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矿物添加剂对垃圾焚烧飞灰熔融过程中重金属特性的影响

作　者: 樊国祥
导　师: 张军营
学　校: 华中科技大学
专　业: 热能工程
关键词: 垃圾焚烧飞灰矿物添加剂重金属熔融浸出毒性
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

城市固体废弃物焚烧飞灰作为垃圾焚烧过程中的二次污染物，含有大量的有机污染物和可浸出的重金属，例如Cd，Cr，Pb和Zn，会对人体健康和环境造成潜在危害。熔融热处理法是飞灰处置最理想的技术，但是熔融热处理法需要消耗大量能源，并且一些重金属元素也会在熔融过程中挥发。添加剂能够有效影响飞灰的熔融特性和重金属的浸出毒性，因而在熔融热处理研究中占有重要位置，以解决熔融法的缺点。但目前研究中多以化学药品为添加剂，而矿物添加剂则少见报道。而在玻璃制造业，矿物添加剂可作为助熔剂来降低熔融温度。本文选取采自武汉两座垃圾焚烧电厂的飞灰，与矿物添加剂锂辉石、萤石、重晶石和化学试剂四硼酸锂进行混合，研究飞灰在热处理过程中的熔融特性和重金属的迁移转化特性。另外，还采用HSC软件和TG-DSC实验进行熔融过程中的热力学平衡计算和动力学研究，模拟重金属的迁移转化规律，揭示熔融动力学机理。飞灰熔融特性实验表明：1.矿物添加剂能够有效降低飞灰流动温度，有助于降低熔融处理能耗；2.矿物添加剂和处理温度是影响熔渣晶相结构和微观形貌很重要的两个因素，当处理温度低于熔融温度时，矿物添加剂会导致熔渣中新的晶体生成，并在熔渣的微观形貌中表现为不同的结晶态。飞灰中重金属的迁移转化和浸出毒性研究表明：1.矿物添加剂使得飞灰可以再较低处理温度下发生熔融，从而有效降低重金属的挥发率；2.矿物添加剂有助于熔渣形成玻璃相，从而将重金属固定于其中，降低重金属的浸出毒性；3.所得熔渣中重金属的浸出毒性远远低于标准限值，可直接进行处理。HSC热力学计算结果表明：1.Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn在熔融过程中总体迁移转化规律较为相似，600-700℃下基本以硫化物或者氧化物的形式存在，当达到一定温度时，开始以氯化物形式挥发，并且会表现为不同的价态;2.某些重金属还会相互发生反应，形成络合物。TG-DSC实验结果表明：1.飞灰中混合不同添加剂之后，其失重峰和吸热峰都会发生不同幅度的前移，并会对飞灰熔融动力学参数产生明显但不稳定的影响;2.锂辉石和四硼酸锂使得动力学参数降低，减小了反应阻力；萤石和重晶石后则使得动力学参数增大，增大了反应阻力。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-20
  1.1 研究背景  10-13
  1.2 飞灰熔融处理的研究现状  13-18
  1.3 主要研究内容  18-20
2 飞灰基本特性及熔融特性的研究  20-42
  2.1 引言  20-21
  2.2 飞灰的化学组成  21-22
  2.3 飞灰的灰熔点  22-25
  2.4 飞灰和熔渣的晶相结构  25-32
  2.5 飞灰和熔渣的微观形貌  32-40
  2.6 本章小结  40-42
3 飞灰熔融过程中重金属迁移转化特性及浸出特性的研究  42-50
  3.1 引言  42-43
  3.2 重金属的迁移转化特性  43-46
  3.3 重金属的浸出毒性  46-49
  3.4 本章小结  49-50
4 飞灰熔融过程的热力学与动力学模拟  50-60
  4.1 引言  50
  4.2 飞灰中重金属的热力学平衡计算  50-54
  4.3 飞灰熔融过程的动力学模拟  54-58
  4.4 本章小结  58-60
5 全文总结及展望  60-63
  5.1 全文总结  60-62
  5.2 下一步工作建议  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-69

矿物添加剂对垃圾焚烧飞灰熔融过程中重金属特性的影响

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