煤矸石内各矿物组分溶解-释放规律的数值模拟研究.pdf

第 3O卷 第 3期 中 国 岩 溶 Vo1．30 NO．3 2011年 9月 CARS0LOGICA SINICA Sep．2011 文章编号 ：1001—4810(2011)03—0359—04 煤矸石 内各矿物组分溶解一释放规律的数值模拟研究 梁 冰 ，陈 楠 ，姜利 国 (辽宁工程技 术大学力学与工程 学院，辽宁 阜新 123000) 摘 要 ：为 了更好 防治煤矸石 山对环境危害 ，研 究 了不 同温度和 CO：分压条件 下 煤矸石内各矿物的溶解一释放规律 。应用美 国地质调查所开发 的水化学模拟软 件 PHREEQC对在不 同温度和 CO：分压条件下煤矸石 内各矿物 的溶解度进行 了 水化学模拟 。研究结果显示，煤矸石 内所有矿物溶解度都随着温度 的上升而增 大，然而随着溶液 中C0z分压 的不断增大这种趋势逐渐转变为随着温度 的上升溶 解度逐渐减小；煤矸石 内所有矿物 (石英 除外)溶解度 随着 CO 分压 的增大而增 大 。碳酸盐(方解石)的溶解度随着 c0z分压升高呈现非线性迅速增大的趋势，其 它盐类 的溶解度 随着 C0：分压 的升高增大 的速率较为缓慢。在煤矸石 山内部 ，某 处煤矸石淋溶液 内CO。分压越高，其化学组分浸 出量也就越大；在矸石 山透气性 良好 时，温度越高煤矸 石化学成分的浸 出量越 大。 关键词 ：PHREEQC软件 ；煤矸石；矿物组分 ；矿物溶解度 ；温度 ；CO 分压 中图分类号 ：P342 文献标识码 ：A 0 引 言 本文运用水化学模拟方法就煤矸石 内各矿物 (方 解石、钙长石 、钾长石、钠长石、钾云母 、黑云母 、石英) 煤矸石以其量多、污染范围广、污染程度严重 、可 在不同温度和CO分压条件下溶解度变化规律进行 利用性低而成为当今世界各产煤大 国所面临 的一个 数值模拟 ，分析温度和 CO 分压对煤矸石 内化学组 共 同问题 。肖丽萍、梁冰 ，徐龙君等[1]认为酸度对 分溶解 一释放的影响。 煤矸石中污染物的溶解释放有着 重要影 响，初始 pH 值越小 ，酸度越大 ，污染物的溶解释放速度越快，溶解 1 模拟软件 (PHREEQC) 释放量也越大 。秦晋蜀认为无论淋溶法还是浸出法 ， 淋浸液 pH值对其它试验结果都有直接影响，通常情 PHREEQC是基于水化学原理的用 C语言编写 况下 ，酸性有利于重金属元素的浸出或淋 出I4]。催龙 的在热力学原理和质量守恒理论的基础上建立的计 呜、胡友彪 、唐修礼等认为淋溶温度对煤矸石化学元 算程序 ，可进行正向模拟与反向模拟，几乎能解决水 、 素的浸出有较大影响 5【]。 气、岩土相互作用系统中所有平衡热力学和化学动力 温度、CO 分压都能影响到淋滤液的pH值 ，而 学问题 ，包括水溶物配合 、吸附一解析、离子交换 、表 且温度 自身也能影响到煤矸石化学组分的浸出。笔 面络合 、溶解一沉淀、氧化还原 。正向模拟能根据给 者考虑到矸石 山 内部 的温度和 Co 分压是不相 同 定 的反应机理来预测水 的组分和质量 的转移 。主要 的，对 于煤矸石内各矿物在不 同温度和 CO 分压条 运用反 向模拟根据观测的化学和同位素资料来确定 件下溶解度变化规律的研究是很有必要的，这有助于 水岩反应机理 ，说明水流