中文摘要：

近年来，我国重金属污染事件呈高发事态，焚烧飞灰是"十二五"期间重金属污染防控必须重视的对象。热提取焚烧飞灰中重金属是有效实现飞灰无害化、资源化的技术，但飞灰在热处理过程中氯化物脱氯途径及其诱导重金属挥发等机理问题，尚不明确。本项目综合采用X射线吸收精细结构（XAFS）、电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）、热力学等分析方法，定量分析飞灰、热处理残渣及挥发物中氯及其重金属含量，解决物料平衡等关键科学问题。系统研究热处理过程中飞灰中氯化物脱氯途径与氯化物种类、温度和蒸气压等工艺参数的响应关系，结合飞灰和挥发物中金属化合物赋存形态，利用吉布斯自由能理论计算热处理过程中氯化物与重金属的化学反应途径，建立重金属挥发动力学模型，揭示氯化物诱导重金属挥发机制。该项目研究成果将会加快突破飞灰中重金属热提取技术的产业化瓶颈，为建立健全飞灰无害化和资源化技术管理体系奠定理论基础。

结论摘要：

本文充分利用飞灰中重金属在高温处理过程中易挥发这一特性，对飞灰中高含量的Pb、Cd、Cu、Zn等重金属进行高温热分离研究，重金属挥发物随烟气一起冷凝形成二次飞灰。经高温热分离技术处理后的飞灰可作为普通废物填埋或建筑原材料，而二次飞灰中的重金属含量较高，相当于一种特殊的重金属富矿，可作为冶金原料。通过热分离工艺参数优化，确定了温度和时间为焚烧飞灰高温热处理的主要影响因素，而气氛和进气流量对重金属的挥发影响不显著。从重金属挥发效率和节能角度考虑，其最佳挥发温度和时间分别为1000℃和120min，此时重金属Pb的挥发率高达99.7%，Cd和Cu的挥发率达89.7%和77.9%，Zn仅为53.2%；若提高温度和延长热处理时间，可使Pb的最大挥发率接近100%，Cd、Cu分别高达98%和95%以上，而Zn也能达到90%以上。实验通过添加不同种类的氯制剂（CaCl2、MgCl2、AlCl3、FeCl3和NaCl）对重金属热分离的氯化反应机理进行了深入地探讨，并以氯制剂“平衡分压”和“反应的吉布斯自由能函数变”两种理论对氯化反应机理进行了解释。为了进一步验证氯化反应机理的正确性和科学性，本文采用人工配灰模拟实验对氯化反应机理进行了验证，结果发现模拟实验曲线与飞灰实验曲线非常拟合，从而验证了氯化反应机理的正确性。 在飞灰“热重分析”实验数据的基础上，利用Friedman和Ozawa法对飞灰热重测试结果进行了分析，并采用三步连串反应模型A --(Fn)--> B --(Fn)--> C --(Fn)--> D对飞灰热力学进行模拟，得到模型v=kcn=Ae-E/RTcn；并在氯化反应机理的基础上，建立了重金属热分离动力学模型C=Cg(1-e-kt/h)。与原灰相比，二次飞灰中重金属Pb、Cu、Zn和Cd的含量大幅度提高，其中Pb的质量百分含量高达10%；Cu和Zn的质量百分含量也高达5.7%和8.7%，与矿石的工业品位相近，说明二次飞灰可作为金属矿藏。物相分析表明二次飞灰中主要由Cl、Pb、Cu、Zn、K组成，占总量的98.1%，其中Cl约占了40%左右；二次飞灰中还存在大量金属氯化物，如PbCl2，这进一步验证了飞灰中重金属在高温热处理过程中主要以氯化物形式挥发的反应机理。 研究表明，飞灰中重金属的挥发行为主要由氯化物诱导。