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Sep 21, 2023

Élimination des métaux lourds des cendres volantes MSS par des traitements thermiques et de chloration

Rapports scientifiques tome 5,

Rapports scientifiques volume 5, Numéro d'article : 17270 (2015) Citer cet article

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Une rétractation de cet article a été publiée le 16 janvier 2017

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Le comportement thermique des métaux lourds dans la co-incinération des cendres volantes de l'incinérateur de boues solides municipales (cendres volantes MSS) a été étudié à l'aide d'un four tubulaire à l'échelle du laboratoire. Les résultats indiquent que sans l'ajout d'agents de chloration, la température était un paramètre important et avait une influence significative sur l'élimination des métaux lourds, tandis que le temps de séjour avait un faible effet. Entre 900 et 1000 °C pendant 60 à 300 min, les métaux lourds ont réagi avec le chlorure inhérent aux cendres volantes et environ 80 à 89 % de Pb, 48 % à 56 % de Cd, 27 % à 36 % de Zn et 6 % à 24 % de Cu ont été éliminés. Après l'ajout d'agents de chloration, le taux d'évaporation des métaux lourds s'est considérablement amélioré, les taux d'évaporation de Cu et Zn étant supérieurs à ceux de Pb et Cd. Au fur et à mesure que la quantité d'agents de chloration ajoutés augmentait, le taux d'élimination des métaux lourds augmentait. Cependant, l'effet du type d'agent de chloration sur la chloration des métaux lourds différait considérablement, le NaCl ayant l'effet le plus faible sur le taux d'élimination de Cu, Cd et Zn. En termes de récupération des ressources et de décontamination, MgCl2 et CaCl2 sont les meilleurs choix en raison de leur élimination efficace du Zn.

La production de boues d'épuration augmente rapidement et son traitement a fait l'objet d'une attention considérable ces dernières années1. Par rapport à l'enfouissement et à l'utilisation agricole, l'incinération est préférée pour une élimination rapide, un rapport de réduction de volume et de poids important et une récupération d'énergie2. En Chine, la co-combustion des boues et des déchets solides municipaux (MSW) ou du charbon pour la production d'électricité devient la principale méthode d'incinération des boues en raison du nombre d'usines d'incinération disponibles avec des équipements de pointe3. Cependant, au cours de ce processus, la quantité de résidus d'incinération produits, qui comprennent les mâchefers et les cendres volantes, peut atteindre 10 % en poids de la masse totale de la matière première et contient de grandes quantités de métaux lourds4.

Il existe de nombreux procédés brevetés concernant l'élimination ou l'utilisation de ces résidus d'incinération, notamment pour l'élimination des cendres volantes. Ces procédés peuvent être classés comme suit5 : (1) cendres volantes mélangées à un liant (ex. inertisation dans une matrice cimentaire) ; (2) cendres volantes traitées hydrométallurgiquement pour l'élimination des métaux lourds et (3) cendres volantes traitées thermiquement dans le but d'inertisation et/ou d'élimination des métaux lourds (par exemple, fusion ou frittage). Cependant, bon nombre de ces procédés présentent des inconvénients. En utilisant la première méthode comme exemple, une fois les cendres volantes durcies dans une matrice de ciment, les métaux lourds sont dilués. Par conséquent, il est plus difficile et coûteux de récupérer les métaux à un stade ultérieur. De plus, la fixation des métaux lourds (hydrauliquement dans une matrice cimentaire ou après fusion sous forme de verre) ne signifie pas une immobilisation complète6. Ainsi, la séparation des métaux lourds des cendres volantes devient importante comme source de récupération des métaux ou comme moyen de réduire leurs dangers potentiels.

Un processus qui éliminerait les métaux lourds avant l'enfouissement est souhaitable7,8,9, en particulier si ce processus peut simultanément récupérer les métaux lourds contaminants. Un procédé sec, tel qu'un traitement thermique, est potentiellement intéressant, car il pourrait séparer certains métaux lourds de la matrice brute (SiO2, Al2O3 et CaO) des cendres en formant des chlorures métalliques à des températures plus basses10. Le traitement thermique des cendres volantes provoque à la fois l'évaporation et la stabilisation des métaux lourds en fonction de la température de traitement11,12. Jacob et al. ont constaté que l'évaporation de Zn, Pb, Cd et Cu dans une cendre de précipitateur électrostatique était plus efficace à des températures juste en dessous de la plage de fusion de la cendre (1000–1100 °C)11. Cependant, les types de traitement de fusion des cendres nécessitent une forte consommation d'énergie et produisent des cendres volantes secondaires13. Les chlorures de métaux lourds ont généralement des pressions de vapeur élevées et des points d'ébullition inférieurs à ceux des oxydes métalliques correspondants14. Le processus de condensation de ces composés métalliques peut être retardé lorsque le Cl est impliqué lors du traitement thermique, ce qui peut accélérer la volatilisation des métaux lourds. Ainsi, les cendres volantes MSS pourraient être mélangées avec une certaine quantité d'agents de chloration pour séparer efficacement les métaux lourds des cendres volantes MSS15,16. Pour une application industrielle, les agents de chloration solides (par exemple, NaCl, MgCl2 ou CaCl2) sont avantageux en raison (1) de la manipulation plus simple par rapport au Cl2 gazeux et (2) du fait que le Cl2 conduit également à la chloration d'éléments non dangereux, tels que Ca ou Fe (c.

Par exemple, Chan et al. ont rapporté que les agents de chloration CaCl2 et Cl2 ont une influence significative sur la volatilisation des métaux lourds dans les cendres volantes20. Nowak et al. ont constaté que plus de 90 % de Cd et Pb, près de 60 % de Cu et 80 % de Zn pouvaient être éliminés des cendres volantes MSW en les mélangeant avec du CaCl25. Au cours de ces processus, certains métaux lourds continueront à se volatiliser et à se décharger, ce qui non seulement augmentera la charge sur les systèmes de traitement des gaz de combustion ultérieurs, mais entraînera également une pollution secondaire21,22,23,24. Les recherches antérieures sur les métaux lourds dans les cendres d'incinération de déchets solides se sont généralement concentrées sur la solidification et la stabilisation. La technologie de séparation thermique des métaux lourds existe principalement pour les cendres volantes MSWI mais est moins courante pour les cendres volantes MSS. En fait, la composition de la matrice des cendres volantes MSS est significativement différente de celle des cendres MSWI pures. Des études antérieures ont montré que la volatilisation des métaux lourds est liée à leur matrice, leurs propriétés physico-chimiques et les conditions de fonctionnement25,26. Par conséquent, avant de procéder au traitement thermique ou à la récupération des métaux lourds dans les cendres volantes MSS, il est nécessaire d'étudier et d'identifier les facteurs qui affectent la transformation et la volatilisation des métaux lourds.

L'objectif de cette étude était d'identifier les conditions dans lesquelles les métaux lourds seraient efficacement éliminés par l'ajout de divers agents de chloration. Les paramètres étudiés dans cette étude étaient les températures de chauffage, le temps de chauffage et les types et quantités d'agents de chloration (CaCl2, MgCl2, NaCl, FeCl3 et AlCl3). La faisabilité d'utiliser un seul processus de chauffage pour éliminer les métaux lourds des cendres volantes a été évaluée. Les résultats améliorent notre compréhension de base des processus sous-jacents de la libération de métaux lourds à partir des cendres volantes MSS et fournissent une base théorique pour la récupération très efficace et inoffensive des métaux lourds à partir des cendres volantes MSS.

