煤矸石浸出的地球化學(xué)效應(yīng)及其潛在危害—以韓城礦區(qū)為例.pdf

1、煤矸石與浸入液接觸后,發(fā)生一系列的物理、化學(xué)變化,產(chǎn)生成分復(fù)雜的浸出液。浸出過程受到各種因素的影響,不同pH值的浸入液、不同風(fēng)化程度的矸石、不同的介質(zhì)條件,浸出成分和成分含量都會有所不同,復(fù)雜的浸出成分和其他途徑釋放的有害元素也會對環(huán)境造成危害。目前,國內(nèi)外對煤矸石的淋浸實驗及其對環(huán)境的污染現(xiàn)象研究較多,但對有害元素的釋放過程、化學(xué)浸出機(jī)理及浸出液與矸石的水-巖作用等研究很少,因此這些方面的研究有待加強(qiáng)和深入。
　　本文依托“煤矸

2、石潛在酸性釋放的地球化學(xué)行為及環(huán)境效應(yīng)”國家自然科學(xué)基金項目(項目編號為41002086),以陜西省韓城礦區(qū)的桑樹坪和下峪口礦井煤矸石為研究對象,通過現(xiàn)場觀測、采集樣品和室內(nèi)實驗、地球化學(xué)模擬,揭示了不同條件下元素浸出的機(jī)理,分析了浸泡實驗、淋濾實驗的結(jié)果和這兩種實驗浸出液的水化學(xué)類型,從而總結(jié)出了煤矸石浸出過程的一些變化規(guī)律及其浸出液的基本特性,為矸石的開發(fā)利用和污染治理提供了理論基礎(chǔ)。本文主要結(jié)論如下:
　　1.矸石浸出液為弱

3、堿性,pH在7.0到8.0之間,主要是由于矸石中堿性氧化物溶解的結(jié)果。在浸出過程中,碳酸系統(tǒng)起到了緩沖作用,使溶液酸堿性維持在一定的范圍內(nèi)。
　　2.在浸入液pH值固定的條件下,浸泡實驗的液固比對絕大多數(shù)離子的浸出濃度影響很大(CO32-除外)。當(dāng)浸泡時間相同時,液固比越大者,同一種離子的浸出濃度越小。
　　3.相對于新鮮煤矸石,風(fēng)化程度越高的矸石,則其淋出液的pH值越低。風(fēng)化后的煤矸石淋出液中的K+、Ca2+、Mg2+、C

4、l-、HCO3-、SO42-等濃度都較高,高出幅度大小排序為Mg2+>K+>SO42->Cl->CO32->Ca2+>HCO3-。而Na+濃度出現(xiàn)了大幅度下降,可能是由于矸石中的鈉鹽非常容易溶解,在矸石風(fēng)化初期就已大量溶解,隨降水進(jìn)入到了環(huán)境中。
　　4.在淋出液流經(jīng)黃土介質(zhì)的條件下,相對于無介質(zhì)的矸石淋出液,各陰陽離子都有不同程度的下降,說明該地黃土對陰陽離子都有較強(qiáng)的吸附作用,也可以反映出金屬元素在黃土中的富集水平。而在流經(jīng)粉

5、砂介質(zhì)的條件下,各陰陽離子濃度均有小幅度上升,可能是當(dāng)?shù)胤凵爸杏邢鄳?yīng)的礦物質(zhì)又被淋出液溶解。
　　5.通過Phreeqc模擬運(yùn)算可知,在浸泡實驗和淋濾實驗中,浸出液和淋出液中的礦物飽和指數(shù)都有不同程度的上升。雖然巖鹽(主要成分為NaCl)的飽和指數(shù)也有所升高,但其飽和指數(shù)值依然小于0,說明巖鹽可以繼續(xù)溶解。其他礦物的飽和指數(shù)均大于0,說明這些礦物均已處于飽和狀態(tài)。
　　6.結(jié)合礦區(qū)的水文地質(zhì)條件,根據(jù)托爾斯基漢的地下水化學(xué)成