一、燃烧前控制：源头减少重金属输入

通过原煤预处理和燃烧配伍，降低进入燃烧系统的重金属总量，为后续处理减轻负担。

原煤洗选与配煤

洗选脱除矿物质：原煤中重金属（如Pb、As）常赋存于黄铁矿、方解石等矿物质中。通过洗选（如跳汰、重介、浮选）可去除30%-70%的灰分和硫化物，同步降低重金属含量。例如，某电厂对入炉煤进行洗选后，粉煤灰中Pb含量从120mg/kg降至45mg/kg，As含量从35mg/kg降至15mg/kg，为后续利用（如制备建材）创造了条件。

低重金属煤配伍：若原煤中重金属含量超标，可与低重金属煤按比例混合燃烧。例如，将高汞煤（Hg含量0.5mg/kg）与低汞煤（Hg含量0.1mg/kg）按1:3配比，可使粉煤灰中Hg含量从0.3mg/kg降至0.15mg/kg，满足《粉煤灰用于水泥和混凝土的标准》（GB/T 1596-2017）中Hg≤0.01mg/kg的严格限值（需结合后续处理）。

添加剂预处理

钙基添加剂固定重金属：在原煤中添加石灰石（CaCO₃）或生石灰（CaO），燃烧时生成CaO与SO₂反应生成CaSO₄，同时CaO可与重金属（如Pb、Cd）形成稳定的硫酸盐或硅酸盐，减少其挥发。试验表明，添加5%石灰石后，粉煤灰中Pb的挥发率从35%降至15%，残留量增加20%，为后续物理分离提供便利。

硫化物添加剂促进硫化：添加黄铁矿（FeS₂）或硫磺（S），使重金属（如Hg、As）在燃烧过程中生成硫化物（如HgS、As₂S₃），其熔点高、挥发性低，更易留在底渣中。例如，添加1%硫磺后，粉煤灰中Hg含量从0.2mg/kg降至0.08mg/kg，且硫化物形态的重金属在环境中迁移性显著降低。

二、燃烧中抑制：减少重金属挥发与迁移

通过优化燃烧条件和添加抑制剂，控制重金属在燃烧过程中的气化与再凝结，降低其在粉煤灰中的富集。

低温燃烧与分级配风

降低燃烧温度：重金属（如Hg、Se）的挥发性随温度升高而增强。采用低温燃烧技术（如循环流化床锅炉，燃烧温度850-950℃），较煤粉炉（1200-1500℃）可减少重金属挥发30%-50%。例如，某循环流化床电厂粉煤灰中Hg含量为0.05mg/kg，仅为同地区煤粉炉电厂的1/4。

分级配风抑制氧化：通过调整燃烧器结构（如浓淡分离、空气分级），在燃烧初期形成还原性气氛（CO浓度＞1%），抑制重金属（如Hg⁰）氧化为易挥发的Hg²⁺，促使其与未燃尽碳结合形成颗粒态，被除尘器捕获。试验表明，分级配风可使粉煤灰中Hg的捕获率从60%提升至85%。

燃烧中添加抑制剂

卤素添加剂促进氧化与固定：添加氯化钙（CaCl₂）或溴化钾（KBr），使气态Hg⁰氧化为HgCl₂或HgBr₂，其沸点较低（HgCl₂沸点304℃），易在低温区凝结于粉煤灰颗粒表面，被除尘器捕获。例如，添加0.5% CaCl₂后，粉煤灰中Hg含量从0.1mg/kg增至0.3mg/kg，且以HgCl₂形式存在，环境风险显著降低。

硅铝质添加剂吸附固定：添加高岭土（Al₂Si₂O₅(OH)₄）或粉煤灰本身（含大量SiO₂和Al₂O₃），其表面羟基（-OH）可与重金属（如Pb、Cd）形成内层络合物，或通过孔道吸附固定重金属离子。试验表明，添加10%高岭土后，粉煤灰对Pb的吸附容量从15mg/g提升至30mg/g，且吸附后的Pb在酸性环境中（pH＜4）的溶出率降低80%。

三、燃烧后分离与固化：深度脱除与稳定化

对燃烧后粉煤灰中的重金属，可通过物理分离、化学提取或固化稳定化技术，进一步降低其含量或环境活性。

物理分离技术

重力分选：利用重金属化合物（如PbSO₄、CdS）与粉煤灰基质的密度差异（如PbSO₄密度6.2g/cm³，粉煤灰密度2.1-2.8g/cm³），通过跳汰机或摇床分选，可去除30%-50%的重金属。例如，某企业对粉煤灰进行重力分选后，Pb含量从80mg/kg降至40mg/kg，分选出的富重金属尾渣可用于提取金属，实现资源回收。