Les cendres volantes MSS ont été extraites d'une usine de valorisation énergétique des déchets (WTE) (co-incinération de MSW et de boues d'épuration semi-sèches) de la province du Zhejiang, en Chine. La matière première brute comprenait des MSW et des boues d'épuration, dans lesquelles le poids des boues d'épuration était d'environ 50 %. L'usine contient trois lignes parallèles d'incinération de déchets industriels et a une capacité de traitement de 3 × 500 t/j. Les gaz de combustion sont nettoyés par un filtre à manches combiné à la méthode semi-sèche. Les échantillons de cendres volantes sont des mélanges de cendres provenant de deux lignes d'incinération, qui sont collectées dans les cuves et les filtres à manches. Les échantillons ont été passés à travers un tamis de 20 mailles et ont été bien mélangés par un mélangeur à tambour en laboratoire. Avant les expériences de traitement thermique, les échantillons de cendres ont été séchés à 105 °C pendant 24 h.

Les agents de chloration utilisés étaient NaCl, FeCl3·6H2O, MgCl2·6H2O, AlCl3 et CaCl2. NaCl est granuleux semblable à celui du sel commun et MgCl2 et CaCl2 sont sous forme de flocons. De plus, CaCl2 a été broyé dans un broyeur à boulets avant l'expérience. Tous les produits chimiques utilisés étaient de qualité analytique (AR). Les quantités d'agents de chloration ont été utilisées telles quelles en fonction de la teneur en chlore (Cl). Des quantités de 0, 10, 50, 150 et 200 g Cl/kg de cendres ont été ajoutées aux cendres volantes MSS. Les cendres volantes MSS et les agents de chloration ont été mélangés et homogénéisés avant de mener les expériences.

Comme le montre la figure 1, l'appareil utilisé dans cette étude se composait d'un dispositif d'alimentation en air, d'un four tubulaire à chauffage électrique et d'un absorbeur de fumée. La chambre d'incinération était un tube de quartz de 60 mm de long avec un diamètre intérieur de ¢ = 20 mm. La chambre utilisait un four tubulaire à chauffage rapide SK2-2-130 avec une fonction d'auto-réglage PID (fabriqué par Tianjin Zhonghuan Laboratory Electric Stove Co., Ltd.) et sa précision de suivi de la température était de ± 2 ° C. Un brûleur à tube de quartz a été placé dans une coque en acier isolée doublée de fibre de verre et une nacelle en quartz, qui pouvait être déplacée par une tige de quartz, a été utilisée pour introduire les cendres volantes MSS dans le tube du four. Le four tubulaire, qui était le corps principal de l'installation, était un tube de four à haute teneur en alumine entouré de fils chauffants externes. La température de combustion au centre à l'intérieur du tube du four était surveillée par un thermocouple et contrôlée par un contrôleur de température programmable. Le tube du four a été placé horizontalement pour fournir une température stable pouvant être réglée entre 0 et 1200 ° C selon les besoins. Le système de contrôle de la température avait deux modes, c'est-à-dire que le contrôle de la série KSY utilisait des instruments de contrôle de température intelligents et des modules spéciaux avec une précision de contrôle élevée et une protection contre la surchauffe.

Appareil expérimental de réacteur de combustion de simulation de tube de quartz.

Des échantillons de cendres volantes et de différents types d'agents de chloration ont été pesés avec précision. Les agents de chloration, qui se présentent sous forme de poudre, sont soigneusement mélangés de manière homogène avec les cendres dans une coupelle de pesée à l'aide d'un agitateur en verre avant d'être transférés dans la nacelle d'alumine. Pendant le chauffage, de l'air sec a été fourni à environ 120 mL/min pour entraîner la combustion des matières volatiles. A la sortie du four, les matières volatiles se condensent d'abord partiellement sur la paroi du tube de quartz à l'extérieur de la zone de chauffe puis sur le tube de condensation. Les gaz de sortie traversaient deux bouteilles d'absorption remplies d'une solution de HNO3 à 5 % (v/v) pour nettoyer les composants volatils. Une fois que la température du four a atteint la valeur cible, une nacelle en porcelaine remplie d'un échantillon de cendres volantes de 5 g a été lentement poussée dans le four. Ensuite, le gaz vecteur a été ajusté à la valeur réglée et la porte du four a été fermée. Après un certain temps de séjour, la nacelle en porcelaine a été retirée et refroidie à température ambiante. Ensuite, les scories résiduelles au fond de la nacelle en porcelaine ont été collectées pour la détection des métaux lourds. Pour les cendres volantes MSS pures, les expériences ont été réalisées à 900 et 1000 °C et à un temps de séjour de 1, 1,5, 2, 3, 4 et 5 h dans les mêmes conditions thermiques mentionnées ci-dessus. Pour déterminer la répétabilité et la cohérence des résultats, chaque expérience a été répétée trois fois.

Des études antérieures ont prouvé que ce four tubulaire expérimental pouvait simuler efficacement la volatilisation des métaux lourds lors d'un traitement à haute température16,27,28. Dans cette expérience, les composés de métaux lourds qui se sont évaporés des cendres volantes ont été principalement absorbés par les solutions d'absorption et seule une petite quantité a adhéré à la surface interne du tube de quartz (autour de la zone de sortie) et à la paroi interne du cathéter. Pour améliorer la précision du test, le tube de quartz et le cathéter doivent être nettoyés avec une petite quantité de solution après chaque expérience.

Pour quantifier la volatilité des métaux lourds Cu, Pb, Zn et Cd, on utilise l'efficacité volatilisation Ψ/%, qui est définie comme le pourcentage d'un métal qui est éliminé des cendres volantes MSS. Ψ est défini par l'équation (1)29,30 :

où Ψ est le taux de volatilisation (%), c1 est la teneur en éléments dans l'échantillon non traité (mg/kg), m1 est la masse de l'échantillon non traité (g), c2 est la teneur en éléments dans l'échantillon traité (mg/kg) et m2 est la masse de l'échantillon traité (g).

Les cendres volantes d'origine et les résidus traités thermiquement ont été broyés et tamisés par un tamis de 150 mesh. Les compositions en éléments majeurs ont été mesurées par spectrométrie de fluorescence X (XRF) (Rigaku 100e) sur des disques de verre fondu suivant les procédures analytiques précédentes31 et où la précision analytique pour les éléments majeurs était comprise entre 1 et 5 %.

Les échantillons traités thermiquement et non traités ont été séchés, pulvérisés, complètement digérés avec un mélange de HNO3, HF et HClO4 et analysés avec FAAS pour Cd, Pb, Cu et Zn selon la méthode USEPA3050. Toutes les déterminations ont été effectuées en triple et les différences entre les répétitions étaient inférieures à 6 %. La valeur moyenne a été calculée et les écarts types relatifs (RSD) pour Cd, Pb, Cu et Zn étaient de 3,2, 2,4, 2,7 et 1,6 %, respectivement.

