硫化铅锌精矿中主要的金属硫化物有: PbS、 ZnS、 FeS2、 CuFeS2、 FeAsS、 CdS、 Hg2S、 Ag2S、 Sb2S3等, 其烧结焙烧过程非常复杂, 但基本原理是: 将制备好的炉料(即混合物料)送入烧结设备(烧结机)中, 点火加热到1050~1150℃, 在有氧气参与(鼓入空气或低SO2浓度烟气)的情况下, 物料中的金属硫化物便发生氧化反应, 生成金属氧化物和二氧化硫, 其反应式为:

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

该反应是放热反应, 产生的热量足够使焙烧过程的一切反应继续进行, 不需要加任何燃料, 另外各种金属氧化物也会部分相互反应, 生成各种复杂盐类, 例如硅酸盐、 亚铁酸盐、 铝酸盐、 砷酸盐等, 其中铅的硅酸盐和亚铁酸盐熔点较低, 在烧结焙烧过程中起黏结作用, 将脱硫后的氧化物料黏结成具有一定强度、 硬度和孔隙度的烧结块。

2.2.1 金属硫化物的着火温度

在某一温度下, 硫化物氧化放出的热量能使氧化过程自发地扩展到全部物料并使反应加速进行时, 此温度就叫做着火温度, 硫化物的着火温度决定着焙烧的最低温度。各种金属硫化物的着火温度常取决与该物料本身的物理性质, 例如热容、 导热率、 粒度、 致密度等, 一般来说, 热容量大、 粒度粗、 致密度大的物料着火温度高, 反之则低, 着火温度与粒度的关系如表2-1所示。在化学性质上, 影响硫化物着火温度的原因主要是其结构以及氧化反应的热效应。此外, 外界因素比如催化作用和强化作用等对其影响也很大。从表2-1可以看出, 硫化铅和硫化锌的着火温度较高, 因此低温下氧化速度较慢, 为了彻底脱硫, 在焙烧过程中需要鼓入过剩空气, 控制较高温度以及较长时间。

表2-1 某些金属硫化物的着火温度与黏度的关系

2.2.2 硫化物氧化过程机理

任何硫化物氧化过程都是气固相的多相反应过程, 它可分为若干阶段, 其中最缓慢的阶段决定着整个过程的速度, 其反应步骤是: ① 气流中的氧分子扩散至硫化物表面; ② 氧分子在固相表面吸附; ③ 固相表面上进行化学反应; ④ 反应的气体产物从固相表面解吸; ⑤ 气体产物从固相表面向气流中扩散。