磁选分离：部分重金属（如Fe、Mn）及其氧化物具有磁性，可通过高梯度磁选机分离。例如，对含铁量较高的粉煤灰进行磁选，可回收铁精矿（Fe含量＞55%），同时降低粉煤灰中Fe相关重金属（如Cr⁶⁺，常与Fe氧化物共存）的含量，磁选后粉煤灰中Cr含量从120mg/kg降至60mg/kg。

化学提取技术

酸浸提取：用稀盐酸（HCl）或硫酸（H₂SO₄）溶解粉煤灰中的重金属化合物（如PbSO₄、CdCO₃），通过固液分离获得含重金属的浸出液，再通过沉淀、萃取或电解回收金属。例如，用1mol/L HCl在80℃下浸出粉煤灰2h，Pb提取率达90%，浸出渣中Pb含量从80mg/kg降至8mg/kg，符合建材利用标准（Pb≤50mg/kg）。

碱浸提取：对含砷（As）粉煤灰，用氢氧化钠（NaOH）溶液溶解砷酸盐（如Ca₃(AsO₄)₂），生成可溶性砷酸钠（Na₃AsO₄），再通过石灰沉淀（生成Ca₃(AsO₄)₂沉淀）或铁盐共沉淀（生成FeAsO₄沉淀）回收砷。试验表明，碱浸-沉淀工艺可使粉煤灰中As含量从100mg/kg降至5mg/kg，脱除率达95%。

固化稳定化技术

水泥固化：将粉煤灰与水泥按比例混合（如1:3），加水搅拌后形成硬化体，重金属（如Pb、Cd）被包裹在水泥水化产物（如C-S-H凝胶）的孔隙中，或与OH⁻反应生成氢氧化物沉淀（如Pb(OH)₂），降低其溶出性。例如，水泥固化后粉煤灰中Pb的浸出浓度从5mg/L降至0.1mg/L，满足《危险废物填埋污染控制标准》（GB 18598-2019）中Pb≤0.25mg/L的要求。

化学药剂稳定化：添加磷酸盐（如过磷酸钙、磷酸二氢铵）或硫化钠（Na₂S），使重金属生成磷酸盐（如Pb₃(PO₄)₂）或硫化物（如CdS）沉淀，其溶解度极低（如Pb₃(PO₄)₂溶度积Ksp=10⁻⁵⁴），环境风险显著降低。例如，添加5%过磷酸钙后，粉煤灰中Pb的浸出浓度从3mg/L降至0.05mg/L，稳定化效果优于水泥固化。

四、综合策略与案例：从源头到末端的全链条控制

以某燃煤电厂为例，其原煤中Hg含量0.4mg/kg、Pb含量150mg/kg，通过以下措施实现粉煤灰中重金属深度脱除：

燃烧前：对原煤进行洗选，去除40%灰分和硫化物，Hg含量降至0.25mg/kg，Pb含量降至90mg/kg；添加3%石灰石和1%硫磺，进一步固定重金属。

燃烧中：采用循环流化床锅炉（850℃燃烧），添加0.5% CaCl₂促进Hg氧化，分级配风提高粉煤灰中Hg捕获率至80%。

燃烧后：对粉煤灰进行重力分选，去除30%富重金属尾渣（用于提金属）；剩余粉煤灰用1mol/L HCl浸出Pb，浸出渣中Pb含量从90mg/kg降至10mg/kg；最后用5%过磷酸钙稳定化，Pb浸出浓度从2mg/L降至0.02mg/L，完全满足建材利用标准。

总结：技术协同与成本平衡是关键

降低粉煤灰中重金属含量需结合原煤特性、燃烧工艺和利用场景，优先采用源头控制（如洗选、配煤）和燃烧中抑制（如低温燃烧、添加剂）技术，降低后续处理难度；对已产生的粉煤灰，根据重金属种类和含量选择物理分离（如分选）、化学提取（如酸浸）或固化稳定化（如水泥固化）技术，实现深度脱除或风险管控。未来，随着碳捕集与重金属协同控制技术（如钙循环吸附Hg）的发展，粉煤灰重金属脱除将向“高效、低碳、资源化”方向升级，为燃煤电厂绿色转型提供核心支撑。