医疗废物焚烧飞灰中含有大量的As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn等有毒重金属，如果处置不当释放到环境中将会对水体、土壤、动植物造成难以估量的危害。开发新型高效低耗的医疗废物焚烧飞灰无害化技术对于重金属的污染控制和消除具有十分重要的意义。高温自蔓延技术可以充分利用自发反应过程中的高温热实现重金属固化稳定化，为该类废物的处理提供了一条新的途径。

本论文主要研究了气-固相和固-固相焚烧飞灰高温自蔓延反应机理，探索了高温自蔓延过程中焚烧飞灰加入量对燃烧波传播速率和最高反应温度的影响，研究了焚烧飞灰中主要重金属的迁移转化规律及自蔓延反应过程对于产物组成形态和重金属浸出率的影响机制，初步揭示了焚烧飞灰高温自蔓延反应的热力学和动力学机理，主要研究成果如下：

（1）医疗废物焚烧飞灰中含有大量有害重金属元素，其浓度顺序为Zn > Pb > Cu > Ni > Cd > Cr。TCLP浸出实验表明，重金属Cd、Pb和Zn的浸出率分别为总含量的92.55 %、90.21 %和84.76 %，浸出浓度6.02、142.54和2216.87 mg/L，超出了危险废物鉴别标准规定的限值。PBET人体消化液模拟实验表明，在极端暴露条件下，焚烧飞灰中重金属Cd、Pb和Zn的日摄入量分别为326, 4430和123,000 μg，环境风险较高。

（2）飞灰添加量对气-固相自蔓延体系的燃烧波传播速率和最高反应温度的影响较小，当飞灰添加量为50 %～80 %时，燃烧波传播速率和最高反应温度的范围分别为0.61～1.88 cm/s和1106～1332 ℃。固-固相自蔓延反应受飞灰添加量影响较大，随着飞灰比例由10 %上升至50 %时，自蔓延的燃烧波传播速率由10.5 cm/s下降至0.60 cm/s，最高燃烧温度由1780 ℃下降至1257 ℃。

（3）气-固或固-固相高温自蔓延反应后，原先松散、不规则的飞灰颗粒被熔融，表面吸附的碱金属或重金属盐类物质被挥发或包裹入生成的固化体中，有利于实现飞灰中重金属的无害化和稳定化。气-固相自蔓延产物中形成大量的立方状结晶体，随着飞灰添加量的减少方块状结晶体的尺寸也明显减小。固-固相自蔓延产物表面凝结着较多未完全飞溅的硅铝质球状颗粒，随着自蔓延剂的增加硅铝质的球状颗粒尺寸越大。

（4）高温自蔓延反应过程中，焚烧飞灰中的Al、Ca、Fe、K和Na等主要金属元素难以从硅酸盐网格结构中释放出来，其挥发量相对较小，产物中的主要金属元素化学形态与原始飞灰有类似的分布特征。

（5）气-固相自蔓延反应过程中，重金属的挥发量较大。Cd和Zn的平均挥发率分别为80 %和59 %。同时重金属的化学形态转化比较明显，从易浸出的可交换态和碳酸盐结合态转化为难浸出的铁锰氧化物结合态和残渣态。TCLP毒性浸出结果表明，飞灰自蔓延产物中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn有害重金属的浸出浓度均低于0.005 mg/L，无害化效果明显。