一文了解清楚干燥、燒結(jié)、煅燒、焙燒之間的區(qū)別
一、干燥
用加熱蒸發(fā)的方法除去物料中部分水分的過(guò)程稱為干燥。干燥的作用可歸納為制取符合水分要求的粉料，使生坯具有一定的強(qiáng)度便于運(yùn)輸和加工，提高坯體吸附釉層的能力，提高燒成窯的效率，縮短燒成周期。因此干燥是陶瓷生產(chǎn)的重要工序。
1、干燥機(jī)理
干燥是脫水的過(guò)程，是一個(gè)消耗時(shí)間和能量的過(guò)程。研究干燥過(guò)程的目的，主要是為提高干燥速度，降低能量消耗。顯然，它們都必須建立在保證干燥質(zhì)量的前提下。
物料中水分類型按坯體含水的結(jié)合特性，基本上可分為三類：自由水、吸附水和化學(xué)結(jié)合水。
自由水：又叫機(jī)械結(jié)合水，分布在固體顆粒之間，是由物料直接與水接觸而吸收的水分。自由水一般存在于物料直徑>10-5cm的大毛細(xì)管中，與物料結(jié)合松弛，較易排除。自由水排除時(shí)，物料顆粒彼此靠攏，體積收縮，收縮值與自由水排出體積大致相等，故自由水也稱收縮水。
吸附水：將絕對(duì)干燥的物料置于大氣中時(shí)，能從大氣中吸附一定的水分，這種吸附在粒子表面上的水分叫吸附水。吸附水在物料顆粒周圍受到分子引力的作用，其性質(zhì)不同于普通水，其結(jié)合的牢固程度隨分子力場(chǎng)的作用減弱而降低。在干燥過(guò)程中，物料表面的水蒸氣分壓逐漸下降到周圍介質(zhì)的水氣汽分壓時(shí)，水分不能繼續(xù)排除，此時(shí)物料中所含水分也稱平衡水。
化學(xué)結(jié)合水：包含在物料的分子結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分，如結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水等。這種結(jié)合比較牢固，排除時(shí)需較大的能量。
綜上所述，干燥過(guò)程是排除物料水分的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是排除自由水。平衡水的排除是沒(méi)有實(shí)際意義的，而化學(xué)結(jié)合水的排除屬于燒成范圍內(nèi)的問(wèn)題。干燥時(shí)，首先排除自由水，一直排除到平衡水為止。
2、干燥過(guò)程
在干燥過(guò)程中，坯體表面的水分以蒸汽形式從表面擴(kuò)散到周圍介質(zhì)中去，稱為表面蒸發(fā)或外擴(kuò)散；當(dāng)表面水分蒸發(fā)后，坯體內(nèi)部和表面形成濕度梯度，使坯體內(nèi)部水分沿著毛細(xì)管遷移至表面，稱為內(nèi)擴(kuò)散。內(nèi)、外擴(kuò)散是傳質(zhì)過(guò)程，需要吸收能量。坯體在干燥過(guò)程中變化的主要特征是隨干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，坯體溫度升高，含水率降低，體積收縮；氣孔率提高，強(qiáng)度增加。這些變化都與含水率降低相聯(lián)系。因此，通常用干燥曲線來(lái)表征。
（1）升速階段
坯體受熱后溫度升高。當(dāng)坯體表面溫度達(dá)到干燥介質(zhì)濕球溫度時(shí)，坯體吸收熱量與蒸發(fā)耗熱達(dá)到平衡，此階段含水量下降不多，達(dá)到A點(diǎn)后進(jìn)入等速干燥階段。
（2）等速干燥階段
在此階段中坯體含水量較高，內(nèi)擴(kuò)散水分能滿足外擴(kuò)散水分的需要，坯體表面保持濕潤(rùn)。外界傳給表面的熱量等于水分氣化所需之熱量，故表面溫度不變，等于介質(zhì)濕球溫度。物料表面水氣分壓等于純水表面蒸氣壓，干燥速度恒定。當(dāng)干燥進(jìn)行到K點(diǎn)時(shí)，坯體內(nèi)擴(kuò)散速度小于外擴(kuò)散速度，此時(shí)開(kāi)始降速干燥階段，K點(diǎn)稱臨界水分點(diǎn)。
此階段是排除自由水，故坯體產(chǎn)生體積收縮。若干燥速度過(guò)快，表面蒸發(fā)劇烈，外層很快收縮，甚至過(guò)早結(jié)成硬皮，使毛細(xì)管直徑縮小，妨礙內(nèi)部水分向外移動(dòng)，增大了內(nèi)外濕度差，使內(nèi)層受壓應(yīng)力而外層受張應(yīng)力，導(dǎo)致坯體出現(xiàn)裂紋或變形。因此本階段對(duì)干燥速度應(yīng)慎重控制。
