垃圾焚烧飞灰重金属热分离工艺及挥发特性研究
【摘要】:
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)-- B --(Fn)-- C --(Fn)-- 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%和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。
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1 |
徐旭;陈彤;严建华;池涌;岑可法;;TiO_2光催化降解垃圾焚烧炉飞灰中二噁英的实验研究[J];环境保护科学;2007年05期 |
2 |
席北斗;王琪;张晓萱;姜永海;;不同浸出毒性鉴别方法对垃圾焚烧飞灰浸出毒性鉴别的适宜性[J];环境科学研究;2005年S1期 |
3 |
刘娟;李润东;王雷;于清航;史震天;李彦龙;;利用垃圾焚烧飞灰生产水泥熟料实验研究[J];沈阳航空工业学院学报;2007年04期 |
4 |
薛军;王伟;汪群慧;;微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法分析垃圾焚烧飞灰中重金属元素[J];冶金分析;2007年12期 |
5 |
丁世敏;杨兴玲;封享华;胡武洪;;垃圾焚烧飞灰中典型重金属形态分布研究[J];无机盐工业;2009年11期 |
6 |
赵光杰,李海滨,赵增立,阎常峰,陈勇;燃料式熔融固化垃圾焚烧飞灰的实验研究[J];环境工程;2005年05期 |
7 |
赵光杰,李海滨,赵增立,阎常峰,吴创之;电热式熔融固化垃圾焚烧飞灰的实验研究[J];可再生能源;2005年05期 |
8 |
何艳峰;席北斗;王琪;张晓萱;李秀金;;垃圾焚烧飞灰熔渣的健康风险评价与豁免管理[J];环境科学研究;2005年S1期 |
9 |
;生活垃圾焚烧飞灰资源化利用[J];新材料产业;2007年12期 |
10 |
丁世敏;封享华;王里奥;胡武洪;;垃圾焚烧飞灰处理处置研究进展[J];工业安全与环保;2009年05期 |
11 |
夏前军;刘建祥;于淼涵;刘江峰;;二恶英控制技术的研究现状及发展前景[J];中国环保产业;2009年05期 |
12 |
丁世敏;谢金萍;封享华;;垃圾焚烧飞灰中重金属分布特征研究[J];工业安全与环保;2010年02期 |
13 |
张晓萱,席北斗,王琪,王京刚,姜永海;垃圾焚烧飞灰熔融过程中重金属的固化机理以及熔渣浸出特性的研究[J];环境污染与防治;2005年05期 |
14 |
胡小英;田书磊;王琪;黄启飞;金晶;;飞灰热处理过程中基本特性研究[J];环境工程学报;2007年12期 |
15 |
苏丽娜;纪涛;;垃圾焚烧飞灰制备陶粒技术[J];中国科技信息;2009年10期 |
16 |
王成艳;王雷;李润东;;垃圾焚烧灰渣的碳酸化处理研究现状[J];环境工程;2009年S1期 |
17 |
刘汉桥;刘彦博;张曙光;郝永俊;;利用垃圾焚烧飞灰固化污染底泥的实验研究[J];天津城市建设学院学报;2010年01期 |
18 |
高亮;张曙光;刘汉桥;刘彦博;郝永俊;杨恩德;付晨光;;水泥类型对生活垃圾焚烧飞灰固化效果的影响[J];环境化学;2010年06期 |
19 |
鲁刘磊;欧阳东;徐畏婷;易承波;易宁;;垃圾焚烧飞灰制备超高强混凝土[J];混凝土;2010年12期 |
20 |
叶暾旻;王伟;高兴保;万晓;王峰;;我国垃圾焚烧飞灰性质及其重金属浸出特性分析[J];环境科学;2007年11期 |
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