CN119368552B - 垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及垃圾焚烧处理的技术领域，特别是涉及一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法及装置，其通过优化温度控制策略，可以在保证结晶效率和产品纯度的同时，能够更准确地预测出重金属离子的沉淀情况，有助于在蒸发结晶过程中选择适宜的温度范围，提高结晶效率，同时确保产物的高纯度；通过构建的溶解结晶平衡模型，能够根据不同重金属离子的特性，精确计算出最佳的结晶温度区间，避免不必要的能源消耗，降低运行成本；不仅考虑废水本身的特性，还实时监测环境数据信息，对多种环境数据信息的综合分析，能够更好地适应外界环境的变化，增强处理过程的灵活性和稳定性；通过精确控制蒸发结晶过程，可将垃圾焚烧飞灰中不同重金属氯盐进行提纯。

Description

垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法及装置

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧处理的技术领域，特别是涉及一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法及装置。

背景技术

随着城市化进程的加快和人口的增长，生活垃圾的产生量急剧上升，垃圾焚烧作为一种有效的垃圾处理方式得到了广泛应用。垃圾焚烧飞灰中含有大量重金属氯盐(如氯化锌、氯化铁、氯化钙、氯化镁、氯化铁等)，这些重金属氯盐若处理不当，不仅会造成资源浪费，还会对环境造成严重污染。当前，采用水洗法处理垃圾焚烧飞灰是回收重金属氯盐的有效手段之一，通过水洗可以将重金属离子转移至溶液中，形成飞灰水洗溶液。

蒸发结晶技术作为一种有效的废水处理方法，能够通过蒸发和结晶过程将废水中的有害物质转化为固态形式，从而便于后续的处理和资源化利用。然而，现有的蒸发结晶方法多采用固定温度进行操作，但不同的重金属离子与沉淀剂在不同温度下的溶解度、结晶速率存在较大差异，传统的单一温度控制往往不能兼顾多种重金属离子的最佳结晶条件，可能导致结晶效率低下、产品纯度不高或能耗过大等问题。此外，受多种环境因素影响，如环境温度、湿度、气压以及废水的初始pH值等，这些因素均会对蒸发结晶过程产生影响。然而，现有的蒸发结晶方法很少考虑这些环境和废水特性参数，缺乏对这些参数的综合分析和利用，无法实现对蒸发结晶过程中温度的精确控制。

因此，亟待需要一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法及装置来解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种通过优化温度控制策略，可以在保证结晶效率和产品纯度的同时，降低能耗，提高生产经济性的垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法及装置。

第一方面，本发明提供了垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法，所述方法包括：

基于飞灰水洗溶液处理方案，提取飞灰水洗溶液处理用的重金属离子沉淀剂类型；

对飞灰水洗溶液进行成分测定，获得水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值；所述水溶液重金属离子浓度画像包括若干种重金属离子浓度；

利用预先构建的沉淀物预测模型，对重金属离子沉淀剂类型、水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值进行综合分析，获得水溶液蒸发结晶得到的沉淀物结晶特征；所述沉淀物结晶特征包括沉淀物类型以及各类型沉淀物浓度；

实时采集飞灰水洗溶液所在地的环境数据信息；所述环境数据信息包括环境温度、环境湿度以及环境气压；

将沉淀物结晶特征输入至预先构建的溶解结晶平衡模型，获得沉淀物结晶阶梯温度集合，并利用环境数据信息对沉淀物结晶阶梯温度集合进行校正，获得环境校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合；在所述沉淀物结晶阶梯温度集合中，每个梯度均对应于至少一种沉淀物的最佳结晶温度以及对应的结晶时长；

以校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合作为蒸发结晶温控策略，对飞灰水洗溶液进行蒸发结晶温度控制，以将垃圾焚烧飞灰中不同重金属氯盐进行提纯。

第二方面，本申请还提供了垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯装置，所述装置包括：

沉淀剂类型获取模块，用于根据飞灰水洗溶液处理方案，获取蒸发结晶过程中所使用的重金属离子沉淀剂的类型；

重金属离子测定模块，用于对飞灰水洗溶液进行成分测定，生成水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值；

沉淀物预测模块，用于利用预先构建的沉淀物预测模型，对重金属离子沉淀剂类型、水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值进行综合分析，获得水溶液蒸发结晶得到的沉淀物结晶特征，包括沉淀物类型以及各类型沉淀物的浓度；

影响因素采集模块，用于实时采集飞灰水洗溶液所在地的环境数据信息；

溶解结晶平衡模块，用于将沉淀物结晶特征以及环境数据信息进行数据融合，并将融合后的数据集输入至预先构建的溶解结晶平衡模型，获得沉淀物结晶阶梯温度集合；在所述沉淀物结晶阶梯温度集合中，每个梯度均对应于至少一种沉淀物的最佳结晶温度以及对应的结晶时长；

蒸发结晶温度控制模块，用于根据校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合，对飞灰水洗溶液进行蒸发结晶过程的温度控制，以将垃圾焚烧飞灰中不同重金属氯盐进行提纯。