（3）降速干燥階段
此時(shí)干燥速度逐漸降低，蒸發(fā)強(qiáng)度和熱能消耗大大減少，當(dāng)其它條件不變時(shí)，坯體表面溫度逐漸升高，坯體上空的水蒸氣分壓小于同溫度下的水的飽和蒸氣壓。坯體略有收縮，水分排除，形成氣孔，使坯體氣孔率上升。
（4）平衡階段
當(dāng)坯體干燥到表面水分達(dá)到平衡水分時(shí)，干燥速度降為零。此時(shí)坯體與周圍介質(zhì)達(dá)到平衡狀態(tài)。平衡水分的多少與周圍介質(zhì)的溫度、相對(duì)濕度和坯料組成有關(guān)。坯體的干燥最終水分一般說(shuō)來(lái)不應(yīng)低于貯存時(shí)的平衡水分，否則干燥后將再吸收水分達(dá)到平衡水分。
3、影響干燥速度的因素
在生產(chǎn)中，為提高干燥效率應(yīng)加快干燥速度，但干燥速度的提高受干燥設(shè)備和干燥條件的限制，而這一切又必須在保證干燥質(zhì)量的前提下進(jìn)行。因此影響干燥速度的困素有以下幾個(gè)方面：
（1）坯料的性質(zhì)
粘土的可塑性越強(qiáng)，加入量越多，顆粒越細(xì)，干燥速度就越難提高；瘠性物料越多，顆粒越粗，越有利于提高干燥速度。
（2）坯體形狀、大小和厚度
形狀復(fù)雜，體大壁厚的坯體在干燥時(shí)易產(chǎn)生收縮應(yīng)力，故其干燥速度應(yīng)加以控制，不宜太快。
（3）坯體溫度
坯體溫度高，水的粘度小，有利于水分向表面移動(dòng)。
（4）干燥介質(zhì)的性質(zhì)
干燥介質(zhì)溫度越高，濕度越小，則吸收水分的能力越大。增大干燥介質(zhì)流速，減小邊界層的厚度，增大對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，則可加快干燥速度。
（5）使熱擴(kuò)散與濕擴(kuò)散的方向一致
坯體中水分的內(nèi)擴(kuò)散包括濕擴(kuò)散和熱擴(kuò)散。濕擴(kuò)散是坯體內(nèi)部由于存在濕度梯度引起的水分移動(dòng)，其方向由坯體內(nèi)部指向坯體外部；熱擴(kuò)散是坯體內(nèi)部由于存在溫度梯度而使水分移動(dòng)，其方向由坯體表面指向坯體中心。當(dāng)溫度梯度與濕度梯度方向一致時(shí)會(huì)顯著加快內(nèi)擴(kuò)散速度。如采用電熱干燥、微波干燥、遠(yuǎn)紅外干燥，可使坯體內(nèi)外的水分同時(shí)受熱，因而可加快內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程，有助于提高干燥速度。
4、合理選擇干燥器
化工生產(chǎn)中需干燥的物料種類繁多，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求各不相同，因此，選擇合適的干燥器非常重要。若選擇不當(dāng)，將導(dǎo)致熱量利用率低，動(dòng)力消耗高，浪費(fèi)能源，甚至所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)要求。對(duì)干燥器的選擇，應(yīng)該考慮以下幾方面的問(wèn)題。
（1）干燥器要能滿足生產(chǎn)的工藝要求。工藝要求主要是指：達(dá)到規(guī)定的干燥程度，干燥均勻，保證產(chǎn)品具有一定的形狀和大小等。由于不同物料的物理、化學(xué)性質(zhì)(如黏附性、熱敏性等)、外觀形狀以及含水量等差異很大，對(duì)于干燥設(shè)備的要求也就各不相同。所以干燥器必須根據(jù)物料的不同特征來(lái)選定。
（2）生產(chǎn)能力要適度。干燥器的生產(chǎn)能力取決于物料達(dá)到規(guī)定干燥程度所需的時(shí)間，干燥速率越快，所需干燥時(shí)間就越短，設(shè)備的生產(chǎn)能力就越大。一般來(lái)說(shuō)，間歇式干燥器的生產(chǎn)能力小，連續(xù)操作的干燥器生產(chǎn)能力大。因此，物料的處理量小時(shí)，宜采用間歇式干燥器，物料的處理量大時(shí)，應(yīng)采用連續(xù)操作的干燥器。
