焚烧飞灰中典型重金属氯化物高温挥发机理研究

论文摘要

含重金属的废物量大面广,国家危险废物名录中含重金属的废物占18类。废物焚烧飞灰就是一种富含高浸出毒性的重金属以及高毒性当量的二恶英类化合物的危险废物,必须进行妥善处理处置。焚烧飞灰高温处理方法因其减量显著、稳定性高、可实现资源化利用等优势成为焚烧飞灰处理领域新的研究热点。我国垃圾焚烧飞灰氯含量明显高于其它国家和地区的8～15%的范围,最高可达30%,因此研究重金属氯化物在热处理过程中挥发行为便具有突出意义。本文即针对此点从热力学和动力学两个方面对Cu、Pb、Zn和Cd四种重金属的氯化物高温挥发过程进行研究。本文首先利用Gibbs自由能判据等热力学理论分别从定性和定量的角度对CuCl2、PbCl2、ZnCl2和CdCl2四种重金属氯盐在空气气氛和氮气气氛下的高温挥发过程进行理论预测,找出了四种重金属氯盐挥发过程的主要反应,并得出不同温度下重金属元素在反应体系中的热力学平衡分布。其次,利用热重差热分析仪研究四种重金属氯盐的高温挥发过程,考察了气氛、加热速率等因素对失重率、反应机理的影响。实验结果验证了热力学的分析结果并发现:随着升温速率的升高,挥发反应的TG和DTG曲线普遍向高温方向移动;空气气氛下四种重金属氯盐的挥发率明显低于氮气气氛下的挥发率。最后,结合热力学分析结果,根据热分析实验所得的TG曲线,利用非等温挥发动力学的基本原理,得到了CuCl2、PbCl2、ZnCl2和CdCl2不同气氛下的反应动力学模型,并通过补偿效应和不同升温速率下的失重率数据对所得的动力学模型进行了验证,结果表明:所得动力学模型满足补偿效应;且用所得动力学模型模拟计算的其它工况下的TG曲线与热分析实验结果有很好的相似性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 生活垃圾焚烧飞灰的产生
• 1.2 垃圾焚烧飞灰的理化特性
• 1.2.1 基本物理性质
• 1.2.2 基本化学性质
• 1.3 重金属等主要污染物及污染特性
• 1.3.1 焚烧飞灰中的重金属总量
• 1.3.2 焚烧飞灰中重金属的化学结合形态
• 1.3.3 焚烧飞灰中重金属的浸出毒性
• 1.3.4 二恶英污染物特征
• 1.4 重金属污染物的危害
• 1.5 本文研究内容及意义
• 第2章 重金属在焚烧飞灰高温处理过程中的迁移研究进展
• 2.1 焚烧飞灰中重金属的稳定化技术
• 2.1.1 高温处理技术
• 2.1.2 水泥、石灰固化处理技术
• 2.1.3 化学方法稳定化技术
• 2.1.4 用酸或其他溶剂提取法
• 2.2 高温处理过程重金属的迁移机理研究进展
• 2.2.1 重金属的稳定化机理
• 2.2.2 重金属的挥发机理
• 2.2.3 Cl 元素对重金属挥发的影响
• 2 对重金属挥发的影响'>2.2.4 CaO/SiO₂对重金属挥发的影响
• 2.3 本章小结
• 第3章 重金属氯盐挥发反应热力学分析
• 3.1 热力学分析基本理论
• 3.1.1 反应的可能方向和进行程度的判定
• T^o 的求取'>3.1.2 反应的自由能变化ΔG_T^o的求取
• 3.1.3 Gibbs 自由能最小化法求取反应物平衡浓度
• 3.2 重金属氯盐高温挥发的热力学分析
• 2 高温挥发的热力学分析'>3.2.1 CuCl₂高温挥发的热力学分析
• 2 高温挥发的热力学分析'>3.2.2 PbCl₂高温挥发的热力学分析
• 2 高温挥发的热力学分析'>3.2.3 ZnCl₂高温挥发的热力学分析
• 2 高温挥发的热力学分析'>3.2.4 CdCl₂高温挥发的热力学分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 重金属氯盐高温挥发热分析实验研究
• 4.1 重金属氯盐高温挥发热分析实验
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验方案
• 4.2 重金属氯盐的挥发反应特性分析
• 4.2.1 空气气氛下重金属氯盐挥发反应特性分析
• 4.2.2 氮气气氛下重金属氯盐挥发反应特性分析
• 4.3 升温速率对重金属氯盐挥发特性的影响
• 4.3.1 空气气氛下升温速率对重金属氯盐挥发特性的影响
• 4.3.2 氮气气氛下升温速率对对重金属氯盐挥发特性的影响
• 4.4 挥发气氛对重金属氯盐挥发特性的影响
• 2 挥发特性的影响'>4.4.1 挥发气氛对CuCl₂挥发特性的影响
• 2 挥发特性的影响'>4.4.2 挥发气氛对PbCl₂挥发特性的影响
• 2 挥发特性的影响'>4.4.3 挥发气氛对ZnCl₂挥发特性的影响
• 2 挥发特性的影响'>4.4.4 挥发气氛对CdCl₂挥发特性的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 重金属氯盐高温挥发本征动力学研究
• 5.1 动力学相关理论
• 5.1.1 动力学基本理论
• 5.1.2 动力学参数（“三因子”）的确定
• 5.1.3 动力学模型的验证
• 5.2 氯化铜高温挥发本征动力学模型研究
• 2 高温挥发本征动力学模型研究'>5.2.1 空气气氛下CuCl₂高温挥发本征动力学模型研究
• 2 高温挥发本征动力学模型研究'>5.2.2 氮气气氛下CuCl₂高温挥发本征动力学模型研究
• 5.3 氯化铅高温挥发本征动力学模型研究
• 2 高温挥发本征动力学模型研究'>5.3.1 空气气氛下PbCl₂高温挥发本征动力学模型研究
• 2 高温挥发本征动力学模型研究'>5.3.2 氮气气氛下PbCl₂高温挥发本征动力学模型研究
• 5.4 氯化锌高温挥发本征动力学模型研究
• 2 高温挥发本征动力学模型研究'>5.4.1 空气气氛下ZnCl₂高温挥发本征动力学模型研究
• 2 高温挥发本征动力学模型研究'>5.4.2 氮气气氛下ZnCl₂高温挥发本征动力学模型研究
• 5.5 氯化镉高温挥发本征动力学模型研究
• 2 高温挥发本征动力学模型研究'>5.5.1 空气气氛下CdCl₂高温挥发本征动力学模型研究
• 2 高温挥发本征动力学模型研究'>5.5.2 氮气气氛下CdCl₂高温挥发本征动力学模型研究
• 5.6 本章小结
• 结论
• 附录Ⅰ Gibbs 自由能最小化计算程序清单
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文及研究成果