La composition de l'échantillon a été analysée par fluorescence X (XRF) (Bruker RS ​​3000, source Be, Rh-anti-cathode, cristal analyseur OVO 55) en utilisant une méthode sans standard (analyse semi-quantitative) et le logiciel Spectra Plus. Toutes les phases cristallines possibles et la spéciation des métaux dans les cendres volantes pures et chlorées (broyées) ont été étudiées par un diffractomètre à rayons X Rigaku DPmax2400 (DRX) à l'aide d'un diffractomètre à poudre PANalytical X'Pert PRO avec une anode Cu(LFF) (λ(Kα1) = 1,5406 Ǻ, λ(Kα2) = 1,5444 Ǻ; 40 kV, 40 mA) et un détecteur X'Celerator (filtre Ni Kβ). Les scans ont été enregistrés dans la région 2θ = 10–90° dans un temps de mesure de 14 min. Pour l'interprétation qualitative et quantitative, les bases de données Powder Diffraction File (PDF; International Center for Diffraction Data ICDD, Newtown Square, PA/USA, 2001) et Inorganic Crystal Structure Database (ICSD, Karlsruhe/Allemagne, 2007) ont été utilisées, respectivement. Les caractéristiques morphologiques d'échantillons de mâchefers sélectionnés ont également été examinées à l'aide d'un microscope électronique à balayage (SEM) et une analyse élémentaire qualitative a été effectuée à l'aide de la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDS) (S-3400N-II, Hitachi, Japon).

La poudre de cendres volantes était gris foncé et sa teneur en humidité variait de 0,97 % à 2,54 %. La composition des cendres volantes a été analysée par XRF en utilisant la méthode de normalisation ; les résultats sont répertoriés dans le tableau 1. On peut observer que les cendres volantes étaient principalement constituées de Si, K, Na, Ca, Fe, Al, Cl et S, qui occupaient environ 87 % de la masse totale des cendres volantes. La teneur en Ca était relativement élevée, ce qui peut avoir été causé par la pulvérisation de chaux lors du processus de contrôle des gaz acides lors de l'incinération. De plus, la teneur en Cl dans les cendres volantes était également élevée, ce qui provient des boues brutes et des MSW. La teneur plus élevée en Cl favorisera l'enrichissement en métaux lourds des cendres volantes.

D'après le tableau 1, on peut observer que la teneur en Pb et Zn dans les cendres volantes était relativement élevée, tandis que la teneur en Ni était plus faible. Cela est principalement dû au fait que Pb et Zn ont été libérés dans les gaz de combustion et ont adhéré aux cendres volantes sous la forme de composés à bas point de fusion, par exemple ZnCl2 et PbCl2, qui ont finalement été collectés par les sacs filtrants. Le point de fusion du Ni est proche de 1726 K et ainsi, le Ni ne se volatilisera pas ; Ni pénètre principalement dans les scories de fond lors de l'incinération. Des études antérieures ont montré que les éléments non volatils à haut point d'ébullition se concentraient principalement dans les mâchefers et les cendres de grille, alors que les éléments volatils apparaissaient dans les cendres volantes11,32.

Le temps de traitement thermique et la température de réaction sont les paramètres clés à prendre en compte dans le développement du procédé. Les échantillons ont été chauffés à différentes températures (900 et 1000 °C) et à différents temps de séjour (60, 90, 120, 180, 240, 300 min) pour étudier la volatilisation des quatre métaux lourds. Comme le montre la figure 2, dans les mêmes conditions, les valeurs Ψ des différents métaux diffèrent considérablement. Pendant toutes les conditions conduites sans addition de Cl, environ 80 à 89 % du Pb, 48 à 56 % du Cd, 27 à 36 % du Zn et 6 à 24 % du Cu ont été volatilisés. La volatilité des métaux lourds dans l'échantillon et leur élimination ont suivi la séquence suivante : Pb > Cd > Zn > Cu. On suppose que la raison pour laquelle Cu a présenté la plus faible volatilisation est due à la faible volatilité des chlorures de cuivre à 900 ° C et 1000 ° C. Le point d'ébullition de CuCl est de 1450 °C, ce qui est beaucoup plus élevé que celui de ZnCl2 (732 °C), CdCl2 (960 °C) et PbCl2 (950 °C). Les métaux à bas point d'ébullition Pb et Cd ont des pressions d'évaporation relativement élevées, ce qui signifie qu'ils réagissent difficilement avec les minéraux pour former des composés stables lors d'un traitement à haute température et ainsi, deviennent facilement des substances gazeuses et ont des taux d'évaporation élevés.

Caractéristiques de volatilisation des métaux lourds dans les cendres volantes sans agent de chloration à (a) 900 °C, (b) 1000 °C.

Pour un même métal lourd (Fig. 2), on observe également que la courbe de variation de la vitesse d'évaporation en fonction du temps à 900 °C ne diffère que peu de celle à 1000 °C ; les deux courbes sont lisses dans le temps de séjour de 60 à 300 min, ce qui indique que la volatilisation des métaux lourds dans l'échantillon n'est que légèrement affectée par le temps de réaction, en particulier pour le Pb et le Cd. Les résultats concordent bien avec les travaux antérieurs, dans lesquels il a été prouvé que le taux d'évaporation du Cd et du Pb est extrêmement élevé pendant le traitement thermique en raison de leurs points de fusion et d'ébullition bas11,27.

A 900 °C, le Ψ du Pb est passé de 80,40 % à 89,62 % lorsque le temps de séjour est passé de 1 h à 5 h. Après 1 h à 1000 °C, le Ψ du Pb était de 82,87 %. La même tendance a été observée à 900 °C et le Ψ de Pb a augmenté à 90,08 % après 300 min de traitement. A 900°C, plus de 80% du Pb a été éliminé. Cependant, lors du traitement thermique ultérieur, les effets de la température et du temps de séjour sur Ψ de Pb ont diminué.

Le comportement de volatilisation du Cd était identique à celui du Pb dans les conditions étudiées. A 900 °C, le Ψ de Cd était de 48,15 % pendant la première heure et atteignait 56,05 % à un temps de séjour de 5 h. Alors qu'à 1000 °C, le Ψ de Cd a légèrement augmenté, passant de 49,26 % à 57,97 %. À des températures de 900 à 1000 ° C, la courbe de volatilisation du Cd devient plate à mesure que le temps de séjour augmente. Au-dessus de 900 °C, le Cd contenu dans les cendres volantes se volatilise rapidement et n'est que peu affecté par les augmentations de température et de temps de séjour.

Les comportements de volatilisation de Cu et Zn diffèrent de ceux de Pb et Cd dans les conditions expérimentales. A 900 °C, le Ψ de Cu était nettement bas (6,04 %) ; cependant, sa croissance après 240 min était supérieure à celle de Cd, Pb et Zn. Le Ψ de Zn a augmenté rapidement au cours des 120 premières minutes et a ralenti au cours des 180 minutes suivantes. A 1000 °C, le Ψ de Cu était élevé (19,73 %) dans les 90 minutes initiales, alors que celui de Zn ne varie que légèrement de 28,58 % à 37,1 % pendant tout le processus thermique. Ces résultats indiquent que le Cu est l'élément le plus non volatil et que son taux d'évaporation est inférieur à celui du Pb et du Cd dans les métaux sélectionnés. Le point d'ébullition (point d'ébullition) de CuCl2 est de 993 °C ; cependant, dans la plage de température de 900 à 1000 ° C, le Ψ de Cu croît lentement (Fig. 2), c'est-à-dire que les principaux composés de Cu qui sont apparus dans les cendres volantes ne sont probablement pas sous forme de chlorures mais plutôt sous formes de CuO ou CuS33.

