电弧炉熔融医疗垃圾焚烧灰的实验研究

2种熔渣中重金属含量相差不大，浸出液中浓度都非常低。这与熔渣的玻璃态结构有关，玻璃的基本结构单元是[SiO4]四面体形成的无序排列网络[14]，即4个O2−中心包围1个Si4+构成规则对称的四面体，所有的O2−离子都与2个Si4+离子结合，O2−就成为邻近的Si4+离子之间的桥梁，于是形成封闭的结构。Cr，Pb，Cd等重金属离子取代了玻璃熔渣中的Al3+，Ca2+，从而被封闭在Si−O网格中，不易渗出[15]。这样的熔渣可作为玻璃陶瓷、耐火材料、水泥等的原料进行资源化利用[9，10]。
3.5重金属残留率
焚烧灰经熔融后的重金属除了部分蒸发到熔融飞灰及烟气中外，其余的被固化在熔渣中。为评价熔融过程中重金属在熔渣中的残留程度，按下式计算重金属残留率(RF)[16]：

式中，mS为熔渣中重金属含量(mg/kg)，MS为熔渣质量(kg)，mA为灰中重金属含量(mg/kg)，MA为灰的质量(kg)。
2种焚烧灰熔融后重金属的残留率如图4所示。经红外测温仪测量，熔融过程中熔池温度达到1720∼1750℃，在高温下Pb，Cd等挥发性重金属容易被烟气带入熔融飞灰中[17]。半挥发性重金属Zn部分在氧化气氛下形成热稳定的Zn2SiO4和ZnAl2O4留在渣中[18]，60%以上的都进入熔融飞灰中。Cu容易转化为高沸点(1800℃)的Cu2O，大部分停留在熔渣中。Ni和Cr的沸点分别高达2732和2670℃，而且Cr在高温氧化条件下易转变为稳定的CrO3[19]，因此这2种重金属的残留率都非常高。

图4熔融处理后重金属残留率
从图4还可看出，混合灰熔渣都比底灰熔渣的重金属残留率低，其主要原因是：(1)飞灰中Cl的含量高，有利于重金属在熔融过程中形成沸点更低的重金属氯化物，例如，Zn(沸点1749)℃易转变为ZnCl2(沸点732℃)，同理，Cd，Pb，Cu和Cr易分别转变为CdCl，PbCl2，CuCl2和CrCl3。这些重金属氯化物在电弧炉熔融温度下易挥发，并进入到熔融飞灰及烟气中；(2)熔融过程中飞灰中含量较高的未燃物经燃烧转变为烟气，减少了剩余熔渣的质量，使混合灰熔渣的重金属残留率降低。
4结论
(1)医疗垃圾焚烧底灰主要由复杂的硅酸盐晶体组成，布袋飞灰含有大量的硬石膏、氯化钠晶体，2种熔渣均为无定形非晶态的玻璃熔岩。
(2)医疗垃圾焚烧底灰、混合灰熔融后减容率分别达到78%和80.5%。
(3)熔融前的布袋飞灰浸出液中Cd，Zn，Pb浓度均超过危险废物填埋污染控制标准，熔融后重金属被固化在玻璃熔渣的Si−O网格中，渗沥液中浓度极低，完全符合环保要求。
(4)熔融后2种熔渣中Pb，Cd，Zn的残留率较低，而且混合灰熔渣中残留率均低于底灰熔渣。
参考文献：略