（3）熱效率要高。干燥器的熱效率是干燥設(shè)備的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。不同類型的干燥器，其熱效率也不同。選擇干燥器時(shí)，在滿足干燥基本要求的條件下，應(yīng)盡量選擇熱能利用率高的干燥器。
（4）干燥系統(tǒng)的流動(dòng)阻力要小，以降低動(dòng)力消耗。
（5）附屬設(shè)備要簡(jiǎn)單，操作控制方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
二、燒結(jié)
燒結(jié)是一種高溫?zé)崽幚?，將壓坯或松裝粉末體置于適當(dāng)?shù)臍夥罩?，在低于其主要成分熔點(diǎn)的溫度下保溫一定時(shí)間，以獲得具有所需密度、強(qiáng)度和各種物理及力學(xué)性能的材料或制品的工序。它是粉末冶金生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵的、基本的工序之一，目的是使粉末顆粒間產(chǎn)生冶金結(jié)合，即：使粉末顆粒之間由機(jī)械嚙合轉(zhuǎn)變成原子之間的晶界結(jié)合。用粉末燒結(jié)的方法可以制得各種純金屬、合金、化合物以及復(fù)合材料。
1、燒結(jié)基本原理
燒結(jié)過(guò)程與燒結(jié)爐、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)條件的選擇和控制等方面有關(guān)，因此，燒結(jié)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。燒結(jié)前壓坯中粉末的接觸狀態(tài)為顆粒的界面，可以區(qū)分并可分離，只是機(jī)械結(jié)合。燒結(jié)狀態(tài)時(shí)，粉末顆粒接觸點(diǎn)的結(jié)合狀態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，為冶金結(jié)合，顆粒界面為晶界面。隨著燒結(jié)的進(jìn)行，結(jié)合面增加，直至顆粒界面完全轉(zhuǎn)變成晶界面，顆粒之間的孔隙由不規(guī)則的形狀轉(zhuǎn)變成球形的孔隙。
燒結(jié)的機(jī)理：粉末壓坯具有很大的表面能和畸變能，并隨粉末粒徑的細(xì)化和畸變量的增加而增加，結(jié)構(gòu)缺陷多，因此處于活性狀態(tài)的原子增多，粉末壓坯處于非常不穩(wěn)定的狀態(tài)，并力圖把本身的能量降低。將壓坯加熱到高溫，為粉末原子所儲(chǔ)存的能量釋放創(chuàng)造了條件，由此引起粉末物質(zhì)的遷移，使粉末體的接觸面積增大，導(dǎo)致孔隙減小，密度增大，強(qiáng)度增加，形成了燒結(jié)。
按燒結(jié)過(guò)程中有無(wú)液相出現(xiàn)和燒結(jié)系統(tǒng)的組成，燒結(jié)可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。如果燒結(jié)發(fā)生在低于其組成成分熔點(diǎn)的溫度，粉末或壓坯無(wú)液相形成，則產(chǎn)生固相燒結(jié)；如果燒結(jié)發(fā)生在兩種組成成分熔點(diǎn)之間，至少有兩種組分的粉末或壓坯在液相狀態(tài)下，則產(chǎn)生液相燒結(jié)。固相燒結(jié)用于結(jié)構(gòu)件，液相燒結(jié)用于特殊的產(chǎn)品。液相燒結(jié)時(shí)，在液相表面張力的作用下，顆粒相互靠緊，故燒結(jié)速度快，制品強(qiáng)度高。普通鐵基粉末冶金軸承燒結(jié)時(shí)不出現(xiàn)液相，屬于固相燒結(jié)；而硬質(zhì)合金與金屬陶瓷制品燒結(jié)過(guò)程將出現(xiàn)液相，屬于液相燒結(jié)。
2、燒結(jié)工藝
粉末冶金零件燒結(jié)工藝根據(jù)零件的材料、密度、性能等要求，確定工藝條件及各項(xiàng)參數(shù)。燒結(jié)工藝參數(shù)包括兩個(gè)方面，一為燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、加熱和冷卻速度；二為合適的燒結(jié)氣氛及控制氣氛中各成分的比例。
粉末冶金零件壓坯完成一次燒結(jié)需要不同的溫度和時(shí)間。通常燒結(jié)分三個(gè)階段，分別是預(yù)燒、燒結(jié)和冷卻。
