高岭土在高温下具有吸附重金属的能力,添加高岭土入炉后,高岭土通过化学反应与化学吸附促进重金属蒸气向易捕集的大颗粒迁移,最后被除尘设备捕集,从而减少煤、垃圾和生物质等在燃烧、气化等过程中产生的重金属排放。国内外学者已对此进行了长期研究,但并未全面掌握其吸附特性及其中的机制,尤其是水蒸气参与的情况下。炉内高温条件下,高岭土表面羟基脱落导致结构畸变的过程与高岭土吸附重金属的特性息息相关。本文首先通过沉降炉研究了高岭土炉内闪煅特性(炉温800-1300℃,停留时间0.5-3s)。高岭土内部的羟基分为三种类型:E型(易脱除,约占50%)、D型(难脱除,约占40%)和U型(不脱除,约占10%)。羟基的活化是脱除E型和D型羟基的第一步。根据Arrhenius方程,建立了 900-1200℃脱羟基反应的动力学模型,其中活化能为140 kJ/mol、指前因子为1.32×106s-1。800℃时,E型羟基的脱除导致高岭土中部分六配位A1向五配位A1转化,产生偏高岭土。当温度升高到1200℃时,产生莫来石,部分五配位A1转化为四配位A1和六配位A1。基于此,分析了垃圾焚烧炉和煤粉炉内,高岭土的闪煅特性及其可能的影响。为了探究水蒸气气氛下高岭土的闪煅特性,本文接着研究了水蒸气对高岭土脱羟基与结构畸变特性的影响。水蒸气可以通过转化为表面羟基抑制高岭土脱除羟基,抑制作用随水蒸气浓度增加而增强,此外还会抑制莫来石的形成、促进高岭土颗粒的膨胀、增加比表面积。由此分析,垃圾焚烧炉内水蒸气浓度高,对高岭土吸附Pb具有显著的促进作用(以PbCl2为主),而煤粉炉内水蒸气浓度低,对高岭土吸附Pb(以PbO为主)具有一定抑制作用。最后,本文通过沉降炉研究了高岭土/Pb为7(摩尔比)的条件下,高岭土高温吸附PbCl2蒸气和PbO蒸气的特性,并结合高岭土的高温闪煅特性分析了其中的机制。试验证实了理论中水蒸气的作用,即水蒸气可以促进PbCl2蒸气吸附,但抑制PbO蒸气吸附。温度的增加均可促进PbCl2蒸气和PbO蒸气的吸附。水蒸气与温度对PbCl2蒸气和PbO蒸气吸附产物无显著影响,其成分主要是Pb的硅酸盐/硅铝酸盐。吸附产物形貌与Pb吸附量和温度有关。PbCl2吸附产物为薄且小的片层粘结形成的颗粒状结构,而PbO吸附产物为厚且大的片层粘结形成的多颗粒组合结构。这是由于PbO吸附量大于PbCl2吸附量,其片层熔化程度更高导致。结合PbCl2蒸气和PbO蒸气的吸附特性、产物特性以及高温闪煅特性,综合阐述了垃圾焚烧炉/煤粉炉内高岭土吸附Pb蒸气的机制,包括微观角度的水蒸气参与/抑制的步骤和宏观角度的孔隙结构坍塌等。1000℃、水蒸气浓度20%条件下,PbCl2吸附效率为34%;1300℃、水蒸气浓度10%条件下,PbO吸附效率为78%。考虑到炉内碱金属同样会与高岭土发生反应,推测垃圾焚烧炉内Pb捕集的实际效率低于34%,而煤粉炉内Pb捕集效率低于78%。