化石燃料燃烧向环境中排放的有害污染物中，重金属是不可忽视的一类污染物，具有持久性、易迁移性和高度的生物富集性，通过一系列物理化学作用，可在不同的环境介质中发生迁移，直接影响城市环境空气质量及公众健康。研究表明煤燃烧过程中挥发性痕量元素的毒性依赖于它们的物理化学形式，不同的元素形态间毒性有着很大的区别。从环境污染角度来讲，Hg、Cd、Pb、Cr和类金属As等5种重金属的生物毒性最为显著。
燃煤是重金属排放的主要来源，其有害重金属元素除较少部分呈有机物结合态外，大多与硫化物、硫酸盐、硅铝酸盐等结合，有些金属元素则以两种结合态的形式存在。由于各重金属元素在煤中的化学性质及赋存状态不同，导致其在煤燃烧过程中的行为存在差异。重金属元素经过受热燃烧后，主要以3种方式发生变化。
（一）高熔点元素
此类微量元素由于熔点高，燃烧过程中挥发极少，主要滞留于燃煤飞灰中，其浓度约为其原煤中浓度的3～20倍。
（二）富集元素
一般来说，以硫化物和有机物形式结合的元素以及易挥发元素在燃烧器中部分或全部挥发气化。由于多孔介质及亚、超微米颗粒比表面积大，在烟气温度降低时，气化的元素会在微粒和烟道壁面上凝结而富集。(www.xing528.com)
（三）气态元素
此类微量元素由于熔点低，将部分或全部以气态形式排入大气。从存在状态而言，煤炭燃烧时扩散进入烟气中的Hg、Pb、As、Cd、Cr 5种重金属主要以两种形态存在：颗粒态和气态。其中，以气态形式存在的金属又可分为非水溶性（金属单质）金属和水溶性（金属氧化物）金属两类。燃烧过程中大部分痕量金属的气化从焦炭燃烧阶段开始，Hg和As的熔点和沸点低，易气化；Pb和Cd较难气化，Cr最难气化。
对于气化的痕量元素和矿物组分，当温度降低时，一部分难熔的金属氧化物（如矿物组分）和部分低挥发性的痕量元素会首先成核并形成微小的气溶胶基核。当温度继续降低时，多数挥发性的痕量元素（如As、Hg、Cd、Pb）也会逐渐成核，或者凝结在周围已存在的颗粒表面。
在飞灰中，相对于大颗粒，由于亚微米颗粒含有大量的微孔和高比表面积，其受开尔文效应和容积效应的影响程度会更大一些，所以气化的痕量元素在逐渐冷却时很容易通过均相成核或异相凝结富集在亚微米颗粒表面。
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