分散碱性基质法处理煤矿酸性矿井水：实验与效果

"分散碱性基质法处理闭坑煤矿酸性矿井水试验研究" 本文主要探讨了利用石灰石和木屑构成的分散碱性基质系统处理闭坑煤矿酸性矿井水的有效性。实验持续50天，旨在观察和分析酸性矿井水在该系统中的化学反应和水质改善情况。酸性矿井水是由于煤矿开采过程中地下水与含硫岩石接触产生的，其特点是pH值低，含有大量有害金属离子，如Fe、Al、Mn、Zn和Cd。 实验过程中，研究人员使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)来检测进出水中的金属离子浓度，滴定法测定酸碱度，以及便携式测定仪监测pH、氧化还原电位(ORP)和温度变化，从而全面了解处理过程中的水质动态。结果显示，分散碱性基质处理柱可以显著提高酸性矿井水的pH值，使其达到6以上，符合国家排放标准。 实验发现，Ca的释放与pH值和碱度的提高有直接关系，这表明CaCO3的溶解是导致pH升高的主要原因。随着时间推移，反应区段逐渐向下移动，至实验结束时，最深层的区域成为主要的碱度释放区，对Al、Fe、Zn的去除率分别达到了98.58%、51.51%和35.45%。然而，对于Mn和Cd，该系统显示去除效果不明显。 实验后，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X-射线光谱(EDX)对反应柱中沉淀物进行分析，揭示Fe2+经氧化后转化为Fe3+，并通过水合或沉淀形成氢氧化铁。氢氧化铁的不稳定性导致其部分转化为针铁矿、纤铁矿等稳定矿物形态，部分则与SO42-络合形成纤铁矾等化合物，实现从溶液中的去除。 此外，通过对不同深度下金属离子矿物形式饱和度的计算，发现在系统表层0-8cm可能存在Al的多种矿物沉淀形式，包括羟矾石、一水软铝石、一水硬铝石、三水铝石和斜铝矾等。这些结果表明，分散碱性基质法在去除特定金属离子方面具有潜力，但对某些金属离子（如Mn和Cd）的去除效果还需进一步优化。 这项研究提供了处理闭坑煤矿酸性矿井水的一种创新方法，通过自然材料的利用和化学反应，实现了对有害金属离子的有效控制，并为未来酸性矿井水处理技术的发展提供了理论依据和实践经验。