為了保證潤(rùn)滑劑的充分排除以及氧化膜的徹底還原，預(yù)燒應(yīng)有一定時(shí)間，且時(shí)間長(zhǎng)短與潤(rùn)滑劑添加量和壓坯大小有關(guān)。預(yù)燒之后，將燒結(jié)零件送入高溫區(qū)燒結(jié)，燒結(jié)溫度可根據(jù)燒結(jié)組元熔點(diǎn)、粉末的燒結(jié)性能及零件的要求有關(guān)。通常對(duì)于固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度為主要組元熔點(diǎn)溫度的0.7~0.8倍。燒結(jié)結(jié)束后，燒結(jié)零件進(jìn)入冷卻區(qū)，冷卻至規(guī)定溫度或室溫，然后出爐。零件從高溫冷卻至室溫會(huì)發(fā)生組織結(jié)構(gòu)和相溶解度的變化，將會(huì)影響產(chǎn)品的最終性能，冷卻速度對(duì)其有決定作用，因此，需要控制冷卻速度。
燒結(jié)時(shí)最主要的因素是燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間和大氣環(huán)境，此外，燒結(jié)制品的性能也受粉末材料、顆粒尺寸及形狀、表面特性以及壓制壓力等因素的影響。燒結(jié)過(guò)程中，燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間必須嚴(yán)格控制。燒結(jié)溫度過(guò)高或燒結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)使壓坯歪曲和變形，其晶粒亦大，產(chǎn)生所謂“過(guò)燒”的廢品；如燒結(jié)溫度過(guò)低或燒結(jié)時(shí)間過(guò)短，則產(chǎn)品的結(jié)合強(qiáng)度等性能達(dá)不到要求，產(chǎn)生所謂“欠燒”的廢品。
三、煅燒
煅燒是天然化合物或人造化合物的熱離解或晶形轉(zhuǎn)變過(guò)程，此時(shí)化合物受熱離解為一種組成更簡(jiǎn)單的化合物或發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變。碳酸鹽的熱離解常稱為焙解。煅燒作業(yè)可用于直接處理礦物原料以適于后續(xù)的工藝要求，也可用于化學(xué)選礦后期處理以制取化學(xué)精礦，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的要求。影響煅燒過(guò)程的主要因素為煅燒溫度、氣相組成、化合物的熱穩(wěn)定性等。
由于各種化合物（如碳酸鹽、氧化物、氫氧化物、硫化物、含氧酸鹽等）的熱穩(wěn)定度不同，控制煅燒溫度和氣相組成即可選擇性地改變某些化合物的組成或發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變，再用相應(yīng)方法處理即可達(dá)到除雜和使有用組分富集的目的。
四、焙燒
焙燒是在適當(dāng)氣氛（有時(shí)還加入某些化學(xué)試劑）和低于礦物原料熔點(diǎn)的溫度條件下，使原料中的目的礦物發(fā)生物理變化和化學(xué)變化的工藝過(guò)程。它可作為一個(gè)獨(dú)立的化學(xué)選礦作業(yè)流程或作為選礦的準(zhǔn)備作業(yè)流程使目的礦物轉(zhuǎn)變?yōu)橐走x或易浸的形態(tài)。根據(jù)焙燒時(shí)的氣氛條件和目的組分發(fā)生的主要化學(xué)變化，可將焙燒過(guò)程大致分為以下幾類，即：氧化焙燒、硫酸化焙燒、還原焙燒、氯化焙燒、煅燒和燒結(jié)等。
參考來(lái)源：
戴金輝，無(wú)機(jī)非金屬材料概論，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2018
黃英編著，化工過(guò)程節(jié)能與優(yōu)化設(shè)計(jì)，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2018
劉建華，材料成型工藝基礎(chǔ)，西安電子科技大學(xué)出版社，2016
孫傳堯主編，選礦工程師手冊(cè)，冶金工業(yè)出版社，2015
黃禮煌著，化學(xué)選礦第2版，冶金工業(yè)出版社，2012