六枝某高硫煤矸石中有害元素的赋存状态、释放规律及环境污染预测的研究

论文摘要

煤矸石是我国矿山排放量最大的废渣之一。在1996年底,全国就有煤矸石山1500多座,累计堆存量已达30多亿吨,占地1.3万公顷。并随煤炭工业的发展以每年1.3亿吨的速度增加。大量的煤矸石就地堆放,在雨水和地表水的淋溶等作用下,一些有害元素就会全部或部分释放出来进入水体、土壤和大气环境,从而造成水体质量下降、土壤功能破坏、危害人体健康,尤其是在高硫煤地区的污染特别突出。因此,本文选取贵州最为典型的高硫煤区—六枝为本次的研究点。本论文主要采用酸中和潜力实验（ANC）和净产酸试验（NAG）、光片镜检、X衍射、逐级提取法和静态模拟方法,对六枝某高硫煤矸石堆场中,煤矸石的酸化预测与黄铁矿之间关系的研究,以及有害元素赋存状态和释放规律的研究。初步得出如下的认识:（1）结合酸中和潜力实验（ANC）和净产酸试验（NAG）、显微镜镜下观察以及X衍射方法,在本次试验样品中,得出顶板的含硫量很高（达到5.66%）,却没有释放出酸,通过显微镜镜下光片观察,见顶板里的黄铁矿呈自然形状微晶结合提零星分布和条带状分布。因此,可能是顶板里主要产酸物质黄铁矿的结晶形态的缘故,使得释放出来的酸很少;而其它的底板、新鲜样品、风化样品都释放酸,其中新鲜的煤矸石样的酸化能力明显高于风化的煤矸石样品,并且新鲜煤矸石样的酸化风险极高。（2）通过连续提取试验的结果显示,绝大多数元素都具有一种以上的赋存状态,大部分的元素则以非常稳定的硅酸盐结合态及较为稳定的还原态为主。其中,新鲜样中Zn、Ni、Mn、Cr、Fe以有机物硫化物和残渣态存在的元素比风化样要高,而以Fe-Mn氧化物结合态存在的元素则要比风化样低。可能是该煤矸石堆场在风化的过程中,煤矸石中的以不易释放出来的部分元素逐渐的释放了出来。（3）浸泡试验结果显示,大多数污染物的浸出浓度随时间的延长而降低,浸出最大值出现在初始阶段。只有铜、锌、镉的浸出浓度是随时间增加的。新鲜矸石和风化矸石浸出液中有害元素的含量有所变化,新鲜矸石中Mn、Fe、Zn的含量大于风化矸石,而风化矸石浸出液中Cu的含量大于新鲜矸石,Pb、Ni的含量基本相同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题背景与社会、经济意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 主要的研究内容及技术路线
• 1.3.1 本文主要的研究内容
• 1.3.2 研究的技术路线图
• 第二章 研究区域背景与样品处理
• 2.1 六枝地区煤矿概况
• 2.2 样品采集
• 2.2.1 煤矸石样品的采集
• 2.2.2 样品的预处理
• 第三章 煤矸石中和酸潜力和产酸潜力分析
• 3.1 概述
• 3.2 试验方案
• 3.2.1 全硫的测定
• 3.2.2 酸中和潜力的测定和净产酸潜力的计算
• 3.2.3 净产酸试验
• 3.2.4 煤矸石的X衍射分析以及光片分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 煤矸石样品的产酸结果与X衍射结果分析
• 3.3.2 酸中和能力
• 3.3.3 净产酸潜力和净产酸量
• 3.3.4 顶板的分析
• 3.3.5 底板的分析
• 3.3.6 风化煤矸石的分析
• 3.3.7 新鲜煤矸石的分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 煤矸石中有害微量元素的赋存状态
• 4.1 概述
• 4.2 实验方法分析
• 4.3 煤矸石中有害元素的赋存状态
• 4.3.1 HAc可提取态
• 4.3.2 Fe-Mn氧化物结合态
• 4.3.3 有机物和硫化物结合态
• 4.3.4 残渣态
• 4.4 逐级提取试验所需器材和仪器
• 4.5 逐级提取试验具体步骤
• 4.6 实验结果和分析
• 4.6.1 实验结果
• 4.6.2 各元素赋存状态分布与分析
• 4.6.2.1 锌（Zn）的赋存状态分布
• 4.6.2.2 镉（Cd）的赋存状态分布
• 4.6.2.3 镍（Ni）的赋存状态分布
• 4.6.2.4 锰（Mn）的赋存状态分布
• 4.6.2.5 铅（Pb）的赋存状态分布
• 4.6.2.6 铬（Cr）的赋存状态分布
• 4.6.2.7 铜（Cu）的赋存状态分布
• 4.6.2.8 铁（Fe）的赋存状态分布
• 4.7 本章小结
• 第五章 煤矸石浸泡模拟试验
• 5.1 试验目的
• 5.2 煤矸石静态浸泡试验
• 5.2.1 煤矸石静态浸泡试验条件的确定
• 5.2.2 静态浸泡试验过程
• 5.3 试验结果和讨论
• 5.3.1 实验结果与部分标准的比较
• 5.3.2 锌的浸出曲线
• 5.3.3 镉的浸出曲线
• 5.3.4 镍的浸出曲线
• 5.3.5 锰的浸出曲线
• 5.3.6 铅的浸出曲线
• 5.3.7 铬的浸出曲线
• 5.3.8 铜的浸出曲线
• 5.3.9 铁的浸出曲线
• 5.5 本章小结
• 第六章 主要的认识和结论
• 6.1 污染治理措施
• 6.2 主要的认识
• 致谢
• 参考文献
• 附录