磷酸洗涤对垃圾焚烧飞灰热稳定性和重金属固定的影响

2)磷酸添加量对重金属溶出率的影响。磷酸选用浓度为85%的工业级磷酸。洗涤试验条件为：液固比RL/S=15mL/g，水洗时间t=0.5h。图3给出了水洗液pH值随磷酸添加量变化的曲线。图4给出了Zn、Cr、Cu、Cd4种重金属的溶出率。图中Vp表示洗涤每克干灰时磷酸的添加量。 

图2液固比对重金属溶出率的影响 

图3磷酸添加量对水洗液pH值的影响 

图4磷酸添加量对重金属溶出率的影响
由于焚烧飞灰中含有大量游离的Ca、Na、K等碱性物质而有着较强的缓冲体系，能够抵御一定酸环境的破坏，因而当Vp=30μL/g时，磷酸洗涤后水洗液中pH值仍然高达12.45。随着磷酸添加量增大，焚烧飞灰酸缓冲体系逐渐遭到破坏，使得水洗液中pH值下降速率逐渐加快。
随磷酸添加量的增加，不同重金属的溶出特性差异较大，Zn的溶出率呈现出先降低后增加的趋势，尤其当磷酸添加量增加到80μL/g时，焚烧飞灰的酸缓冲体系遭到破坏，导致Zn的溶出率突然增加；Cd溶出率随磷酸增加而不断增大也与溶液中pH值降低有关；Cr、Cu的溶出率很低且受磷酸添加量的影响较小。与水洗的效果相比，磷酸洗涤能够生成重金属磷酸盐的微溶沉淀，并调节洗涤液的pH值，使得各种重金属的溶出率均很低，其中Zn的溶出率由水洗时的112.65mg/L降低至2mg/L左右，几种溶液中Pb、Ni的浓度均未检出。这证明添加磷酸对抑制重金属溶出的效果很好。
2.3重金属的化学结合形态分析
通过连续萃取方法，分析比较了水洗和磷酸洗涤对重金属的化学形态分布规律的影响。洗涤条件为：液固比RL/S=15mL/g，水洗时间t=0.5h，磷酸洗涤时磷酸添加量为Vp=45μL/g。3种灰样中重金属的化学形态分布见图5。 

图53种灰样中重金属的化学形态分布
从图5看出，经过水洗后水洗灰中各种重金属的化学形态分布与原灰相比有一些变化，各种重金属的水溶可交换态和碳酸盐结合态的比例有不同程度的下降，而Cd、Cr、Cu、Pb的残留态比例都有少量的增加。这是由于水洗能够溶解焚烧飞灰一部分可交换态的重金属，因而一定程度上提高了残留在水洗灰中重金属的化学稳定性。磷酸灰中各种重金属的残留态比例都显著增加，其中最显著的是Pb，其残留态的比例由处理前的12%增加到91%，Cr中的残留态比例也增至86%。这说明磷酸洗涤时生成的重金属磷酸盐沉淀有较强的化学稳定性，能够抵御强酸和强氧化环境的破坏。此外，磷酸灰中各种重金属的有机物结合态所占的比例也都有不同程度的增加。可以看出，磷酸灰中重金属的化学结合形态由不稳定态向稳定态转化，磷酸洗涤稳定重金属的效果要明显好于水洗的效果。
2.4焚烧飞灰的热分析
试验通过对3种灰样进行热重和差热分析，研究水洗和磷酸洗涤(磷酸洗涤时磷酸添加量为Vp=45μL/g)对焚烧飞灰热稳定性的影响，试验样品量为10mg，温度控制范围是100～1400℃，升温速率为10℃/min，通入空气以确保氧化气氛。图6为原灰、水洗灰和磷酸灰的TG-DTA热分析曲线。 

图6灰样热分析TG-DTA曲线
从图6a看出，TG曲线在500～710℃这一区间，曲线上有明显的失重台阶，质量损失达到4.66%。这一阶段主要是焚烧飞灰中碳酸盐的分解和结构水的析出过程，此过程为吸热反应。在DTA曲线上对应着一个较强的吸热峰；随着温度的继续升高，重量迅速下降，直到接近1400℃时才基本保持不变。这一阶段失重最为显著，质量损失为22.71%，DTA曲线上熔融吸热的峰值出现在1210℃。焚烧飞灰在这一阶段经历低熔点氯化物的挥发、CaSO4的分解、熔融反应等过程。
洗涤处理可将焚烧飞灰中大部分可溶性低熔点的氯盐洗脱。从水洗灰和磷酸灰的TG曲线上看出，2种灰样加热过程中的质量累计损失均为15%左右。可以看出，低熔点氯化物挥发，碳酸钙、硫酸盐的分解得到了有效的抑制。与原灰30%的质量损失相比，水洗灰和磷酸灰的热稳定性得到明显的提高。水洗灰和磷酸灰DTA曲线上出现3个较为明显的吸热峰，分别对应着水分蒸发、碳酸盐分解和熔融吸热等过程。
3结论
添加磷酸洗涤能有效抑制焚烧飞灰中重金属的溶出，将大部分重金属以更加稳定的形态固定在飞灰中。此外，添加磷酸洗涤还能够提高焚烧飞灰的热稳定性。
参考文献略