[发明专利]一种复杂体系中重金属氯化物饱和蒸气压的测试方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程领域，特别涉及到复杂体系中重金属氯化物饱和蒸气压的测试方法及装置。

背景技术

高温热处理工业每年会产生大量的飞灰及粉尘，如固体垃圾焚烧后的飞灰，金属冶炼行业在生产过程中产生的粉尘等等。这类物质由于含有过高的对人体有害的重金属如Pb、Cd等而被列为危险物品并需要特殊处理。从目前世界各国所采取的措施来看，熔融处理是一种最有应用前景的处理方法。除了能够高效减容之外，它最大的优点是能够借助于重金属的高挥发性，分离回收某些重金属资源。另外由于在高温下处理时间较长，废弃物内所含有的有毒有机物质如二恶英类可遭到有效破坏，若能将有害重金属挥发分离到一定程度，可达到最终残余物的彻底无害化。因此，在熔融处理这类危险废弃物过程中，为了实现重金属资源的充分循环利用、以及最终残余物的彻底无害化，重金属的最大程度挥发是其必要条件。

热力学上，产生挥发行为的必要条件是物质的饱和蒸气压大于其在气相中的分压，因此饱和蒸气压是决定物质挥发行为的重要热力学参数。前文提到的工业粉尘及飞灰等危险废弃物中，常见的基体组成是CaO、SiO₂、FeO/Fe₂O₃、Al₂O₃等同时含有部分K、Na、S、Cl以及重金属Zn、Pb、Cd等，如下表1所示为某固体垃圾焚烧炉焚烧过程中产生的飞灰成分。熔融处理这类飞灰及粉尘过程中，这些成分构成了一个复杂的多元熔渣/熔盐体系，对于重金属来说，在该熔渣/熔盐体系中的饱和蒸汽压是决定其挥发行为的重要热力学参数。另外，通过饱和蒸气压可掌握其活度信息，进而了解所要探讨的重金属与熔渣/熔盐体系中各成分之间的相互反应机理。

大量研究表明，上述粉尘及飞灰等危险废弃物中经常含有一定量的Cl元素，且高温条件下氯化物是重金属挥发的重要形式。因此，复杂体系中重金属氯化物饱和蒸气压值的获得，对于最大限度分离回收重金属资源、实现危险废弃物彻底无害化具有重要的理论指导意义。

表1某固体垃圾焚烧炉产生的飞灰成分

发明内容：

本发明的目的在于选择一种合适的饱和蒸气压测定方法，并根据复杂体系中重金属氯化物的挥发特点对其加以修正和改进，同时根据测定原理设计完成相应的测试装置，在此基础上较为精确地获得复杂体系中重金属氯化物的饱和蒸气压值。

复杂体系中重金属氯化物饱和蒸气压的测定，其特征在于选用气流携带法为基本方法，并根据实际情况对其加以修正和改进。气流携带法的基本原理是是选定一种惰性气体(即携带气体)在处于测试温度下的试样上方流过，当待测试样的蒸气被携带气体饱和时，混合气体中试样的分压即等于该物质在同温度下的饱和蒸气压。待测样品饱和蒸气压与样品失重关系如下：

P＝ΔWRT/MV_c                (1)

其中：M——挥发气体的摩尔质量，g·mol^-1；

      R——常数，8.314J·K^-1·mol^-1；

      T——温度，K；

      ΔW——失重量，g；

V_c——气体体积；m³。

本发明内容，针对以下两种不同的重金属氯化物生成情况分别进行说明。

(1)只有一种重金属氯化物生成

例如，对于CaO-FeO/Fe₂O₃-SiO₂-Al₂O₃-ZnO-CaCl₂体系中，热力学计算表明在973K-1033K温度范围内Zn只以ZnCl₂一种形式挥发。在该温度范围内选定测试温度T，样品在该测试温度T(K)、以及合适的携带气体流速v(l/min)条件下恒温一段时间t(min)，试验结束后样品在惰性气氛条件下冷却，通过ICP分析方法获得试验前后样品中的Zn含量，进而获得恒温过程中样品内Zn的挥发量ΔW_Zn(g)。由于Zn只以ZnCl₂一种形式挥发，进而ZnCl₂的挥发量ΔW_ZnCl2(g)可由ΔW_Zn(g)计算得到：