10.3.3 重金属浸出特点
影响焚烧炉渣中重金属浸出的因素主要有固相物质本身的性质（固相颗粒的粒径、比表面积及矿物组成）、浸取剂的种类、浸取剂的浓度、pH值、固液接触方式（有无搅动、有无物质更新等）、浸取时间、液固比等，以及在浸取过程中是否发生络合、氧化还原化学反应等。
1）浸出方法
表10-7出示了4种毒性浸出标准方法中操作方法和实验参数的具体规定。这4种浸出方法分别是：固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法（HJ 557—2009），固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法（HJT 299—2007），美国环保署（USEPA）方法（TCLP）和欧盟的EN 12457-3。
表10-7 4种毒性浸出方法的操作方法和实验参数
水平振荡法以去离子水作为浸取剂，采用相对温和的水平振荡方式，且浸出时间短，静置时间长。基于水平振荡法，很多研究文献表明，垃圾焚烧炉渣中大多数重金属的浸出浓度都低于ICP-MS的检出限，说明炉渣在受到地下水或地表水浸沥时，重金属的浸出量在安全范围以内，不会造成地表水污染。
采用硫酸硝酸法进行炉渣毒性浸出实验，有文献表明，重金属Cu、Zn和Ni的浸出浓度明显高于TCLP法测得结果，且远高于欧盟EN 12457-3法获得的浸出量。这可能是由于使用不同的浸取剂影响了浸出过程化学反应，如氧化还原反应、络合反应等。以硫酸硝酸为浸取剂，pH值较小，强酸性有利于重金属的浸出；以醋酸/醋酸钠缓冲液为浸取剂，络合作用对金属浸出的影响明显，且浸出后体系的酸度变化幅度较小，重金属的浸出量较高。重金属在酸性条件下有更强的溶解性，因此在酸性环境中，重金属有形成可溶性氧化物的趋势：重金属Zn和Pb容易形成可溶性羟基金属化合物，Cd、Cr易形成含氧酸阴离子。欧盟EN 12457-3法以相对温和的去离子水作为浸取剂，浸出的重金属量相对较少。
2）pH值
很多文献已经证明，pH值是影响重金属浸出的一个非常重要的因素。目标重金属的浸出特性，不同浸取剂有着相似的规律，即在碱性和中性环境下浸出很少，而在酸性环境下，随pH减小，重金属的浸出有明显增加。个别重金属如As、Zn、Pb在强碱性环境下的浸出特性与其他重金属存在着较大差异，即当pH值超过12.99后，它们的浸出浓度有较大提高，在pH值为13.90时，甚至超过了固体废物浸出毒性鉴别标准，而其他重金属在碱性环境下的浸出接近于0。
不同pH值条件下炉渣中各重金属浸出特性的差别，由重金属自身化学特性的不同造成。在pH值处于中性范围时，炉渣中水溶性金属氯化物的浸出，随着酸度的提高而不断增大。
以Pb和Cd为例：
当浸取剂pH值向碱性变化时，金属离子浸出浓度有下降趋势，这是因为金属离子会与OH-反应生成氢氧化物沉淀。
当浸出液中OH-含量继续升高时，由于Pb、Zn的氧化物和氢氧化物是两性的，可溶于过量的NaOH溶液生成NaPb（OH）3和Na2Pb（OH）4：
另外，难溶于水的PbSO4也能与过量的NaOH溶液反应生成Na2Pb（OH）2SO4：
故随着NaOH浓度升高，浸出液中Pb2+浓度逐渐增加。而Cd（OH）2不是两性的，不能溶于NaOH溶液，所以Cd2+浓度并未随NaOH浓度的改变而改变。
近年来，我国酸雨区面积正不断扩大，生活垃圾焚烧炉渣若处理不当，经过酸性降雨的冲刷和浸泡，含有重金属的渗滤液将污染水体或土壤，同时重金属存在形态改变，重金属迁移速率加快。
3）酸溶浓度
