1.2 实验方法

 

　　1.2.1 加速碳酸化实验装置 本研究加速碳酸化反应装置为自制实验装置，如图1所示，根据实验要求将CO2、N2气体（分析纯）按照一定比例通入混和罐中，调节适宜流量将混合气体通入反应器中与飞灰体系进行碳酸化反应。

 

　　1-恒温水浴磁力搅拌器；2-带孔橡胶塞试剂瓶；3-橡胶管；4-尾气处理；5-气体流量计；6-混合罐；7-压力表；8-金属管浮子流量计；9-调节阀；10-N2钢瓶；11-CO2钢瓶

　　图1加速碳酸化实验装置

 

　　1.2.2 飞灰含水率的测定 称量样品飞灰M0=100g于干燥具盖器皿中，置于真空干燥箱中在105℃下干燥24h，取出再次称量记为M1，计算飞灰含水率。

 

　　含水率W0计算公式：

 

　　W0（%）=（M0-M1）/M0×100

 

　　其中，M0—样品飞灰质量；

 

　　M1—干燥后飞灰质量。

 

　　1.2.3 原焚烧飞灰浸出毒性实验 根据中华人民共和国国家标准《固体废物浸出毒性浸出方法翻转法》（GB5086.1-1997）进行毒性浸出实验，称取干基试样70.0g，置于1L浸取容器中，加入700mL蒸餾水，盖紧瓶盖后固定在搅拌机上，调节转速为（30±2）r/min，在室温下翻转搅拌浸取18h后取下浸取容器，静置30min，通过45μm滤膜过滤并收集全部浸出液，摇匀，利用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）测定浸出液中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb等重金属浓度，实验结果见表1。

 

　　

 

　　1.2.4 单因素对飞灰碳酸化效果影响及正交优化 称取质量均为200g飞灰样品置于反应器中，设置反应参数后测定pH后进行单因素实验，探讨碳酸化反应时间、反应温度、液固比和CO2浓度等因素对飞灰中重金属Pb浸出特性的影响，实验参数见表1。

 

　　反应达到设定时间后，关闭气体停止实验，打开反应器并测定pH。将混合物抽滤后固体置于真空干燥箱中105℃下干燥24h，取出密封保存供分析用。根据单因素实验结果，选取具有代表性的反应条件设计四因素三水平正交实验找出碳酸化最优反应条件，并考察各因素对Pb浸出的影响程度。

 

　　1.2.5 碳酸化产物浸出毒性实验 将1.2.4得到的样品根据国标《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（GB/5086.2-1997）进行毒性浸出实验，称取干基试样30g置于500mL的锥形瓶中，采用液固比为10L/kg加入300mL蒸馏水，盖紧瓶盖后垂直固定于往复式水平振荡器上（频率为110±10次/min，振幅为40mm）。在室温震荡8h，样品静止16h后取下。通过45μm滤膜进行过滤，收集全部浸出液，摇匀，立即测定溶液pH，利用火焰原子吸收（AAS）测定浸出液中重金属Pb浓度，仪器型号为ZEEnit德国耶拿700P。

 

　　1.2.6 X射线衍射（XRD）与扫描电镜（SEM） 将原始飞灰与具有代表性的碳酸化后飞灰样品进行X射线衍射（XRD）与扫描电镜（SEM）实验，分析工业危险废物焚烧飞灰与CO2反应前后的内部成分及表观形态变化。实验所采用的设备是TD-3500型号X-射线衍射仪和S-4500场发射扫描电镜。

 

　　2 结果与分析

 

　　2.1 含水率的测定 本研究称取工业危险废物焚烧飞灰样品M0=100g，干燥后称量M1=99.06g，经计算飞灰含水率为0.94%。飞灰是由高温焚烧收集的底物，故含水率较低。

 

　　2.2 原飞灰浸出毒性 表2给出飞灰样品中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb等重金属浸出浓度，由表2可知，原飞灰样品中重金属Cd、Pb浸出浓度在危险废物鉴别标准以上，飞灰为危险废物。重金属Pb浸出浓度严重超过填埋场入场控制标准，高达288.40mg/L，是由于工业生产原料中含铅较高所致。因此，飞灰不得被直接填埋，须进行处理后符合填埋标准方可填埋。

　　2.3 单因素对焚烧飞灰加速碳酸化的影响及正交优化

       2.3.1 反应时间对重金属Pb稳定化效果的影响 图2给出碳酸化反应时间对重金属Pb浸出影响，由图2可知，碳酸化反应时间1h，不足以将Pb浸出控制在填埋场入场控制标准以下。增加到2h，飞灰中的重金属离子Pb2+浸出浓度有明显下降，可降至大约0.19mg/L，已远在填埋场控制标准以下。

 

　　

 

　　反应时间2～6h，重金属Pb浸出浓度趋于稳定，反应时间在3h时，浸出浓度最低降至0.02mg/L。原灰中的CaO与水反应生成Ca（OH）2再与CO2反应，生成了CaCO3，晶体包覆使得飞灰中的重金属Pb浸出明显下降。由于初始飞灰中含有大量CaO，与水反应生成Ca（OH）2使得浊液呈强碱性，初始pH在13～14左右。随着碳酸化的进行，Ca（OH）2吸收CO2生成CaCO3，使得反应后体系酸碱度的下降，结果表明，碳酸化后体系pH可降至7左右。