煤矸石浸出的地球化学效应及其潜在危害—以韩城矿区为例

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煤矸石与浸入液接触后,发生一系列的物理、化学变化,产生成分复杂的浸出液。浸出过程受到各种因素的影响,不同pH值的浸入液、不同风化程度的矸石、不同的介质条件,浸出成分和成分含量都会有所不同,复杂的浸出成分和其他途径释放的有害元素也会对环境造成危害。目前,国内外对煤矸石的淋浸实验及其对环境的污染现象研究较多,但对有害元素的释放过程、化学浸出机理及浸出液与矸石的水-岩作用等研究很少,因此这些方面的研究有待加强和深入。
　　本文依托“煤矸石潜在酸性释放的地球化学行为及环境效应”国家自然科学基金项目(项目编号为41002086),以陕西省韩城矿区的桑树坪和下峪口矿井煤矸石为研究对象,通过现场观测、采集样品和室内实验、地球化学模拟,揭示了不同条件下元素浸出的机理,分析了浸泡实验、淋滤实验的结果和这两种实验浸出液的水化学类型,从而总结出了煤矸石浸出过程的一些变化规律及其浸出液的基本特性,为矸石的开发利用和污染治理提供了理论基础。本文主要结论如下:
　　1.矸石浸出液为弱碱性,pH在7.0到8.0之间,主要是由于矸石中碱性氧化物溶解的结果。在浸出过程中,碳酸系统起到了缓冲作用,使溶液酸碱性维持在一定的范围内。
　　2.在浸入液pH值固定的条件下,浸泡实验的液固比对绝大多数离子的浸出浓度影响很大(CO32-除外)。当浸泡时间相同时,液固比越大者,同一种离子的浸出浓度越小。
　　3.相对于新鲜煤矸石,风化程度越高的矸石,则其淋出液的pH值越低。风化后的煤矸石淋出液中的K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、SO42-等浓度都较高,高出幅度大小排序为Mg2+>K+>SO42->Cl->CO32->Ca2+>HCO3-。而Na+浓度出现了大幅度下降,可能是由于矸石中的钠盐非常容易溶解,在矸石风化初期就已大量溶解,随降水进入到了环境中。
　　4.在淋出液流经黄土介质的条件下,相对于无介质的矸石淋出液,各阴阳离子都有不同程度的下降,说明该地黄土对阴阳离子都有较强的吸附作用,也可以反映出金属元素在黄土中的富集水平。而在流经粉砂介质的条件下,各阴阳离子浓度均有小幅度上升,可能是当地粉砂中有相应的矿物质又被淋出液溶解。
　　5.通过Phreeqc模拟运算可知,在浸泡实验和淋滤实验中,浸出液和淋出液中的矿物饱和指数都有不同程度的上升。虽然岩盐(主要成分为NaCl)的饱和指数也有所升高,但其饱和指数值依然小于0,说明岩盐可以继续溶解。其他矿物的饱和指数均大于0,说明这些矿物均已处于饱和状态。
　　6.结合矿区的水文地质条件,根据托尔斯基汉的地下水化学成分分类图表,判断出了矿区矸石浸出液和淋出液的水质类型。继而根据其水质类型的编号,确定了该淋出液中主要阴(阳)离子所占阴(阳)离子总毫克当量的百分比范围。

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作者
李波;
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作者单位

长安大学;

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授予单位长安大学;
学科环境工程
授予学位硕士
导师姓名李云峰;
年度 2013
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类煤矿;水污染化学;
关键词
煤矸石; 浸出液; 地球化学效应; 水化学类型; 环境危害;

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