垃圾焚烧飞灰重金属热分离工艺及挥发特性研究.doc

垃圾焚烧飞灰重金属热分离工艺及挥发特性研究 垃圾焚烧飞灰因含有高浸出浓度的重金属被视为危险废物 , 必须经水泥固化、 化学药剂稳定化、 熔融固化、高温烧结等技术将重金属固化后方可填埋或资源再 利用。从环境长期的安全性考虑 , 经这些方法处理后残留在飞灰产品中的重金属 不但会对环境构成潜在的危害 , 而且也是一种金属资源的浪费。 为此 , 本文充分利用飞灰中重金属在高温处理过程中易挥发这一特性 , 对飞 灰中高含量的 Pb、Cd、Cu、Zn 等重金属进行高温热分离研究 , 重金属挥发物随烟 气一起冷凝形成二次飞灰。 经高温热分离技术处理后的飞灰可作为普通废物填埋 或建筑原材料 , 而二次飞灰中的重金属含量较高 , 相当于一种特殊的重金属富矿 , 可作为冶金原料。 通过热分离工艺参数优化 , 确定了温度和时间为焚烧飞灰高温热处理的主要 影响因素 , 而气氛和进气流量对重金属的挥发影响不显著。从重金属挥发效率和 节能角度考虑 , 其最佳挥发温度和时间分别为 1000℃和 120min, 此时重金属 Pb 的挥发率高达 99.7%,Cd 和 Cu的挥发率达 89.7%和 77.9%,Zn 仅为 53.2%; 若提高 温度和延长热处理时间 , 可使 Pb 的最大挥发率接近 100%,Cd、Cu分别高达 98%和 95%以上 , 而 Zn 也能达到 90%以上。 实验通过添加不同种类的氯制剂 (CaCl2 、 MgCl2、AlCl3 、 FeCl3 和 NaCl) 和 “飞灰水洗预处理工艺”等研究方法 , 对重金属热分离的氯化反应机理进行了深 入地探讨 , 并以氯制剂“平衡分压”和“反应的吉布斯自由能函数变”两种理论 对氯化反应机理进行了解释。为了进一步验证氯化反应机理的正确性和科学性 , 本文采用人工配灰模拟实验对氯化反应机理进行了验证 , 结果发现模拟实验曲线 与飞灰实验曲线非常拟合 , 从而验证了氯化反应机理的正确性。 在飞灰“热重分析” 实验数据的基础上 , 利用 Friedman 和 Ozawa法对飞灰热 重测试结果进行了分析 , 并采用三步连串反应模型 :A --(Fn)--gt; B --(Fn)--gt; C --(Fn)--gt; D 对飞灰热力学进行模拟 , 得到模型 v=kcn=Ae-E/RTcn; 并在氯化反应机理的基础上 , 建立了重金属热分离动力学模型 C=Cg(1-e-kt/h) 。二次飞灰理化特性分析表明 : 在宏观上 , 干燥的二次飞灰为黄褐 色粉末 , 吸潮后逐渐形成粘稠浆状体 , 颜色由黄色渐变为天蓝色 , 随着水分的增加 变为蓝绿色或浅绿色 ; 在微观上 (SEM), 二次飞灰颗粒形状大小不一 , 多以不规则 块状、棒状体居多 , 不规则形状的大颗粒表面上附着了一些形状各异的小颗粒。 与原灰相比 , 二次飞灰中重金属 Pb、 Cu、Zn 和 Cd 的含量大幅度提高 , 其中 Pb的质量百分含量高达 10%,是原灰的 5 倍;Cu 和 Zn 的质量百分含量也高达 5.7% 8.7%, 与矿石的工业品位相近 , 说明二次飞灰可作为金属矿藏。物相分析表明 二次飞灰中主要由 Cl 、Pb、Cu、Zn、K 组成 , 占总量的 98.1%, 其中 Cl 约占了 40% 左右 ; 二次飞灰中还存在大量金属氯化物 , 如 PbCl2, 这进一步验证了飞灰中重金 属在高温热处理过程中主要以氯化物形式挥发的反应机理。 总之 , 飞灰中重金属的高温热分离是可行的 , 可解决传统的飞灰处理方法给 环境造成的隐患问题。