第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括总线、收发器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述收发器、所述存储器和所述处理器通过所述总线相连，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任意一项所述方法中的步骤。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项所述方法中的步骤。

与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明通过对飞灰水洗溶液进行详细的成分分析，结合重金属离子沉淀剂类型和水溶液重金属离子浓度画像，能够更准确地预测出重金属离子的沉淀情况，有助于在蒸发结晶过程中选择最适宜的温度范围，提高结晶效率，同时确保产物的高纯度；通过构建的溶解结晶平衡模型，能够根据不同重金属离子的特性，精确计算出最佳的结晶温度区间，避免不必要的能源消耗，降低运行成本；本发明不仅考虑废水本身的特性，还实时监测环境数据信息，如温度、湿度、气压等，以及废水的初始酸碱值，对上述多种因素的综合分析，能够更好地适应外界环境的变化，增强处理过程的灵活性和稳定性；通过精确控制蒸发结晶过程，可以有效地从废水中回收有价值的金属和其他资源，减少资源浪费，符合可持续发展的理念。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法的流程图；

图2是本发明一实施例提供的一种电子设备的硬件架构图；

图3是本发明一实施例提供的一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供了一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法，该方法包括：

步骤S1、基于飞灰水洗溶液处理方案，提取飞灰水洗溶液处理用的重金属离子沉淀剂类型；

步骤S2、对飞灰水洗溶液进行成分测定，获得水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值；水溶液重金属离子浓度画像包括若干种重金属离子浓度；

步骤S3、利用预先构建的沉淀物预测模型，对重金属离子沉淀剂类型、水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值进行综合分析，获得水溶液蒸发结晶得到的沉淀物结晶特征；沉淀物结晶特征包括沉淀物类型以及各类型沉淀物浓度；

步骤S4、实时采集飞灰水洗溶液所在地的环境数据信息；所述环境数据信息包括环境温度、环境湿度以及环境气压

步骤S5、将沉淀物结晶特征输入至预先构建的溶解结晶平衡模型，获得沉淀物结晶阶梯温度集合，并利用环境数据信息对沉淀物结晶阶梯温度集合进行校正，获得环境校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合；

步骤S6、以校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合作为蒸发结晶温控策略，对飞灰水洗溶液进行蒸发结晶温度控制，以将垃圾焚烧飞灰中不同重金属氯盐进行提纯。

在本实施例中，通过对飞灰水洗溶液进行详细的成分分析，结合重金属离子沉淀剂类型和水溶液重金属离子浓度画像，能够更准确地预测出重金属离子的沉淀情况，有助于在蒸发结晶过程中选择最适宜的温度范围，提高结晶效率，同时确保产物的高纯度；通过构建的溶解结晶平衡模型，能够根据不同重金属离子的特性，精确计算出最佳的结晶温度区间，避免不必要的能源消耗，降低运行成本；本发明不仅考虑废水本身的特性，还实时监测环境数据信息，如温度、湿度、气压等，以及废水的初始酸碱值，对上述多种因素的综合分析，能够更好地适应外界环境的变化，增强处理过程的灵活性和稳定性；通过精确控制蒸发结晶过程，可以有效地从废水中回收有价值的金属和其他资源，减少资源浪费，符合可持续发展的理念。

在一些实施方式中，可以将收集到的沉淀物和水洗后飞灰进行混合研磨，以实现对水洗后飞灰的改性，即可以利用改性后的飞灰进行重金属的脱除，最终将改性后的飞灰回喷到烟道中，从而基于垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐实现了重金属氯盐的提纯以及垃圾焚烧飞灰的改性，从而有效实现了重金属氯盐的资源化利用。

需要说明的是，重金属氯盐是飞灰改性过程中重要的功能性物质。在改性飞灰的制备过程中，重金属氯盐在高温热解中气化膨胀，促进飞灰原料获得初级孔隙结构的松散骨架，重金属氯盐对飞灰结构活化机理主要是气化、氧化和重构，代表性重金属氯盐活化剂包括氯化锌、氯化铁、氯化钙、氯化镁、氯化铁等。在飞灰改性过程中，重金属氯盐在飞灰改性机理为形成表面碳氯活性基团，促进飞灰对Hg⁰产生特异性化学吸附。

下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。

针对步骤S1：

在垃圾燃烧飞灰处理过程中，蒸发结晶技术是一种关键的后续处理步骤，用于从飞灰水洗溶液中高效地分离和回收重金属离子；而为了确保蒸发结晶过程的高效性和产物的纯度，选择合适的重金属离子沉淀剂类型至关重要；步骤S1的主要任务是确定蒸发结晶过程中所使用的重金属离子沉淀剂的种类；这一步骤涉及到对沉淀剂的选择和识别，确保所选的沉淀剂能够与飞灰水洗溶液中的重金属离子形成稳定的沉淀物，从而便于后续的结晶分离。

