垃圾焚烧飞灰重金属热分离工艺及挥发特性研究

危险废物焚烧飞灰中重金属的稳定化处理危险废物焚烧飞灰是指在危险废物焚烧过程中产生的固体废物，其中含有大量的重金属元素。

这些重金属元素对人体和环境都具有很高的毒性和危害性，因此需要进行稳定化处理，以减少其对环境和人体的损害。

本文将介绍危险废物焚烧飞灰中重金属的稳定化处理方法。

一、重金属的稳定化处理方法1. 胶结法：将危险废物焚烧飞灰与胶结材料（如水泥、石灰等）进行混合，通过物理和化学反应，使重金属元素与胶结材料形成化合物或固体溶液，并使其变得稳定。

这种方法简便易行，成本低，处理效果较好。

2. 硫酸盐固化法：将危险废物焚烧飞灰与硫酸盐进行反应，生成稳定的硫酸盐沉淀物。

这种方法适用于重金属含量较高的飞灰，具有较好的稳定化效果。

4. 掩埋法：将危险废物焚烧飞灰直接掩埋在合适的地下场所，或与其他固体废物混合后进行掩埋。

这种方法能够有效地隔离和固化重金属，但存在着地下水和土壤污染的风险，需要严格控制和监管。

5. 电渗析法：利用电渗析技术分离和提取危险废物焚烧飞灰中的重金属元素，并将其沉积在电极上。

这种方法具有高效、环保的优点，但需要耗费较多的能源和设备。

1. 前处理：将危险废物焚烧飞灰进行分类、筛分和破碎，去除其中的杂质和有机物质，以提高后续处理的效果。

2. 稳定化处理：根据具体的处理方法选择合适的胶结材料或化学药剂，与危险废物焚烧飞灰进行混合反应，使重金属元素转化成稳定的化合物或溶液。

3. 固液分离：将稳定化处理后的危险废物焚烧飞灰与胶结材料或药剂通过离心、过滤等方法进行分离，得到稳定的固体废物和液体废物。

4. 固体处理：将稳定的固体废物进行填埋或其他合适的处理方法，以减少对环境和人体的危害。

5. 液体处理：对稳定的液体废物进行处理，例如中和、沉淀、过滤等，以达到排放标准或回收利用的要求。

1. 混合设备：用于将危险废物焚烧飞灰与胶结材料或化学药剂进行充分混合。

2. 反应器：用于进行胶结反应、硫酸盐反应或磷酸盐反应的设备。

第一作者:张海英,女,1975年生,博士,讲师,主要从事环境工程的教学和科研工作。

3上海市科委2005年重大专项资助项目(No.05DZ12181)。

生活垃圾焚烧飞灰重金属的受热特性3张海英1,2赵由才2祁景玉3(1.上海应用技术学院环境与能源工程系,上海200235;2.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092;3.同济大学海洋学院,上海200092) 摘要研究了飞灰重金属在不同煅烧温度下的挥发情况及其存在形态。

结果表明:重金属挥发能力由强到弱依次为Hg >Pb >As 、Cd >Zn >Cr 、Ni 、Cu ;其中Hg 、Pb 、As 和Cd 属易挥发重金属,在1150℃时几乎全部挥发;Zn 属较易挥发重金属,1150℃时的挥发率在40%～50%;Cr 、Ni 和Cu 属难挥发重金属,在1150℃的挥发率不超过10%;在400～1150℃,随温度的升高,部分Zn 、Hg 、Cu 、Pb 、Cd 、Ni 和As 由可溶态向残渣态、铁锰氧化态转化;在400～900℃,随温度的升高Cr 可溶态比例减少,而在900～1150℃,随温度的升高其可溶态比例增加。

关键词　生活垃圾焚烧飞灰受热特性重金属形态分析Therm al property of heavy metals in MSWI fly ash Zhang H ai y ing 1,2,Zhao Youcai 2,Qi J ing y u 3.(1.De partment of Envi ronmental and Energ y Engineering ,S hanghai I nstitute of Technolog y ,S hanghai 200235;2.T he S tate Key L aboratory of Poll ution Cont rol and Resource Reuse ,Tong j i Universit y ,S hanghai 200092;3.College of M arine ,Tong j i Universit y ,S hanghai 200092)Abstract :　Volatility and specification of heavy metals from MSWI fly ash were analyzed in this work.It is concluded that the volatility of heavy metals decreases by the following sequences of Hg >Pb >Cd ,As >Zn >Cr ,Ni ,Cu.It is found that Hg ,Pb ,As and Cd can volatilize completely at 1150℃,Zn to volatilize around 40%～50%volatilization at 1150℃,and Cr ,Ni and Cu to volatilize of below 10%.Between 400℃and 1150℃,increase of temperature is conducive to stabili 2zation of Zn ,Cu ,Pb ,Cd ,Ni ,As and Hg.As temperature increases from 400℃to 900℃,partial soluble Cr is conversed into oxideas residual forms andthe proportion of soluble Cr decreasesfrom 900℃to 1150℃.K eyw ords :　MSWI fly ashThermal propertyHeavy metals Specification analysis 生活垃圾焚烧飞灰是一种公认的危险废物,其中浓缩了大量的重金属以及一些二噁英类有机化合物[1]。

