为了进一步减少固废焚烧过程中以铅和镉为代表的半挥发重金属向大气排放,有必要掌握它们在炉内的迁移规律。无机矿物在燃烧过程中往往以灰分形式存在,作为痕量元素的载体对半挥发重金属的形态分布具有关键影响。以往的研究大多关注单一矿物对重金属的捕集固定作用,忽视了物料体系中无机组分的复杂性。钙基和硅铝基矿物作为常见的燃料成分和炉内吸附剂,它们之间的反应对重金属迁移存在潜在影响,但目前对该作用规律及其机理缺乏研究,鉴于此本文研究了钙质和硅铝基矿物在炉内相互作用及其演化与半挥发重金属迁移行为的内在联系。选取石灰石（碳酸钙）作为钙基吸附剂,分别通过炉内吸附试验和密度泛函理论（DFT）计算研究了其对铅和镉的氯化物蒸气的高温吸附过程。随着温度升高,碳酸钙及其煅烧产物氧化钙的吸附效率先上升,在700℃达到最大值,因为煅烧构成了丰富的孔结构以及表面积,同时DFT计算发现氧化钙比碳酸钙对重金属氯化物的吸附活性更高。温度更高时由于反应平衡逆向移动,吸附效率大幅度下降。由于热力学特性,石灰石/氧化钙高温捕集氯化镉的效率高于铅。以硅铝酸盐矿物的典型代表高岭土作为吸附剂,测试了其对气态重金属的吸附性能,发现吸附温度升高有利于重金属转化为其残渣态,而高岭土对铅的吸附效果高于镉。通过加压水热法处理偏高岭土合成出的一种硅铝基材料,该材料具有良好的高温稳定性和较大的比表面积,对氯化铅的高温捕集效果在900℃时比高岭土高16%。DFT理论计算表明,无论是偏高岭土还是莫来石对重金属氯化物都有较高吸附活性。通过对比高岭土、偏高岭土和合成材料的理化性质和吸附性能,归纳出比表面积是硅铝酸盐对重金属高温吸附性能的关键因素,水分有助于固化重金属。测试了掺钙高岭土对气态氯化铅和氯化镉的高温捕集性能,揭示了钙和硅铝矿物相互作用对重金属高温吸附的影响。石灰石与高岭土的混合物在高温环境中形成了多种硅铝酸钙矿物,它们在微观区域的不均匀分布使吸附剂呈现不同性能。相比于单一吸附剂,混合吸附剂在大部分情况下的吸附效率均偏低。钙与硅铝酸盐的高温反应对重金属吸附产生了复合效应,它取决于掺混方式和反应温度。低熔点硅铝酸盐矿物的生成及其共晶熔化效应促进了重金属在固相中扩散及转化为更稳定的残渣态,但同时与重金属的固化反应形成竞争关系,并造成了烧结失活。基于重金属高温吸附研究,以炉内掺钙脱硫为背景,探讨了污泥燃烧过程中外源钙质和灰分中的硅铝酸盐相互作用对半挥发重金属的影响。首先在固定床炉中燃烧污泥,发现矿物的相互反应改变了重金属的固留形态,进而影响了重金属的释放。钙竞争性地与硅铝酸盐反应阻碍重金属固定,但钙也可以与重金属发生共晶作用从而促进其固化。随后,在流化床炉内燃烧污泥,研究钙质与硅铝酸盐矿物反应对重金属在颗粒物上迁移的影响,发现总的飞灰量虽然减少了约1/3,但是细颗粒物以及亚微米颗粒物上的重金属排放比例大幅度提高,其中PM1增加了60～100%,PM1上的重金属增加了1～7倍,因为钙质与污泥灰分的反应同时促进了灰颗粒的团聚和破碎,还促使半挥发金属气化生成更多亚微米颗粒。尽管石灰石炉内脱硫属于成熟技术,仍有必要根据燃料特性考虑这个技术的适用性,以免因此造成更多的重金属和颗粒物排放。以一种高钙质的超富集植物作为燃料,研究了重金属在燃烧过程中的形态变化和外源硅铝酸盐对高钙质燃料燃烧过程中重金属迁移的影响。通过采集不同燃烧时间的样品并隔绝空气和淬冷处理,然后分级提取样品中不同形态的金属元素,获得了各元素形态的转化速率,结合燃烧过程分析和钙硅基矿物演化过程,探究了重金属的行为及其发生原因。挥发分释放、焦炭生成与消耗和硅酸盐固定决定了不同阶段时的金属行为。另外还研究了固相中的重金属含量和浸出特性的动态变化,并根据试验结果提供一种调控燃烧过程中重金属形态的新思路。将该生物质与高岭土在不同温度下掺烧,发现高岭土和灰分中的钙质在燃烧后主要形成无定形硅铝酸钙,高岭土对铅元素的固留效果最好,在825℃时可减少46%挥发量,对锌元素的捕集效果其次,镉元素最差。