在选择重金属离子沉淀剂时，需要考虑多个因素，包括沉淀剂与重金属离子的亲和性、形成的沉淀物的稳定性、沉淀剂的环境友好性以及成本效益等；垃圾燃烧飞灰中常见的重金属离子元素通常需要选择对这些重金属离子具有较强亲和性的沉淀剂；常见的沉淀剂有EDTA(乙二胺四乙酸)、DTPA(二乙烯三胺五乙酸)、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)等；这些沉淀剂能够有效地与飞灰中各种重金属离子发生反应，形成可溶于水的沉淀物，从而实现重金属离子从飞灰固体向水溶液中的迁移。

在实际应用中，选择重金属离子沉淀剂时会考虑以下几个因素：

沉淀剂对目标重金属离子的亲和力和选择性，确保能够优先提取目标重金属离子而不影响其他非目标离子；

沉淀剂与重金属离子形成的沉淀物在水溶液中的稳定性，确保在后续蒸发结晶过程中不会提前析出或发生解离；

沉淀剂的成本效益、生物降解性和环境友好性，确保整个处理过程既经济又环保；

沉淀剂在水洗条件下与其他飞灰组分的反应性，避免不必要的副反应影响重金属离子的提取率；

因此，步骤S1不仅仅是简单地获取某种重金属离子沉淀剂类型，而是通过实验研究和技术比选，科学合理地确定适用于待处理飞灰中重金属离子提取的最优沉淀剂类型及用量，为后续的蒸发结晶步骤奠定基础，确保重金属离子能够高效分离并转化成易于回收的固态结晶形式。

针对步骤S2：

步骤S2在燃煤飞灰处理过程中，主要涉及到对经水洗后的飞灰溶液进行详细的重金属离子定量分析和PH测定，以确定溶液中各种重金属离子的实际浓度和飞灰水洗溶液初始酸碱值；具体操作包括以下几个环节：

S21、样品制备与预处理：从飞灰水洗溶液中抽取一定量的样品，确保样本能够真实反映整体溶液的重金属离子组成情况；考虑到溶液状态及可能存在的干扰物质，取样应在溶液均匀混合的基础上进行；样品需要经过一系列预处理步骤以提高检测精度；例如，溶液需要经过滤、离心等步骤去除不溶性固体杂质，避免对后续检测产生影响；

S22、重金属离子分析方法：使用分析仪器和技术对样品中的重金属离子浓度进行测定，常用的分析方法包括但不限于：

a、原子吸收光谱法：通过测量样品中杂质原子吸收特定波长的光线的强度来确定重金属离子元素的浓度；该方法操作简单，灵敏度高，适用于多种重金属离子元素的测定；

b、电感耦合等离子体发射光谱法：该方法是一种高灵敏度、高分辨率的光谱分析方法，可以同时测定多种元素，包括重金属离子元素；该方法适用于对重金属离子的快速、准确测定；

c、电感耦合等离子体质谱法：该方法是一种高灵敏度、高选择性的分析方法，可以同时测定多种元素，并且能够检测到极低浓度的重金属离子元素；该方法适用于对水洗溶液中微量重金属离子元素的测定；

d、离子色谱法：离子色谱法是一种用于分离和测定离子的分析方法，可以对水洗溶液中的重金属离子进行分离和测定；该方法操作简单，适用于对水洗溶液中重金属离子的定量分析；

S23、重金属离子浓度数据整合：对每种重金属离子分别进行测定后，记录各个离子的浓度数据，通常以毫克/升(mg/L)或摩尔浓度表示；将所有测定结果汇总，创建详细的“水溶液重金属离子浓度画像”，水溶液重金属离子浓度画像实质上是一种可视化表达，直观展示了溶液中包含的各种重金属离子各自的浓度分布情况。

S24、飞灰水洗溶液初始酸碱值：废水的初始pH值是影响重金属离子形态和沉淀剂反应效果的重要因素；不同pH值条件下，重金属离子与沉淀剂的反应路径发生变化，进而影响沉淀物的结晶特征；因此，步骤S4还需要实时测定飞灰水洗溶液的初始pH值，并将其作为蒸发结晶温度控制策略的一个重要输入参数；使用pH计直接测定飞灰水洗溶液的初始pH值。

在本步骤中，通过构建水溶液重金属离子浓度画像，可以将原本复杂的实验室检测数据转换为直观的图形化表达，使得非专业人员也能迅速理解和掌握水溶液中各种重金属离子的具体分布和相对浓度关系，增强了数据的解读性和沟通效率；水溶液重金属离子浓度画像有助于快速识别潜在的环境风险因素，比如哪些重金属离子超标严重，以及其对土壤、水源、生态系统的潜在危害程度，进而指导采取针对性的治理措施；在环保监测与工业废水处理领域，水溶液重金属离子浓度画像提供了清晰、规范化的数据记录，方便监管部门审核企业的排污状况，确保其遵守相关的环境保护法律法规；通过对飞灰水洗溶液重金属离子浓度的详细描绘，可以帮助企业从源头控制重金属离子污染，优化生产工艺，减少重金属离子排放，并推动资源循环利用技术的发展；科学家和决策者可以根据浓度画像开展深入研究，探索重金属离子迁移转化规律，评估治理技术效果，为政策制定和环境修复项目提供科学依据；长期积累的水溶液重金属离子浓度画像可以用于追踪污染趋势变化，预测未来环境演变，为环境规划和长远治理目标设定提供有力的数据支撑。

