式為：2pbs+3o22pbo+2so2此為全脫硫焙燒，或完全程度的氧化焙燒。對鋅、銅、鐵也能寫出類似的完全焙燒反應(yīng)式。若焙燒溫度較低，則形成硫酸鹽：2pbs+3o22pbso42pbo+2so22pbso4溫度較高時(shí)，氧化物可被硫化物還原得到金屬：2pbo+pbs3pb+ so2可以采用控制溫度和氧勢(即壓力)以得到所需的氧化態(tài)。以鋅精礦而言，因最后要用碳還原，故需要氧化焙燒盡可能將硫除凈。而對浸出之礦石，目的是形成盡可能的水溶性硫酸鹽。研究焙燒熱力學(xué)時(shí)，還要注意氣相中會(huì)生成三氧化

13、硫：so2+1/2o2=so3meso3=meo+so2(me為金屬離子)在一定反應(yīng)條件下，反應(yīng)的產(chǎn)物到底是氧化物還是硫酸鹽要由的優(yōu)勢圖來判斷，由相圖來確定產(chǎn)物組成。溫度為1000k的ni-o-s優(yōu)勢區(qū)域圖見圖4-1-01。在總壓為0.1mpa(1大氣壓)下，若氣體組成為o2310，so2310，則所得區(qū)域見小方形a，此時(shí)穩(wěn)定的固相是niso4。若氣體組成為o21，so21，則 為b點(diǎn)，此時(shí)nio是穩(wěn)定的。對于圖中的點(diǎn)c，相應(yīng)的，要求壓力如此之小，在工業(yè)生產(chǎn)中是不可能形成的。溫度為950k時(shí)焙燒銅、鈷的硫化礦能產(chǎn)出97的可溶性銅與93.5的可溶性鈷。焙燒爐氣體分析為so28，o24，將950的

14、銅與鈷優(yōu)勢區(qū)域圖重迭于圖4-1-02。表示在工業(yè)焙燒銅鈷礦石的作業(yè)點(diǎn)(點(diǎn)a)恰好在coso4、cuso4區(qū)域中。如果需要在浸取時(shí)，將銅與鈷分離，焙燒條件可控制在點(diǎn)b，則會(huì)生成不溶于水的氧化銅與可溶的氧化鈷，此分離操作也已在工業(yè)中應(yīng)用。也可用溫度對平衡的影響以移動(dòng)優(yōu)勢區(qū)域位置以便產(chǎn)生出所需之最終產(chǎn)品。(2) 焙燒過程動(dòng)力學(xué)與影響焙燒速率的因素焙燒過程是氣固相非催化過程，由于顆粒之間無微團(tuán)混合，所以反應(yīng)速率的考察對象是顆粒本身。宏觀反應(yīng)過程包括氣膜擴(kuò)散(外擴(kuò)散)、固膜擴(kuò)散(又稱產(chǎn)物層擴(kuò)散或灰層擴(kuò)散，內(nèi)擴(kuò)散)及在未反應(yīng)芯表面上的化學(xué)反應(yīng)。目前研究宏觀反應(yīng)速率最常用的是收縮未反應(yīng)芯(又稱縮芯)模型，當(dāng)

15、顆粒大小不變或顆粒大小改變時(shí)，當(dāng)反應(yīng)控制、或內(nèi)擴(kuò)散控制或外擴(kuò)散控制時(shí)，可以推導(dǎo)出不同的反應(yīng)速率式，詳見化學(xué)反應(yīng)工程專著。這類宏觀反應(yīng)速率式還不能得心應(yīng)手地用于設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工作多仍停留在經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)。焙燒爐生產(chǎn)能力的大小，取決于焙燒反應(yīng)速率，反應(yīng)速率越快，在一定的殘硫指標(biāo)下，單位時(shí)間內(nèi)焙燒的固體礦物就越完全，礦渣殘硫就低。在實(shí)際生產(chǎn)中不僅要求焙燒的礦物量多，而且要求燒得透，即排出的礦渣中殘硫要低。影響焙燒速率的因素很多，有溫度、粒度、氧含量等。 溫度的影響一般來說，溫度越高，焙燒速度也越快。以硫鐵礦氧化焙燒為例，在200以下，只能緩慢進(jìn)行氧化作用，生成少量二氧化硫。當(dāng)溫度達(dá)到硫鐵礦著火點(diǎn)以上