Selon les comportements de volatilisation, les métaux lourds peuvent être classés en métaux chalcophiles ou sidérophiles34. Cu est un métal chalcophile, qui peut facilement se vaporiser au-dessus de 900 °C. Cependant, dans cette étude cependant, la volatilisation de Cu n'est pas claire et avait la valeur Ψ la plus faible. Les points de fusion (points d'ébullition) du PbO et du PbCl2 sont respectivement de 886 °C (1472 °C) et 498 °C (954 °C)35. Pour le PbO, il est difficile à décomposer mais facile à volatiliser à 900 °C–1000 °C, mais au-dessus de 950 °C, le PbO a commencé à se volatiliser de façon spectaculaire. Le Pb peut exister dans les cendres volantes MSS sous les formes de PbO et de PbCl2 et ainsi, il se vaporise clairement rapidement de 900 °C à 1000 °C. Pour le Cd, il apparaît dans les cendres volantes du MSS sous forme de CdO et de CdCl2, les points de fusion et d'ébullition du CdO ne sont respectivement que de 568 °C et 964 °C36. Ainsi, la volatilisation du Cd et du Pb présente des tendances similaires à 900 °C et 1000 °C.

On peut donc déduire des résultats ci-dessus qu'en atmosphère oxydante, de 900 °C à 1000 °C, les valeurs Ψ de Pb et Cd sont bien supérieures à celles de Cu et Zn. Le Pb et le Cd existent principalement sous la forme de leurs chlorures dans les cendres volantes, qui ont des points d'ébullition plus bas que leurs composés sous d'autres formes. Le chlorure métallique à bas point d'ébullition se volatilise facilement. Dans les cendres volantes, une grande partie de Zn peut être sous forme de ZnO, qui réagira avec SiO2 et Al2O3 au cours du processus, ce qui peut être décrit par les équations (2,3)37,38.

Lors de la production de composés stables, Zn2SiO4 et ZnAl2O4 se forment et peuvent inhiber l'évaporation de Zn, c'est pourquoi l'évaporation de Zn était inférieure à celle de Pb et Cd. Le faible taux d'évaporation de Cu peut être associé à sa propre performance non volatile. Les résultats ci-dessus concordent bien avec les observations d'études antérieures5,21.

Les effets de la quantité et du type d'agents de chloration solides sur l'élimination des métaux lourds ont été étudiés dans cette section. Pour être utile comme agent de chloration, le chlorure MCl2 doit être capable de réagir directement avec les oxydes métalliques ou de libérer un gaz contenant du chlore (Cl2 ou HCl) lorsqu'il réagit avec l'oxygène ou l'eau selon les réactions générales suivantes, qui sont énumérées dans l'équation (4,5)29.

L'oxyde MO doit être chimiquement stable et avoir une faible pression de vapeur, de sorte que le métal initialement associé à l'agent de chloration reste dans les cendres volantes MSS et ne causera aucun problème environnemental lorsque les cendres volantes MSS traitées seront éliminées dans une décharge. Les chlorures sous les formes NaCl, CaCl2, MgCl2, FeCl3 et AlCl3 répondent à ces exigences.

Les cendres volantes MSS contiennent environ 0,97 à 2,54% d'humidité, qui est facilement éliminée lorsque la température est supérieure à 100 ° C. Plusieurs des agents de chloration contiennent non seulement de l'humidité mais aussi de la cristallisation de l'eau. CaCl2 et MgCl2 peuvent contenir six unités H2O par molécule. Lors du chauffage, cependant, CaCl2 perd toute l'eau à des températures supérieures à 200 °C39. Ainsi, la chloration par HCl, comme décrit par Eq. (5), est peu susceptible de se produire dans un système à air sec.

La figure 3 montre les effets des différents types et quantités d'agents de chloration sur l'élimination des quatre métaux dans les cendres volantes tout en maintenant les conditions expérimentales à 1000 ° C pendant 1 h. On peut observer qu'après l'ajout des agents de chloration, le taux d'évaporation des métaux lourds sélectionnés Cu, Pb, Zn et Cd a augmenté. D'une manière générale, le degré d'efficacité des agents chlorants sur l'évaporation des métaux lourds suit la séquence suivante : Cu > Zn > Cd > Pb. Les valeurs Ψ de Pb, Cd et Cu ont augmenté avec l'ajout de 0,05 g de Cl dans 5 g de cendres quel que soit le type d'agent de chloration. Cependant, il n'y a pas eu d'amélioration significative lorsque plus d'agent de chloration a été ajouté. L'ajout d'un agent de chloration n'affectera pas sensiblement la vaporisation des chlorures métalliques existants. Ainsi, les preuves de la récupération élevée de Pb, Cd et Cu sans agent de chloration supplémentaire et de l'augmentation de la récupération avec l'ajout d'agent de chloration suggèrent qu'une fraction extrêmement importante de Pb, Cd et Cu est déjà sous forme de chlorures. Cependant, la forte dépendance de l'élimination de Zn avec l'ajout de plus de 5 % d'agents de chloration indique qu'une fraction importante de Zn se trouve sous d'autres formes que les chlorures.

Effets de la quantité et du type d'agents de chloration sur le taux d'évaporation des métaux lourds dans les cendres volantes (maintien à 1000 °C pendant 60 min).

Le plomb peut toujours être éliminé efficacement des cendres. Le Ψ de Pb était de 82,7 % à 1000 °C pendant 60 min sans ajout de Cl. Après avoir ajouté 1 % en poids de l'agent de chloration (FeCl3, AlCl3, MgCl2, CaCl2 et NaCl) aux cendres volantes, le Ψ de Pb est passé de 82,7 % à 94,40 %, 95,69 %, 94,52 %, 95,28 % et 91,58 %, respectivement. De plus, lorsque la proportion des agents de chloration ci-dessus a augmenté de 1 % à 10 %, le Ψ de Pb a augmenté de 82,7 % à 96,76 %, 97,64 %, 96,98 %, 97,14 % et 96,69 %, respectivement. Les résultats indiquent que les agents de chloration peuvent augmenter le Ψ de Pb et Ψ augmente à mesure que la proportion d'agent de chloration augmente. Cependant, il n'y a qu'une légère différence dans les effets des cinq agents de chloration ci-dessus sur la volatilisation du Pb. L'amélioration du Ψ de Pb avec le Cl ajouté n'était pas claire car plus de 80% du Pb s'est évaporé dans les cendres volantes d'origine.