针对步骤S3：

步骤S3是蒸发结晶温度控制方法中的关键一环，它涉及到将重金属离子沉淀剂类型、水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值作为输入，输入至预先训练的沉淀物预测模型中，以输出水溶液蒸发结晶得到的沉淀物结晶特征，具体包括以下步骤：

S31、输入信息的准备：在步骤S3开始之前，需要完成三个输入数据的准备工作：一方面是重金属离子沉淀剂类型的获取，这一步是为了了解在蒸发结晶过程中所使用的沉淀剂种类；不同的沉淀剂对重金属离子的络合能力和效果有所不同，因此了解沉淀剂的类型对于预测沉淀物的结晶特征至关重要；另一方面是水溶液重金属离子浓度画像的获取，通过步骤S2中对飞灰水洗溶液的重金属离子测定，已经得到了包含若干种重金属离子浓度的水溶液重金属离子浓度画像；这个画像提供了每种重金属离子的具体浓度信息，是预测沉淀物结晶特征的基础数据；第三方面，通过步骤S2中对飞灰水洗溶液的pH值测定，获得飞灰水洗溶液初始酸碱值；

S32、沉淀物预测模型的运用：在获取了上述三个输入信息后，将其输入至预先训练的沉淀物预测模型中；沉淀物预测模型是基于大量实验数据和机器学习算法构建的，能够根据输入的沉淀剂类型、重金属离子浓度信息和飞灰水洗溶液初始酸碱值，预测出在不同条件下可能形成的沉淀物类型以及各类型沉淀物的浓度；

S33、输出结果的解读：沉淀物预测模型的输出结果是水溶液蒸发结晶得到的沉淀物结晶特征，具体包括沉淀物类型以及各类型沉淀物的浓度；通过了解各种沉淀物的类型和浓度，可以更准确地确定它们在不同温度下的结晶行为，从而制定出更合理的蒸发结晶温度控制策略。

更为具体的，沉淀物预测模型是基于复杂的化学动力学和热力学原理构建的，用于模拟和预测在蒸发结晶过程中，不同重金属离子与特定沉淀剂在不同pH环境作用下可能形成的沉淀物类型及其相应的浓度会有所变化；以下是该模型建立的具体步骤：

S321、数据收集与预处理：收集大量的实验数据，包括不同重金属离子与各种沉淀剂在不同温度、浓度和酸碱条件下形成的沉淀物类型及其溶解度、结晶速率等信息；对飞灰水洗溶液中重金属离子与沉淀剂反应的数据进行整理和标准化，确保输入模型的数据准确性；

S322、建立基础化学反应模型：明确重金属离子与沉淀剂之间的化学反应机制，包括配位数、稳定性常数(如稳定常数Ks)、反应速率常数等；根据化学动力学原理，描述重金属离子与沉淀剂形成沉淀物的速率方程，以及沉淀物在蒸发结晶过程中的溶解度随温度的变化规律；

S323、构建机器学习或深度学习模型：利用已有的实验数据集训练模型，可以选择多元回归分析、支持向量机、神经网络等机器学习方法，也可以使用深度学习架构来模拟复杂的非线性关系；模型的目标是预测在给定重金属离子浓度、沉淀剂类型和酸碱值下，经过蒸发结晶过程后，各种沉淀物的预计结晶特征，包括但不限于沉淀物类型、浓度以及可能的晶体形态；

S324、模型验证与优化：使用独立的实验数据对模型进行验证，调整模型参数以提高预测准确度；需要进行多次迭代训练和校正，直到模型能够较为准确地反映实际情况，能够在不同的初始条件下预测出合理且稳定的沉淀物结晶特征。

步骤S3的意义在于建立了一个从重金属离子浓度、沉淀剂类型和酸碱值到沉淀物结晶特征的映射关系；这种映射关系不仅可以帮助预测在不同条件下可能形成的沉淀物类型和浓度，还可以为后续的蒸发结晶温度控制提供重要的参考信息；通过这一步骤，能够更加精准地控制蒸发结晶过程，提高重金属离子的回收效率和产品质量，同时降低能耗和环境污染。

针对步骤S4:

步骤S4是实时采集飞灰水洗溶液所在地的环境数据信息，其主要目的是获取影响蒸发结晶过程的环境因素，以便更精确地控制蒸发结晶的温度；具体如下：

环境温度：环境温度直接影响蒸发速率和溶液的物理化学性质，如溶解度、粘度和蒸发潜热等；使用温度传感器实时监测飞灰水洗溶液处理设施所在地的环境温度；

环境湿度：环境湿度反映了空气中水蒸气的含量，高湿度会减缓蒸发速度，影响结晶过程的效率；通过湿度传感器记录空气中的湿度水平；实时监测环境湿度有助于及时调整蒸发设备的工作状态，确保蒸发结晶过程的顺利进行；

环境气压：气压的变化会影响蒸发过程中蒸汽的扩散速率和冷凝温度，从而影响蒸发结晶的效率；利用气压计测量当地的大气压力，通过实时监测气压，可以精确控制蒸发过程中的蒸汽流动和冷凝条件；

