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图3(a)为不规则形状聚合体飞灰颗粒的背散射图像(BEI)。图3(a)所示飞灰颗粒不同部位明暗不同，由大部分亮度较暗区域和少数亮点组成。因样品进行喷碳处理，在背散射图像中，本底黑色为碳，背散射图中较碳重(元素周期表排序在碳之后)的元素在图3(a)中表现出不同亮度。元素周期表中轻元素在背散射图像中分布区域较暗，而重元素分布区域亮度大。对图3中不同明暗区域进行EDX分析，结果见图3(b)～图3(f)和表1。亮度较暗区域(测点4、5)的能谱图中Si、O、Ca、Cl、Na均有明显的波峰，尽管在这2个测点各元素质量分数略有差异，但可以推断这些元素为背散射图中较暗区域的主要元素。该区域的主要元素与球状颗粒类似，仍以Si、Ca为主体。由于Fe的存在测点4较测点5亮。亮度较大区域(测点1、2、3)除上述5种元素外，重金属Pb、Cu(测点1)也出现波峰。这表明不规则聚合体飞灰颗粒表面有Pb、Cu分布。尤其在测点1的元素组成中，Pb、Cu质量分数高达16.2%和14.5%。在图3(a)中还有多个类似于测点1、2、3的亮点，根据上述观测结果认为飞灰颗粒表面多处分布着重金属。
图3(a)飞灰颗粒扫描电镜图像(BEI)(b)～(f)1～5各测点能谱分析
表1不同测点元素组成及质量分数
对于不同形状的飞灰颗粒，进行了32组EDX分析实验。结果表明，无论是那种形状的飞灰颗粒，Si、Ca、Al为其主要组成元素，这三种元素在飞灰颗粒出现富集；球状飞灰颗粒很少有重金属分布；不规则形状聚合体或絮状集合体的表面易分布重金属，且重金属呈随机分布。
2.3飞灰颗粒断面形态及其能谱分析
图4(a)为飞灰颗粒断面的二次电子像(SEI)。由图4(a)可见，飞灰颗粒断面有很多孔隙，大部分由大小不同、形状各异的颗粒堆积而成。局部放大后(图4(b))可见孔隙周围颗粒形态有如岩浆冷凝而成的流岩。
图4(a)飞灰颗粒断面扫描电镜图像(SEI)(b)飞灰颗粒内部孔隙扫描电镜图像(SEI)
图5(a)飞灰颗粒断面组成元素能谱图(b)主要组成元素的质量分数
这反映了从高温焚烧炉中进入布袋后飞灰颗粒形成过程中的冷凝作用。
选择图4(a)部分区域(框内)进行EDX分析，该区域组成元素及质量分数见图5。由于使用环氧树脂包埋颗粒，故O质量分数非常高，在此不做讨论。由图5可知，该区域主要组成元素为Si、Al，二者的质量分数分别为19.9%和21.9%。此外，尚有Fe、Pb、Ca、Na、Mg分布。在图4(a)的测定区域，重金属Pb的质量分数较高。
25组飞灰颗粒断面EDX分析结果表明，在飞灰颗粒内部，其主要组成元素仍为Si、Al、Ca，并且有重金属分布。
2.4飞灰颗粒断面主要元素分布
利用EDX的元素图谱(Element Mapping)技术，对图6(a)所示飞灰颗粒断面的主要组成元素及重金属Pb分布进行测定，结果见图6(b)～图6(e)。在利用元素图谱技术分析过程中，为了尽可能多获取元素分布图像信息，分析时间在20min以上。从飞灰颗粒断面元素分布(图6(b)～图6(d))来看，Si、Al、Ca局部富集，这进一步说明飞灰颗粒内部主要组成元素是Si、Al、Ca。从图6(e)来看，重金属Pb呈分散分布。由于飞灰中重金属Pb的质量分数低(1.13%)，低浓度条件下，根据EDX分析结果尚不能完全肯定颗粒内部Pb分布特征。
14组元素图谱分析结果与图6所示图像基本一致，在此不作一一叙述。
图6(a)飞灰颗粒断面扫描电镜图像(b)～(e)飞灰颗粒断面组成元素分布
