电弧炉熔融医疗垃圾焚烧灰的实验研究

3结果与讨论
3.1化学成分及热灼减率
表1为焚烧灰及熔渣的主要化学成分和热灼减率(LOI)分析结果。为保证数据的有效性和可靠性，每种焚烧灰及熔渣测定3个平行样品，取平均值。从表可看出，底灰的主要成分是SiO2，CaO，Al2O3，布袋飞灰Cl，SO3的含量及热灼减率(LOI)分别达到12.31%，12.10%和31.2%。热灼减率高主要是由于喷入的大量用于吸附烟气中二恶英和重金属的活性炭转移到布袋飞灰中。为减少布袋飞灰中高含量的Na2O，SO3，Cl对熔融炉耐火材料的腐蚀及高含量的未燃物造成石墨电极侧面烧损等不利影响，同时考虑到布袋飞灰中SiO2含量较低不易玻璃化等因素，本工作将底灰/布袋飞灰按一定质量比配制成混合灰再进行熔融处理。
表1焚烧灰和熔渣的化学成分及热灼减率

底灰及混合灰经熔融后的熔渣分别用SLAG1，SLAG2表示，其化学成分如表1所示。2种熔渣的成分相似，都含有高的SiO2，CaO，Al2O3，但Cl和SO3的含量均非常低，这是由于高沸点元素Si，Ca，Al不易挥发，大部分留在渣中，可溶性的氯盐、硫酸盐在高温下易蒸发进入烟尘中。
3.2物相分析
由于相同或相似的化学成分可以存在不同的物相结构，物相分析有助于进一步了解化学元素的存在形态。2种焚烧灰及2种熔渣的XRD分析如图2所示。从图可看出，底灰(BA)的主要物相为斜硅石(Ca2SiO4)、蓝晶石(Al2SiO5)、透辉石(CaMgSi2O6)等复杂的硅酸盐、SiO2及石灰石(CaCO3)。布袋飞灰(FA)物相分析是经600℃灼烧除去有机物后的试样，结果表明FA中含有大量的硬石膏(CaSO4)、氯化钠(NaCl)化合物晶体，这与XRF分析的高含量的Cl，SO3相符。2种熔渣的XRD峰均有非常宽幅的晕，表现为明显的无定形非晶态。
3.3微观形貌
图3(a)，3(b)分别是底灰、布袋飞灰的SEM图片，从图可看出，底灰粒径相差悬殊，颗粒度明显，布袋飞灰颗粒均呈现不规则多孔海绵状，在大颗粒表面附着许多小颗粒，颗粒间有较高的孔隙率。图3(c)，3(d)分别为2种熔渣的SEM照片，2种熔渣均为玻璃态熔岩，具有致密、连续光滑的表面。Ramesh等[12]的研究表明，焚烧灰的形貌特征与它们的重金属渗沥行为有明显关系。像布袋飞灰这样粒径小、疏松多孔、比表面积大的颗粒，浸出液容易浸入内部，从而促进重金属的溶解。而SLAG1和SLAG2平滑、致密的表面能阻止重金属渗沥。

图2焚烧灰及熔渣的XRD图谱

图3焚烧灰及熔渣的SEM照片
表2焚烧灰和熔渣的重金属含量及在浸出液中的浓度

测试表明，SLAG1和SLAG2的密度分别为2.91，2.85g/cm3，熔融彻底地改变了焚烧灰的内部空隙结构。与熔融前焚烧灰的容积相比，熔融后SLAG1，SLAG2的容积仅占原料容积的22%和19.5%，减容率分别达到78%和80.5%。
3.4重金属含量及浸出液浓度
表2是焚烧灰及熔渣的重金属总含量及浸出液浓度测试结果。从表可看出，Cu在飞灰、底灰中含量相差不大，Pb，Cd，Zn等重金属在布袋飞灰中浓度比在底灰中高，一些亲岩性重金属Ni，Cr[13]主要存在于底灰中，也有少部分被固体颗粒夹带入飞灰中。按浸出液毒性鉴别标准，底灰不属于危险废物，其对环境的影响还需要进一步分析其中二恶英等有机毒物含量来确定。多次分析测试发现，布袋飞灰的浸出液中Cd，Zn，Pb浓度分别高达2.96，377.93，6.50mg/L，超过危险废物填埋污染控制标准(GB18595-2001)规定的允许填埋控制限值的1∼5倍，必须进行再处理。