垃圾焚烧发电厂飞灰处理与重金属分离技术垃圾焚烧发电作为一种高效的固废处理方式，不仅能够显著减少垃圾体积，还能转化产出电能，是解决城市垃圾问题的重要途径之一。

然而，这一过程中产生的副产品——飞灰，因含有大量重金属和其他有害物质而成为处理难题。

本文将围绕垃圾焚烧发电厂飞灰处理与重金属分离技术，从六个方面进行深入探讨。

一、飞灰的生成与特性垃圾焚烧过程中，燃烧不完全的残留物随烟气一同排出，经过除尘设备捕捉后形成飞灰。

飞灰成分复杂，主要包含硅、铝、铁等矿物质以及镉、铅、汞等重金属。

这些重金属具有毒性，若未经妥善处理直接排放，会对土壤、水源造成严重污染，影响生态安全和人类健康。

因此，飞灰的无害化处理与重金属的有效分离至关重要。

二、飞灰稳定化/固化技术稳定化/固化技术是将飞灰与特定化学药剂混合，通过物理或化学反应，使飞灰中的有害物质转化为不易溶解或迁移的形态，从而减少其对环境的潜在危害。

常见的稳定化方法包括水泥固化、石灰稳定、熔融固化等。

水泥固化是最广泛应用的一种，通过水泥的碱性环境与重金属反应生成不溶性沉淀，增加飞灰的稳定性，便于安全填埋。

三、热处理技术热处理技术，如高温烧结和熔融，可有效破坏飞灰中的有机污染物，并促使重金属固化或挥发去除。

高温烧结通过加热飞灰，使其部分熔融形成玻璃态物质，包裹住重金属，减少其生物可利用性。

熔融技术则是在更高温度下将飞灰完全熔化，金属与其他物质彻底分离，之后通过冷却回收得到的金属和无害化的玻璃体。

这些技术虽然处理效果好，但能耗高，成本相对较大。

四、化学淋洗技术化学淋洗技术利用特定化学溶液与飞灰中的重金属发生反应，将其溶解出来，再通过后续处理步骤回收或固化。

该技术的关键在于选择合适的淋洗剂和优化淋洗条件，以提高重金属的提取效率并减少化学试剂的使用量。

常见的淋洗剂有酸性溶液、碱性溶液及螯合剂等，选择时需考虑经济性、安全性及对环境的影响。

五、吸附/解吸技术吸附技术利用吸附剂（如活性炭、沸石、改性粘土等）表面的物理化学性质，捕获飞灰溶液中的重金属离子。

CaSi对焚烧飞灰中重金属高温挥发特性的影响研究的开题报告一、选题背景焚烧飞灰中的重金属是一种有害物质，其高温挥发可通过大气输送而污染环境，对人体健康和生态环境造成威胁。

因此，探究焚烧飞灰中重金属的高温挥发特性是非常必要的。

研究表明，CaSi是一种在钢铁生产过程中广泛使用的添加剂，它具有良好的还原性和还原能力，能够有效地促进焦渣还原。

因此，本研究拟以CaSi为对象，探究其对焚烧飞灰中重金属高温挥发特性的影响。

二、研究目的1.分析焚烧飞灰中重金属的组成和高温挥发特性。

2.研究CaSi对焚烧飞灰中重金属高温挥发特性的影响，探究其还原机制。

3.为研究焚烧飞灰中重金属的高效去除提供理论依据。

三、研究方法1.收集含有重金属的焚烧飞灰样品，并进行元素分析。

2.利用热重分析仪（TGA）对焚烧飞灰样品进行高温挥发实验，探究不同温度下焚烧飞灰中重金属的挥发特性。

3.采用X射线衍射分析（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对焚烧飞灰样品进行表征，分析重金属在焚烧飞灰中的形态和结构。

