焚烧飞灰水热合成托贝莫来石过程中重金属的固化特性

作者：李潇鼎; 田书磊; 吴宗儒; 吴骞; 王嵯; 周睫雅; 周秀艳^*; 吴昊^*

来源：环境工程技术学报, 2023, 1-14.

• 垃圾焚烧飞灰
• 托贝莫来石
• 无害化
• 水热处理
• 浸出毒性

城市生活垃圾焚烧飞灰的环境安全利用处置已成为当前环境管理部门和行业部门亟待解决的问题。为降低焚烧飞灰中重金属对环境的潜在风险，以水洗飞灰为原料水热合成托贝莫来石，探讨了Ca/(Si+Al)（摩尔比）对水热产物的晶相组成、微观形貌和表面官能团的影响，研究了水热过程中重金属（Hg、Ni、Pb、Zn和Cr）的浸出浓度、浸出率、液相迁移率、形态分布和环境风险的变化。结果表明：Ca/(Si+Al)对水热产物的类型具有重要影响，Ca/(Si+Al)的增加有利于抑制沸石类结构的生成，促进托贝莫来石的形成。随着托贝莫来石的形成，水热产物中5种重金属的毒性浸出浓度和浸出率逐渐降低，相较于水洗飞灰，在最佳比例（1.1）条件下的水热产物中重金属的浸出浓度分别下降99.5%、99.0%、99.4%、88.9%和63.7%，浸出率低至0.25%、0.08%、0.01%、0.01%和2.73%，同时重金属向液相的迁移率仅为1.41%、4.28%、0.29%、0.05%和0%，表明大部分重金属均稳定的存在于固相产物中，而不是迁移至水热液中。这归因于托贝莫来石的形成增加了5种重金属残渣态的占比，降低了重金属的迁移性。风险评价指数（risk assesssment code，RAC）结果显示，最佳比例条件下水热产物中5种重金属的RAC均低于10%，达到环境低风险水平。综上，水热合成托贝莫来石是一种稳定焚烧飞灰中重金属很有前景的方法，为富含重金属的危险废物的安全处置和回收利用提供了一种可行的替代方案。

• 单位
  东北大学; 土木工程学院; 环境基准与风险评估国家重点实验室; 材料学院; 中国环境科学研究院