步骤S4通过实时采集和处理环境数据信息，为蒸发结晶温度控制方法提供关键输入参数；通过步骤S4，可以实现对蒸发结晶过程的精细化控制，推动飞灰水洗溶液处理技术的进一步发展和应用。

针对步骤S5：

步骤S5是蒸发结晶温度控制方法中的关键步骤之一，它涉及到将沉淀物结晶特征和输入到预先构建的溶解结晶平衡模型中，获取沉淀物结晶阶梯温度集合，并利用环境数据信息对沉淀物结晶阶梯温度集合进行校正；校正后的集合中的每个梯度都对应于至少一种沉淀物的最佳结晶温度以及对应的结晶时长。

首先，将沉淀物结晶特征和输入到预先构建的溶解结晶平衡模型中，获取沉淀物结晶阶梯温度集合的实施步骤，具体如下：

S51、溶解结晶平衡模型的构建：基于热力学原理和相平衡理论，这些原理描述了在不同温度和浓度下物质如何在液态和固态之间转换；收集各种重金属离子沉淀物在不同温度下的溶解度数据；这些数据可以通过实验测量得到，也可以从已有的科学文献中查找；使用收集到的数据来训练或开发一个数学模型，这个模型能够预测在给定的温度和浓度下，某种沉淀物是否会结晶析出；

S52、输入沉淀物结晶特征：沉淀物类型指的是与重金属离子结合的沉淀剂的类型，不同的沉淀剂可能会影响重金属离子的溶解度；每种沉淀物的浓度数据对于预测其在溶液中的行为至关重要；浓度越高，达到饱和并结晶的可能性就越大；

S53、运行溶解结晶平衡模型：将沉淀物类型和浓度数据输入到模型中；模型会根据输入的数据和内部的算法来模拟在不同温度下各种沉淀物的溶解和结晶行为；模型会输出每种沉淀物在不同温度下的溶解度曲线和可能的结晶条件；

S54、生成沉淀物结晶阶梯温度集合：根据模型的预测结果，确定每种沉淀物达到最大溶解度并开始结晶的温度；除了温度，结晶的时间也是一个关键因素；模型需要预测或确定在最佳温度下每种沉淀物完成结晶所需的时间；根据各种沉淀物的最佳结晶温度和时长，构建一个阶梯式的温度集合；这个集合会指导蒸发结晶过程中的温度调整；

S55、考虑实际操作条件：蒸发结晶设备的性能和能力可能会限制温度的调整范围；实际操作中需要考虑能耗问题，选择既高效又节能的操作温度；操作人员的经验也是非常重要的，他们可以根据实际情况对模型预测的温度进行调整；

S56、持续优化与更新：随着实际操作的进行，可以收集到更多的实验数据，这些数据可以用来验证和更新模型；根据新收集的数据和实际操作经验，对模型进行调整和优化，以提高其预测精度和适应性。

在本步骤中，通过确定每种沉淀物的最佳结晶温度和时长，可以确保在蒸发结晶过程中，各种沉淀物在最适合的条件下进行结晶，从而大大提高结晶效率；由于每种沉淀物在最佳条件下结晶，所得产品的纯度会更高，从而保证了产品质量；这对于需要回收高纯度重金属离子的行业尤为重要；通过优化结晶过程，可以更有效地利用能源，减少不必要的能源消耗；这不仅有助于降低生产成本，还符合当前节能减排的环保要求；由于模型是基于热力学原理和相平衡理论构建的，因此可以适应不同种类和浓度的沉淀物；这意味着该方法具有很强的灵活性，可以适应不同的生产环境和需求；随着实际操作中数据的不断积累，模型可以得到持续优化和更新；这使得该方法能够不断适应新的生产条件和需求，保持其长期的有效性和竞争力；通过提供沉淀物结晶阶梯温度集合，该方法为生产过程中的温度控制提供了决策支持；这使得操作人员可以更加科学、准确地调整蒸发结晶过程的温度，提高生产效率和产品质量。

具体的，溶解结晶平衡模型构建的方法，包括：

S511、搜集大量的实验数据或查阅相关文献资料，获取不同重金属离子与特定沉淀剂在不同温度下的溶解度数据，以及这些沉淀物在结晶过程中的动力学数据(如结晶速率)；这些数据是构建溶解结晶平衡模型的基础；

S512、基于热力学原理，特别是吉布斯自由能最小化原理，可以建立描述溶解结晶平衡的方程；例如，通过溶解度积常数Ksp来表达难溶盐类在特定温度下的溶解平衡关系；对于沉淀物，可能还需要考虑络合物形成的稳定常数，并将其纳入热力学模型之中；

S513、考虑到结晶过程中不仅仅涉及溶解平衡，还包括晶体生长速率等动力学因素，因此模型中要整合结晶动力学方程，比如JMAK(Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov)方程或其他适用的动力学模型，以反映结晶速率随时间和温度的变化规律；

