综述：城市固体废物焚烧飞灰中重金属的分离研究综述

这篇综述系统评述了城市固体废物焚烧飞灰（MSWI）中重金属分离的三大技术路径：湿法冶金（hydrometallurgy）、火法冶金（pyrometallurgy）和生物湿法冶金（biohydrometallurgy），对比了各方法的分离效率（如Cd最高达100%）、资源消耗（火法能耗高）及碳排放（湿法729.2 kgCO2/吨），并提出铝渣（AlN）还原捕获重金属的创新思路，为环境风险治理提供理论支撑。

　　

引言

城市固体废物焚烧飞灰（MSWI）作为危险废弃物，全球年排放量超1000万吨，含生物毒性重金属（如Cr、Cu、Zn、Cd、Pb）。其处置技术分为稳定化（固化）和分离法，后者通过湿法、火法和生物法实现重金属彻底去除。

重金属形态与分离挑战

MSWI飞灰中重金属以四态分布：弱酸可溶态（F1）、可还原态（F2）、可氧化态（F3）和残渣态（F4）。Cr/Ni主要存在于残渣态（F4占比>80%），难分离；Cd以可还原态为主（F2达97%），易被酸浸出；Pb/Zn形态分布无显著规律。

湿法冶金：高效但高污染

酸浸出：盐酸（HCl）对Cu/Zn浸出率最高（100%/95%），但Pb因生成PbSO₄难溶（仅5%）。络合浸出：EDTA对Pb浸出率38%，但非生物降解性造成二次污染。微波辅助（600W）可缩短浸出时间至2分钟，提升Cu浸出率至42%。每处理1吨飞灰消耗3吨HCl，排放废水4.3吨，碳排放达729.2 kgCO₂。

火法冶金：低耗但高能耗

挥发分离：1150℃下Cd/Pb挥发率超95%，但需添加高岭土释放Cl₂促进ZnCl₂生成。还原合金化：红泥（含Fe₂O₃）与飞灰共冶，Fe-Cu-Ni-Cr合金回收率超80%。火法碳排放达947.3 kgCO₂/吨，但固体排放减少90%。

生物湿法冶金：绿色但低效

硫/铁氧化细菌（如Acidithiobacillus ferrooxidans）通过分泌H₂SO₄和Fe³⁺催化重金属溶出，Cr浸出率100%，但处理周期长达21天，且负载量仅1-5%。

创新方向：铝渣还原捕获

铝渣（含AlN）在800℃以上可还原V/Cr/Zn等难处理重金属（ΔG<-200 kJ/mol），并通过Fe捕获形成合金。相比碳还原，AlN理论减排CO₂ 50%，且合金产物可资源化利用。

结论

火法冶金综合优势显著，未来需优化铝渣还原-铁捕获联用技术，平衡分离效率与碳足迹。