模拟城市生活垃圾热处理过程中Cd与Pb挥发特性研究

以Cd与Pb为研究对象,在流化床反应器上对模拟城市生活垃圾Al₂O₃热处理过程中重金属的动力学挥发特性进行了研究。分析了氧化还原条件、H₂O、HCl、SO₂及基体Al₂O₃对重金属的挥发特性影响。研究结果表明,Cd具有较强的挥发性,尤其是在通入HCl的情况下,而Pb的挥发程度则较低,同时氧浓度的增加会降低重金属的挥发。Al₂O₃颗粒中重金属的物理化学吸附以及重金属的扩散效应则同样在一定程度上抵制了重金属的释放,而SO₂的通入则在一定程度上促进了Cd与Pb的释放。     

有机固废燃烧/气化过程As、Pb释放特性及热力学研究

在固定床反应器上,研究了不同种类有机固废在800-1100℃不同温度下燃烧/气化过程As、Pb的释放特性以及灰的组成成分,探究了CaO、SiO₂、Al₂O₃对气化过程中重金属As、Pb迁移转化的影响。结果表明,有机固废气化过程As、Pb的释放率整体上随温度升高而升高,且气化过程As、Pb的释放率明显低于燃烧;灰产率随温度升高而降低,灰中主要含有CaO、Al₂O₃和SiO₂;热力学研究表明,在高温下气化过程主要生成气态As和Pb,而燃烧过程则会生成大量的As₂O₃和PbO,As和Pb的单质沸点相比氧化物更高,因此,气化过程As、Pb的释放率比燃烧过程要低;在900℃以下CaO、SiO₂、Al₂O₃会与As、Pb反应生成Ca₃(AsO₄)₂、Ca₂PbO_4...     

利用旋风炉玻璃化处理垃圾焚烧飞灰实验研究

在自行设计的旋风炉实验台上对焚烧飞灰进行玻璃化熔融实验,系统研究了焚烧飞灰熔融前后微观形貌、灰渣中重金属特性和浸出特性。实验结果表明,焚烧飞灰旋风熔融后成黑色的脆硬玻璃态熔渣,表层呈浅黄色。在熔渣中N i、Cr的固溶率最高,均超过95%以上;低熔点重金属多数挥发至熔融烟气和熔融烟道飞灰颗粒中,Cd的固溶率仅有21%,Pb和Zn部分固溶于玻璃态熔渣中,两者固溶率可达42%以上。Cu和As的固溶率分别为37%和18%。熔融后的玻璃态熔渣重金属浸出率明显低于熔融前的焚烧飞灰,且均低于美国EPA的标准限值。     

城市生活垃圾焚烧飞灰重金属的浸出特性

对用流化床焚烧炉混烧垃圾和煤的布袋飞灰进行了重金属的TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)浸出特性实验，探讨了液固比、初始pH值及浸出时间对飞灰中重金属Pb、Cr、Cd、Ni、Cu、Zn的浸出影响。结果表明，重金属的浸出量都随着液固比的增加而增加，其中Cr、Cu一般呈上升趋势，Cd、Ni、Zn在液固比大于20时曲线变化较平缓，Pb的浸出规律比较特殊，有一个明显的波峰和波谷。重金属在浸取液的pH≤2.90时的浸出浓度远远大于pH≥4.03时的浸出浓度。Pb、Cr、Zn随着浸出时间的增加，浸出浓度下降，而Cd、Ni上升，Cu是先上升后下降。在液固比、初始pH值及浸出时间这三个影响因素中，pH值对重金属的浸出影响较大，重金属在酸性环境下较易浸出。     

