氯化焙燒是加熱物料在低於其熔點溫度下使物料中某些組分與氯化劑作用生成氯化物的焙燒方法。被氯化的物料可以是氧化物、碳化物、硫化物以及金屬或合金。
基本介紹
- 中文名：氯化焙燒
- 外文名：chlorination roasting
- 學科：礦石選冶試驗
- 氯化劑：氯氣、HCl、CCl4 等
- 分類：中溫氯化焙燒及高溫氯化焙燒
- 使用範圍：鈦、鉭、鈮、稀土含量高的礦物
方法分類,氯化劑,原理,套用,
方法分類
氯化焙燒分中溫氯化焙燒、高溫氯化焙燒和氯化—還原焙燒(也稱氯化離析法，常簡稱離析法)等三種。根據氣相中的含氧量，又有氧化氯化焙燒(直接氯化)和還原氯化焙燒之分;還原氯化主要用於處理較難氯化的物料。中溫氯化焙燒和高溫氯化焙燒可在氧化氣氛或還原氣氛中進行，但氯化—還原焙燒只能在還原氣氛中進行。
中溫氯化焙燒
中溫氯化焙燒生成的固態金屬氯化物留在焙砂中，再用溶劑浸出，使之轉入溶液。故此法又稱氯化焙燒—浸出法。黃鐵礦燒渣的中溫氯化焙燒在工業上套用較早，工藝較成熟，但回收率較低。黃鐵礦燒渣是生產硫酸過程中，硫鐵礦氧化焙燒脫硫後的粉末殘渣，其中除含有大量鐵外，還含銅、鉛、鋅、錫、鈷、金、銀等，可用作提取有色金屬和製取燒結塊或球團煉鐵的原料。中國南京鋼鐵廠用中溫氯化焙燒工藝處理含鈷黃鐵礦燒渣，加入食鹽和硫鈷精礦(補充硫)，採用高硫(7%～11%S)低鹽(4%～5%NaCl)配料制度，在流態化焙燒爐內(650±30℃)焙燒，焙砂冷卻後噴水預浸，再滲濾浸出;浸渣經燒結送去煉鐵;浸出液經萃取、沉澱等作業提取金屬;焙砂的浸出率(1975年)(%)為：Co81.9、Ni60.6、Cu83.4。
高溫氯化焙燒
高溫氯化焙燒生成的金屬氯化物呈氣態揮發，收塵後濕法回收有價金屬。故又稱高溫氯化揮發法。將黃鐵礦燒渣與氯化鈣混和球團在1000～1250℃下焙燒，物料中有價金屬呈氯化物揮發而與氧化鐵和脈石分離。氯化揮發物經收塵、冷卻後，以濕法提取有色金屬;焙燒球團可送去煉鐵。此法的金屬回收率高，並能獲得煉鐵的優質球團原料，綜合利用程度較好，受到世界各國的重視。日本的“光和法”是成功地套用高溫氯化焙燒法處理黃鐵礦燒渣的一種工藝。其工藝流程包括原料預處理、制粒、乾燥、焙燒、收塵、濕法回收金屬和氯化劑等作業。主要金屬回收率(1974年)(%)為：Cu89.1、Pb93.4、Zn93.4、Au94.4。
根據焙燒過程是否加入還原劑，因而氣相氧化還原氣氛不同，又可分為還原氯化焙燒(見還原焙燒)和氧化氯化焙燒，或分別簡稱為還原氯化和直接氯化。還原氯化通常用於處理比較難氯化的金屬氧化物料。
氯化劑
氯化焙燒可用氯氣、HCl、CCl4等氣體作氯化劑，也可用CaCl2、NaCl、MgCl2、FeCl3等固體氯化劑。選用氯化劑的原則，不但要考慮其氯化能力，還要考慮其是否價廉及是否容易再生等。固體氯化劑在氯化焙燒過程中，會全部或大部分解成氯氣或HCl等氣體氯化劑再起作用。如：
上述CaCl2、NaCl會被氧氣分解析出氯氣，而MgCl2、FeCl3也可被水分解析出HCl。一般情況下，用水分解固體氯化劑比用氧氣分解容易;在SiO2參與下比無SiO2存在時容易;並且所有酸性氧化物均可起到類似如SiO2的作用。
原理
在氯化焙燒中，氯化原料多為氧化物，氯化劑也常採用氯氣。
氧化物被氯氣氯化的反應通式為：MeO+Cl2=MeCl2+1/2 O2
一些金屬氧化物與氯氣反應的標準自由能變化△Gθ示於下圖中。由熱力學原理可知，上述氯化反應的標準自由能變化為負值的金屬氧化物，都可進行氯化反應。負值的絕對值愈大，愈容易氯化，反之亦然。據此，由圖看出：圖上部的氧化物難氯化。下部的氧化物易氯化;圖上部的氯化物可使下部的氧化物氯化。
例如在低溫時，ZnCl2可使PbO氯化；而在高溫時，PbCl2又可使ZnO氯化。金屬氧化物的氯化反應不僅與溫度有關，而且也與氧化體系中的氯氣和氧氣分壓有關。因此，可通過控制某一氯化溫度和氯氧比值，就可實現使部分金屬氧化物轉變成氯化物的所謂選擇性氯化焙燒。HCl在低溫時比氯氣的氯化能力強，而在高溫時，HCl的氯化能力則相應下降，故HCl在低溫時可使MnO氯化，而在高溫時MnCl2會易被水蒸氣分解。圖上部難氯化的氧化物如Al2O3、TiO2、MgO等就可以通過降低氯化體系中的氧分壓或增大氯氣分壓使其發生氯化反應，在實際生產中常常採用加碳還原氯化焙燒來達到氯化的目的。加碳起到降低氯化體系中氧氣含量的作用。
套用
氯化物沸點低、熔點不高，與金屬礦、硫化物、氧化物幾乎不互溶，既易生成，又易還原或分解，再加上氯化選擇性好，因此氯化焙燒得到廣泛套用。目前多用於處理低品位複雜礦物原料或冶煉的中間產物，目的在於富集和綜合回收有價金屬；或作為備料工序，把氧化物、碳化物、氮化物等轉變為氯化物，以使進一步製取純金屬；也可用作精煉脫雜提純金屬。氯化焙燒典型套用例有：金紅石或高鈦渣在流態化爐或豎爐內還原氯化製取TiCl4；二氧化鋯在豎爐內進行還原氯化製取ZrCl4；菱鎂礦煅燒球團在豎爐內還原氯化製取MgCl2；黃鐵礦燒渣和錫中礦的處理；可在迴轉窯內進行高溫氯化揮發焙燒，以達到綜合利用及富集有價金屬的目的。此外，還有鎢精礦反射爐焙燒時採用氯化揮發焙燒脫除雜質錫；NiO在流態化爐內選擇氯化揮發焙燒脫除少量的銅等。
離析煉銅法實質上也是氯化焙燒的一種方法，所不同的是在焙燒過程中生成氯化物的同時，銅的氯化物又被還原為金屬。