Le cadmium peut être facilement éliminé des mélanges cendres-chlorure. Le Ψ de Cd était de 49,16 % à 1000 °C pendant 60 min sans ajout d'agent de chloration. Avec l'ajout de 1 % de FeCl3, AlCl3, MgCl2, CaCl2 et NaCl, le Ψ de Cd est passé de 49,16 % à 65,61 %, 74,01 %, 70,56 %, 70,44 % et 71,52 %, respectivement. De plus, lorsque la proportion des agents de chloration ci-dessus a été augmentée de 1 % à 10 %, le Ψ de Cd a atteint 81,58 %, 85,45 %, 79,11 %, 85,80 % et 78,87 %, respectivement. Les résultats indiquent que les agents de chloration peuvent améliorer le taux d'évaporation du Cd et que la valeur Ψ du Cd augmente à mesure que la proportion d'agent de chloration augmente. L'augmentation de AlCl3 sur le Ψ de Cd était la plus significative, suivie par les suivantes par ordre décroissant : CaCl2 > FeCl3 > MgCl2 > NaCl.

Le zinc présentait une nette dépendance au type et à la quantité de Cl ajouté. Le Ψ de Zn était de 28,58 % à 1 000 °C pendant 60 min sans ajout d'agent de chloration supplémentaire. Avec un ajout de 1 % de FeCl3, AlCl3, MgCl2, CaCl2 et NaCl, le Ψ de Zn est passé de 28,58 % à 33,22 %, 34,47 %, 50,05 %, 67,74 % et 41,83 %, respectivement. De plus, lorsque la proportion des agents de chloration ci-dessus a augmenté de 1 % à 10 %, la valeur Ψ de Zn a atteint 76,46 %, 80,21 %, 90,75 %, 85,93 % et 70,10 %, respectivement. L'amélioration des cinq agents de chloration ci-dessus sur la volatilisation du Zn a suivi la séquence suivante : MgCl2 > CaCl2 > FeCl3 > AlCl3 > NaCl.

A 1000 °C pendant 60 min sans addition supplémentaire de Cl, 13,28 % de Cu peuvent être libérés. Avec un ajout de 1 % de FeCl3, AlCl3, MgCl2, CaCl2 et NaCl, le Cu est passé de 13,28 % à 60,66 %, 60,95 %, 66,21 %, 49,74 % et 52,26 %, respectivement. De plus, lorsque la proportion des agents de chloration ci-dessus a augmenté de 1 % à 10 %, le taux d'évaporation de Cu a atteint 92,46 %, 90,35 %, 86,84 %, 87,86 % et 54,90 %, respectivement. Ce résultat indique que les agents de chloration peuvent augmenter considérablement la vitesse d'évaporation de Cu et que la vitesse d'évaporation de Cu augmente à mesure que la proportion d'agent de chloration augmente (sauf pour le NaCl). Avec une augmentation de 0 à 15 % de NaCl, le taux d'évaporation de Cu a d'abord augmenté (0 à 5 % de NaCl) puis a diminué (5 à 15 %). L'amélioration des cinq agents chlorants sur la volatilisation du Cu a suivi la séquence suivante : FeCl3 > AlCl3 > MgCl2 > CaCl2 > NaCl.

Les pressions partielles d'équilibre du chlorure ont diminué selon la séquence AlCl3, MgCl2, FeCl3,CaCl2 et NaCl dans la plage de température de 600 à 1200 °C21. Lorsque la chloration est une étape nécessaire pour l'élimination des métaux, telle que l'élimination du Zn dans ce cas, il devrait y avoir une certaine dépendance de Ψ au type d'agent de chloration. La figure 3 montre que NaCl, FeCl3 et AlCl3 étaient moins efficaces à 1000 °C que MgCl2 et CaCl2 pour l'élimination de Zn. Dans l'air, le NaCl a moins tendance à apporter du chlore que les autres agents de chloration. Une autre considération est la volatilité de l'agent de chloration lui-même. La pression de vapeur de NaCl est supérieure de deux ordres de grandeur à celle de CaCl2 à 1000 °C. En conséquence, il est plus facile pour le NaCl de s'évaporer sans réagir avec l'oxygène ou les oxydes métalliques et de se retrouver avec les matières volatiles. En d'autres termes, moins de NaCl sera disponible comme agent de chloration. Une analyse de la teneur en sodium de la matière condensée a révélé que 62 % du sel de sodium se retrouvait avec des matières volatiles après 3 h de chauffage à 1000 °C contre moins de 1 % des sels de Ca, Mg et Fe21. L'inefficacité de l'AlCl3 est due à sa forte tendance à libérer du chlore à des températures relativement basses, auxquelles le taux de chloration du Zn n'est pas significatif. En fait, AlCl3 est le seul agent de chloration testé qui a une pression partielle d'équilibre de chlorure extrêmement élevée à basse température. Cependant, pour éliminer le Zn par chloration, la température doit être supérieure à 600 °C21. Ainsi, AlCl3 peut avoir libéré du chlore avant que la réaction avec l'oxyde de zinc ne se produise. Selon la figure 3, il n'y avait pas de différence significative entre l'élimination des métaux lourds à l'aide de MgCl2, CaCl2 ou FeCl3. Lorsque ces chlorures sont utilisés, la pression partielle de chlorure dans le système reste la même. La réaction entre l'oxygène et l'agent de chloration peut être contrôlée par la pression partielle d'oxygène dans l'air, qui est proche de constante dans un système ouvert, tel que celui utilisé dans cette expérience.

L'image MEB des cendres volantes après traitement thermique à différentes températures est illustrée à la Fig. 4. On peut observer qu'avec l'augmentation de la température, les particules de cendres volantes deviennent plus grosses, plus dures et plus denses. Les particules libres et accumulées deviennent progressivement massives et l'espace poreux entre les particules se réduit également, ce qui inhibe l'évaporation des métaux lourds à des températures élevées.

Photographie SEM de cendres volantes après incinération à (a) 800 °C (b) 900 °C (c) 1000 °C (d) 1100 °C pendant 1,5 heure.

La figure 5 montre l'image EDS des cendres volantes après avoir été traitées à différentes températures. On peut observer qu'avec une augmentation de la température, la teneur des éléments majeurs, tels que Ca, Fe, Al et Si, dans les cendres volantes MSS ne change que légèrement, alors que celle de certains éléments volatils, dont Cl, C et S et des métaux lourds semi-volatils, tels que Pb, Cd et Zn, diminue de façon spectaculaire. Par exemple, lorsque la température est passée de 900 °C à 1000 °C avec un temps de séjour de 1,5 h, les teneurs en Na, Mg, Al, Si, S, Cl, K, Ca, Fe et Pb ont diminué de 1,47 %, 1,23 %, 4,04 %, 7,38 %, 2,62 %, 0,72 %, 0,88 %, 12,02 %, 11,4 7 % et 0,44 % à 1,13 %, 1,15 %, 3,71 %, 7,35 %, 1,36 %, 0,06 %, 0,79 %, 10,58 %, 9,56 % et 0,1 %, respectivement.

Photographies EDS de cendres volantes après incinération à (a) 800 °C (b) 900 °C (c) 1000 °C (d) 1100 °C pendant 1,5 heure.