16、才開始燃燒。各種硫鐵礦的著火點(diǎn)要看它的礦物組成，雜質(zhì)特性及粒度大小。硫鐵礦的理論焙燒溫度可達(dá)1600，但沸騰焙燒爐一般維持焙燒溫度為800900之間，多余的熱量需要移走，包括設(shè)置冷卻裝置或廢熱鍋爐。雖然硫鐵礦的焙燒速度是隨著溫度增高而加快，但工廠生產(chǎn)中并不是把溫度無限制提高，而是控制在一定范圍內(nèi)，這主要是受到焙燒物的熔結(jié)和設(shè)備損壞的限制。例如fes和feo能夠組成熔點(diǎn)為940的低熔點(diǎn)混合物，遠(yuǎn)離他們各自熔點(diǎn)而熔結(jié)。一旦熔結(jié)成鐵，燃燒速度會(huì)顯著下降，燒結(jié)過程迅速惡化，操作不當(dāng)引起結(jié)疤。為了防止焙燒過程中的熔結(jié)現(xiàn)象，各生產(chǎn)廠都采取有效冷卻措施，嚴(yán)格控制溫度。 固體原料粒度影響焙燒過程是一個(gè)氣固相非

17、催化反應(yīng)過程，焙燒速度在很大程度上取決于氣固相間接觸表面的大小，接觸表面大小主要取決于原料的粒度，即它的粉碎度。當(dāng)粒度小時(shí)，空氣中的氧能較易地和固體顆粒表面接觸，并易于達(dá)到被焙燒的顆粒內(nèi)部，生成的二氧化硫氣體也能很快離開，擴(kuò)散到氣流主體中去。如果礦石粒度過大，除接觸面減少外，還在未反應(yīng)芯外部，生成一層致密的產(chǎn)物層，阻礙氧氣繼續(xù)向中心擴(kuò)散，生成的二氧化硫也不能很快離開，造成在爐中停留時(shí)間內(nèi)，原料礦中的硫來不及燃燒透，使排出的礦渣中硫增高。實(shí)際生產(chǎn)中是否要求礦石愈小愈好呢？也不是。粒度過小，不但會(huì)增加礦石被粉碎磨細(xì)的工作量，而且會(huì)增加除塵處理的工作量，故一般在沸騰焙燒中使用的固體顆粒平均粒度在0.

18、073.0mm之間。 氧氣含量的影響氣體中氧的含量對固體原料的焙燒速度也有很大影響。因?yàn)榻饘倭蚧锏V物的焙燒速度，取決于氧通過遮蓋在顆粒表面的產(chǎn)物層向內(nèi)擴(kuò)散的速度，如果進(jìn)入焙燒爐氣體中的氧含量少，則單位時(shí)間內(nèi)氧分子向礦粒內(nèi)部擴(kuò)散分子就要少，金屬礦物的焙燒速度就要慢些。所以在金屬礦物焙燒時(shí)必須攪動(dòng)礦粒，使礦物表面更新、改善礦粒間接觸情況、促使氧氣達(dá)到被焙燒物料的表面上。以提高焙燒速度。多膛機(jī)械爐是用耙齒不停地轉(zhuǎn)動(dòng)來攪動(dòng)礦粒的，沸騰爐焙燒時(shí)，用空氣直接攪動(dòng)礦料，使礦石在流化狀態(tài)下焙燒，單位反應(yīng)表面積大，氣固接觸充分，焙燒過程能以極快速度進(jìn)行。 3. 典型氧化焙燒工藝硫鐵礦焙燒制硫酸原料氣硫鐵礦是硫

19、化鐵礦物的總稱，它包括主要成分為fes2的黃鐵礦與主要成分為fensn+1(n5)的磁硫鐵礦。純粹黃鐵礦含硫53.45，磁硫鐵礦含硫36.540.8。硫鐵礦有塊狀與粉狀兩種。塊狀硫鐵礦是專門從礦山開采供制酸使用的含硫量符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原礦，也包括從煤礦中檢出的塊狀含煤硫鐵礦；粉狀硫鐵礦包括專為制硫酸而開采的、經(jīng)過浮選符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硫精礦。對于塊礦，在焙燒前要經(jīng)過破碎、篩分等作業(yè)，一般不需進(jìn)行干燥；對于粉礦，在焙燒前需進(jìn)行干燥、破碎與篩分。硫鐵礦焙燒的主要化學(xué)反應(yīng)是fes2的氧化，它分兩步進(jìn)行，首先是fes2的熱分解，爾后為分解產(chǎn)物的氧化。2fes22fes+s2(g)s2(g)+2o22so22

