马兰煤矿矿井水水质变化特征及成因

通过对山西省马兰煤矿2号煤层采掘面在开采和封闭时期的矿井水和沉积物的研究,揭示采掘面封闭前后对矿井水水质和沉积物的影响机理。研究结果表明:马兰煤矿矿井水均为SO₄-Ca型水质,矿井水均富含SO₄2-和Fe离子;随着上部煤层的不断开采,3处矿井水呈现相同的变化规律,矿井水的pH值升高,Eh值降低,SO₄2-、Fe、Mn和Zn离子浓度随之下降,其中北一暗斜井处的矿井水水质变化最显著;矿井水水质指标和流速变化能够控制其沉积物的矿物组成和结晶程度,北一暗斜井处的沉积物在两次采样中由斯沃特曼铁矿变为针铁矿,而其他两处的矿井水沉积物矿物组分没有发生变化,主要由针铁矿组成。研究结果能够提高对老空区积水水质的预测精度,并对煤矿突水水源判识具有重要意义。      

在我国发现的Schwertmannite矿物及其特征

采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜与能谱(SEM-EDX)、X射线荧光(XRF)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、热分析(DTA-TG)等分析方法,在我国山西马兰煤矿的酸性矿坑排水(AMD)沉淀物中首次发现了“斯沃特曼铁矿”(Schwertmannite)。研究表明,山西马兰煤矿酸性矿坑排水沉淀物中的Schwertmannite矿物的粒径为0.3~70μm,且分布比较均匀,其BET表面积为44.065 0 m2/g;SEM二次电子像显示为球形或椭圆形(聚集体)结构,颗粒大小比较均匀,球的表面有针状毛刺;该矿物的化学式为Fe8O8(OH)4.52(SO4)1.74.4.73H2O。     

含煤岩系岩石静态产酸潜力综合评价

岩石静态产酸评价对于矿山酸性水防治具有重要的指导意义, 但传统的岩石静态产酸评价方法无法准确地评价复杂岩石样品.通过对山西省西山煤田石炭二叠纪含煤岩系12个岩石样品产酸潜力的评价找出了影响复杂岩石样品产酸潜力评价准确性的关键指标, 并建立了适合复杂岩石样品的评价方法.研究结果表明, 净产酸潜力(NAPP)、酸中和潜力(ANC)与最大产酸潜力(MPA)的比值是产酸潜力评价的关键指标, 根据这2个指标建立的产酸评价分区方法能够准确评价NAPP绝对值较小(＜50 kg·t-1)的复杂岩石样品的产酸潜力; 复杂岩石样品的矿物学信息能够反映样品长期的产酸潜力, 通过分析碳酸盐矿物总含量与黄铁矿含量的比值能够提高复杂岩石样品的产酸潜力评价精度; 样品糊状物的pH值(Paste pH)只能反映岩石样品中已储存酸碱度信息, 可作为岩石产酸潜力评价的参考指标.结合西山煤田典型矿井水水质特征, 进一步验证了岩石产酸潜力综合评价的准确性.      

岩石样品的静态酸中和能力评价

岩石的酸中和能力(acid neutralization capacity,ANC)是静态产酸预测中最具争议的一个重要参数.利用4种酸中和能力评价方法对山西省西山煤田石炭二叠纪含煤岩系的12个岩石样品进行了评价.研究表明,过滤的Sobek ANC方法能够有效消除反应性黄铁矿对ANC测定的影响,比修正的Sobek ANC方法计算的ANC值更准确;持续的Sobek ANC方法只对泥岩和黄铁矿样品具有一定的实际意义.矿物ANC计算法适宜评价冒泡反应强烈的灰岩和菱铁矿样品,而泥岩和砂岩的矿物ANC计算值不能反映样品的酸中和能力.灰岩和菱铁矿样品具有很强的酸中和能力,且ANC值不随时间变化;砂岩和泥岩的ANC值较低,其ANC值随时间逐渐降低.      

