垃圾焚烧飞灰熔融过程中pb-zn迁移热力学研究

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1、垃圾焚烧飞灰熔融过程中PbZn迁移热力学研究　　摘要垃圾焚烧飞灰富含高浓度的重金属和二恶英，是公认的危险固体废弃物，给环境带来二次污染，必须对其进行有效处置。飞灰高温熔融处理工艺具有二恶英去除率高、高效减容、有效固化重金属、熔渣可资源化利用等优点。研究熔融过程中重金属的迁移分布规律，对于飞灰熔融处理工艺研究具有重要指导作用。本文利用FACT软件对飞灰高温熔融处理过程中Pb、Zn的迁移和分布进行模拟分析和研究，获得了飞灰熔融过程中Pb、Zn的迁移和分布规律。关键词飞灰；熔融；Pb；Zn；迁移；中图分类号X799

2、.5文献标识码：A文章编号：一.前言焚烧法己成为发达国家处理城市生活垃圾、工业有害废弃物、医院废弃物以及市政废水处理后污泥的主要技术途径之一。6焚烧技术因可对垃圾进行有效减容及资源利用而获青睐，目前在国内得以积极推广。但垃圾焚烧炉渣和烟气富含有机氯、重金属等有毒有害物质，给环境带来二次污染，必须对其进行有效处理。处理焚烧炉渣及飞灰的方法主要有固化、酸提取、熔融等。由于熔融过程中二恶英去除率可达到99%以上；飞灰经熔融后可减容2/3；高沸点重金属被稳固的包裹在SiO2所形成的Si-O网状结构中，熔渣浸出毒性大大降

3、低，可作为建筑材料得以资源利用等优点，熔融处理技术逐渐成为当今研究热点。为了掌握重金属在熔融过程中的迁移分布规律，以指导熔融工艺条件优化，以Pb、Zn元素为例，利用FACT软件对其进行热力学模拟计算分析。二.分析方法以重庆市同兴垃圾焚烧厂为例，其焚烧炉温为950℃左右，其焚烧飞灰中铅、锌、硫、氯元素含量组成如表1所示：表1飞灰中铅、锌、硫、氯元素含量（%）Table1thecontentsofPb、Zn、S、Clinflyash（%）采用FACT软件[6]进行化学热力学平衡分析。该软件的理论计算模型如下：（1）

4、（2）（3）FACT软件数据库存储了比容随温度变化的系数（a、b、c），（4）6通过（4）可计算出（5）中的系数，从而获得单一物质在不同温度下的吉布斯自由能；以最小吉布斯自由能为理论基础，认为体系达到热力学平衡的充要条件为：or（6）从而预测出体系平衡时可能出现的产物。文章计算分析了200-2000℃温度范围内，0.1MPa压力条件下不同系统中铅、锌的迁移分布。三.模拟计算结果与讨论2.1直接熔融飞灰体系模拟飞灰熔融过程，以同兴垃圾焚烧厂飞灰的主要化学组成（见表2）作为输入数据，分析其中Zn、Pb的迁移分布规律

5、，结果见图1、图2。表2飞灰主要化学组成（除Zn、Pb、S、Cl外%）Table2themaincomponentsofflyash(besideZn、Pb、S、Cl%)由图1-图2可以看出，在模拟实际的飞灰熔融体系中，在900℃以下Zn、Pb主要以其固态硫化物存在，1000℃左右才开始以其氯化物挥发至气相中，并随温度的不断升高，其气态单质及硫化物的量有不断上升的趋势。6图1飞灰体系中Zn的分布图2飞灰体系中Pb的分布Fig.1thedistributionofZnintheflyashsystemFig.2t

6、hedistributionofPbintheflyashsystem2.2铁浴熔融飞灰体系模拟飞灰铁浴熔融过程，生铁与飞灰的比例为1：1，铁的输入值为17.857mol，生铁的含碳量为2%（1kg生铁中含碳量为1.667mol），分析铁浴熔融飞灰体系中Zn、Pb的迁移分布规律，结果见图3、图4。图3铁浴熔融飞灰体系中Zn的分布图4铁浴熔融飞灰体系中Pb的分布Fig.3thedistributionofZnintheironmeltingbathsystemFig.4thedistributionofPbint

7、heironmeltingbathsystem由图3-图4可以看出，Zn受铁浴的影响，较直接熔融提前在800℃即从固态ZnS形态全部转变为ZnCl2挥发至气相。Pb在低温段（500℃以下）以其单质态取代PbS存在于渣相中；在600℃到1000℃温度段，Pb几乎全部进入铁相，随温度的不断上升，铁相中的Pb逐渐以PbCl26、PbCl形态进入气相；并于1200℃时在铁水相中的分布达到一个峰值50%左右，可推测在1200℃铁浴熔融分离Pb的效果最佳。四.结论根据重庆同兴垃圾焚烧飞灰的理化性质，通过模拟飞灰熔融过程的条

8、件，对Zn、Pb在不同系体系中不同条件下进行热力学计算，可以得到以下结论：1）熔融温度一般为1300℃左右，在此范围内，焚烧飞灰中的Zn、Pb均以氯化物形态挥发至熔融烟气中，Zn、Pb的主要形态为ZnCl2、PbCl2，伴有少量PbCl；2）通过模拟计算，验证了铁浴熔融分离重金属的可行性。模拟预测在1300℃左右Pb在铁水相中分布率可达35.9%，对现实铁浴熔融工艺具有指导意义。基金项