4.添加不同质量分数的CaSi，再次进行高温挥发实验，考察其对焚烧飞灰中重金属高温挥发特性的影响。

5.利用X射线荧光光谱（XRF）分析焚烧飞灰中重金属的剩余量，确定CaSi的还原率。

四、预期成果1.明确焚烧飞灰中重金属的高温挥发特性。

2.探究CaSi对焚烧飞灰中重金属高温挥发特性的影响机制。

3.为焚烧飞灰中重金属高效去除提供理论依据。

4.形成一篇具有实际指导意义的学术论文。

五、研究意义本研究旨在探索CaSi对焚烧飞灰中重金属高温挥发特性的影响机制，有助于深入理解焚烧飞灰中重金属的挥发过程和还原机理，并为治理焚烧飞灰中重金属污染提供新的思路和技术支持。

污泥焚烧飞灰重金属提取的实验研究污泥焚烧减量率高、可以破坏有机微生污染物、回收能量,是一种彻底的污泥处置方法。

焚烧过程会产生大量含有较高浓度重金属和持久性有机污染物的飞灰,如何处置飞灰也是一个重要问题。

本文采用嘉兴某热电厂污泥焚烧飞灰,研究了在实验室提取污泥飞灰中重金属的方法。

本文使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)以及激光粒度仪对飞灰表征、全元素含量、以及重金属元素含量进行测试。

并使用BCR连续提取法分析飞灰中重金属形态。

通过飞灰性质的分析得出：飞灰的的主要元素为C、O、Ca、Fe、Al、S、Na、K,飞灰中含量较高的重金属是Cu、Zn、Pb,并且Cu、Zn、Pb、Cd化学性质活泼容易逸出。

通过测试确定目标提取元素为Cu、Zn、Pb。

本文采用水洗对污泥飞灰进行预处理,目的是洗脱飞灰中的可溶性盐,减少浸取剂的用量。

分别研究了水洗温度、水洗时间、水洗液固比对预处理效果的影响。

研究表明使用去离子水浸洗飞灰液固比L/S=7mL/g、水洗时间为40min时,可以滤除75%的K、76%的Na、42%的Ca,并且对重金属的浸取能力很低。

本文采用“碱酸两步浸取”分别浸取目标重金属元素Pb、Cu、Zn。

研究了浸取剂浓度、反应温度、浸取时间、反应液固比对NaOH浸取Pb和H2SO4浸取Cu、Zn的影响。

结果表明温度70℃、L/S=25mL/g、反应时间1h、NaOH浓度4mol/L时,Pb的浸出率可以达到60%。

反应时间为20min、L/S=8mL/g、H2SO4浓度为lmol/L 时、Cu、Zn的浸出率分别达到72%和70%。

本文采用调节pH的方法对H2SO4浸取液进行Fe3+离子除杂,除Fe率在pH=3.4时可以达到96%,除杂的过程生成胶体Fe(OH)3,会吸附目标元素并且较难过滤。