烘干后的炉渣分别用不同浓度的盐酸、硝酸、硫酸、醋酸进行酸溶，相关实验结果表明，盐酸、硝酸、硫酸最适的酸溶浓度为4 mol/L，醋酸最适酸溶浓度为8 mol/L。研究表明：盐酸酸溶后的残渣中，除Fe、Mn的比重增加外，其余金属的比重均减少，特别是Pb、Cd、Mg的溶出率均为90％以上；硝酸酸溶后的残渣中，除Cu、Pb溶出率分别仅有42.9％、63％外，其余金属均可达到85％以上的浸出率，特别是对Mg浸出率可达到99％；硫酸酸溶后的残渣中，Fe的比重增加，Cd溶出率最大仅为90％，Cu、Zn、Pb、Mg、Mn溶出率均低于86％；醋酸的浓度4 mol/L时，酸溶残渣中，除Cd溶出率可达到100％外，其余金属的溶出率均低于80％。
4）炉渣颗粒大小
重金属浸出毒性与样品颗粒大小也有着密切关联性。颗粒尺寸较小的炉渣浸出液中，重金属浓度高于较大粒径炉渣，特别是Cu和Zn。样品的表面积/体积比、平均粒度和材料内部的孔隙结构，决定着从固相到液相的溶解所处的表面积。随着炉渣颗粒粒度减小，样品与浸取剂的接触面积增大，组分中的重金属浸出含量增加，而且小粒度炉渣中活性态重金属略高，综合这两方面的原因，使得小粒度炉渣颗粒可浸出的重金属高于大粒度炉渣颗粒。
5）浸出时间
浸出时间长短对重金属浸出规律具有不同程度影响。浸出液pH值随着浸出时间而变化，尤其是在最初的2～4 h浸出液的pH值变化较大，但随着浸出时间的增加其变化趋势逐渐变缓。有研究表明，焚烧炉渣中Hg的浸出浓度随着浸出时间增加而增加；Cr浸出浓度则随着浸出时间的增加先上升，30 h达到其最大浸出浓度，其后逐渐减小；Cd、Cu、Pb、Ni、Mn在浸出时间2～6 h内，浸出浓度逐渐减小，此后基本保持不变。
6）液固比
参照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（HJ 557—2009），分别向炉渣中加入5、10、20、30、40和50倍炉渣质量的去离子水溶液和pH值为2.88的醋酸缓冲溶液，对炉渣进行毒性浸出测试。不同液固比对焚烧炉渣中重金属的浸出具有一定的影响。在研究范围内，较小液固比时，炉渣浸出液中重金属Pb、Cr、Cd和Zn的质量浓度较高；随着液固比增加，在浸取剂稀释作用下，重金属的浸出质量浓度逐渐降低，但是总浸出量一直增加，其主要原因是随液固比增加，浸出液的pH值降低，促进炉渣中酸溶性成分的溶出。但液固比增加到一定程度时，因溶液中固相的比例太小，浸取剂的稀释作用占主导地位，重金属的浸出质量浓度下降。尽管各重金属的浸出质量浓度与液固比的变化规律不同，但是各重金属浸出总量随液固比的变化规律却相同，均随液固比的增加而增加，直至达到最大浸出量，此后浸出量不随液固比变化。
7）温度
在水平振荡毒性浸出实验中，采用水浴加热调节蒸馏水水温，温度分别为20℃、40℃、60℃、80℃、100℃。结果显示，水温对炉渣中重金属Zn、Cu的浸出率影响不大，但对重金属Pb、Hg和Cd的浸出率有一定影响。这可能是因为温度越高，溶液体系中分子活动越剧烈，从而促进炉渣中重金属溶出。另外，采用温度为20℃、40℃、60℃、80℃的硝酸进行淋洗实验，实验过程采用水浴加热调节温度。结果显示，炉渣中重金属Hg浸出率在最高酸洗温度为80℃时达到最大47％。随着酸洗温度增加，炉渣中重金属Hg的浸出率逐渐增大，说明酸洗温度能增加炉渣中重金属Hg浸出水平，这是由Hg的离子形态变化决定的。但炉渣中重金属Zn、Cu、Cd、Pb在温度变化条件下，浸出率基本保持不变。总体看来，温度对炉渣中重金属影响很小。炉渣试样中重金属Hg含量较少，其浸出浓度低于危险废物浸出毒性限值，综合以上情况，选取最佳酸洗温度为常温20℃。
8）高静压压制
在高静压压制炉渣模块中，多种重金属的浸出毒性与压强之间的关系比较复杂，不同的重金属在不同压强时所表现的规律不一。Cr、Pb、Zn在压力作用下，从0 MPa（无压力状态）到加压，浸出毒性的浓度显著降低，但是只要有压力因素介入，有压力的各个状态之间，浸出毒性随压强的变化没有趋势，呈现无关状态。Cu的浸出毒性浓度与Cr、Pb、Zn类似，但是降低幅度不大以至于数据混乱。Hg的浸出毒性浓度基本维持在一个水平范围上，与压强无关。其原因可能是：Hg浓度本身比较低，为0.05 mg/L，降低空间不大。