20、fes+3o22feo+2so22feo+1.5o2fe2o3實(shí)際上焙燒爐中過?？諝廨^少，故礦渣中的鐵有fe2o3和feo兩種形態(tài)，fe2o3、feo的比例取決于爐中氧的分壓。硫鐵礦焙燒總的反應(yīng)式為：4fes2 +11o2=2fe2o3+8so23fes2 +8o2=fe3o4+6so2硫鐵礦的焙燒是強(qiáng)烈放熱反應(yīng)，除可供反應(yīng)自熱外，還需要移走反應(yīng)余熱。在空氣中焙燒黃鐵礦獲得的含so3爐氣，理論最高濃度為16.2?，F(xiàn)代硫鐵礦的焙燒都采用沸騰焙燒技術(shù)。硫鐵礦焙燒工藝流程見圖4-1-03。焙燒工序的主要設(shè)備有沸騰焙燒爐、廢熱鍋爐和電除塵器。沸騰焙燒爐出口爐氣約900，經(jīng)廢熱鍋爐降溫至350。爐氣中礦

21、塵部分在廢熱鍋爐中沉降，其余大部分在旋風(fēng)除塵器中除去，剩余礦塵在電除塵器中除去。送往凈化工序的氣體含塵量0.2g/m3。當(dāng)電除塵器具有更高捕集效率時(shí)，也可不用旋風(fēng)除塵器。所有礦渣(礦灰)經(jīng)礦渣增濕器噴水增濕，降溫至80以下，以便運(yùn)輸。 4. 典型還原焙燒工藝重晶石(硫酸鋇)焙燒制硫化鋇鋇鹽是一種重要無機(jī)鹽類。鋅鋇白(立德粉，等摩爾硫酸鋇和硫化鋅的混合物)用于涂料、橡膠、油墨、造紙等工業(yè)，氯化鋇用于制造含鋇有機(jī)顏料，硼酸鋇用于陶瓷與涂料工業(yè)，硝酸鋇用于制造煙火、信號彈等。鋇鹽制造過程中，首先要將重晶石礦進(jìn)行還原焙燒，得到硫化鋇，然后再以硫化鋇為原料制造各種鋇鹽，如硫化鋇與硫酸鋅反應(yīng)生成鋅鋇白，與

22、氯化氫反應(yīng)生成氯化鋇，在堿性溶液中與硼礦作用生成偏硼酸鋇，與純堿作用生成碳酸鋇等。重晶石礦物的主要組成是硫酸鋇，含量為9598，其余是二氧化硅、硫酸鈣等雜質(zhì)。目前世界各國大都是在轉(zhuǎn)窯內(nèi)用煤或石油焦為還原劑，在10001250高溫下將重晶石還原為硫化鋇：baso4+4cbas+4co其生產(chǎn)過程如下：研細(xì)的粒度為0.25mm的重晶石粉與粒度為23mm的煤粉，經(jīng)自動(dòng)混料器混料送至貯斗，再由自動(dòng)運(yùn)料機(jī)送入轉(zhuǎn)窯。轉(zhuǎn)窯直徑1.52.0m，長2040m，以天然氣、油或煤粉為熱源。物料在轉(zhuǎn)窯中停留時(shí)間為1.52.0h。焙燒后黑色或暗灰色含硫化鋇的黑灰放入冷卻筒中冷卻，再送至螺旋浸取器中浸取，溶液中含硫化鋇12

23、15，除渣后將溶液進(jìn)一步精制后即可作為生產(chǎn)其他鋇鹽的原料。 5. 典型氯化焙燒工藝氯化法制造鈦白粉鈦白粉(tio2)是一種重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，在涂料、油墨、造紙、塑料、橡膠、化纖、陶瓷等工業(yè)中有重要用途。鈦白粉的生產(chǎn)工藝有硫酸法和氯化法兩種工藝路線。硫酸法工藝路線長，生產(chǎn)過程中有大量的廢氣排放，污染嚴(yán)重。氯化法是鈦白粉生產(chǎn)的主要方向。氯化法工藝簡單，20世紀(jì)50年代末實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，由于其流程緊湊合理，“三廢”少，產(chǎn)品質(zhì)量高，現(xiàn)在氯化法鈦白粉產(chǎn)量已超過硫酸法。氯化法鈦白粉的原料要求比硫酸法高，要使用tio2含量9095以上的天然金紅石礦。主要工藝過程有天然金紅石礦的氯化焙燒制取四氯化鈦，四氯化鈦的