污泥焚烧中铅的形态转化及脱除的热力学平衡研究

利用热力学平衡模型预测了污泥焚烧过程中铅的形态转化和迁移规律, 并采用系统吉布斯自由能最小的原理对Al₂O₃, SiO₂, TiO₂和CaO 4种吸附剂吸附污泥燃烧中铅的效果进行了模拟计算. 探讨了痕量元素Pb与S, Cl的相互作用及S和Cl的存在对吸附剂与Pb反应的影响. 研究结果表明, 污泥焚烧中Pb的形态转化受到S, Cl及矿物质的影响较大. 有S存在情况下, Pb在低温条件下主要以固态PbSO₄存在, 温度较高时以气态PbO存在; Cl较易和Pb结合形成低沸点的金属氯化物而导致Pb的挥发, 并且Cl含量的增加会加速Pb的挥发. 4种吸附剂对污泥焚烧中Pb都有一定的脱除能力, 其中Al₂O₃可以在较宽温度范围对Pb进行捕集, 而CaO对Pb的化学吸附能力较差. 由于S, Cl与Pb有更强的反应性, 因此S, Cl的存在对吸附剂与铅的反应有抑制作用, 使有效吸附的温度范围变窄, 吸附效率降低, 甚至失去脱除Pb的能力, 并且Cl的影响大于S.     

垃圾焚烧飞灰中重金属的热稳定化条件及机理

研究了生活-农业混合型垃圾焚烧飞灰与单一生活垃圾焚烧飞灰（简称混合型飞灰与单一型飞灰）热处理过程中的重金属挥发特性与稳定化效果，并结合FT-IR、XRD检测手段对稳定化机理进行了探讨。结果表明，单一型飞灰中重金属的挥发性普遍高于混合型飞灰，垃圾源氯含量对重金属的挥发性有明显影响。飞灰中Mn、Cr不易挥发，Zn、Cu较易挥发，Pb、Cd挥发性很强，热处理温度超过1 000 ℃时挥发率都超过50%。800 ℃为相对最优的热处理温度，兼顾了热处理过程重金属稳定化与抑制挥发。800 ℃以上时飞灰形成了稳定的硅酸盐结构体系，是重金属热处理后难以浸出的主要机理。     

添加剂对高碱煤钠迁移和灰分烧结温度的影响

选取三种不同的添加剂（高岭土、SiO₂和Al₂O₃）,研究它们对高碱准东煤钠迁移和灰分烧结温度的影响,并且添加比例为1%-5%。结果表明,三种添加剂的钠捕集效率依次为：高岭土 > SiO₂ > Al₂O₃。钠捕集效率随着添加比例的增加而升高,但受温度影响比较复杂。高岭土的钠捕集效率在600-1000℃先增加后减小,并在900℃达到最大值,其余两种随温度的升高均减小。准东煤灰的烧结温度为803℃,添加高岭土后,烧结温度随添加比例的增加先降低后上升。当添加比例为3%时,因为钙长石和钙黄长石的低温共熔反应而达到最小值。SiO₂的添加比例为5%时,由于透辉石的生成和SiO₂本身的"骨架"作用,烧结温度迅速升高到879℃。Al₂O₃对烧结温度的影响最小。     

生活垃圾流化床热处置中重金属迁移分布研究

在流化床实验装置上研究模拟生活垃圾热解、气化、焚烧等热处置过程中重金属Cd、Pb、Zn及Cu的迁移转化,分析氧化还原气氛及温度对重金属挥发特性的影响。结果表明,高温及还原性条件促进了Cd、Pb及Zn的挥发;而氧化性气氛有利于Cu的迁移。热力学平衡模拟结果表明,金属在氧化和还原气氛下的转化途径不同。在还原性气氛下,金属主要以元素态单质或硫化物的形式存在,其熔沸点高低决定了金属挥发程度。反之,CuCl_3等氯化物的生成促进了Cu在氧化性气氛下的挥发。金属基反应在氧化性气氛下得到加强,提高了Cd、Pb及Zn向气相产物转化的起始温度。进一步考察重金属在不同组分的分布及富集规律,大部分以气相形式挥发的重金属易在降温过程中冷凝并富集于飞灰。气流夹带亦是导致重金属迁移的重要原因,流化床的高气速特性对重金属分布有显著影响。     

