垃圾焚燒飛灰重金屬高溫熔融分離過程動力學(xué)研究.pdf

1、焚燒法能有效實現(xiàn)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn),因此被認(rèn)為是危險固體廢棄物。
　　 隨著生活水平的提高和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市生活垃圾的組成和性能會更加復(fù)雜。因此,城市生活垃圾焚燒產(chǎn)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(chǎn)生嚴(yán)重的影響,特別是飛灰中重金

2、屬將會對環(huán)境帶來嚴(yán)重危害。因此,本文系統(tǒng)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(shù),對垃圾焚燒飛灰進(jìn)行熔融分離處理,實現(xiàn)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(shù)的發(fā)展,實現(xiàn)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(chǎn)生的飛灰為對象,對垃圾焚燒飛灰的化學(xué)組成、物理特性、微觀形貌、礦物組成、重金屬的浸出特性進(jìn)行了系統(tǒng)全面的測試和分析。結(jié)果顯示,垃圾焚燒

3、飛灰中可產(chǎn)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(dá)到12.88 mg/l,57.54 mg/l,19.37 mg/l,7.03 mg/l。
　　 利用熱力學(xué)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(xué)形態(tài)和行為進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明,采用飛灰直接高溫熔融分離,當(dāng)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)。
　　 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(jìn)入金屬、氣相和渣相中的遷移分布規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)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(xué)模型,對于高沸點的金屬鉻、錳和銅在鐵相中的動力學(xué)模型分別表達(dá)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(xué)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(jìn)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(jìn)入金屬熔池中;金屬鋅和鉛主要從渣相遷出,揮發(fā)進(jìn)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(zhì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入煙氣中的比例分別是90.23％和92.68％,進(jìn)入金屬熔池的為4.9％和5.01％,進(jìn)人渣相的分別為4.87％和2.31％。
　　 根據(jù)實驗結(jié)果進(jìn)行了動力學(xué)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(yīng)級數(shù)均為2級,金屬錳、銅、鋅和鉛的表面反應(yīng)級數(shù)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(jìn)行了結(jié)構(gòu)和性能分析,金屬鉻、錳和銅進(jìn)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(jié)構(gòu)更為緊湊致密,對渣相進(jìn)行了浸出毒性檢測,其重金屬浸出毒性濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家固體廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明高溫熔融分離處理垃圾焚燒飛灰達(dá)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