1.3倍理论用量Zn粉可完全置换浸取液中Cu2+离子。

2009年10月 The Chinese Journal of Process Engineering Oct. 2009收稿日期：2008−09−23，修回日期：2008−11−26基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目(编号：20806051)；国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目(编号：2005CB724206) 作者简介：刘汉桥(1973−)，男，湖北省鄂州市人，博士后，讲师，热能工程专业，E-mail: lhqlkx@.医疗垃圾焚烧飞灰中重金属的蒸发特性刘汉桥1,2， 魏国侠1， 张曙光2， 蔡九菊3(1. 天津城市建设学院能源与机械工程系，天津 300384；2. 天津泰达环保有限公司，天津 300350；3. 东北大学材料与冶金学院，辽宁 沈阳 110004)摘 要：利用管式高温炉研究了医疗垃圾焚烧飞灰中重金属的蒸发特性，以确定飞灰中重金属的有效热分离参数. 结果表明，停留时间20与60 min 时的重金属蒸发率差别不大，其影响程度取决于温度；布袋飞灰中高含量Cl 的存在对重金属的蒸发有促进作用；在1000℃时，飞灰中Pb 和Cd 的蒸发率已达90%以上；气氛对Zn 的蒸发效果影响显著，Zn 在1000℃空气气氛下蒸发率仅为67%，但在N 2气氛下蒸发率高达92%；若考虑Cd, Pb, Zn 等挥发性重金属有效分离和二噁英分解两方面的需求，医疗垃圾焚烧飞灰的最低热处理温度宜控制在1000℃左右. 关键词：医疗垃圾；飞灰；重金属；蒸发中图分类号：X799.5 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2009)05−0892−051 前 言医疗垃圾焚烧飞灰中Pb, Zn, Cd 等挥发性重金属含量较高且渗沥浓度超过危险废物填埋标准[1,2]，在填埋最终处置前需进行固定或分离预处理. 这3种重金属在医疗垃圾焚烧飞灰中主要以可交换态(氯盐等)和碳酸盐结合态(碳酸盐、氢氧化物等)形式存在[3]，后一种形式热稳定性差，加热过程中极易分解而转化为重金属氧化物，其在灰中或添加剂中Cl 的作用下又易转变成沸点低的重金属氯化物，从而容易蒸发. 高温热处理还能有效分解飞灰中的二噁英(Polychlorinated Dibenzo- p-dioxins and Dibenzofurans, PCDD/Fs)，即使在温度1000℃、停留时间很短的工况下，PCDD/Fs 的分解效率也可达95%以上，且温度越高分解率越高[4]，这为采用热处理(烧结、熔融等)方法实现飞灰中挥发性重金属的有效分离及飞灰的无害化处理提供了可能.目前，国内外对生活垃圾焚烧飞灰热处理进行了大量研究[5−11]，表明热处理温度、气氛、时间及含氯介质量和类型均对重金属的蒸发率有影响. Samuel 等[8]认为低于飞灰熔点100℃的温度是重金属分离的最有效温度；李润东等[9]发现烧结时间对灰中Cu 残留率影响较显著；Haugsten 等[10]的实验结果表明，气氛主要对Zn 和Pb 的蒸发率有影响；Chanchris 等[11]以CaCl 2为氯化介质对飞灰进行氯化焙烧，发现重金属的有效分离与氯化反应的自由能之间存在线性关系. 与生活垃圾焚烧飞灰相比，医疗垃圾焚烧飞灰中的Cl 含量较高[12]，更适合用热处理方法消除重金属的危害. 另外，医疗垃圾焚烧飞灰的热灼减率[1](活性炭含量)较生活垃圾焚烧飞灰高出很多，也可能对重金属热处理过程产生影响. 但目前国内外对医疗垃圾飞灰热处理鲜有报道.本工作主要利用管式高温炉研究3种医疗垃圾焚烧飞灰中重金属的蒸发特性，着重研究停留时间、温度、气氛对飞灰中Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, Ni 等重金属蒸发率的影响，以便为焚烧飞灰热处理过程中确定重金属热分离参数提供参考.2 实 验2.1 原料焚烧飞灰样品取自沈阳危险废物焚烧中心的2台医疗垃圾焚烧炉，一台为15 t /d 回转窑焚烧炉，另一台为5 t /d 固定床焚烧炉. 收集了来自2台焚烧炉的3种飞灰样：2种布袋飞灰(FA1, FA2)分别取自回转窑炉、固定床炉的布袋除尘器，烟道飞灰(FA3)取自回转窑焚烧炉二燃室出口. 为使样品具有代表性，FA1, FA2在连续稳定运行的一周内采集，FA3在该炉大修期间采集. 3种飞灰的化学成分如表 [1]所示.表1 焚烧飞灰的主要化学成分与热灼减率[1]Table 1 Chemical composition and loss on ignition (LOI)of incinerator ash (%, ω)[1]Sample SiO 2CaO Na 2O Al 2O 3 SO 3 Cl F LOI FA1 20.6015.311.0054 12.10 12.31 1.3131.2FA2 18.8518.6810.3026 12.76 14.600.4034.6FA3 17.5023.38.858.73 24.90 4.07－0.692.2 实验装置实验装置如图1所示. 实验系统由进气、加热、尾气吸收3部分组成，主体设备为硅碳棒加热炉，炉管长600 mm 、内径60 mm ，最大加热功率为6 kW ，最高温度可达1500℃，炉温通过炉中央的热电偶测量. 采用氧气瓶、氮气瓶供气，并用转子流量计计量进气流量，其中空气气氛由O 2/N 2按1:4配制，还原气氛仅通入N 2. 炉内挥发性化学物被载气带出，通过两级100 mL 5% HNO 3吸收液吸收后，剩余气体经硅胶管除去水分后由真空泵抽出.1. Gas cylinder2. Flowmeter3. High temperature furnace4. Al 2O 3 pallet5. Al 2O 3 crucible6. 