城市污水污泥与固体垃圾混烧过程中重金属迁移特性的研究

通过城市污水污泥与固体垃圾合成样品在小型管式焚烧炉内的混烧实验,采集灰渣样品进行XRF化学成分分析和浸出毒性鉴别测试,结合污水污泥焚烧过程中热力学平衡计算,定量表征了污水污泥中Cu、Pb、Zn、 Mn、Ni在焚烧过程中向底灰、飞灰和烟气迁移的特性及对灰渣的毒性影响。研究结果表明,污水污泥混烧显著提高了飞灰和底灰中重金属含量,其中Zn和Pb增加量最大,而Ni、Mn、Cu依次减少;随着有机氯的加入,飞灰中重金属含量呈现递增趋势,其中Zn表现最明显。毒性测试结果显示,污水污泥的混烧也导致了垃圾焚烧飞灰中Zn和Pb的浸出浓度超过中国对危险废物浸出的控制标准值。同时,重金属迁移的热力学平衡模型预测结果与实验结果差距较大。这表明热力学平衡计算方法还需进一步考虑影响重金属氯化物形成的其他因素,如在焚烧过程中反应动力学、焚烧室内氧气含量变化、与其他元素间的化学反应等。     

矿物质氧化物对燃煤烟气中砷/铅的吸附特性研究

选取典型的矿物质氧化物为吸附剂，在两段式固定床反应器中研究了模拟烟气气氛下吸附剂吸附As₂O₃、PbO的特性，吸附反应的原子态密度、吸附位、吸附能等通过密度泛函理论（DFT）计算获得。结果表明，CaO的砷吸附容量最大，900 ℃吸附砷容量为5.25 mg/g；其次是Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃，吸附的砷以As³⁺和As⁵⁺的砷酸盐形式存在，高岭土和飞灰具有较大的PbO吸附容量，最大吸附容量分别为6.69和2.75 mg/g；其次是SiO₂和Al₂O₃，并且50%SiO₂/50%Al₂O₃ 混合吸附剂的铅吸附容量高于单一氧化物，吸附剂表面O原子是As₂O₃的吸附活性位点，吸附剂暴露的不饱和Si和Al原子是PbO的吸附活性位点，此外温度、烟气气氛对吸附容量和吸附产物有显著影响。     

煤中痕量元素在循环流化床锅炉中的迁移行为与富集特性

对天津市某电厂循环流化床(CFB)锅炉燃用的原煤及燃烧产物底灰、飞灰、细飞灰(≤50 μm)进行痕量元素含量的测定,分析了Be、Zn、Hg、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、As、Se、Cd、Pb 13种痕量元素在燃烧过程中的迁移行为,揭示了痕量元素在CFB锅炉中的分配、富集特性。结果表明,CFB锅炉中,较低的炉温对于痕量元素的迁移富集产生了较大的影响。由相对富集系数得知,Be、V、Co、Se在底灰中耗散,在飞灰中富集,Zn、Mn倾向于在底灰中富集,元素Cd、Pb、Ni、Cu挥发性较强,在底灰和飞灰中均是耗散。As受钙氧化物影响,挥发性表现并不明显。Hg在底灰和飞灰中相对富集系数均很低,表明Hg在整个燃烧过程中以气态形式排放;Hg、As、Se、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Pb均有向小颗粒物中富集的趋势。根据相对富集系数以及研究的13种元素在低温CFB锅炉中的迁移行为,将这些元素分为三类:A类(E_R<0.1),主要是以气态形式排放元素Hg;B类(0.1R≤0.85),较易挥发元素As、Be、Ni、Cu、Se、Cd、Pb、Co、V;C类(E_R>0.85),主要残留在固体产物中元素Zn、Mn、Cr。     

Effect of Atmospheres on Transformation of Heavy Metals during Thermal Treatment of MSWI Fly Ash: By Thermodynamic Equilibrium Calculation

