摘要：重金属的固定是垃圾焚烧飞灰资源化技术的核心问题。通过系统试验，研究了垃圾焚烧飞灰磷酸洗涤对重金属溶出、后续烧结过程中重金属挥发，以及重金属化学形态变迁的影响。试验结果表明，磷酸洗涤在有效洗脱飞灰中氯盐的情况下，能够显著减少洗涤过程中重金属的溶出，抑制烧结过程中重金属的挥发，从而避免了飞灰处理过程的二次污染；同时，磷酸洗涤使飞灰中的重金属在烧结前后均向更为稳定的化学形态转化，烧结产物中重金属主要以残留态存在，从而提高了烧结产物资源化利用的长期环境安全性。

　　关键词：垃圾焚烧飞灰；重金属；磷酸洗涤；固定；化学形态

　　垃圾焚烧飞灰含有多种重金属，且富集了二恶英类物质[1，2]，是一种对人体健康和生态环境具有极大危害的危险废物，必须进行无害化处理处置。烧结技术能够在较低的烧成温度下破坏二恶英，同时将大部分重金属固定在烧结体内[3]，是一种较为有效的垃圾焚烧飞灰热处理方式。我国垃圾焚烧飞灰含氯量较高，在烧结过程中将引起重金属在高温下大量挥发[4]，同时也不利于烧结产物的强度形成，因而在烧结前必须进行预处理以降低飞灰中氯含量。水洗是一种常见的飞灰预处理操作。但是，单纯水洗有可能使飞灰中的重金属转移到洗涤液中，同时由于脱氯效率有限，仍不足以抑制烧结过程中重金属的大量挥发，从而带来废水处理和废气处理的新问题。因此，有必要在水洗过程中加入一些特效添加剂，在水洗过程中使尽可能多的重金属沉淀于固相中，同时提高烧结过程中重金属的热稳定性。

　　Mangialardi[5]研究了水洗预处理对烧结体内重金属浸出特性的影响，研究表明，尽管水洗预处理会使水洗灰中重金属的浓度进一步富集，然而烧结体中各种重金属的浸出浓度都远远低于标准限值。Ange Nzihou等[6]研究了添加磷酸钙对飞灰重金属的稳定化效果，指出水洗预处理时加入磷酸钙能够将微量的金属元素固定在磷酸钙的基质中，在后续的热处理飞灰过程中，在中高温度(900℃)下生成的羟基磷灰石能够较好地抑制重金属在高温下的挥发。Wang等[7]对水洗时飞灰重金属溶出行为及水洗灰的热稳定性进行了研究，指出水洗脱氯和烧结时生成的铝硅酸盐体系是增强飞灰重金属热稳定性的主要原因。

　　前期试验表明，垃圾焚烧飞灰的高碱度使得单纯水洗时洗涤液的pH值稳定在12～13之间，这会导致Pb、Zn等两性金属大量溶出，造成洗涤液重金属超标。而在洗涤液中加入磷酸钙等盐类也很难将洗涤液的pH值调整在合适的范围内，因此本试验尝试在水洗时加入少量的磷酸，调节洗涤液中pH值在10～12之间，以期进一步提高重金属的固定效果。

　　1试验材料与方法

　　1.1试验材料

　　本试验选用上海某生活垃圾焚烧厂炉排炉(处理规模1000t/d)的焚烧飞灰，该厂烟气处理采用半干法和活性炭处理，并用布袋除尘装置捕集飞灰。试验测得飞灰含水率为0.124%，粒径分布主要集中在20～125μm之间，属于含水率很低的微细粉末。

　　1.2试验方法

　　本试验采用往复式水平振荡机对飞灰进行洗涤预处理，预处理后的飞灰在105℃下烘干至恒重，再经粉末压片机对飞灰挤压成型(成型压力5MPa)，之后进入管式电阻炉内进行烧结，升温速率为10℃/min。试验用到2种灰样：未经磷酸洗涤处理的焚烧飞灰以下简称原灰；磷酸洗涤后的灰样以下简称磷酸灰。

　　采用X射线荧光光谱法(XRF)对飞灰主要组成进行分析测定。对飞灰样品进行消解，测定重金属的含量。重金属的化学形态分析是采用Tan改进后的连续萃取方法[8](表1)，飞灰的用量为5g，其中烧结后的样品在连续萃取之前先经过粉碎处理至100目以下。溶液中重金属浓度用ICP-AES测试分析。

　　表1Tan改进后的连续萃取方法