目前国内大部分中小企业均采用回转窑焙烧工艺。与多膛炉相比，回转窑投资小，设备及工艺简单。回转窑焙烧工艺的主要问题是生产能力小，炉体寿命短，生产率低，焙砂含MoO2高，影响后续氨浸工序钼的提取率，因此国外很少用这种工艺。
反射炉是一种古老的工艺方法，目前国内部分小企业仍采用反射炉生产MoO3。辉钼矿焙烧时的加料、出料及炉料的搅拌都是人工操作，焙烧热量由煤重油或煤气燃烧供给，结合炉门控制焙烧温度。
国外企业多采用多膛炉焙烧工艺，climax公司较早采用多膛炉焙烧工艺处理辉钼矿，我国目前最大规模的多膛炉为金堆城钼业公司的12层四耙臂多膛炉。多膛炉的缺点是处理量有限，可移动部件太多，炉子寿命短，温差大。
钼精矿的流态化焙烧被认为是目前较为理想的焙烧方式。流化床焙烧是一种较先进的焙烧技术，具有氧化脱硫率高的优点，广泛用于硫化矿的冶炼生产。1998年堤岸化学公司设计并生产出由振动给料、气流分配装置、流化气预热装置和膨胀器等构成流化床焙烧炉。该炉已代替了使用了60多年的多膛炉，取得了好的效果，氧化钼转化率可达99%。
不少学者进行了辉钼矿闪速炉焙烧的试验研究，取得了满意的结果，但未见工业化的报道。采用闪速焙烧的方法处理钼精矿是采用闪速炉焙烧生产MoO3。钼精矿经预热(650～750℃)后从顶部加入闪速炉中，与预热的富氧空气或氧气和二氧化硫混合气逆流接触。焙烧过程中通过炉膛中的冷却水管调节反应带的温度为550～650℃，以便控制辉钼矿的氧化速度，保证物料中大部分铼的升华，并尽可能防止钼的挥发，并通过烟气回收铼。钼、铼的回收率均很高，其中铼的回收率在95%左右。由于焙烧过程氧气利用较充分，烟气中二氧化硫可以通过液化制备液态二氧化硫，从而避免了含硫烟气的环境污染。
焙烧工艺的研究主要集中在改进焙烧炉或焙烧方式，利用焙烧工艺处理硫化钼精矿得到MoO3，该工艺存在很多问题：⑴钼精矿焙烧过程中产生大量烟气，严重污染环境。烟气中含大量SO2，且浓度低不易回收。此外，还含有大量金属粉尘。⑵在焙烧过程中，约有3%左右的钼以粉尘形式从烟气中损失，在后续氨浸过程中又有5%以上的钼以渣形式损失掉，整个生产过程钼回收率仅为85%～90%，辉钼精矿中伴生的稀有元素铼几乎全部随烟气跑掉，目前国内只有极少数厂家进行回收，且铼回收率仅在70%左右。⑶传统工艺不适合处理低品位矿石和复杂矿，随着钼工业的发展，高品位和容易处理的含钼矿石会越来越少，而低品位和复杂矿的比例会逐渐增加。
（二）改进的焙烧工艺
为解决以上问题对焙烧工艺进行了改进，主要有以下几个方面：
1、添加碱性物质焙烧工艺。为解决辉钼精矿在焙烧过程中含SO2烟气环境污染和铼的回收问题，在焙烧时添加石灰，使钼和铼分别转化成为钼酸钙和高铼酸钙。精矿中的硫元素转化为硫酸钙，从烟气中排放出来的SO2大为减少，且得到的焙砂可以采用稀硫酸浸出，从而方便地实现钼(铼)与杂质(硫酸钙、不溶残渣)的分离。
针对石灰焙烧工艺中生成不溶于水的钼酸盐CaMoO4，而采用苏打灰焙烧则一步生成可溶性的钼酸盐Na2MoO4。因此容易用酸或碱进一步处理，得到三氧化钼(MoO3)。添加Na2CO3焙烧辉钼矿，能选择性地将钼和铼转变成可溶的钠盐，焙砂经水浸出后可实现钼和铼与其他不溶性杂质的分离，浸出液净化后用活性炭吸附分离钼和铼，精矿中的硫转入硫酸钠中，可抑制部分SO2的生成。添加纯碱焙烧工艺适宜于处理低品位钼精矿，既可从钼焙砂碱浸渣中回收钼，也可从废催化剂中回收钼。
石灰强化还原工艺使用H2、CO和C作为还原剂，将辉钼矿还原成钼金属。MoS2的石灰强化碳热还原工艺具有一系列的优点，包括强化该反应在热力学上的可行性;改进动力学和硫的固定，以致于不会有SO2逸散到大气中。因此，它在从钼的硫化物或硫化矿石中提取钼和其他多种贱金属(例如铜、镍、锌)均具有吸引力。
2、部分还原焙烧工艺。利用软锰矿的氧化性和硫化矿的还原性， 20世纪70年代发展了硫化矿物(如黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿)与软锰矿的联合浸出工艺。软锰矿来源广，且价格低廉，曾用于含硫烟气的湿法脱硫工艺，它松散多孔且疏水，在辉钼矿中分散均匀，利于气体的传输，增大有效反应面积和反应活性中心;另外，MnO2氧化性极强，在较低温度下能直接或促进辉钼矿的氧化分解，产生的SO2气体能被MnO2氧化转化成为较稳定的硫酸锰。该工艺具有流程短、设备简单、环境污染小的特点，已成功地实现工业化生产，该工艺有望成为能综合回收钼、铼、锰的一种资源化、短流程的洁净冶金工艺。
还可利用锰铁作为还原剂，加入到辉钼精矿中混匀制粒，在石墨坩埚中熔融搅拌，得到的焙烧产物为钼铁，铜、硫含量分别小于0.05%、0.1%。该工艺能使钼的总收率提高1%～2%。添加的氧化铁具有如下作用：①催化作用，传递氧源加速氧化脱硫反应;②分散焙烧物料，抑制MoO3熔化而产生的烧结现象;③生成部分钼盐，可防止MoO3在焙烧和冶炼过程中的高温升华。
3、氯化(氧化)分解法。氯气氧化可在固定床中进行，也可在流化床中进行。在火法冶金工艺中，氯化法采用的氯化剂是氯气或者氯与氧的混合物，它们分别将钼精矿中的钼转化成MoC15和MoO2C12。采用在流化床中氯化低品位辉钼矿精矿回收钼工艺存在环保问题，该工艺释放出的S2Cl2和SO2气体会污染空气，因此需要进行繁杂的废气处理，工业上更倾向于采用有氧存在下的混合氯化氧化法，其原因在于产物MoO2Cl2较MoCl5具有更低的沸点，可以更好地和氯化铁分离，另外MoO2Cl2很容易溶入水中。
4、直接热解工艺。该工艺利用含硫化钼纯度很高的细微颗粒钼精矿加填充剂造成小球，将小球放在高温真空条件下充分反应，分解硫化钼，并抽出硫等挥发性物质，在高温和真空条件下通入氢气流继续热处理，提纯多孔隙的金属钼并提取残留硫，此后得到的热处理过的小球含有不少于90%的金属钼。真空冶金对环境无污染或极少污染，流程短，金属回收率高，占地少，消耗少，效益好，能完成一些常压冶金解决不了的问题。