24、氧化及鈦白粉的表面處理三個(gè)部分。(1) 天然金紅石礦的氯化焙燒氯化通常在沸騰爐中進(jìn)行。先用空氣使干燥的金紅石礦粉流態(tài)化，并加熱至650左右，然后加入焦炭粉，待溫度升至900時(shí)，用氯氣替代空氣入爐。金紅石礦與氯氣、焦炭粉發(fā)生如下反應(yīng)：tio2 (天然金紅石礦)+2c+2cl2ticl4+2co從氯化焙燒爐出來的氣體含有ticl4，還含有其他雜質(zhì)。氣體冷卻到200左右，大部分雜質(zhì)冷凝在爐灰上沉降，氣體經(jīng)過進(jìn)一步冷卻，冷凝為液態(tài)粗ticl4，經(jīng)提純后送往氧化爐。由于ticl4的沸點(diǎn)與fecl3、alcl3、sicl4等的沸點(diǎn)不同，可采用精餾法將粗ticl4進(jìn)行提純，得到高濃度的液態(tài)ticl4。(2)

25、 ticl4的氧化ticl4的氧化反應(yīng)是一個(gè)氣相反應(yīng)，溫度在14001500，反應(yīng)時(shí)間只需幾毫秒，不象硫酸法焙燒時(shí)間要幾個(gè)小時(shí)。ticl4+o2tio2+2cl2進(jìn)氧化爐前，液態(tài)ticl4先氣化并預(yù)熱至90100，氧氣也要預(yù)熱至此溫度，兩者同時(shí)噴入氧化爐，進(jìn)行快速強(qiáng)放熱反應(yīng)。反應(yīng)在幾毫秒內(nèi)發(fā)生，為避免生成的tio2晶體在高溫下長大并相互粘結(jié)而結(jié)疤，初生的tio2晶體不可碰器壁，且需急劇降溫，以極高流速通過冷卻套管冷卻至600左右。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)一步冷卻后，用袋濾器將tio2收集下來，含氯尾氣經(jīng)處理后返回氯化焙燒使用。ticl4氧化時(shí)需加入alcl3作為成核劑(晶種)，alcl3隨tic

26、l4一同蒸發(fā)氣化，混合后進(jìn)入氧化爐內(nèi)。ticl4在氧氣中燃燒所放出的熱量還不足以使物料上升到氧化反應(yīng)的溫度，需要外供熱量幫助升溫。ticl4的氧化是一個(gè)技術(shù)難度很高的高溫反應(yīng)，其難度在于：高溫下ticl4腐蝕性很強(qiáng)，在1000高溫下對材料的防腐蝕要求很高；ticl4與氧氣噴入反應(yīng)器的速度達(dá)10m/s，這種高速混合有很大的難度；而且在幾微秒的時(shí)間中控制tio2晶體顆粒大小也是很困難的事情。此外還要防止tio2在器壁結(jié)疤。(3) 鈦白粉的表面處理生成的鈦白粉還要用無機(jī)或有機(jī)表面處理劑進(jìn)行處理。無機(jī)表面處理劑中鉛、硅包膜用得最多，以提高鈦白粉產(chǎn)品的耐候性與在不同介質(zhì)中的分散性能；有機(jī)表面處理劑有乙醇

27、胺、丙二醇、三羰甲基丙烷等，以提高鈦白粉產(chǎn)品在不同介質(zhì)中的潤濕性能。 6. 焙燒設(shè)備焙燒過程的主產(chǎn)物如果是固體物料，應(yīng)使其物理化學(xué)性質(zhì)適合后繼作業(yè)，而且要提供適宜的物理狀態(tài)。用反射爐焙燒的金屬，如銅，焙燒后的物料應(yīng)是細(xì)粉料。相反，鼓風(fēng)爐煉鉛，必須是一定大小的燒結(jié)塊；焙燒過程的主產(chǎn)物如是氣體，在粉塵與雜質(zhì)含量方面有一定的要求。工業(yè)主要焙燒技術(shù)有爐膛焙燒、飄懸焙燒、沸騰焙燒與燒結(jié)焙燒。(1)爐膛焙燒在一直立多膛爐中進(jìn)行，有812層爐床。礦石由頂部加入，并由爐膛內(nèi)一層層向下降落，此時(shí)硫化礦顆粒與上升氣流接觸進(jìn)行焙燒內(nèi)壁襯以耐火磚，在中心軸上連結(jié)旋轉(zhuǎn)耙臂隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，礦石被耙推向外緣或內(nèi)緣之開孔，降至下一

