10.3.1　炉渣的浸出过程

10.3.1　炉渣的浸出过程

焚烧炉渣浸出特性与它的矿物学构成有关，实际上炉渣颗粒构成矿物的溶解与破坏过程交叉控制着炉渣毒性浸出特征。但对炉渣中重金属形态等信息开展研究的实质是以破坏矿物相为手段，着重强调对矿物相的破坏，并且重点考虑由矿物相的破坏所造成重金属的释放，而不是分析实际环境中炉渣矿物相的溶解和破坏过程。只有对矿物相与水溶液的反应过程进行分析和研究，才能对炉渣在应用环境中的重金属释放过程形成系统的认识。

借助强化加速手段来探索矿物相分级溶解，使得自然界中漫长毒性浸出过程能够在实验室用较短的时间来完成，有助于快速分析矿物中重金属浸出规律。然而，强化加速手段虽然可以认识到矿物结构破坏与重金属释放的关系，却不能描述重金属在自然环境中真实的释放过程。它忽略了浸出过程完成的时间尺度，矿物相在不同时间尺度上的行为差异性对于评价它的环境影响尤为重要。因此，有必要把焚烧炉渣浸出过程划分到不同的时间尺度上，分析这些时间尺度上的毒性浸出特征，进而形成炉渣毒性浸出过程全面系统的了解。

1）表面浸出和溶解的初始阶段

在高温环境中，浸出初始阶段会出现焚烧炉渣的表面溶解和扩散等特征。在过去的很多浸出试验中不难发现，初始阶段是一个快速溶解阶段，而后则是缓慢的元素释放与迁移的过程。这个自然环境中的早期分解过程可由连续化学提取中的水溶与可交换态反映，颗粒表面的溶解盐和氧化物均是早期的溶解物，高浓度钙的浸出一般在初始分解过程中发生，溶解物能够快速形成浸出液缓冲体系。初始溶解阶段的主要特征表现为溶解速率高，溶液化学特性由焚烧炉渣本身浸出物形成的缓冲体系控制；在快速溶解阶段，可能出现炉渣表面的盐或重金属的释放高峰，碱性环境的快速形成将进一步对下一阶段焚烧炉渣中主要元素与重金属的浸出行为造成影响。

2）酸溶相的浸出行为

当焚烧炉渣和酸溶液（如酸雨）接触时，初始阶段的炉渣表面溶解物质扩散形成了炉渣缓冲体系；随着时间推移，后续的中和反应逐步消耗了酸中和容量（acid neutralizing capacity，ANC）；对于很多固体废弃物处理环境，假设弱酸性浸出环境（pH值为4～5）是合理的，在这种氛围下，一些在碱性条件下相对不活泼的成分如无定形铁和氧化铝可以溶解到酸性溶液中。

焚烧炉渣的弱酸性环境可将某些特定元素潜在的浸出行为激发出来，在许多固体废物浸出规律评价中，经常使用“有效态”概念来表述特定元素或组分的浸出能力，有效态实际上同焚烧炉渣的弱酸可溶物（如碳酸盐结合态、氯化盐等）是一致的。

3）基体相的分解

一般来说，长期浸出过程主要指的是铝硅酸盐玻璃相和一些不溶于酸的尖晶石相的溶解和扩散，这些物相构成了焚烧炉渣的基体。基体相的主要浸出特点是低分解速率且长期迁移的相转变，在实验中采用很强的酸或碱性条件才能破坏基体相，被基体包裹的重金属元素只能在基体长期化学风化过程中才能逐步迁移至环境。因为基体相分解速率低，通过相对短期的试验室浸出测试来研究基体相的分解是困难的，尽管长期的化学风化过程可能很大程度上改变了炉渣的物理和化学性质，然而目前有关焚烧炉渣长期化学风化研究的数据信息仍较少。

焚烧炉渣毒性的浸出过程和主要特征，如表10-6所示。其中，中和过程和化学风化过程是所有浸出过程中最主要的环节。同时，碳酸化过程是炉渣浸出过程中必须考虑到的，长期化学风化侵蚀导致碳酸盐被转化，碳源由有机碳降解产生，并且碳酸化过程和其酸中和容量是有直接联系的。

焚烧炉渣内部主要化学变化过程控制着炉渣中元素组分的浸出化学行为，例如浸出液的pH值、浸出体系的氧化还原能力、吸附相和复杂的络合物形成等。炉渣内部化学过程与重金属浸出行为之间的关系如图10-6所示。