垃圾焚烧飞灰主要成分对熔融温度及挥发量的影响

而国外很多研究表明[9]，在飞灰中添加一定比例的CaO可以降低飞灰的熔点，能够促进飞灰的熔融，同时也有利于抑制熔融过程的Zn、Cd、Pb等挥发性金属的挥发，增强金属固化效果。近年来，随着研究的广泛开展和不断深入，人们发现两种说法都均有片面性。CaO含量对飞灰熔融温度的影响主要与飞灰的碱度有密切关系，这一点将在下文详细论述。
2.2．SiO2和Al2O3
SiO2和Al2O3均是飞灰中的主要成分，在飞灰的熔融/玻璃化过程中，SiO2和Al2O3几乎全部留在熔融渣中[10]，使得飞灰熔融渣中SiO2、Al2O3以及CaO三者的含量达到90％以上。同时SiO和Al2O3能降低飞灰的熔融温度，减少飞灰的挥发量。
SiO2为熔融玻璃体提供晶格网络，其对玻璃相的形成起到重要的作用[2]。飞灰中SiO2含量在10～40％之间，在高温熔融过程中SiO2以硅酸盐矿物群的形式存在。研究表明，飞灰中的SiO2有利于熔融过程中抑制易挥发性金属的挥发,将其固化在稳定的熔渣中,降低废气的处理费用,同时可以降低飞灰的熔点。Koichiro kinto[11] 等人在实验中证实，较高含量的SiO2和Al2O3可以降低飞灰的熔点，减少重金属的挥发，这是因为SiO2和Al2O3在高温熔融过程中以硅酸盐矿物群的形式存在，可能相互之间或与其它组分形成低熔点共熔体，从而有效降低飞灰的熔融温度。young jun park[2]等人也证实：添加了SiO2和Al2O3的飞灰有利于实现飞灰熔融/玻璃化，熔融渣显示了良好的物理性能和金属固化性能。
2.3 Cl元素
一般认为Cl元素主要来源于垃圾中的厨余垃圾和废塑料等一些高含氯物质[3]，在垃圾焚烧时，大部分氯化物会挥发到烟气中，当采用干法或半干法净化焚烧烟气中的酸性气体时， Cl元素主要以CaCl2的形式聚集在飞灰中。
阎常峰[12]等人研究认为适量的CaCl2可能有助于玻璃相的形成，减小飞灰的流动温度，对熔融玻璃化有利[13]。但是Donald W.Krik[14]等人认为飞灰熔融过程中，CaCl2会发生如下的反应： 

生成高熔点的氧化钙和氯气。由于CaO自身的熔点高，CaO含量增加会提高熔融所需温度。
Cl元素对飞灰的挥发量影响很大。 一般原灰中Cl元素的含量在5～25％之间，而在熔融渣中几乎检测不到Cl元素，并且对熔融炉产生飞灰分析其主要成分是Ca、K、Na和Cl，因此可以认为飞灰中的Cl元素在高温熔融过程中转移到烟气中，在冷却过程中一部分又凝缩或发生化学反应生成盐类物质（如KCl、NaCl）[15]关于氯元素以何种形式挥发，有两种说法[16]，部分学者认为CaCl2的熔点只有772℃，高于熔点后会挥发；也有学者认为高温下CaCl2会和其它物质发生下列反应而生成低沸点的氯化物而挥发到烟气中，同时造成重金属大量溢出。
MeO＋CaCl2àMeCl2＋CaO （Me代表金属元素）
在高温熔融过程中，这两种情况均可能发生，对Cl元素的挥发有所贡献；可见过多Cl元素，会造成烟气量的增大，增加烟气处理的负荷，同时也不利于将原灰中更多的金属留在玻璃体中。
2.4. 碱度
飞灰的化学成分按酸碱性可大致分为三类，a酸性氧化物，包括SiO2、Al2O3等；b碱性氧化物，包括CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O等；c盐类，包括氯化物和硫化物，其中酸碱氧化物对飞灰的熔融特性影响很大，李润东[8]等人认为：一般而言碱性氧化物使灰渣熔点降低,而酸性氧化物则相反。但是，部分研究者发现某些情况下向飞灰中添加CaO会使熔点升高，而添加SiO2却降低了飞灰熔融温度。在后来的研究中发现，这种现象跟飞灰的碱度有关。
飞灰的碱度是飞灰成分的综合反映，指总碱性氧化物与总酸性氧化物质量分数比，大体可以用下式表示（CaO+Fe2O3+MgO+K2O+Na2O）/(SiO2+Al2O3)；有很多资料[17、18]介绍飞灰的熔点及流动温度同碱度关系较大，阎常峰等人[12]研究发现，碱度为0.9左右时飞灰的熔点最低，因此当飞灰的碱度小于0.9时，添加CaO会使碱度升高，从而降低熔点，同理，当飞灰碱度大于0.9时，添加SiO2使得碱度减小，从而降低飞灰的熔点；出现这种情况的原因可能是，在高温熔融过程中，酸性氧化物会形成硅铝酸盐矿物群，有时它们可能和碱性物质（如CaO）形成低熔点共熔体，因而可以降低飞灰的熔融温度,当其中一种物质（如CaO）过量时，过量的物质将无法形成低熔点的共熔体，因此增加含量会使得熔点上升。
5.总结
垃圾焚烧飞灰的主要化学成分对飞灰熔融处理的技术选择、处理效果、尤其是熔融温度和挥发量等熔融特性有重要影响。Cl元素含量高将会使飞灰的挥发量增大，从而造成烟气量的增加，增加了烟气的处理费用； CaO、SiO2 、Al2O3对熔融温度的影响与飞灰的碱度有关，寻求飞灰最佳碱度范围对于有效降低熔融温度具有重要研究意义。
参考文献
[1]T. Sabbasa, A. Polettinib.Management of municipal solid waste incineration residues Waste Management 23 (2003) 61–88
[2] Young jun, Jong heo.Vitrification of fly ash from municipal solid waste incinerator. Journal of Hazardous Materials B91(2001)