煤矸石中重金属元素赋存形态及释出特征研究

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1、全日制硕士学位论文煤矸石中重金属元素赋存形态及释出特征研究申请人姓名：徐心远指导教师：李东艳专业名称：环境科学与工程研究方向：水污染控制技术河南理工大学资源与环境学院二○一五年四月七日河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南

2、理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日2中图分类号：密级：UDC：单位代码：10460煤矸石中重金属元素赋存形态及释出特征研究Thespeciationanalysisofheavymetalincoalgangueandreleasingmechanismresearch申请人

3、姓名徐心远申请学位工科硕士学科专业环境科学与工程研究方向水污染控制技术导师李东艳职称教授提交日期2015年6月1日答辩日期河南理工大学致谢首先感谢我的导师李东艳教授在资料收集、实验研究、论文撰写全程工作上的指导和帮助。李老师严谨的治学态度以及精益求精的工作作风是我毕生学习的榜样。在实验过程中遇到的困难，老师总会在第一时间帮助我寻找问题的原因并提供解决办法。在此，向老师给予我的帮助和教导致以诚挚的感谢和崇高的敬意。在此,对毛宇翔老师、杨英老师在实验上对我的帮助与指导，致以诚挚的谢意。另外，感谢庞少鹏、李龙宇等同学在实验和论文方面给予我的帮助。感谢李艳丽老师、王长征老师在样品采集过程中给予我的帮

4、助。感谢我的父母、家人在生活上给予的关怀和支持。最后，再次对所有帮助和关心过我试验、论文的人表示由衷的感谢！摘要为探明煤矸石中重金属Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb的形态结构和释放机理，以及煤矸石山周围农田土壤的重金属污染现状，以河南省焦作市中马村矿为研究对象，并以新乡市赵固一矿和新密市米村矿为对照，采用BCR连续提取法分析了三个矿区煤矸石和农田土壤（中马村矿）中重金属元素的形态；对煤矸石进行了浸泡和淋溶实验，分析了煤矸石中重金属元素在浸泡和淋溶过程中的释放规律，讨论了重金属浸泡析出量与可交换态含量之间的关系。主要结果为：（1）中马村矿矸石中重金属Cr、Ni、Cd、As均以残渣态为主要赋存

5、形态，Pb以残渣态和可还原态为主要形态，Cu的主要形态为残渣态和可氧化态。煤矸石中重金属元素的有效形态含量、总量与矸石粒径大小均无显著关系。生态风险评价结果表明，中马村矿煤矸石中重金属Ni、Cu的可交换态比例分别达到27.01%和21.41%，处于中度生态风险水平；米村矿煤矸石中重金属Ni、Cd均达到中度至高度生态风险；赵固一矿的Pb、Ni、Cu达到中度生态风险水平。单项污染系数评价结果表明：中马村土壤重金属污染系数均值大小排序为：Cd＞As＞Pb＞Cu＞Ni＞Cr，Cd元素全部样品均达到严重污染程度，Pb、As多数样品达到轻微污染，个别样品达到中度污染。（2）煤矸石一日浸泡实验的结果表明，

6、重金属Ni和As在弱酸性浸泡液中更易被溶出释放；煤矸石经浸泡后的重金属析出量与矸石粒级无显著联系；中马村矿矸石中重金属Cu、Ni、As的释放浓度与其可交换态含量呈显著负相关，米村矿矸石中重金属Ni、Cd的释放浓度与其可交换态含量呈正相关。与国家地下水质标准对比，中马村、米村、赵固一矿三地矸石一日浸泡实验结果中均发现Ni、As元素浸出浓度均超过地下水水质标准，对环境存在一定风险。（3）煤矸石五日浸泡实验的结果表明，煤矸石中重金属Cd最易溶出，Pb最难溶出。重金属元素的溶出率大小排序为：中马村矿Cd＞As＞Cr＞Ni＞Cu≈Pb；赵固一矿Cd＞As＞Cr＞Ni＞Cu＞Pb；米村矿Cd＞As＞Cr

7、＞Ni＞Cu＞Pb。（4）煤矸石淋溶实验的结果表明，重金属Ni、Cu、As、Cd的释放量随时间的增长呈逐渐减少的趋势，最后趋于平稳，其淋溶释放峰值均出现于淋溶初期；重金属Pb、C的r淋溶释放规律均表现出波动性。（5）三个矿区煤矸石中重金属的溶出率均以As元素为最高；米村矿矸石中As元素的最大溶出率高于中马村矿和赵固一矿，达到1.0844%；矸石中Cd的最大I溶出率以中马村矿为最低，仅为0.0253%；米村矿和