S514、结合以上热力学和动力学理论，通过多元非线性回归、机器学习或者其他合适的数学方法，开发出一个能够预测不同沉淀物在不同温度及浓度下的溶解度和结晶特性的数学模型；该模型应当能够根据输入的沉淀剂类型、重金属离子种类以及它们在溶液中的初始浓度，预测出最佳结晶条件，包括最佳结晶温度和相应所需的结晶时间；

S515、使用实验数据对模型进行校准和验证，通过迭代优化参数，确保模型对实际体系具有较高的预测精度；此外，模型还应具备一定的泛化能力，以便应对不同来源或成分的飞灰水洗溶液；

S516、应用优化后的溶解结晶平衡模型，针对每种沉淀物及其在飞灰水洗溶液中的实际浓度情况，计算得出一系列最适宜的结晶温度，并与对应的结晶时长相匹配，进而形成沉淀物结晶阶梯温度集合。

更为具体的，预测不同沉淀物在不同温度及浓度下的溶解度和结晶特性的数学模型为：

T_opt(C_m,C_c)＝dln(C_m/C_c)+e；

t_crystal(T,C_m,C_c)＝f(T-T_opt)/(gC_m+hC_c)；

其中，T代表初始温度，初始温度可统一设定，也可实时测量获得，单位为摄氏度；C_m代表重金属离子的浓度，单位为摩尔每升；C_c代表沉淀剂的浓度，单位为摩尔每升；T_opt(C_m,C_c)代表在特定重金属离子和沉淀剂浓度下，沉淀物的最佳结晶温度，单位为摄氏度；t_crystal(T,C_m,C_c)代表在初始温度下，重金属离子与沉淀剂形成的沉淀物从溶液中完全结晶所需的时间，单位为分钟；d,e,f,g,h为通过实验数据拟合得到的参数，用于描述溶解度、最佳结晶温度和结晶时间与输入变量之间的关系。

在本步骤中，通过考虑温度、重金属离子浓度和沉淀剂浓度这三个关键变量，模型能够针对不同的飞灰水洗溶液提供个性化的解决方案，满足不同条件下重金属离子高效分离的需求；模型能够预测溶解度，帮助确定何时溶液将达到饱和，从而确定最佳的蒸发结晶起始时机；同时，预测最佳结晶温度有助于避免过早或过晚结晶，保证结晶效率和产品质量；根据输入参数的变化，模型可以动态调整结晶温度和所需时间，使整个蒸发结晶过程更加高效和节能，优化资源配置，减少不必要的能耗和时间成本；模型不仅考虑了热力学平衡(溶解度)，还考虑了动力学因素(结晶温度和时间)，这使得在实际操作中能够兼顾结晶速率和结晶效果，从而提高整个工艺流程的稳健性和可控性；通过数学模型的方式将复杂的化学反应和热力学原理转化为可操作的工艺参数，为技术人员提供了明确的指导，使得他们在实际操作中能更有信心地控制和优化蒸发结晶过程。

上述沉淀物结晶阶梯温度集合是在理想条件下生成的，实际操作中还需要考虑环境因素的影响，利用环境数据信息对沉淀物结晶阶梯温度集合进行校正的具体实施步骤如下：

根据环境数据信息，计算校正因子，用于调整沉淀物的溶解度和结晶速率；

温度校正因子：根据环境温度的变化，调整沉淀物的溶解度和结晶速率；可以使用线性或非线性回归方法，根据实验数据建立温度校正因子模型；

湿度校正因子：高湿度会减缓蒸发速度，影响结晶过程的效率；可以使用经验公式或实验数据建立湿度校正因子模型；

气压校正因子：气压的变化会影响蒸发过程中蒸汽的扩散速率和冷凝温度；可以使用理想气体定律或实验数据建立气压校正因子模型；

沉淀物结晶阶梯温度校正：根据温度校正因子，调整每个温度梯度，确保在实际环境温度下达到最佳结晶效果，根据湿度和气压校正因子，调整每个温度梯度下的结晶时间，确保在实际环境条件下达到最佳结晶效率。

举例说明，假设经过溶解结晶平衡模型获得了一个理想的沉淀物结晶阶梯温度集合，如下表所示：

温度梯度(℃)	结晶时间(min)
		60	30
70	25
		80	20

采集到的环境数据信息为：

环境温度：25℃

环境湿度：70％

环境气压：1013hPa；

校正过程为：

温度校正因子：假设温度每升高1℃，溶解度增加1％，结晶速率提高2％；

校正后的温度梯度：60℃+25×0.01＝60.25℃

校正后的结晶时间：30×(1+25×0.02)＝31.5min

湿度校正因子：假设湿度每增加10％，结晶时间延长5％；

校正后的结晶时间：31.5×(1+7×0.05)＝35.2125min

气压校正因子：假设气压每增加10hPa，结晶时间缩短1％；

校正后的结晶时间：35.2125×(1-1×0.01)＝34.860375min；

根据上述校正因子，调整每个温度梯度，得到校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合为：

校正后的温度梯度(℃)	校正后的结晶时间(min)
		60.25	34.860375
70.25	29.860375
		80.25	24.860375

；

通过上述步骤，可以确保在实际操作中，蒸发结晶过程能够在最优条件下进行，提高结晶效率和产品质量，同时降低能耗和环境污染；通过综合考虑环境温度、湿度、气压等因素，对沉淀物结晶阶梯温度集合进行校正，可以实现对蒸发结晶过程的精细化控制，推动飞灰水洗溶液处理技术的进一步发展和应用。

