尾矿重金属淋溶污染及其抑制技术研究 ——以广东大宝山尾矿为例

论文摘要

广东大宝山尾矿造成的重金属污染严重影响了矿区周围的生态环境,目前对矿区的重金属污染还未采取有效地控制方法。本文以大宝山尾矿为研究对象,对其进行分析,并在模拟酸雨条件下进行淋溶实验,研究了尾矿释放重金属的规律及动力学。此外,本文以三乙烯四胺、蒙脱石及二者制备成的复合体作为抑制剂,研究其对尾矿重金属释放的抑制作用。通过对抑制剂及抑制剂-重金属复合体的表征研究抑制剂的作用机理。论文的主要结论如下:1.大宝山尾矿主要元素是Fe、Si、Al,S含量很少;主要矿物是石英、铅矾、铁矾和三水铝石;尾矿重金属含量很高;重金属主要以残渣态及硫化物态存在;尾矿的pH值很低。2.模拟酸雨淋溶尾矿的淋滤液pH值维持在2.352.58范围,电导率很高且逐渐减小;Cu、Zn、Cd及Mn的释放过程均可分为快速释放及慢速释放两个阶段,Pb在释放过程中释放速率变化不大。重金属累计释放量大小为Mn>Cu>Zn> Cd> Pb。随着酸雨pH值的降低,淋滤液pH值降低,电导率升高,重金属释放量增大。5种重金属的释放量受酸雨pH值影响的程度为Pb>Mn> Zn> Cd >Cu,重金属的淋溶强度为Mn>Cu > Cd > Zn >Pb。Cu、Zn、Cd及Mn的释放可用准二级动力学方程及Elovich方程很好的拟合,准二级动力学方程更优;Pb的释放可用双常数方程和零级动力学方程很好的拟合。3.三乙烯四胺/蒙脱石复合体的表征显示,三乙烯四胺插层到了蒙脱石的层间。抑制剂对5种重金属释放的抑制效果相比较,三乙烯四胺/蒙脱石复合体的效果均最好。在pH 3.0或40℃条件下,复合体也可保持较高的抑制率。随抑制剂用量的增加,重金属的抑制率升高。三乙烯四胺/蒙脱石复合体及蒙脱石对重金属的吸附很迅速,除了Mn在复合体上的吸附。复合体上重金属的解吸率普遍低于蒙脱石上的解吸率,除了Cu。4.三乙烯四胺/蒙脱石复合体对5种重金属的吸附均可用Langmuir方程很好的拟合,蒙脱石对Cu和Pb的吸附,用Langmuir方程拟合较好,而对Zn、Cd及Mn的吸附,用Freundlich方程拟合较好。三乙烯四胺/蒙脱石复合体及蒙脱石对5种重金属的吸附均可用准一级动力学方程及准二级动力学方程很好的拟合,而准二级动力学方程拟合效果最好。抑制剂-重金属复合体的表征显示抑制剂与重金属发生了吸附作用,而复合体与重金属除了吸附作用,还发生了配位作用。三乙烯四胺/蒙脱石复合体作为抑制剂,汲取了三乙烯四胺及蒙脱石的优点,达到了最好的抑制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 尾矿的危害
• 1.2 尾矿重金属污染及其危害
• 1.2.1 铜（Cu）
• 1.2.2 锌（Zn）
• 1.2.3 镉（Cd）
• 1.2.4 铅（Pb）
• 1.2.5 锰（Mn）
• 1.3 尾矿中重金属元素释放的机理
• 1.4 尾矿重金属溶出规律及其研究现状
• 1.4.1 尾矿重金属溶出规律
• 1.4.2 尾矿重金属溶出研究现状
• 1.5 尾矿重金属污染源头控制技术
• 1.5.1 中和法
• 1.5.2 杀菌剂法
• 1.5.3 覆盖隔离法
• 1.5.4 钝化法
• 1.5.5 尾矿重金属污染源头控制技术研究现状
• 1.6 三乙烯四胺（TETA）
• 1.7 蒙脱石
• 1.7.1 蒙脱石化学组成
• 1.7.2 蒙脱石结构特征
• 1.7.3 蒙脱石物理化学性质
• 1.7.4 蒙脱石吸附重金属研究现状
• 1.8 选题依据和意义
• 1.9 研究目的与内容
• 第二章 大宝山矿的概况及其重金属污染
• 2.1 大宝山矿的自然地理特征
• 2.2 大宝山矿重金属污染概况
• 2.3 大宝山矿原矿分析
• 第三章 实验样品、材料、设备与方法
• 3.1 实验样品及材料
• 3.1.1 尾矿样品
• 3.1.2 抑制剂材料
• 3.2 实验的主要设备及试剂
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 尾矿样品基本性质分析
• 3.3.2 尾矿重金属酸雨淋滤实验方法
• 3.3.3 三乙烯四胺/蒙脱石复合体的制备
• 3.3.4 抑制剂抑制效果检验实验方法
• 3.3.5 实验表征手段及分析方法
• 第四章 大宝山尾矿分析
• 4.1 尾矿所含主要元素分析
• 4.2 尾矿矿物相分析
• 4.3 尾矿重金属元素分析
• 4.3.1 重金属元素含量分析
• 4.3.2 尾矿重金属形态分析
• 4.4 尾矿pH值分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 尾矿重金属酸雨淋溶实验研究
• 5.1 淋出液pH值变化
• 5.2 淋溶实验淋出液电导率（EC）变化
• 5.3 尾矿重金属的释放规律
• 5.4 酸雨pH值对重金属释放的影响
• 5.5 尾矿重金属的淋溶强度
• 5.6 尾矿重金属释放的数学模型
• 5.6.1 重金属Cu、Zn、Cd及Mn释放的数学描述
• 5.6.2 重金属Pb释放的数学描述
• 5.7 本章小结
• 第六章 抑制剂抑制重金属释放效果实验
• 6.1 抑制剂材料的表征
• 6.1.1 蒙脱石及三乙烯四胺/蒙脱石复合体XRD对比
• 6.1.2 三乙烯四胺、蒙脱石及三乙烯四胺/蒙脱石复合体红外能谱对比
• 6.1.3 蒙脱石及三乙烯四胺/蒙脱石复合体热重对比
• 6.1.4 蒙脱石及三乙烯四胺/蒙脱石复合体比表面积分析
• 6.1.5 扫描电镜分析
• 6.2 抑制剂抑制重金属释放效果实验研究
• 6.2.1 抑制剂抑制效果随时间的变化
• 6.2.2 抑制剂的投加量对抑制效果的影响
• 6.2.3 酸雨pH值对抑制效果的影响
• 6.2.4 温度对抑制效果的影响
• 6.2.5 三乙烯四胺/蒙脱石复合体及蒙脱石与重金属作用时间的确定
• 6.2.6 重金属在三乙烯四胺/蒙脱石复合体及蒙脱石上的解吸研究
• 6.3 本章小结
• 第七章 三乙烯四胺/蒙脱石复合体及蒙脱石吸附机理研究
• 7.1 三乙烯四胺/蒙脱石复合体及蒙脱石的吸附等温线
• 7.1.1 吸附等温方程
• 7.1.2 吸附等温线的拟合
• 7.2 吸附动力学研究
• 7.3 抑制剂与重金属金属复合体表征
• 7.3.1 X射线衍射分析
• 7.3.2 红外光谱分析
• 7.4 本章小结
• 结论与展望
• 1. 结论
• 2. 本项目的创新之处
• 3. 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