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文明社会最重要的问题之一就是清除废物，这些废物主要来自高度发达的工业产品的生产。一种有效且实用的清除方式是燃烧，并通过产生蒸汽来生产电能。

 

文明社会最重要的问题之一就是清除废物，这些废物主要来自高度发达的工业产品的生产一种有效且实用的清除方式是燃烧，并通过产生蒸汽来生产电能目前，欧洲约有23%的垃圾被焚烧，其余的则被填埋在西欧，有近600家垃圾焚烧厂在运行，而且数量还在不断增加。

在焚烧废物的过程中会产生腐蚀性很强的物质，这是因为废物中含有复杂的异质物质尤其是含氯化合物（如聚氯乙烯）数量的不断增加，以及德国的限制（要求更高的燃烧温度），都给垃圾燃烧锅炉带来了严重的腐蚀问题。

表1列出了垃圾燃烧锅炉烟气中某些腐蚀性成分的浓度数据尤其是HCl和SO2，HCl的含量明显高于SO2尤其是HCl的含量一般较高，而SO2的浓度一般低于HCl的浓度SO2的浓度总体上比HCl低对腐蚀现象的分析以及在废物焚烧条件下的实验室腐蚀研究已经进行了多年。

关于废物中氯含量对碳钢腐蚀影响的系统研究是在美国巴特尔研究所进行的温度范围为204℃至538℃研究发现在废料中加入聚氯乙烯会增加氯的含量因此，钢的腐蚀速度会提高50-150%从这些实验中可以看出，与硫酸盐相比，氯化物在沉积物中的腐蚀作用更大。

试样样品取自德国三个不同的焚烧厂，已使用数千小时。分析结果非常清楚地表明，管子表面的沉积物中存在熔融相。熔体由硫酸盐和/或氯化物组成，并含有大量的锌和铅，但含量较少。

如上图所示，分析的试样是一根由15Mo3制成的管子，管子表面覆盖了一层镍基合金在直接暴露于气流的部分，覆盖层被一层厚厚的沉积物覆盖，经过6000小时的暴露后，沉积物已被腐蚀完全消耗值得注意的是，在管子的左右两侧和背面只有少量的沉积物，因此腐蚀程度要小得多。

为了研究套管损坏的原因，我们用扫描电镜对套管的严重腐蚀部分（正面）、左右两侧、沉积物/气体接触区以及沉积物/氧化物界面上的沉积物进行了分析钢管正面沉积物/气体界面的扫描电镜微图显示，固体颗粒下面是凝固的熔融相。

上图给出了熔融相的EDX分析结果。熔体中含有硫、氧、少量氯、钾、钠、钙、铅和少量锌。显然，与烟道气接触后形成了含有重金属和少量氯的硫酸盐熔体。

上图显示了在氧化物/沉积物界面拍摄的相同沉积物的扫描电镜显微照片。

在这种情况下，还检测到了固化的熔融相，其EDX分析结果如上图所示与气态/液态界面上的熔体不同，这种熔体由钾、锌和氯组成，没有检测到硫和氧，显然是ZnCl2-KCl共晶在管子背面和左右两侧的沉积物中，没有检测到大量的氯，也没有熔融相。

这些沉积物主要由钙、钾和铅的硫酸盐组成总之，包层合金的严重腐蚀发生在含氯沉积物的下面，显示出大量含有铅和锌等重金属的熔融相（硫酸盐和氯化物）还对钢管前端的腐蚀金属试样进行了分析在试样上发现了厚厚的氧化鳞片，主要由Fe2O3组成，表明氧化作用正在进行。

在此刻度下，检测到ZnCl2-KCl熔体去除氧化物后，在金属基板上也发现了盐，主要是钠和钾的氯化物，但也有硫酸盐在某些情况下，盐是熔融的因此，挥发性盐类（可能是熔融相）通过沉积物和裂缝从炽热的烟道气中扩散出来。

在金属表面较低的温度下，氧化物鳞片和孔隙与金属/鳞片界面凝结在一起此外，还对覆盖层材料进行了分析上图显示的是腐蚀前沿覆盖层的扫描电镜照片在金属上形成了厚厚的氧化物鳞片，由两种不同的相组成根据X射线衍射分析（结合EDX）的结果，靠近金属的内部为尖晶石，外部为氧化镍。