5% HNO 3 absorption liquid7. Silica gel8. Vacuum pump图1 实验装置流程图Fig.1 Flow chart of the experimental apparatus2.3 实验方法实验过程中先将炉子加热到预定温度并设好进气速率，然后称量3 g 飞灰样品装入Al 2O 3坩埚，将其放在Al 2O 3托盘上送入炉内加热，达到设定时间后取出坩埚，冷却后测量焚烧灰的质量及重金属含量. 加热过程中飞灰中挥发性重金属大部分被吸收液吸收，少部分冷凝在炉壁或管道. 为减小误差，每次实验结束后用5% HNO 3进行清洗，并测量清洗液中重金属含量.原灰、残余灰、清洗液、吸收液中重金属含量用SOLAAR S4型原子吸收光谱仪测定. 重金属蒸发率定义为热处理后从灰中蒸发的重金属占原灰中重金属的质量百分比.3 结果与讨论3.1 停留时间对重金属蒸发率影响以FA1为原料，在空气氛下研究停留时间对重金属蒸发率的影响，结果见图 2. 总体来讲，重金属蒸发率随着停留时间的延长有所提高，却又存在个体差异.图2 停留时间对FA1中重金属蒸发率的影响Fig.2 Effect of residence time on evaporation rate of heavy metals in FA1从图2(a)可以看出，在1000℃时停留20 min, Cu 蒸发率为52%，停留60 min 仅提高到57.1%，其他温度下停留时间为20和60 min 时FA1中Cu 蒸发率相差不大. 由图2(b)可知，在FA1的熔点(1243℃)以上，停留时间对Pb 的蒸发率影响不大，在1300℃停留10 min 时与停留20 min 时Pb 蒸发率相同，在1400℃停留10min, Pb 蒸发率即可达100%. 从图2(c)可以看出，停留时间对Zn 的蒸发率影响显著，800℃下停留10 min, Zn 蒸发率仅为停留时间为20和60 min 时的1/2左右，在1000和1100℃下达到2/3，在1000℃以上，停留时间为20和60 min 时，Zn 蒸发率基本相同，且基本不随温度变化. 停留时间对Cd 蒸发率的影响与Pb 类似，且在7600800100012001400020406080100E v a p o r a t i o n r a t e (%)Temperture (℃)600800100012001400020406080100Temperature (℃)600800100012001400020406080100Temperture (℃)600800100012001400020406080100E v a p o r a t i o n r a t e (%)Temperture (℃)600800100012001400020406080100Temperture (℃)600800100012001400020406080100Temperture (℃)1000℃停留20 min 时Pb, Zn, Cd 的蒸发率分别达到60 min 时的98%, 98%, 92%. 停留时间对Cr 和Ni 蒸发率的影响规律类似，800℃停留10 min 蒸发率极低，1400℃停留20和60 min 的蒸发率基本相同.总体来讲，停留20与60 min 重金属蒸发率差别不大，停留时间对蒸发率的影响很大程度上取决于温度，高温有利于重金属氯化物蒸发，从而在很短时间内蒸发率达到最大值，因此后文仅研究停留时间为20 min 时温度对重金属蒸发率的影响. 3.2 温度对重金属蒸发率的影响图3是3种飞灰在空气气氛中不同温度下加热20 min 时的重金属蒸发率曲线. 从图可以看出，FA1和FA2的重金属蒸发率相近，并均高于FA3. 原因主要是FA1和FA2的Cl 含量分别高达12.31%和14.60%，并主要以NaCl 形式存在[1]，高含量的NaCl 容易与重金属氧化物(MO)发生反应[式(1), (2)]，从而有利于飞灰中重金属蒸发；FA3中含Cl 仅为4.07%，NaCl 含量非常低，因此重金属普遍蒸发率较低.MO+2NaCl →MCl 2+Na 2O, (1)x MO+2x NaCl+y SiO 2→x MCl 2+x Na 2O ⋅y SiO 2. (2) 从图3(a)可以看出，600℃时Cu 蒸发很少，FA1和 FA2中Cu 蒸发率仅在10%左右；温度从600℃上升到1000℃，蒸发率迅速增加，1000℃时FA1和FA2中Cu 蒸发率分别达到52%和61%; 1000∼1300℃间蒸发率增长缓慢，而温度上升到1400℃蒸发率又有明显升高. 这与文献[7]报道的生活垃圾焚烧飞灰中Cu 蒸发率在1100℃前升高之后急剧降低的结论不同，可能是飞灰中的Cu 氯化物主要以CuCl 2和CuCl 两种形式存在[11,13]，CuCl 2沸点为993℃，沸点附近易挥发，所以温度上升到1000℃时Cu 蒸发率迅速增加；同时，CuCl 2在993℃还易分解成CuCl, CuCl 的沸点是1366℃，因此，Cu 蒸发率在1400℃时又一次明显增高. 另外，在高温下FA2中Cu 的蒸发率都比FA1中略高，可能是由于FA2中Cl 含量比FA1略高所致. FA3中的Cu 蒸发率较低，1400℃时仅为34%，与FA 3中Cl 含量低有关. Jung 等[13]的研究也表明，在焚烧飞灰熔融过程中，Cl 含量对Cu 的挥发有明显的影响.图3(b)表明，FA1和FA2中Pb 的蒸发规律非常相似，在600∼1000℃之间Pb 蒸发率随温度升高呈线性增加，在1000℃蒸发率高达90%左右，这与PbCl 2沸点(950℃)较低有关. 当温度高于飞灰的熔点时，Pb 的蒸发率能达100%. 在低于1000℃时FA3的Pb 几乎不蒸发，主要是由于二燃室温度为1100℃，其出口烟气温度高，图3 温度对飞灰中重金属的蒸发率的影响Fig.3 Effect of temperature on evaporation rate of heavy metals in fly ash600800100012001400020406080100E v a p o r a t i on r a t e (%)Temperture (℃)600800100012001400020406080100Temperature (℃)600800100012001400020406080100Temperature (℃)600800100012001400020406080100Temperature (℃)E v a p o r a t i o n r a t e (%)600800100012001400020406080100Temperature (℃)600800100012001400020406080100Temperature (℃)易挥发的Pb 及PbCl 2几乎不停留在烟道飞灰中，FA3中Pb 主要以硅酸盐等稳定化合物形式存在. 