针对步骤S6：

步骤S6是基于上述一系列前期分析和计算之后的实际操作步骤，其核心在于依据校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合来精确调控飞灰水洗溶液的蒸发结晶过程，实现重金属离子高效、有序且有针对性的分离与回收；具体包括以下步骤：

S61、依据步骤S5校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合，提前设置好蒸发结晶设备的各项参数；这个集合包含了每一种重金属离子沉淀物在其各自最佳结晶条件下的温度和对应的时间窗口；

S62、开始蒸发结晶操作时，首先根据沉淀物结晶阶梯温度集合中的第一组数据选择适合某一种重金属离子沉淀物的最佳结晶温度，确保蒸发结晶器内部工作区域能够稳定维持在这个温度；

S63、蒸发结晶器通过先进的温度控制系统实时监控并调整工作温度，以确保精确保持在预定的最佳结晶温度上；此外，还需配备相应的传感器检测溶液状态变化，比如溶液的电导率、密度等，这些变化间接反映了重金属离子的析出情况；

S64、按照沉淀物结晶阶梯温度合中给出的结晶时长，精确控制每一阶段的持续时间；例如，如果铜离子的沉淀物结晶所需的最佳时间为两小时，则在达到该时间点后，即使结晶尚未完全结束，也会按照计划切换到下一阶段的温度设置；

S65、当一个阶段的结晶完成后，设备将自动或手动切换到下一个最佳结晶温度，以适应另一种重金属离子的沉淀物结晶需求；这样依次循环，直至所有目标重金属离子都经历了各自的最优结晶条件；

S66、在每个温度阶段结束后，收集相应的重金属离子沉淀物结晶产物，并对其纯度、产率进行分析验证，以确认结晶过程是否达到预期效果；同时，还需要对剩余溶液再次进行重金属离子浓度检测，以判断是否有未被有效分离的重金属离子；实际操作过程中，技术人员会不断根据实际结晶效果对模型预测进行校正和优化，确保整个蒸发结晶过程的效率和可持续性。

在本步骤中，基于溶解结晶平衡模型计算出的沉淀物结晶阶梯温度集合，能够实现对蒸发结晶过程的精细化、个性化控制，针对不同重金属离子选择最佳的结晶温度和时间，从而提高分离效率和回收纯度；通过精确调节温度，避免传统固定温度控制可能导致的资源浪费和低效结晶，使得每种重金属离子都能在最合适的时间和温度条件下结晶，从而最大化资源回收率；配备先进的温度控制系统和传感器，实时监测溶液的状态变化，可以及时调整工艺参数，保证结晶过程始终处于最佳状态，并根据实际情况进行优化；按照沉淀物结晶阶梯温度集合逐步切换温度，能够实现重金属离子的有序分离，避免相互干扰，确保每种重金属离子的结晶得以顺利完成；通过在每个阶段结束后对产物纯度、产率的分析验证，以及对剩余溶液中重金属离子浓度的检测，形成一个闭环反馈系统，使得整个蒸发结晶工艺能够持续优化，不断提升其性能和稳定性；通过上述精密的控制和优化手段，确保了整个蒸发结晶过程的高效、节能和环保，有助于实现飞灰中重金属离子资源的可持续利用，同时减少对环境的污染。

如图2、图3所示，本发明实施例提供了一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图2所示，为本发明实施例提供的一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯装置所在电子设备的一种硬件架构图，除了图2所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的电子设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图3所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在电子设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。

如图3所示，本实施例提供的一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯装置，包括：

沉淀剂类型获取模块，用于根据飞灰水洗溶液处理方案，获取蒸发结晶过程中所使用的重金属离子沉淀剂的类型；

重金属离子测定模块，用于对飞灰水洗溶液进行成分测定，生成水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值；

沉淀物预测模块，用于利用预先构建的沉淀物预测模型，对重金属离子沉淀剂类型、水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值进行综合分析，获得水溶液蒸发结晶得到的沉淀物结晶特征，包括沉淀物类型以及各类型沉淀物的浓度；

影响因素采集模块，用于实时采集飞灰水洗溶液所在地的环境数据信息；

溶解结晶平衡模块，用于将沉淀物结晶特征输入至预先构建的溶解结晶平衡模型，获得沉淀物结晶阶梯温度集合，并利用环境数据信息对沉淀物结晶阶梯温度集合进行校正，获得环境校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合；在所述沉淀物结晶阶梯温度集合中，每个梯度均对应于至少一种沉淀物的最佳结晶温度以及对应的结晶时长；

蒸发结晶温度控制模块，用于根据校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合，对飞灰水洗溶液进行蒸发结晶过程的温度控制，以将垃圾焚烧飞灰中不同重金属氯盐进行提纯。

可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。

上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器执行时，使处理器执行本发明任一实施例中的一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法。