在整个鳞片中，发现了少量的钠、钾、锌和铅，以及硫和氯。这些结果表明鳞片中存在硫酸盐和氯化物。上图是氧化镍鳞片的扫描电镜放大图。图中显示了多孔氧化物，以及鳞片内相对致密的层。

上图给出了从这些部分提取的EDX分析结果致密层中富含铬、锌和铅，此外还检测到钾、硫和氯如上所述，相对致密的形态和成分强烈表明这些层是熔融相根据铬的高含量，熔体与最初形成的铬鳞发生了反应一方面，熔体与CrO23鳞片发生反应，导致合金中铬的消耗，从而形成尖晶石和氧化镍。

另一方面，反应会产生氯由于氯的分压足够高，金属鳞片界面会形成金属氯化物，并发生活性氧化，从而导致极高的腐蚀速率金属氧化物鳞片下的氯化铁的实际存在证实了活性氧化的机理在腐蚀过程开始时，合金表面会形成富铬氧化层。

在粉煤灰沉积并与沉积物中的熔体发生反应后，这层氧化物会被反应破坏，合金中的铬会被耗尽因此，富镍尖晶石和氧化镍开始生长，铬再次富集由于氧化镍鳞片多孔，烟气和挥发性盐类会扩散到鳞片熔体界面，并凝结成固相或熔相，再次侵蚀金属。

烟气成分通过氧化物鳞片进行扩散的情况已在上文说明，对氧化镍鳞片的分析也有力地证明了这一点，因为氧化物具有足够的多孔性

上图显示了鳞片的一部分，它显示了凝固熔融相基质中的沉淀物，主要由硫酸盐组成，但也有氯化物，如前所述根据EDX分析，沉淀物是铁和镍的氧化物，只有少量铬转到金属/鳞片界面，除了沉淀物外，还发现了氧化物层，其中含有铁和镍，在某些情况下还含有铬。

在鳞片/金属界面没有发现沉淀物，层状氧化物中除了铁和镍外，还含有更多的铬在氧化鳞片（亮灰色）内部，还发现了凝固的盐熔体层（深灰色）在氧化鳞片（亮灰色）内，还发现了凝固的盐熔体层（深灰色），这与第一次分析中的观察结果一致。

如上图所示腐蚀产物沿着焊接过程中形成的树枝状突起侵入金属表面腐蚀产物主要是铁、铬和镍的金属氯化物与相应氧化物的混合物此外，还发现了大量的NiS考虑到产品中的铁含量较高，我们使用EDX对过焊材料进行了定量分析。

很明显，该材料在焊接过程中溶解了钢基体中的一些铁此外，铬的含量太低，无法形成富铬腐蚀产品在这种情况下观察到的腐蚀机理也主要是由氯引起的，这源于沉积物/鳞片界面处富含氯化物的熔体具体表现为金属氯化物是主要的腐蚀产物。

正如第一次分析所述，熔体与氧化鳞反应生成氯，氯与金属反应生成挥发性金属氯化物另一方面，在富含硫酸盐的熔体中观察到铁和镍氧化物沉淀，尤其是在沉积物/气体界面处这有力地说明了铁和镍氧化物在熔体中的溶解性，在冷却过程中或与含氧气体接触时沉淀为氧化物。

铬似乎由于硫酸盐的溶解度较低，它在这些沉淀物下面形成了分层腐蚀产物除了沉淀物，沉积物/鳞片界面上还形成了硫化物，这表明硫酸盐熔体参与了腐蚀过程总之，腐蚀是由氯化物熔体与沉积物/鳞片界面上的氧化物鳞片反应产生的氯气，以及沉积物/气相边界处硫酸盐熔体中铁和镍氧化物的溶解以及镍硫化物的形成而发生的。

对垃圾焚烧厂样品的分析表明，如果金属部件表面存在大量含氯化物和硫酸盐的沉积物，金属材料就会发生严重腐蚀在分析的每个案例中，沉积物中都形成了熔融相这些熔融相的成分各不相同，取决于工厂，也取决于矿床的位置一般来说，熔融钙硫酸盐、钾硫酸盐和鈉硫酸盐普遍存在于矿床/气相边界，而更多的熔融氯化物则存在于矿床/鳞片相边界。

不过，大多数硫酸盐都含有少量氯化物，而大多数氯化物都含有少量硫酸盐硫酸盐熔体的化学成分属于钾-钠-钙-硫酸盐体系，或多或少地含有硫酸盐氯化物熔体属于ZnCl2-KCl系统，在某些情况下还会发现钠和一些铅，但没有发现钙。