生物纳米FeS强化灰岩去除酸矿废水中砷的研究

通过两种还原型微生物铁还原菌JF-5和硫酸盐还原菌SRB对模拟酸矿废水中Fe~(3+)和SO~(2-)_4的还原作用合成纳米FeS,并将该生物纳米FeS包覆在灰岩表面,以提高灰岩可渗透反应墙(PRBs)对酸矿废水中砷的去除能力。通过批吸附实验研究As(Ⅴ)的静态吸附机理,柱实验研究As(Ⅴ)在包覆灰岩柱中的动态吸附和迁移,结果表明,包覆层生物FeS粒径为纳米级,并呈现一定晶形,能有效提高灰岩表面的比表面积和对As(Ⅴ)的吸附能力,红外光谱分析表明化学吸附为主要吸附机制;生物纳米FeS包覆灰岩静态吸附实验最大吸附量为187.46μg/g,达到纯灰岩吸附量(6.64μg/g)的30倍;JF-5和SRB形成的生物包覆吸附性质优于SRB和Fe(Ⅱ),二者对As(Ⅴ)的吸附能力都远大于纯灰岩对As(Ⅴ)的滞留能力。     

Schwertmannite矿物合成方法的优化和表征

本文对Schwertmannite(斯沃特曼铁矿)矿物的两种非生物合成法——慢速合成法和快速合成法进行了全面的对比研究,并对合成样品的清洗方法进行了优化。慢速合成法和快速合成法在单纯合成Schwertmannite矿物的时间上基本一致。Schwertmannite矿物传统慢速合成方法中对合成样品的透析清洗过程耗时较长,但合成样品的矿物特征峰和红外光谱特性更好,形成的矿物颗粒较大;而Schwertmannite快速合成法中没有对合成样品的清洗步骤,并且合成样品的矿物特征峰强度较弱,合成的矿物颗粒较小。透析法比离心清洗法更适合对合成Schwertmannite样品的清洗,并且采用截留分子量为3 500的透析袋能够缩短透析时间20天,大大提高对合成样品的清洗效率。恒温(40℃)干燥会造成合成样品的严重聚集,而冷冻干燥法则能够大大降低合成样品在干燥过程中的聚集程度,通过研磨能够恢复干燥合成矿物原来的颜色和特征。     

煤矿酸性水中亚稳态矿物Schwertmannite的形成与转变

斯沃特曼矿是一种形成于煤矿酸性水环境中的铁的含水硫酸盐矿物,具有很高的比表面积和不稳定性,对煤矿酸性水中有害微量元素的吸附和迁移活性具有重要影响。运用扫描电镜(SEM/EDX)和粉末X射线衍射等手段,通过测定和对比,鉴别了中国的煤矿酸性矿排水渠中存在斯沃特曼矿物,在实验室中模拟酸性水环境对煤中非均质黄铁矿进行氧化反应试验,结果显示,反应产物中存在斯沃特曼矿物,并且认为随着反应时间的延长,斯沃特曼矿物逐渐向针铁矿转变。     

马兰煤矿矿井水水质变化特征及成因

通过对山西省马兰煤矿2号煤层采掘面在开采和封闭时期的矿井水和沉积物的研究,揭示采掘面封闭前后对矿井水水质和沉积物的影响机理。研究结果表明:马兰煤矿矿井水均为SO4—Ca型水质,矿井水均富含SO24-和Fe离子;随着上部煤层的不断开采,3处矿井水呈现相同的变化规律,矿井水的pH值升高,Eh值降低,SO24-、Fe、Mn和Zn离子浓度随之下降,其中北一暗斜井处的矿井水水质变化最显著;矿井水水质指标和流速变化能够控制其沉积物的矿物组成和结晶程度,北一暗斜井处的沉积物在两次采样中由斯沃特曼铁矿变为针铁矿,而其他两处的矿井水沉积物矿物组分没有发生变化,主要由针铁矿组成。研究结果能够提高对老空区积水水质的预测精度,并对煤矿突水水源判识具有重要意义。