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摘要
生物质发电锅炉产生的飞灰一般用作建筑原料和肥料生产的辅料，然而飞灰中的有害成分会降低建筑材料的稳定性以及造成农田重金属富集。因此，飞灰原料的预处理和改善适用性成为关键问题。本研究以生物质电厂飞灰为原料，筛分得到粒径<0.2 mm的细灰，将细灰与去离子水配制浆液，采用超声辅助浸出、过滤处理；考察超声时间、浆液温度、固液质量比对宏量金属元素K、Na、Zn、Ca，以及四种微量重金属元素Co、Cr、Ni、Pb的浸出的影响规律，并探索适宜的操作参数。试验采用的细灰富含CaO、SiO2和K2O。对于宏量金属元素，超声时间1～30分钟，随着时间延长金属元素浸出浓度和浸出量增大且趋向恒定，而Ca2+由于发生碳酸化反应而先增大后缓慢减小。浆液温度25～70℃范围内，浆液浸出生成Ca2+离子和碳酸盐化受温度影响尤其显著，Ca2+浸出浓度呈现先增大后减小，其他金属元素浸出浓度随着浆液温度而升高，其浸出量均呈现增大。固液质量比1:3～1:6范围内，随着固液质量比减小，金属元素的浸出浓度降低，而金属元素的浸出率增大。在超声时间为20 分钟、浆液温度为50 ℃、固液质量比为1:5时，钾元素浸出率达到47.22%。超声时间、浆液温度和固液质量比对于微量重金属元素的浸出过程存在一定影响，在试验探索的参数范围内重金属浸出率和浸出量维持在很低的水平。典型操作参数：超声时间30分钟、浆液温度为25 ℃、固液质量比为1:5时，钴（Co）、铬（Cr）、镍（Ni）和铅（Pb）四种重金属元素浸出率分别低于0.1%，0.3%，0.05%和0.1%。综合考虑技术系统实施和运行成本，适宜的超声时间为15～20分钟、浆液温度为40～50 ℃、固液质量比为1:3～1:5。通过对比超声处理的浸出液和残渣中关键碱金属元素、硫和氯元素，宏量可溶性元素大量迁移至滤液中，且微量重金属含量极低，浸出液用作肥料和土壤调节剂具有现实意义。由于可溶性碱金属盐以及氯化物的滤出，残渣中含量明显减少，这有利于将其用作工业建材原料。本研究结果期望为生物质电厂飞灰的预处理和高效利用提供理论参考。
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