Les images SEM des cendres volantes traitées à 1000 ° C pendant 60 min avec et sans 10% d'agents de chloration sont présentées à la Fig. 6. On peut observer que sans l'ajout d'agent de chloration, les particules de cendres volantes MSS fondent et restent rapprochées après traitement thermique; les particules sont denses, massives et contiennent de petits vides (voir Fig. 7a). Lorsque différents agents de chloration sont ajoutés aux cendres volantes MSS, la morphologie des cendres volantes chauffées a changé de manière significative. Les particules de cendres volantes se présentent sous des formes sphériques, spéculaires, pétaloïdes et massives. De grands espaces existent entre les particules; les particules sont lâches et lisses, autant de qualités bénéfiques à l'évaporation des métaux lourds. Lorsque la proportion des agents de chloration passe de 1 % à 10 %, la majeure partie du Cl se vaporise après réaction avec les métaux lourds. La figure 7 montre les images EDS des cendres volantes à 1000 ° C avec un ajout de 10% d'agents de chloration. On peut voir sur la figure 8 qu'il est difficile pour le NaCl de réagir avec les métaux lourds pour former les chlorures correspondants. Ainsi, NaCl n'a que peu d'effet sur le Ψ des métaux lourds. Les deux agents de chloration, FeCl3 et AlCl3, ont un effet d'amélioration plus fort sur le taux d'évaporation des métaux lourds que celui du NaCl.

Photographies SEM de cendres volantes avec (a) 0 % d'agent de chloration (b) 10 % CaCl2 (c) 10 % MgCl2 (d) 10 % NaCl (e) 10 % FeCl3 et (f) 10 % AlCl3 après incinération à 1000 °C pendant 60 min.

Photographies EDS de cendres volantes avec (a) 0 % d'agent de chloration (b) 10 % CaCl2 (c) 10 % MgCl2 (d) 10 % FeCl3 (e) 10 % AlCl3 et (f) 10 % NaCl après incinération à 1000 °C pendant 60 min.

Pressions de vapeur (a) des métaux lourds et (b) de leurs chlorures.

La figure 9 montre le diagramme XRD de l'échantillon de cendres volantes MSS pur. Les composés contenant du calcium étaient riches en cendres volantes pures. La phase cristalline principale de calcium (CaSO4, CaCO3, CaO et CaAl2SiO6) et le composé chlorure (KCl, NaCl, CaCl2, Ca(OH)Cl) ont été identifiés. Les composés de CaCl2·2H2O et Ca(OH)Cl sont tous deux des produits chlorés de la réaction entre Ca(OH)2 et HCl pendant le processus d'élimination des gaz acides en ajoutant de la chaux dans le système de séchage par pulvérisation selon les équations (6–8)40 :

XRD des cendres volantes MSS avant et après calcination avec ajout d'agents de chloration.

1. CaSO4 ; 2. CaCO3 ; 3.NaCl ; 4. KCl; 5. Ca2Al2SiO7 ; 6. Ca2(PO4)3 ; 7. CaO; 8. SiO2 ; 9. CaAl2SiO6; 10. CaClOH; ⑪. CaAl2Si2O8; ⑫. Ca3Mg(SiO4)2 ; ⑬. NaCa4Al3O9; ⑭. Ca3Al6Si2O16; ⑮Al2O3 ; ⑯NaCa4Al3O9 ; ⑰CaSiO3 ; ⑱Fe2O3 ; ⑲nFe2Al4Si5O18.

La réaction entre Ca(OH)2 et HCl forme très probablement Ca(OH)Cl.

Les schémas XRD des cendres chlorées obtenues après l'ajout d'agents de chloration sont présentés à la Fig. 9. On peut observer qu'avec l'ajout d'agents de chloration, des aluminosilicates plus complexes se sont nouvellement formés en raison de l'augmentation de la température, par exemple, l'anorthite (CaAl2Si2O8), la merwinite (Ca3Mg(SiO4)2) et l'aluminosilicate (Ca3Al6Si2O16). Cependant, l'intensité de KCl, NaCl, CaCl2 et Ca(OH)Cl a diminué significativement à 1000 °C, ce qui indique que ces minéraux ont été complètement vaporisés ou décomposés. Les formes minéralogiques des métaux lourds n'ont pas pu être identifiées en raison de leur structure amorphe et de leur faible concentration.

Les quatre métaux lourds peuvent être éliminés dans une certaine mesure des cendres volantes MSS avec l'ajout de différents agents de chloration. Après l'ajout des agents de chloration aux cendres volantes du MSS, les formes de Cu, Zn et Pb étaient extrêmement susceptibles de changer et d'exister sous leurs formes de chlorures pendant le processus de traitement thermique, tandis que le Cd apparaissait sous la forme de ses oxydes et chlorures, ce qui augmenterait son taux d'évaporation. De plus, à partir de la Fig. 8, on peut observer que la présence de Cl peut améliorer la volatilisation des métaux par rapport aux pressions de vapeur des métaux lourds et de leurs chlorures41. Par conséquent, les composés de métaux lourds ou d'autres formes dans les cendres volantes doivent être transformés en chlorures correspondants pour améliorer le taux de récupération ou d'élimination des métaux sélectionnés. Les résultats ci-dessus montrent que l'ajout d'agents de chloration est une méthode efficace ; cependant, des mesures anti-corrosion doivent être prises en parallèle pour les appareils.

L'ajout d'un agent de chloration peut améliorer l'élimination du métal par un mécanisme autre que la seule fourniture de chlore. En utilisant CaCl2 comme exemple, l'amélioration des agents de chloration sur le Ψ des métaux lourds est la suivante. Le CaCl2 réagit avec l'O2 dans l'air et le Cl2 est généré au cours de ce processus. Ensuite, Cl2 réagit avec l'oxyde de métal lourd (MO) et se transforme en chlorures métalliques à bas point d'ébullition. Le processus chimique détaillé est exprimé par les équations (9–11)21.

Les deux processus ci-dessus peuvent être combinés et simplifiés comme suit :

Le tableau 2 répertorie les variations de l'énergie libre de Gibbs (ΔG) de plusieurs réactions entre les oxydes de métaux lourds et Cl à 1050 ° C, dans lesquelles ΔG < 0 indique que la réaction va dans le sens positif.

Lors du traitement thermique, les agents de chloration réagissent directement avec les oxydes de métaux lourds ou forment HCl ou Cl2 en réagissant avec H2O ou O2. HCl et Cl2 chlorent ensuite les oxydes de métaux lourds (chloration indirecte). Pour une réaction directe, l'évaporation (ou au moins la fusion) du chlorure est nécessaire car le mélange cendres-chlorure n'est pas parfaitement homogénéisé. D'après les calculs d'équilibre42, NaCl ne réagit pas (ou peu) avec H2O et O2, ni dans un système pur, ni dans des systèmes contenant des oxydes de métaux lourds. Du fait du NaCl à haute pression de vapeur, il s'évapore en grande quantité sans réagir suffisamment21 ; ici, à 1000 °C, 10 % de NaCl était déjà sous forme gazeuse dans cette étude. Pour CaCl2, les calculs d'équilibre révèlent que la volatilisation des métaux lourds peut principalement suivre la voie de la chloration directe et indirecte, conduisant à environ les mêmes fractions de métaux lourds volatilisés. La réaction de CaCl2 avec H2O et O2 est thermodynamiquement et aussi cinétiquement favorisée par rapport à l'évaporation et la quantité maximale de métaux lourds évaporables est beaucoup plus importante avec Cl2 ou HCl42,43,44. Pour le MgCl2, la chloration indirecte est la voie la plus probable pour l'élimination des métaux lourds car la libération de HCl ou de Cl2 est thermodynamiquement plus stable que celle du sel29.

