硫化鉛鋅精礦中主要的金屬硫化物有: PbS、 ZnS、 FeS2、 CuFeS2、 FeAsS、 CdS、 Hg2S、 Ag2S、 Sb2S3等, 其燒結(jié)焙燒過(guò)程非常復(fù)雜, 但基本原理是: 將制備好的爐料(即混合物料)送入燒結(jié)設(shè)備(燒結(jié)機(jī))中, 點(diǎn)火加熱到1050~1150℃, 在有氧氣參與(鼓入空氣或低SO2濃度煙氣)的情況下, 物料中的金屬硫化物便發(fā)生氧化反應(yīng), 生成金屬氧化物和二氧化硫, 其反應(yīng)式為:

2MeS+3O2=2MeO+2SO2+Q

該反應(yīng)是放熱反應(yīng), 產(chǎn)生的熱量足夠使焙燒過(guò)程的一切反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行, 不需要加任何燃料, 另外各種金屬氧化物也會(huì)部分相互反應(yīng), 生成各種復(fù)雜鹽類, 例如硅酸鹽、 亞鐵酸鹽、 鋁酸鹽、 砷酸鹽等, 其中鉛的硅酸鹽和亞鐵酸鹽熔點(diǎn)較低, 在燒結(jié)焙燒過(guò)程中起黏結(jié)作用, 將脫硫后的氧化物料黏結(jié)成具有一定強(qiáng)度、 硬度和孔隙度的燒結(jié)塊。

2.2.1 金屬硫化物的著火溫度

在某一溫度下, 硫化物氧化放出的熱量能使氧化過(guò)程自發(fā)地?cái)U(kuò)展到全部物料并使反應(yīng)加速進(jìn)行時(shí), 此溫度就叫做著火溫度, 硫化物的著火溫度決定著焙燒的最低溫度。各種金屬硫化物的著火溫度常取決與該物料本身的物理性質(zhì), 例如熱容、 導(dǎo)熱率、 粒度、 致密度等, 一般來(lái)說(shuō), 熱容量大、 粒度粗、 致密度大的物料著火溫度高, 反之則低, 著火溫度與粒度的關(guān)系如表2-1所示。在化學(xué)性質(zhì)上, 影響硫化物著火溫度的原因主要是其結(jié)構(gòu)以及氧化反應(yīng)的熱效應(yīng)。此外, 外界因素比如催化作用和強(qiáng)化作用等對(duì)其影響也很大。從表2-1可以看出, 硫化鉛和硫化鋅的著火溫度較高, 因此低溫下氧化速度較慢, 為了徹底脫硫, 在焙燒過(guò)程中需要鼓入過(guò)?？諝? 控制較高溫度以及較長(zhǎng)時(shí)間。

表2-1 某些金屬硫化物的著火溫度與黏度的關(guān)系

2.2.2 硫化物氧化過(guò)程機(jī)理

任何硫化物氧化過(guò)程都是氣固相的多相反應(yīng)過(guò)程, 它可分為若干階段, 其中最緩慢的階段決定著整個(gè)過(guò)程的速度, 其反應(yīng)步驟是: ① 氣流中的氧分子擴(kuò)散至硫化物表面; ② 氧分子在固相表面吸附; ③ 固相表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng); ④ 反應(yīng)的氣體產(chǎn)物從固相表面解吸; ⑤ 氣體產(chǎn)物從固相表面向氣流中擴(kuò)散。