3结语
(1)飞灰颗粒形态多样，其中以不规则形状聚合体居多，球形体、絮状集合体相对较少，少数颗粒为棒状集合体。
(2)在飞灰颗粒表面、内部，其主要组成元素为Si、Ca、Al，并有重金属Pb、Cu等分布。
(3)球状飞灰颗粒很少有重金属分布，不规则形状聚合体或絮状集合体的表面易分布重金属。
参考文献：略
垃圾焚烧是目前国内外通用的垃圾处理方式之一。垃圾成分复杂多样，在焚烧过程中发生多种形式的物理和化学变化，最后形成的固体是底灰和飞灰。相对于底灰，垃圾焚烧后重金属主要富集在飞灰中。重金属是飞灰可能引起的二次污染源之一，也是研究者长期关注的重点。国内外有关垃圾焚烧飞灰研究多集中在其浸出毒性、重金属含量及化学形态、稳定化/固化等方面，有关飞灰颗粒微观形态特征及其颗粒表面、内部元素组成方面研究报道极少。
目前，国内外普遍采用X光荧光分析(XRF)测定飞灰的物质组成。该方法把飞灰颗粒压制成片状样品后测定，不能反映飞灰颗粒形状和物质组成的各异性，也不能测定单个飞灰颗粒表面、内部的成分和元素分布。扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDX)结合起来，可以在对微小区域样品形态观察的同时进行组成元素测定分析。目前该技术在飞灰研究方面的应用报道很少。本文利用扫描电子显微镜和能谱分析技术，探讨了飞灰颗粒微观形态特征及其表面、内部元素组成，其结果与飞灰的理化性质相结合，对控制飞灰中重金属污染具有重要意义。
1实验方法
样品为上海某垃圾焚烧处理系统的飞灰。取飞灰约2g，105℃干燥1h。扫描电子显微镜的飞灰颗粒样品制作方法如下：
颗粒表面样品：为了更好地观察完整的飞灰颗粒，没有采用超声波处理，直接将干燥后的飞灰颗粒用双面胶固定在载样台上(Cu)。
颗粒断面样品：取干燥后的飞灰颗粒少许，放入环氧树脂中被包埋固定后，样品用SiC研磨，抛光布抛光。为了避免样品制作过程中被污染，把样品放入装有无水乙醇的烧杯中超声波清洗。
为增加样品的导电性，实验前对样品进行喷碳处理。使用JSM-6301F场发射扫描电子显微镜(SEM/EDX)(EDX分析范围B～U，真空度10-4Pa，SEM分辨率1.5nm)观察飞灰颗粒表面及断面的微观形态，用EDX分析其组成元素和重金属。
2结果与讨论
2.1飞灰颗粒微观结构特征
利用SEM观察飞灰颗粒，扫描电镜下飞灰颗粒微观形态多种多样。从形态特征方面可概括如下：
(1)球形体(图1(a)～图l(b))颗粒为球状，表面附着碎屑颗粒，部分颗粒表面分布孔隙。
(2)不规则形状聚合体(图1(c))状似颗粒堆积而成，组成颗粒形状各异，有圆状、片状、块状，颗粒间结合较紧密。颗粒间多孔，孔隙放大后(图1(d))可见其周围由片状、块状颗粒堆积而成。
(3)絮状集合体(图1(e))颗粒间疏松排列，絮状多孔。由球状、片状、不规则状颗粒组成。
(4)棒状聚合体(图1(f))由多种形状颗粒堆积而成棒状，颗粒间多孔。
图1不同形状飞灰颗粒扫描电镜图像(二次电子图像(SEI))
40组SEM实验结果表明，飞灰颗粒以不规则形状聚合体居多，球形体、絮状集合体相对较少，少数颗粒为棒状集合体。
2.2飞灰颗粒表面能谱分析
选择图1(b)所示球形飞灰颗粒表面部分区域(框1内)，利用EDX分析其元素组成，结果见图2(b)。在图2(b)中，Si、O、Ca、Cl、Al、Na波峰较大，Fe波峰较小。这说明该飞灰颗粒表面主要元素为Si、O、Ca、Cl、Na。根据元素组成推测，球形飞灰颗粒为Si、Ca、Al为主体的颗粒表面附着NaCl。