(1) Lors du traitement thermique des cendres volantes MSS pur, environ 80 à 89 % de Pb, 48 à 56 % de Cd, 27 à 36 % de Zn et 6 à 24 % de Cu se sont volatilisés. Au cours de ce processus, la température était un paramètre important et avait une influence significative sur la volatilisation des métaux lourds, tandis que le temps de séjour avait l'effet le plus faible, en particulier pour le Pb et le Cd, qui se volatilisent facilement.

(2) Les agents de chloration ont montré un effet favorisant apparent sur l'élimination des métaux lourds, en particulier pour les métaux moyennement volatils, Cu et Zn. Avec un ajout de 10 % en poids d'agents de chloration, plus de 96 % de Pb, 78 % de Cd, 76 % de Zn (sauf NaCl) et 86 % de Cu (sauf NaCl) peuvent être éliminés des cendres MSS. Avec une augmentation de la proportion de Cl, le taux d'évaporation des métaux lourds a augmenté ; cependant, l'effet variait clairement. Le NaCl a eu l'effet d'amélioration le plus faible sur le taux d'évaporation de Cd, Zn et Cu.

(3) Le meilleur choix d'agents de chloration est de l'ordre de MgCl2 > CaCl2 > FeCl3 > AlCl3 > NaCl en raison des éliminations de métaux (en particulier de Zn) et de la faible quantité de chlore restant, ce qui favorise les cendres traitées pour une utilisation ou une élimination ultérieure des ressources.

Comment citer cet article : Liu, JY et al. Élimination des métaux lourds des cendres volantes MSS par des traitements thermiques et de chloration. Sci. Rep. 5, 17270; doi : 10.1038/srep17270 (2015).

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Patryk, O., Anna, Z. & Gerard, C. Stabilisation des boues d'épuration par différents biochars en vue de réduire la teneur en hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) librement dissous. Bioressource. Technol. 156, 139–145 (2014).

Article Google Scholar

Samolada, MC & Zabaniotou, AA Évaluation comparative de l'incinération, de la gazéification et de la pyrolyse des boues d'épuration municipales pour une gestion durable des boues en énergie en Grèce. Gestion des déchets. 34, 411–420 (2014).

Article CAS Google Scholar

Zhang, YG, Chen, Y., Meng, AH, Li, QH & Cheng, HF Enquête expérimentale et thermodynamique sur le transfert de cadmium influencé par le soufre et le chlore lors de l'incinération des déchets solides municipaux (MSW). J. Hazard. Mater. 153, 309–319 (2008).

Article CAS Google Scholar

Ahmaruzzaman, M. Un examen de l'utilisation des cendres volantes. Programme. Combustion d'énergie. Sci. 36, 327–363 (2010).

Article CAS Google Scholar

Nowak, B. et al. Élimination des métaux lourds des cendres volantes des déchets solides municipaux par chloration et traitement thermique. J. Hazard. Mater. 79, 323–331 (2010).

Article Google Scholar

Giergiczny, Z. & Król, A. Immobilisation des métaux lourds (Pb, Cu, Cr, Zn, Cd, Mn) dans les additions minérales contenant des composites de béton. J. Hazard. Mater. 160, 247–255 (2008).

Article CAS Google Scholar

Bayuseno, AP & Schmahl, WW Caractérisation des cendres volantes MSWI par la minéralogie et l'extraction de l'eau. Resour. Conserv. Récy. 55, 524-534 (2011).

Article Google Scholar

Chen, WS, Chang, FC, Shen, YH, Tsai, MS & Ko, CH Élimination du chlorure des cendres volantes MSWI. J. Hazard. Mater. 237–238, 116–120 (2012).

Article Google Scholar

Kuboňová, L., Langová, Š., Nowak, B. & Winter, F. Méthodes de récupération thermique et hydrométallurgique des métaux lourds à partir de cendres volantes de déchets solides municipaux. Gestion des déchets. 33, 2322-2327 (2013).

Article Google Scholar

HuHY et al. Devenir du chrome lors du traitement thermique des cendres volantes issues de l'incinération des déchets solides municipaux (MSWI). Proc. Combustion. Inst. 34, 2795–2801 (2013).

Article CAS Google Scholar

Jakob, A., Stucki, S. & Kuhn, P. Évaporation des métaux lourds lors du traitement thermique des cendres volantes des incinérateurs de déchets solides municipaux. Environ. Sci. Technol. 29, 2429-2436 (1995).

Article CAS ADS Google Scholar

Chou, JD, Wey, MY & Chang, SH Évaluation des modèles de distribution de Pb, Cu et Cd à partir de cendres volantes MSWI pendant le traitement thermique par une procédure d'extraction séquentielle. J. Hazard. Mater. 162, 1000-1006 (2009).

Article CAS Google Scholar

Yang, Y., Xiao, Y., Voncken, JHL et Wilson, N. Traitement thermique et vitrification des cendres de chaudière d'un incinérateur de déchets solides municipaux. J. Hazard. Mater. 154, 871–879 (2008).

Article CAS Google Scholar

Abanades, S., Flamant, G., Gagnepain, B. & Gauthier, D. Devenir des métaux lourds lors de l'incinération des déchets solides municipaux. Gestion des déchets. Rés. 20, 55–68 (2002).

Article CAS Google Scholar

Kanari, N. et al. Etude d'ensemble des réactions de chloration appliquées à l'extraction primaire et au recyclage des métaux et à la synthèse de nouveaux réactifs. Thermochim. Acta 495, 42–50 (2009).

Article CAS Google Scholar

Zhang, Y. & Kasai, E. Effet du chlore sur le comportement de vaporisation du zinc et du plomb lors du traitement à haute température de la poussière et des cendres volantes. ISJ International 44, 1457–1468 (2004).

Article CAS Google Scholar

Sakai, SI & Hiraoka, M. Recyclage des résidus d'incinérateurs de déchets solides municipaux par des procédés thermiques. Gestion des déchets. 20, 249-258 (2000).

Article CAS Google Scholar

Nowak, B., Rocha, SF, Aschenbrenner, P., Rechberger, H. & Winter, F. Élimination des métaux lourds des cendres volantes MSW au moyen de la chloration et du traitement thermique : Influence du type de chlorure. Chim. Ing. J. 179, 178-185 (2012).

Article CAS Google Scholar

Okada, T. & Tomikawa H. Effets de la composition chimique des cendres volantes sur l'efficacité de la séparation des métaux lors de la fusion des cendres des déchets solides municipaux. Gestion des déchets. 33, 605–614 (2013).

Article CAS Google Scholar

Chan, CCY & Kirk, DW Comportement des métaux dans les conditions de grillage des cendres volantes de l'incinérateur msw avec des agents de chloration. J. Hazard. Mater. 64, 75–89 (1999).

