本学位论文提出了一种针对城市垃圾焚烧飞灰进行盐钾提取和资源化利用的工艺,并通过实验和理论分析的手段对该工艺中飞灰水洗、水洗液硬度脱除、水洗液重金属脱除和盐钾提取四个关键节点进行了优化研究。通过单级水洗单因素实验探明了水灰比、浸取时间、环境温度、搅拌转速、p H和水洗次数对氯、钙离子溶出的影响。实验结果表明,水灰比、环境温度、水洗次数与Cl-、Ca2+离子的溶出呈正相关关系,搅拌转速和浸取时间对Cl-、Ca2+的溶出无明显影响,p H与Cl-、Ca2+的溶出呈负相关关系。在单因素实验的基础上,选定了水灰比、p H、水洗时间和环境温度四个影响因素进行了正交实验。正交实验结果表明,对氯离子溶出影响由大到小的因素依次为:水灰比、温度、p H、水洗时间。所考察范围内氯离子洗脱的最佳条件为:水灰比为8,p H为7,水洗时间5min,环境温度为40℃。对钙离子溶出影响由大到小的因素依次为:水灰比、p H、温度、水洗时间。在单级水洗实验的基础上,设计了逆流水洗工艺以提高洗脱效率及降低用水量。随着水灰比的增大,氯离子洗脱量呈现升高趋势,曲线变化率随水灰比的增大而降低,这说明在水灰比较大的情况下改变水灰比对氯离子洗脱量的影响较小。对逆流水洗的效果与单级水洗进行了比较,结果表明,逆流水洗的洗脱效果显著高于单级水洗。对三级逆流水洗过程进行了物料衡算并建立了数学模型,该模型描述了一级水洗液中氯离子质量浓度与水灰比的定量关系。通过非线性拟合的手段确定了针对特定水洗过程的经验公式,该拟合的相关系数达到了0.99769.将实验结果代入该公式以验证其可靠性,以实验值为横坐标,以计算值为纵坐标绘图并进行线性拟合,相关系数达到了0.99807.使用纯碱法对垃圾焚烧飞灰浸取液进行了除钙正交实验。结果表明,影响钙离子脱除率的因素由主到次依次为:投加比＞温度＞反应时间。除钙的最佳工艺条件为:投加比为1.05,温度为35℃,反应时间为45min,脱除率达到了99.99%.探究了除钙时纯碱投加比对水洗液中重金属离子含量的影响,结果表明,纯碱对飞灰浸取液中的重金属离子具有沉淀作用,对重金属离子的去除曲线呈现先下降再上升而后稳定到一定水平的特点。投加比n＜1.15时,纯碱对重金属离子的去除率呈现先下降后上升的趋势;在投加比n＞1.15时,纯碱对各重金属离子的去除率趋于稳定。选定投加比、pH和反应时间三个影响因素对设计了硫化法除重金属正交实验,结果表明,对于锌离子有RA＞RB=RC,故影响锌离子去除率的主要因素为投加比;对于铅离子有RA＞RB＞RC,故影响铅离子去除率的因素从主到次的顺序为:投加比＞p H＞反应时间;对于铜离子有RC＞RB＞RA,故影响铜离子去除率的因素从主到次的顺序为:反应时间＞p H＞投加比。硫化法除重金属的最佳工艺条件为:投加比为1.5,p H为11,反应时间为15min。此时重金属总去除率可以达到99.93%。对经历了去除钙离子及重金属离子后的飞灰浸取液进行了盐钾提取实验研究。以100℃和25℃的Na+、K+//Cl--H2O三元体系相图为指导,对蒸发结晶和冷却结晶过程进行了工艺路线的确定及物料衡算。物料衡算的结果显示,Na Cl的单级理论收率为78.79%,KCl的单级理论收率为52.06%。此外,以除钙、除重金属后的垃圾焚烧飞灰浸取液为原料进行了盐钾提取,提取出了符合国家现行标准的Na Cl和KCl产品。Na Cl的单级实际收率为74.56%,KCl的单级实际收率为36.87%。产品Na Cl和产品KCl的XRD图分别与Na Cl和KCl的标准PDF卡片契合较好。考究了飞灰浸取液的蒸发过程与100℃纯组分平衡态Na+、K+//Cl--H2O三元体系结晶规律的差异。同时,考察了母液物化性质与化学组成随蒸失率的变化情况。蒸发过程中,母液的密度、钾离子含量和硫酸根离子含量与蒸失率之间有明显的正相关关系。在蒸发浓缩阶段,Cl-浓度随蒸失率的变化而上升。氯化钠开始析出后,Cl-含量有所减小。随着溶液的持续浓缩,Na Cl的不断析出,溶液中KCl逐渐富集,Cl-浓度有所回升。