垃圾焚燒飛灰重金屬高溫熔融分離過程動力學研究.pdf

1、焚燒法能有效實現生活垃圾的減量化和資源化,降低垃圾對環(huán)境的危害,是目前國內外垃圾處理方法中最有前景的方法之一。生活垃圾焚燒飛灰中由于含有多種重金屬,其中部分重金屬的浸出濃度超出國家固體廢物浸出毒性的鑒別標準,因此被認為是危險固體廢棄物。
　　 隨著生活水平的提高和社會經濟的發(fā)展,城市生活垃圾的組成和性能會更加復雜。因此,城市生活垃圾焚燒產生的飛灰如果不采取合理有效的無害化處置,將會對環(huán)境和人類活動產生嚴重的影響,特別是飛灰中重金

2、屬將會對環(huán)境帶來嚴重危害。因此,本文系統的研究了飛灰的基本特性,首次采用冶金高溫熔融分離處理技術,對垃圾焚燒飛灰進行熔融分離處理,實現金屬元素的回收和其他氧化物合理利用,對推動城市生活垃圾焚燒處理技術的發(fā)展,實現垃圾的減量化、無害化和資源化處理具有重要意義。
　　 本文以重慶市同興垃圾焚燒發(fā)電廠產生的飛灰為對象,對垃圾焚燒飛灰的化學組成、物理特性、微觀形貌、礦物組成、重金屬的浸出特性進行了系統全面的測試和分析。結果顯示,垃圾焚燒

3、飛灰中可產生危害的重金屬主要有:鉻、鋅、鉛、銅、錳,它們在原飛灰中主要是以氧化物的形態(tài)存在,其中鋅、鉛、鉻、銅的浸出毒性分別達到12.88 mg/l,57.54 mg/l,19.37 mg/l,7.03 mg/l。
　　 利用熱力學軟件Factsage對飛灰中重金屬鋅、鉛、銅、錳和鉻在熔融分離過程中的化學形態(tài)和行為進行研究分析。結果表明,采用飛灰直接高溫熔融分離,當飛灰中CaO超過30％的時候,熔融法處理飛灰時金屬分離效果不理想

4、,高溫熔融分離的產物渣相的浸出毒性仍然超出國家固體廢物浸出毒性鑒別標準。
　　 首次采用鐵浴方法熔融分離飛灰中重金屬元素鋅、鉛、銅、錳和鉻等元素,測試和分析了熔融工藝和條件對分離效果的影響,取得了很好的分離效果,并對飛灰熔融分離過程飛灰中重金屬進入金屬、氣相和渣相中的遷移分布規(guī)律進行了系統的試驗研究和分析,建立了焚燒飛灰鐵浴熔融分離過程動力學模型,對于高沸點的金屬鉻、錳和銅在鐵相中的動力學模型分別表達為:(-rCr2O3)=kB

5、T/2πμCr2O3RT(N0/VCr2O3)1/3HCr2O3CCr2O3iVMnO2=A0pexp[-(△rHmΘm(MnO2)+Ea)/(RT)]VCuO=A0pexp[-(△rHmΘm(CuO)+Ea)/(RT)]對于低沸點的金屬鉛和鋅在氣相分布的動力學模型分別是:CZnO=Cg(1-e(-kZnOt/d))CPbO=Cg(1-e(-kPbOt/d))該模型能夠較好的對飛灰鐵浴熔融分離過程進行描述和分析。
　　 采用鐵浴

6、熔融分離工藝,能有效快速的分離飛灰中的金屬元素,金屬鉻、錳和銅能和金屬相中的鐵無限互溶,高溫熔融過程,飛灰中的金屬鉻、錳和銅主要是從渣相中遷出,進入金屬熔池中;金屬鋅和鉛主要從渣相遷出,揮發(fā)進入煙氣中,通過冷凝煙氣回收富含鋅和鉛的煙塵,可直接作為冶煉原料利用。
　　 垃圾焚燒飛灰鐵浴式熔融分離實驗研究和分析表明,在本實驗條件下,飛灰鐵浴熔融分離適宜的熔融分離時間為25min左右,熔融溫度為1350℃,熔融堿度為1.1,鐵粉與飛灰

7、質量比為1:1,在此條件下,金屬鉻、錳和銅的分離回收率分別為91.2％,85.84％和89.32％。進入渣相中的金屬鉻、錳和銅的比例分別為5.6％,7.12％和6.71％,進入煙氣中的金屬鉻、錳和銅為3.2％,7.04％和7.45％;而金屬鋅和鉛進入煙氣中的比例分別是90.23％和92.68％,進入金屬熔池的為4.9％和5.01％,進人渣相的分別為4.87％和2.31％。
　　 根據實驗結果進行了動力學分析與計算,垃圾焚燒飛灰鐵

8、浴熔融分離過程中,金屬鉻遷移分離的表面反應級數均為2級,金屬錳、銅、鋅和鉛的表面反應級數均為1級對飛灰鐵浴熔融分離后的鐵相、渣相和氣相中收集物進行了結構和性能分析,金屬鉻、錳和銅進入鐵相形成了固溶體,渣相中少量的銅和錳均以化合物形態(tài)存在,微觀結構更為緊湊致密,對渣相進行了浸出毒性檢測,其重金屬浸出毒性濃度遠遠低于國家固體廢物浸出毒性鑒別標準。結果表明高溫熔融分離處理垃圾焚燒飛灰達到了穩(wěn)定化、無害化和綜合利用資源的要求。同時對熔融過程煙氣