煤泥与生物质共燃过程中重金属迁移及灰渣结渣/积灰行为研究

　　针对煤泥(CS)与生物质共燃过程中重金属(Cr、Mn、Ni等)迁移机制不明及灰渣结渣风险问题，研究人员通过调控温度(650-1250°C)、混合比例(CS:MB=9:1至1:9)及矿物添加剂(Fe2 O3 /CaO)，揭示了高温(≥1050°C)促进Cr/Ni/As富集而抑制Zn/Pb/Cd挥发的规律，推荐5:5混合比及10%矿物添加量，为固废资源化与低污染排放提供理论支撑。

　　

随着“碳达峰与碳中和”目标的提出，煤炭洗选过程中产生的煤泥(CS)堆积问题日益严峻。这种高灰分、高粘度的固体废弃物不仅占用土地资源，其单独燃烧时还存在点火温度高、燃烧不稳定等问题。与此同时，农业生产产生的竹屑(MB)、稻壳(RH)等生物质废弃物也面临处置难题。如何实现这两类废弃物的协同资源化利用，成为环境与能源领域的研究热点。

安徽某研究团队在《Journal of the Energy Institute》发表的研究，首次系统揭示了CS与MB共燃过程中重金属的迁移规律。通过X射线荧光光谱(XRF)、扫描电镜(SEM)等技术，团队发现1050°C高温下CS-MB以5:5比例共燃时，底灰中Cr、Ni、As的保留率分别提升至理论值的1.8倍、1.5倍和1.2倍，而Zn、Pb的挥发率降低40%。添加10% Fe₂
O₃
可使Cr形成稳定的FeCr₂
O₄
尖晶石结构，保留率提高65%。研究还预测MB掺混比<70%时可避免灰熔点降低导致的结渣风险。

关键技术方法
研究采用管式炉模拟燃烧系统，设置650-1250°C温度梯度，制备CS与MB不同比例(9:1至1:9)混合样品。通过XRF分析灰成分，SEM观察微观形貌，XRD鉴定晶体相，ICP-MS检测重金属含量，并采用Pearson系数分析温度、比例等因素与重金属保留率的相关性。

主要研究结果

1. 底灰微观形貌：SEM显示CS灰呈片层状，MB灰为絮状结构。共燃样品C5M5在1050°C时形成致密蜂窝结构，有利于重金属包裹。
2. 重金属迁移规律：高温(≥1050°C)使Zn、Pb保留率与温度呈极强负相关(r=-0.92)，而Cr、Ni因生成Al₂
   O₃
   -SiO₂
   网络结构被固定。
3. 矿物添加剂效应：10% CaO促进Cd形成Ca₃
   (AsO₄
   )₂
   ，As保留率提升58%。
4. 结渣风险预测：MB灰中K₂
   O降低灰熔点，但CS掺入>30%可使灰软化温度提高120°C。

结论与意义
该研究阐明了CS-MB共燃体系中重金属的交互作用机制，首次提出“温度-比例-矿物”协同调控策略。推荐5:5混合比配合10% Fe₂
O₃
添加，可在保证燃烧效率的同时实现重金属减排，为工业固废能源化利用提供了关键技术参数。研究成果对推动“双碳”目标下的废弃物协同处置具有重要实践价值。