从图3(c)可知，FA1和FA2中Zn 的蒸发规律较复杂，当温度由600℃上升到800℃时，FA1和FA2中的Zn 蒸发率分别由31.3%和38.2%迅速增加到63.2%和64.5%，超过800℃，温度对FA1中Zn 蒸发率影响不明显，FA2中Zn 蒸发率在1100℃达到峰值(73.2%)，之后随温度升高反而下降. Zn 属易挥发性重金属，但高温下其蒸发率却低于100%，原因可能是Zn 在高温空气气氛下同时发生2个明显的竞争反应[6]，一是Zn 的氧化物与NaCl 反应形成挥发性ZnCl 2[式(1), (2)]；另一个是Zn 氧化物与SiO 2和Al 2O 3反应形成更加稳定的Zn 2SiO 4和ZnAl 2O 4，反应如式(3), (4)所示. 当温度超过灰熔点时，后一反应更容易发生，导致高温下Zn 部分以Zn 2SiO 4及ZnAl 2O 4形式存在，因此不能完全蒸发.2x ZnCl 2+y SiO 2+x O 2→2x ZnO y SiO 2+2x Cl 2, (3) x ZnCl 2+y Al 2O 3+x H 2O →x ZnO y Al 2O 3+2x HCl. (4) 图3(d)表明，Cd 的蒸发特性与Pb 类似，在1000℃时，FA1和FA2中Cd 的蒸发率分别高达95%和91%，在1100℃以上FA1和FA2中的Cd 均完全蒸发，主要原因是CdCl 2的沸点较低，仅为960℃.从图3(e), 3(f)可以看出，FA1和FA2中Cr 与Ni 的 蒸发规律类似，低于800℃时几乎都不蒸发，在1400℃的高温下蒸发率也都低于50%，主要原因是它们都属于高沸点(Cr 2670℃，Ni 2732℃)的重金属，加热后残留在渣中. 重金属氯化物的蒸发特性不仅与其沸点有关，在一定温度下还取决于其蒸发压力[11]，Cr 的低蒸发率可能与其氯化物的蒸发压力低有关，NiCl 2有较高的蒸发压力，但其仅在低温下稳定，在250℃以上、空气气氛下易转变为NiO ，导致高温下仅有少量的NiCl 2存在，故高温范围Ni 的蒸发率仍很低. 3.3 气氛对重金属蒸发率的影响选取对重金属挥发性影响较显著的2个温度，分析气氛对重金属蒸发率的影响，FA1在2个温度、不同气氛下停留20 min 的蒸发率如图4所示. 从图可以看出，气氛对Cu 的影响显著，Cu 在N 2气氛下的蒸发率很低，1000和1400℃下蒸发率分别为14%和16%. 这可能有两方面原因，一方面，由于固态氯化反应[式(1), (2)]通常由两步气−固反应组成，即固态NaCl 先与O 2反应生成Cl 2，然后再与固态重金属氧化物(MO)反应，形成重金属氯化物MCl ，在N 2气氛中由于没有O 2，一定程度上限制了氯化反应(1), (2)发生, 导致CuCl 2生成量较少，蒸发率降低；另一方面，由于飞灰中含有大量的活性碳，容易将CuO 还原成高沸点的Cu ，很难蒸发.气氛对Zn 的影响也较大，N 2气氛下Zn 的蒸发率图4 气氛对FA1中重金属蒸发率的影响Fig.4 Effect of atmosphere on evaporation rate of heavy metals in FA1明显提高，在1000℃时，Zn 蒸发率由空气气氛下的67%增加到92%，在1400℃时，则由69%增加到100%. 主要有两方面原因，一方面在空气气氛下容易发生反应(3), (4)，形成热稳定的Zn 2SiO 4和ZnAl 2O 4，而在N 2气氛下，ZnO 更易与NaCl 等反应形成挥发的ZnCl 2；同时，FA1中含有大量的活性碳，ZnO 在高温下能被还原成Zn ，反应如式(5). Zn 的沸点仅有907℃，因此，在N 2气氛下飞灰中的Zn 能完全蒸发.ZnO+C →Zn+CO. (5)气氛对Pb 和Cd 的蒸发影响不大，两种气氛下几乎均完全蒸发. 气氛对Cr 和Ni 的蒸发率影响也不明显，2种重金属的蒸发率在N 2气氛下略有下降. 3.4 结果应用分析由于重金属不分解也不消失，水泥固化等飞灰固化/稳定化处理方法只是将有毒重金属最终积累在环境中，而稳定后的产物是无用的不可再生资源. 飞灰热处理Cu Pb Zn Cd Cr Ni20406080100E v a p o r a t i o n r a t e (%)Heavy metal CuPbZnCdCrNi20406080100E v a p o r a t i o n r a t e (%)Heavy metal(熔融、煅烧、烧结等)可以高温分解二噁英，同时还可以稳定或分离重金属，将有价值的Pb, Zn, Cd等挥发性重金属回收循环利用，有利于保护环境和可持续发展. 但熔融技术通常需将飞灰转变为玻璃态产物，温度一般超过1300℃(灰熔点以上)，其中发生的固/液高温相变更是消耗大量能量[14]，因此，该技术投资运行成本高、商业推广难. 比较而言，煅烧、烧结等热处理方法结合了飞灰(尤其是医疗垃圾飞灰)中氯含量高的特点，在相对低的温度下形成重金属氯化物，实现重金属的蒸发回收，节约能量. 重金属蒸发分离效果取决于反应温度、停留时间、气氛等操作参数，因此，在煅烧、烧结等技术工程应用中必须确定合理的操作参数. 本实验结果表明，在1000℃时，医疗垃圾焚烧飞灰中Pb和Cd的蒸发率已达90%以上，且达到二噁英分解的温度，已经基本符合工业要求，温度过高容易造成能源浪费和成本显著增加. 由于20 min的停留时间下Pb, Zn, Cd的蒸发率已达到60 min的92%以上，此时氯化反应基本完成，所以停留时间宜为20 min左右. 在1000℃时，Zn在N2气氛下蒸发率也高达92%. 