具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。

在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。

用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。

此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。

此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法，其特征在于，所述方法包括：

基于飞灰水洗溶液处理方案，提取飞灰水洗溶液处理用的重金属离子沉淀剂类型；

对飞灰水洗溶液进行成分测定，获得水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值；

利用预先构建的沉淀物预测模型，对重金属离子沉淀剂类型、水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值进行综合分析，获得水溶液蒸发结晶得到的沉淀物结晶特征；

实时采集飞灰水洗溶液所在地的环境数据信息；所述环境数据信息包括环境温度、环境湿度以及环境气压；

将沉淀物结晶特征输入至预先构建的溶解结晶平衡模型，获得沉淀物结晶阶梯温度集合，并利用环境数据信息对沉淀物结晶阶梯温度集合进行校正，获得环境校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合；

以校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合作为蒸发结晶温控策略，对飞灰水洗溶液进行蒸发结晶温度控制，以将垃圾焚烧飞灰中不同重金属氯盐进行提纯。

2.如权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法，其特征在于，所述水溶液重金属离子浓度画像包括若干种重金属离子浓度。

3.如权利要求2所述的垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法，其特征在于，所述沉淀物结晶特征包括沉淀物类型以及各类型沉淀物浓度。

4.如权利要求3所述的垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法，其特征在于，在所述沉淀物结晶阶梯温度集合中，每个梯度均对应于至少一种沉淀物的最佳结晶温度以及对应的结晶时长。

5.如权利要求4所述的垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法，其特征在于，溶解结晶平衡模型构建的方法，包括：

获取不同重金属离子与特定沉淀剂在不同温度下的溶解度数据，以及不同重金属离子对应的沉淀物在结晶过程中的动力学数据；

基于热力学和动力学，构建溶解结晶平衡模型的数学模型，用于根据输入的沉淀剂类型、重金属离子种类以及各自在溶液中的初始浓度，预测出最佳结晶条件，包括最佳结晶温度和相应所需的结晶时间；

使用实验数据对溶解结晶平衡模型进行校准和验证，并迭代优化参数。

6.如权利要求5所述的垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法，其特征在于，所述溶解结晶平衡模型的数学模型为：

T_opt(C_m,C_c)＝dln(C_m/C_c)+e；

t_crystal(T,C_m,C_c)＝f(T-T_opt)/(gC_m+hC_c)；

其中，T代表初始温度；C_m代表重金属离子的浓度；C_c代表沉淀剂的浓度；T_opt(C_m,C_c)代表在特定重金属离子和沉淀剂浓度下，沉淀物的最佳结晶温度；t_crystal(T,C_m,C_c)代表在初始温度下，重金属离子与沉淀剂形成的沉淀物从溶液中完全结晶所需的时间；d,e,f,g,h为通过实验数据拟合得到的参数，用于描述溶解度、最佳结晶温度和结晶时间与输入变量之间的关系。

7.如权利要求4所述的垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯方法，其特征在于，基于沉淀物结晶阶梯温度集合对飞灰水洗溶液进行蒸发结晶温度控制的方法，包括：

依据沉淀物结晶阶梯温度集合，设置蒸发结晶设备的运行参数；

根据沉淀物结晶阶梯温度集合中的第一组数据，设定对应重金属离子沉淀物的最佳结晶温度；

蒸发结晶设备通过温度控制系统实时监控并调整工作温度，并保持在设定的最佳结晶温度上；

按照沉淀物结晶阶梯温度合中的结晶时长，控制对应阶梯温度的持续时间；

当一个阶梯温度的结晶完成后，蒸发结晶设备切换到下一个最佳结晶温度，以适应另一种重金属离子的沉淀物结晶需求；依次循环，直至所有目标重金属离子都经历各自的最优结晶条件。

8.一种垃圾焚烧飞灰中重金属氯盐的提纯装置，其特征在于，所述装置包括：

沉淀剂类型获取模块，用于根据飞灰水洗溶液处理方案，获取蒸发结晶过程中所使用的重金属离子沉淀剂的类型；

重金属离子测定模块，用于对飞灰水洗溶液进行成分测定，生成水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值；

沉淀物预测模块，用于利用预先构建的沉淀物预测模型，对重金属离子沉淀剂类型、水溶液重金属离子浓度画像和飞灰水洗溶液初始酸碱值进行综合分析，获得水溶液蒸发结晶得到的沉淀物结晶特征，包括沉淀物类型以及各类型沉淀物的浓度；

影响因素采集模块，用于实时采集飞灰水洗溶液所在地的环境数据信息；

溶解结晶平衡模块，用于将沉淀物结晶特征以及环境数据信息进行数据融合，并将融合后的数据集输入至预先构建的溶解结晶平衡模型，获得沉淀物结晶阶梯温度集合；在所述沉淀物结晶阶梯温度集合中，每个梯度均对应于至少一种沉淀物的最佳结晶温度以及对应的结晶时长；

蒸发结晶温度控制模块，用于根据校正后的沉淀物结晶阶梯温度集合，对飞灰水洗溶液进行蒸发结晶过程的温度控制，以将垃圾焚烧飞灰中不同重金属氯盐进行提纯。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-7中任一项所述的方法。