28、層。轉(zhuǎn)動(dòng)耙臂需冷卻。每天可焙燒塊礦爐料100200噸，通常過程是自熱的，爐料氧化足以提供熱能。(2)飄懸焙燒由多膛焙燒爐改進(jìn)而來。對多膛焙燒的研究發(fā)現(xiàn)，氧化主要發(fā)生在與爐氣接觸的礦石表面，特別是由一層降落到另一層的瞬間，據(jù)此開發(fā)出飄懸焙燒。焙燒在類似于拆除中間幾層的多膛爐中進(jìn)行，精礦通常是濕的；在上部一、二層干燥后，穿過燃燒室下落，焙燒礦下落并匯集于底層后從爐內(nèi)卸出。此過程中燃燒量不足，需燃燒輔助燃料以維持焙燒溫度(3)沸騰焙燒又稱流態(tài)化焙燒，是固體流態(tài)化技術(shù)在化工、冶金中的應(yīng)用。沸騰焙燒爐中，礦石粒子在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行焙燒，床層由上升的氣流及運(yùn)動(dòng)著的燒渣粒子群所構(gòu)成，氣體與固體粒子在床層中劇烈

29、湍動(dòng)，加快了氣一固兩相間傳遞過程，因此焙燒強(qiáng)度高，且床層溫度均勻?；ば袠I(yè)應(yīng)用沸騰焙燒爐對金屬硫化物(包括浮選礦或經(jīng)破碎的塊礦等)進(jìn)行氧化焙燒，硫酸化焙燒，磁化焙燒等作業(yè)，過程中都有二氧化硫氣體。伴隨金屬硫化物的氧化，有反應(yīng)熱放出，大多數(shù)反應(yīng)能自熱進(jìn)行。產(chǎn)生的燒渣用作冶金原料，產(chǎn)生的二氧化硫氣體用于制造硫酸或用于亞硫酸鹽法造紙工廠制蒸煮液。1950年德國巴登苯胺與堿公司( basf)首次將工業(yè)裝置硫鐵礦沸騰焙燒爐投入生產(chǎn)，能力為36噸 h2so4日，1952年美國多爾公司設(shè)計(jì)的濕法加礦沸騰焙燒爐在布朗造紙廠投產(chǎn)，能力為75噸磁黃鐵礦日。中國1956年開始在工業(yè)上應(yīng)用沸騰焙燒爐，并很快取代了多膛

30、塊礦爐。沸騰爐的出現(xiàn)給硫酸工業(yè)與有色冶金工業(yè)的礦物焙燒帶來重大變革。目前世界上容積最大的沸騰焙燒爐設(shè)在西班牙帕洛斯廠的硫酸裝置內(nèi)，其爐床面積為123m2，容積為2800m3，于八十年代初建成，設(shè)計(jì)能力為10o0噸 h2so4日沸騰焙燒爐結(jié)構(gòu)見圖4-1-04。爐體為鋼殼襯保溫磚，內(nèi)層襯耐火磚，為防止冷凝酸腐蝕，鋼殼外面有保溫層；爐子的下部是風(fēng)室，設(shè)有空氣進(jìn)口管，其上是空氣分布板?？諝夥植及迳鲜悄突鸹炷翣t床，埋設(shè)有許多側(cè)面開有小孔的風(fēng)帽。爐膛中部為向上擴(kuò)大的圓錐體，上部焙燒空間的截面積比沸騰截面積要大，以減少固體粒子吹出。沸騰層中裝有與余熱鍋爐循環(huán)泵聯(lián)接的冷卻管，爐體還有加料口、礦渣出口、爐氣出口、二次空氣進(jìn)口、點(diǎn)火口等接管，爐頂設(shè)有防爆孔。沸騰焙燒爐分直筒型爐與擴(kuò)大型爐兩種。直筒型爐多用于有色金屬精礦的焙燒