如果考虑3种挥发性重金属从飞灰中同时分离的需求，最佳操作参数宜为反应温度1000℃、停留时间20 min、惰性气氛.4 结 论研究了停留时间、温度、气氛等对医疗垃圾焚烧飞灰中重金属蒸发率的影响，得出如下结论：(1) 停留时间20与60 min的重金属蒸发率差别不大，停留时间对重金属蒸发率的影响程度取决于温度.(2) 布袋飞灰中高含量Cl的存在对重金属的蒸发有促进作用.(3) 气氛对Cu和Zn蒸发率影响较显著，Zn在1000℃、空气气氛下蒸发率仅为67%，但在N2气氛下蒸发率高达92%.(4) 若考虑Cd, Pb, Zn等挥发性重金属有效分离和二噁英分解两方面的需求，医疗垃圾焚烧飞灰的最低热处理温度宜控制在1000℃左右.参考文献：[1] 刘汉桥，蔡九菊，齐鹏飞，等. 两种医疗垃圾焚烧炉的灰渣特性研究 [J]. 环境科学学报, 2006, 26(12): 2026−2032.[2] 蔡九菊，刘汉桥，齐鹏飞，等. 电弧炉熔融医疗垃圾焚烧灰的实验研究 [J], 过程工程学报, 2007, 7(2): 337−341.[3] 刘汉桥. 医疗垃圾焚烧灰特性分析及电弧炉熔融处理实验研究[D]. 沈阳：东北大学, 2007. 40−42.[4] Stlieglit L, V ogg H. Formation Conditions of PCDD/PCDF in Fly Ashfrom Municipal Waste Incinerators [J]. Chemosphere, 1987, 16: 1917−1922.[5] Christian Ludwig, Harald Lutz. Studying the Evaporation Behavior ofHeavy Metals by Thermal-desorption Spectrometry [J]. Christian Fresenius Journal of Analytical Chemistry, 2001, 371: 1057−1062. [6] Jakob A, Stucki S, Kuhn P. Evaporation of Heavy Metals during theHeat Treatment of Municipal Solid Waste Incinerator Fly Ash [J].Environ. Sci. Technol., 1995, 29: 2429−2436.[7] Jakob A, Stucki S, Rpwj Stuis. Complete Heavy Metal Removal fromFly Ash Heat Treatment: Influence of Chlorides on Evaporation Rates [J]. Environ. Sci. Technol., 1996, 30: 3275−3283.[8] Samuel Stucki, Aldo Jakob. Thermal Treatment of Incinerator Fly Ash:Factors Influencing the Evaporation of ZnCl2 [J]. Energy Fuels, 1997, 17(4): 231−236.[9] 李润东，王建平，王雷，等. 垃圾焚烧飞灰烧结过程重金属迁移特性研究 [J]. 环境科学, 2005, 26(6): 186−189.[10] Haugsten Kjelle, Gustavson Bengt. 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Co. Ltd., Tianjin 300350, China;3. Sch. Mater. Metall., Northeastern Univ., Shenyan, Liaoning 110004, China) Abstract: The evaporation characteristics of heavy metals in hospital waste incineration fly ash were studied on a laboratory scale to obtain the effective separation parameters of heavy metals. The results show that their evaporation rates in 20 and 60 min of residencetime have no obvious distinction, they depend on temperature. The abundant NaCl in the bag fly ash induces the formation of volatile chloride salts of heavy metals and enhances their evaporation. Evaporation rates of Pb and Cd in the bag fly ash are over 90% at 1000℃. Atmosphere has the significant effect on evaporation of Zn. The evaporation rate of Zn in the bag fly ash is only 67% at 1000℃ and air atmosphere, but it reaches 92% in N2 atmosphere. So, the lowest temperature of heat treatment should be controlled at about 1000℃ inview of effective separation of volatile heavy metals, such as Pb, Cd and Zn, and drastical decomposition of dioxins and furan.Key words: hospital waste; fly ash; heavy metal; evaporation。