考虑到重金属的存在，锌的含量高于铅，氯化物熔体中的重金属含量远高于硫酸盐熔体特别是在硫酸盐熔体中发现了铁和镍的氧化物，但没有铬，即使是镍基合金也是如此作为腐蚀原，一般会检测到金属氯化物和氧化物，氧化物中含有大量熔盐。

在某些情况下，还发现了硫化物在给定的氧气和水的分压下，硫酸盐相对于氯化物的稳定性在很大程度上取决于HCl/SO2比率，也取决于气相和管道沉积物的温度考虑到气态物质O2、H2O、HCl和SO2是垃圾焚烧大气中的典型物质，硫酸盐和氯化物之间的平衡是通过一系列化学反应建立的。

必须指出的是，由于气流流速很快，气体的平衡状态很不确定因此，更多的碱性氯化物会在炉子的较冷部分存活下来，并因此进入沉淀物中，而挥发性重金属氯化物则会在到达较冷的管子表面时从气相中倾倒出来总之，如果在气相中建立了平衡，高温下形成的氯化物将随着温度的降低在烟气中转化为硫酸盐。

从这个角度来看，大部分硫酸盐应该在锅炉的低温区域（即过热器部分）形成的去势中保持稳定固体氯化物的平衡量将非常小，最有可能的相将是KCl和NaCl，而不是CaCl2这与之前描述的矿床中出现的氯化物相十分吻合。

此外，挥发性ZnCl2和PbCl2与相关的硫酸盐在平衡状态下是稳定的，倾向于在较低温度下凝聚如果气体处于非平衡态，矿床中应该会发现更多的氯化物，尤其是重金属氯化物、KCl和NaCl，而不是CaCl2考虑到沉积物的形成，气体应该是因此，除了锅炉高温区域产生的一定量的氯化物（ZnCl2(g)、PbCl2(g)、KCl(s,g)、NaCl(s,g)）之外，硫酸盐是稳定的。

由于硫酸盐和碱式氯化物的蒸汽压力远低于重金属氯化物，因此它们会在流动气体中相对较高的温度下凝结在飞灰颗粒上条纹在冷却的过热器表面，重金属氯化物会在管子上凝结，包括与硫酸盐和氯化物凝结物一起凝结的飞灰颗粒。

由于管子表面温度较低，在重金属氯化物的作用下会形成液相，主要是低熔共晶体

这些共晶通常由氯化物形成，尤其是来自KCl-ZnCl2体系的氯化物，正如在之前描述的矿床中观察到的那样如上图所示，在沉积鳞片界面上发现的重金属化合物主要是ZnCl2，因为它的蒸汽压最高只要沉积物较薄，气流中的重金属氯化物数量就会减少，只有硫酸盐会留在二氧化硅球中。

因此，1号分析管只在前端显示出氯化物，而没有在左右两侧显示出硫酸盐如果管子上形成了沉积物，则整个沉积物都会形成一个温度梯度，从较热的部分（即沉积物/气体界面）到较冷的部分（即鳞片/沉积物界面）沉积物分析表明，硫酸盐存在于沉积物/气体界面，而氯化物存在于沉积物/鳞片界面。

沉积物/气相交界处出现硫酸盐熔体表明，沉积物外部与气相之间几乎达到平衡，而内部则与气相之间远未达到平衡，大量的氯化物表明了这一点硫酸盐熔体将抑制气相物质向沉积层的扩散，因此管表面的氯化物熔体将保持稳定在这种情况下，重金属氯化物和氯化钾会转化为硫化物。

随着时间的推移，重金属氯化物的冷凝会随着沉积物表面温度的升高而向设备移动清除管道和水壁上的厚沉积物会导致冷凝氯化物加速侵蚀，因此应避免这样做，以防止冷凝这一基于热力学计算的模型非常清楚地解释了矿床中出现的低熔点氯化物和硫酸盐熔体，特别是它们的局部分布。

它还解释了盐类的化学性质，特别是灰烬中富含氯化锌的氯化物的形成和氯化钙的不稳定性为了阐明在垃圾焚烧条件下，即在含有HCl-和SO2的气体中，硫酸盐相对于氯化物的热力学稳定性，给出了一种热力学方法。

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