The vaporization behaviors of eight heavy metals (Pb, Zn, Cu, Cd, Cr, Co, Mn, and Ni) in municipal solid wastes incineration (MSWI) fly ash during thermal treatment under air atmosphere (21% O₂/79% N₂), an inert atmosphere (100% N₂), and a reducing atmosphere (50% CO/50% N₂) were evaluated based on a thermodynamic equilibrium calculation by FactSage 8.1. The results show that the reducing atmosphere promotes the melting of MSWI fly ash, resulting in a more liquid phase than in air or an inert atmosphere. Except for Cd, the formation of liquids can dissolve heavy metals and reduce their vaporization ratio. In the air and inert atmospheres, Pb, Zn, Cu, Co, Mn, and Ni vaporize mainly in the form of metallic chlorides, while Cd volatilizes in the form of metallic Cd (g) and CdO (g). In the reducing atmosphere, Co, Mn, and Ni still vaporize as chlorides. Zn and Cd mainly vaporize in the form of Zn (g) and Cd (g), respectively. In terms of Pb, in addition to its chlorides, the volatiles of Pb contain some Pb (g) and PbS (g). Cr has a low vaporization ratio, accounting for 2.4% of the air atmosphere. Cr, on the other hand, readily reacts with Ca to form water-soluble CrCaO₄, potentially increasing Cr leaching. Except for Cd, the results of this study suggest that the reducing atmosphere is used for the thermal treatment of MSWI fly ash because it promotes the melting of fly ash and thus prevents heavy metal vaporization.     

灰中酸性成分对灰熔融温度的影响

搜集并统计了世界129种典型煤种、城市污水污泥及污泥/煤混烧灰样的灰成分及灰熔融特征温度等相关数据,研究灰中酸性成分SiO2、Al2O3、TiO2和P2O5对灰熔融特性的影响。结果表明,Al2O3是决定灰熔点的主要因素,酸性金属氧化物SiO2、Al2O3和TiO2形成的耐熔矿物质石英、偏高岭石、莫来石、金红石等可提高灰熔点。非金属氧化物P2O5与污泥和污泥/煤的灰熔点FT二次拟合很好且明显降低熔点,污泥灰中P2O5含量显著高于煤灰是导致其熔点明显低于煤的重要原因。     

高温气化条件下Na_2O对煤灰中矿物质演化行为的影响

利用XRD和FT-IR考察了高温弱还原气氛下Na_2O对两种硅铝含量不同的煤灰中矿物质组成的影响,揭示了Na_2O影响煤灰熔融特性的本质。通过Fact Sage计算了高温下矿物质反应的ΔG,探讨了Na_2O影响煤灰中矿物质组成的机理。结果表明,Na_2O对煤灰矿物质组成的影响与原煤灰的硅铝含量密切相关。硅铝总含量82.89%的煤灰,Na_2O含量为5%-20%时,钠长石和霞石的生成是煤灰熔融温度降低的主要原因;当Na_2O含量大于20%时,导致煤灰熔融温度降低的原因是霞石的生成。硅铝总含量47.85%的煤灰,Na_2O含量小于10%时,没有含钠矿物质生成;当Na_2O含量大于10%时,主要生成菱硅钙钠石、青金石和含钠的硅铝酸盐矿物,导致煤灰熔融温度降低。Fact Sage计算表明生成含Na矿物质反应的ΔG较小,其在高温下更容易发生。     

The nature of the surface site for isocyanate produced in the reaction of ammonia and carbon monoxide over supported catalysts

The reaction of CO and NH₃ was performed over M/X (M=Rh, Ru, Pd; X=Al₂O₃, SiO₂, TiO₂) films. Infrared spectroscopy was used to monitor the formation of surface intermediates. Isocyanate (NCO) was detected for all of the metals when the support was Al₂O₃ or SiO₂, but not for TiO₂. The NCO resided on the Al₂O₃ support for all M/Al₂O₃ catalysts, but on the metal when the support was SiO₂. It was concluded that the formation and location of the NCO was dependent upon the extent of NH₄⁺ formation on the various supports.