熔融法处理垃圾焚烧飞灰过程中重金属分离浓缩的效果分析针对现有垃圾焚烧飞灰资源化技术容易使重金属等有害物质进入烟气或产品，最终重新分散在环境中，造成“逆向污染”的问题，研究利用高温熔融法处理飞灰，烟气处理系统中利用预除尘系统、急冷降温系统以及布袋除尘系统，富集烟气中重金属并加以回收，结果说明：3种浓缩灰中Zn、Pb、Cu、Cd富集浓缩现象明显，产品建材基材中重金属浸出浓度同时满足GB5085.3—20**危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别和GB16889—20**生活垃圾填埋场污染控制标准限值要求。

生活垃圾焚烧飞灰富含重金属及二恶英等毒性物质，在我国和世界上很多国家被列为危险废物。

虽然目前主要的飞灰处理方式仍以稳定化填埋为主，但由于这种处理方式的诸多弊端及飞灰中某些成分再利用价值的日益凸显，飞灰资源化处理处置技术已成为飞灰处理技术发展的主流方向。

目前我国相关标准和规范中的飞灰资源化处理处置技术主要包括水泥窑协同处置和高温烧结/熔融协同处置，但前者处理过程易受到飞灰性质影响，还存在将飞灰中通过多重复杂过程富集浓缩的重金属等污染物最终又重新分散在产品水泥熟料中，形成“逆向污染”的风险。

本研究基于利用高温熔融对飞灰开展解毒处理、同步生产建材基材的工艺，该工艺将飞灰无预处理直接入窑，掺量占入窑物料总量的67%，通过热脱除分离飞灰中的重金属，通过烟气处理系统的预除尘、急冷降温及布袋除尘等系统使其向浓缩灰中富集并加以回收，降低产品建材基材中重金属含量，保证正常生产环保控制指标和产品性能。

目前我国尚没有关于飞灰进入窑炉后重金属分离技术的研究报道，本研究基于上述项目，对飞灰中重金属向浓缩灰的富集浓缩效果开展评估，明确上述物质在新型回转窑系统中的浓缩富集规律，对进一步提高系统运转效率、提高产品环保性能十分必要。

1实验材料与方法1.1实验材料1)供试材料：原料、浓缩灰(预除尘)、浓缩灰(急冷降温)、浓缩灰(布袋除尘)、产品建材基材共5种样品均取自**市固废集中处置与综合利用中心，每8h取样1次，记为1个班次的样品，其中原料按照飞灰(来源1)∶飞灰(来源)∶助剂质量比1∶1∶1组成，成分见表1。