Article CAS Google Scholar

Chan, C., Jia, CQ, Graydon, JW et Kirk, DW Le comportement de certains métaux lourds dans les cendres du précipitateur électrostatique d'incinération MSW lors de la torréfaction avec des agents de chloration. J. Hazard. Mater. 50, 1–13 (1996).

Article CAS Google Scholar

Nowak, B. et al. Limitations des rejets de métaux lourds lors du traitement thermochimique des cendres de boues d'épuration. Gestion des déchets. 31, 1285-1291 (2011).

Article CAS Google Scholar

Blissett, RS & Rowson, NA Un examen de l'utilisation multi-composants des cendres volantes de charbon. Carburant 97, 1–23 (2012).

Article CAS Google Scholar

Yao, ZT, Xia, MS, Sarker, PK & Chen, T. Un examen de la récupération de l'alumine à partir des cendres volantes de charbon, avec un accent sur la Chine. Carburant 120, 74–85 (2014).

Article CAS Google Scholar

Kubonová, L., Langová, Š., Nowak, B. & Winter, F. Méthodes de récupération thermique et hydrométallurgique des métaux lourds à partir de cendres volantes de déchets solides municipaux. Gestion des déchets. 33, 2322-2327 (2013).

Article Google Scholar

Nowak, B., Aschenbrenner, P. & Winter, F. Élimination des métaux lourds des cendres des boues d'épuration et des cendres volantes des déchets solides municipaux - une comparaison. Processus de carburant. Technol. 105, 195-201 (2013).

Article CAS Google Scholar

Jakob, A., Stucki, S. & Struis, RPWJ Élimination complète des métaux lourds des cendres volantes par traitement thermique : influence des chlorures sur les taux d'évaporation. Environ. Sci. Technol. 30, 3275-3283 (1996).

Article CAS ADS Google Scholar

Chan, CCY, Kirk, DW & Marsh, H. Le comportement de Al dans les cendres volantes de l'incinérateur MSW pendant le traitement thermique. J. Hazard. Mater. 76, 103–111 (2000).

Article CAS Google Scholar

Li, RD, Zhao, WW, Li, YL, Wang, WY & Zhu, X. Élimination des métaux lourds et transformation de la spéciation par le traitement de calcination des cendres de boues d'épuration enrichies en phosphore. J. Hazard. Mater. 283, 423–431 (2015).

Article CAS Google Scholar

Wu, SM et al. Inhiber l'évaporation des métaux lourds en contrôlant leur spéciation chimique dans les cendres volantes MSWI. Carburant 158, 764–769 (2015).

Article CAS Google Scholar

Ma, JL, Wei, GH, Xu, YG, Long, WG & Sun, WD Mobilisation et redistribution des éléments majeurs et traces lors de l'altération extrême du basalte sur l'île de Hainan, dans le sud de la Chine. Géochim. Cosmochim. Ac. 71, 3223–3237 (2007).

Article CAS ADS Google Scholar

Fraissler, G., Jöller, M., Mattenberger, H., Brunner, T. & Obernberger, I. Calculs d'équilibre thermodynamique concernant l'élimination des métaux lourds des cendres des boues d'épuration par chloration. Chim. Ing. Processus. 48, 152–164 (2009).

Article CAS Google Scholar

Shimaoka, T. & Hanashima, M. Comportement des cendres volantes stabilisées dans les décharges de déchets solides. Gestion des déchets. 16, 545-554 (1996).

Article CAS Google Scholar

Vassilev, SV, Braekman-Danheux, C., Laurent, P., Thiemann, T. & Fontana, A. Comportement, capture et inertisation de certains oligo-éléments lors de la combustion de charbon dérivé de déchets provenant de déchets solides municipaux. Carburant 78, 1131–1145 (1999).

Article CAS Google Scholar

Chen, GF Heavy Metal Metallurgy (éd. Chen, G.) 21–180 (Metallurgical Industry Press, 1992).

Xu, LS, Cheng, JF & Zeng, HC Étude expérimentale des caractéristiques de libération des éléments traces As, Cd et Cr lors de la combustion du charbon. Reneng Dongli Gongcheng 19, 478–482 (2014).

Google Scholar

Abanades, S., Flamant, G. & Gauthier, D. Cinétique de la vaporisation des métaux lourds à partir de déchets modèles en lit fluidisé. Environ. Sci. Technol. 36, 3879–3884 (2002).

Article CAS ADS Google Scholar

Saqib, N. & Bäckström, M. Répartition des éléments traces dans les cendres des chaudières brûlant du bois pur ou des mélanges de déchets solides en fonction de la composition du combustible, de la teneur en chlore et de la température. Gestion des déchets. 34, 2505-2519 (2014).

Article CAS Google Scholar

Sax, NI & Lewis, RJ Sr. Hawley's Condensed Chemical Dictionary (eds. Sax, N. et al.) 187–376 (Van Nostrand Reinhold, 1987).

Ghaffar, A. & Tabata, M. Déchloration des composés de chlorobenzène sur les cendres volantes ; effets des métaux, des solvants aqueux/organiques et des températures. Appl. Catal. B Environ. 86, 152–158 (2009).

Article CAS Google Scholar

Izumikawa C. Récupération de métaux à partir de cendres volantes générées par le processus de vitrification des cendres MSW. Gestion des déchets. 16, 501–507 (1996).

Article CAS Google Scholar

Nowak, B., Aschenbrenner, P. & Winter, F. Élimination des métaux lourds des cendres des boues d'épuration et des cendres volantes des déchets solides municipaux-A. Processus de carburant. Technol. 105, 195-201 (2013).

Article CAS Google Scholar

Fraissler, G., Jöller, M., Brunner, T. & Obernberger, I. Influence de l'atmosphère gazeuse sèche et humide sur la décomposition thermique du chlorure de calcium et son impact sur l'élimination des métaux lourds par chloration. Chim. Ing. Processus. 48, 380–388 (2009).

Article CAS Google Scholar

Mattenberger, H. et al. Cendres de boues d'épuration en engrais phosphoré: variables influençant l'élimination des métaux lourds lors du traitement thermochimique. Gestion des déchets. 28, 2709-2722 (2008).

Article CAS Google Scholar

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École des sciences et de l'ingénierie de l'environnement, Université de technologie du Guangdong, Guangzhou, 510006, Chine

Jingyong Liu, Jiacong Chen et Limao Huang

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JL a conçu et conçu les expériences ; JC et LM ont réalisé les expériences ; JL et JC ont analysé les données ; JC et LM ont contribué réactifs/matériels/outils d'analyse. Tous les auteurs ont contribué à la discussion des résultats ainsi qu'à la rédaction du manuscrit. Tous les auteurs ont lu et approuvé le manuscrit final.

Les auteurs déclarent une absence d'intérêts financiers en compétition.

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Liu, J., Chen, J. & Huang, L. Élimination des métaux lourds des cendres volantes MSS par des traitements thermiques et de chloration. Sci Rep 5, 17270 (2015). https://doi.org/10.1038/srep17270

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Reçu : 29 juin 2015

Accepté : 27 octobre 2015

Publié: 25 novembre 2015

DOI : https://doi.org/10.1038/srep17270

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