工业窑炉共处置危险废物过程中重金属高温挥发特性研究——以烧结机共处置为例
随着我国工业的发展及经济的快速增长，危险废物的数量也正不断地增加。对此，近十年来正逐步发展起来的高温工业窑炉特别是水泥窑共处置已日益成为危险废物无害化、资源化处理处置的方式之一。与此同时，同样作为高温工业窑炉之一的烧结机，其内部的高温特性及稳定的工作状态等特点也为共处置时废物的分解提供了可能，然而，在废物的共处置过程中，由原料和废物等引入的重金属挥发逸散进而引起的环境安全性问题也会成为人们关注的焦点。 本文的课题来源是环保公益性行业科研项目“工业窑炉共处置危险废物环境风险控制技术研究”。实验中选择Pb、Zn、Cd三种重金属的三种化学形态化合物以及As2S3来代替危险废物，依次开展了重金属化学试剂的热重分析实验，将其按一定的比例均匀掺入到烧结矿原料中后进行的共处置煅烧实验以及煅烧产物烧结矿的消解实验，采集并分析了煅烧烟气和煅烧所得烧结矿中重金属的总量，以此研究它们在烧结机共处置煅烧过程中的挥发特性，最后结合化学反应动力学知识对重金属的挥发规律进行了动力学模拟，得到了如下结果: (1)热重分析实验结果表明，Pb、Zn、Cd三种重金属的三种化学形态化合物以及As2S3之间的热重分析实验结果差异较大，大部分化学试剂开始出现急剧挥发的温度都与其熔点相接近，但整个急剧挥发的温度区间并不是该种化学试剂从熔点到沸点的温度区间，且每种化学试剂的急剧挥发温度区间也不尽相同。 (2)烧结机共处置煅烧实验结果表明，As的挥发率则是随着温度的升高以及时间的增加而逐渐减小，当温度为1200℃时共处置30分钟后其挥发率仅为6.28％，研究表明这是由于As与烧结矿原料中Ca发生反应生成了更难挥发的Ca3(AsO4)2而固化下来所致，且温度越高越有利于固化反应的进行。对Pb、Zn、Cd三种重金属，无论其初始形态是氯化物、氧化物或是硫化物，其挥发率都是随着温度的升高以及时间的增加而逐渐增大。 (3)煅烧产物烧结矿的消解实验结果表明，共处置煅烧时As以固化反应为主，温度越高固化率越大，这与其挥发规律相符，1200℃条件下共处置煅烧30分钟后其固化率达93.72％，最终的结果是As被有效地固定在产品烧结矿之中。而Pb、Zn、Cd三种重金属，无论其初始形态是氯化物、氧化物或是硫化物，在共处置过程中其固化率都是随着温度的升高及时间的增加而逐渐减小，并与挥发规律相符。 (4)对Pb、Zn、Cd三种重金属在烧结机共处置过程中的挥发规律进行动力学模拟，模拟结果较好。从化学反应活化能E大小的角度来判断可知，在烧结机共处置过程中，就挥发性而言有:PbO＞PbS＞ PbCl2;ZnCl2＞ZnS＞ZnO; CdS＞CdCl2·2.5H2O＞CdO。通过实验所得动力学方程，可以预测计算出在烧结机共处置过程中Pb、Zn、Cd三种重金属的挥发率，从而有效地控制添加含该类重金属危险废物进行共处置的量，最大限度地减小由于重金属的挥发对人体健康及环境造成的危害。
工业窑炉;危险废物;重金属挥发;环境风险;共处置过程;动力学模拟
重庆交通大学
硕士
土木工程；市政工程
杨延梅;闫大海
2015
中文
X705;X131
70
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）