Análisis de las causas de la ganga de carbón y las aguas residuales mineras
(1) Composición y acidificación de la ganga de carbón
Los resultados de la investigación y el muestreo en el sitio muestran que la pila de ganga de carbón en el pozo No. 3 está compuesta principalmente de lutita carbonosa y lutita carbonosa. , grauvaca y Compuesto por pequeñas cantidades de fragmentos de piedra caliza. En el caso del apilamiento natural, los tamaños se mezclan y no se clasifican. Entre ellos, la ganga con un diámetro de bloque superior a 10 cm representa aproximadamente 29, el diámetro del bloque de 5 ~ 10 cm representa aproximadamente 22, el diámetro del bloque de 3 ~ 5 cm representa aproximadamente 14, el diámetro del bloque de 1 ~ 3 ~5 cm representan aproximadamente 22 y el diámetro del bloque es 0,5. Las lutitas carbonáceas y las lutitas carbonáceas representan una proporción mayor. Este macizo rocoso no sólo contiene un alto contenido de carbono, sino que también presenta una gran cantidad de agregados de cristales de pirita y cristales dispersos que se pueden identificar a simple vista, y algunos también muestran marcas de óxido de sulfuro amarillo o magnetita. Además, el análisis de fase de difracción de rayos X muestra que la ganga de carbón también contiene clorita, illita, clorita y minerales arcillosos en diferentes proporciones (Tabla 4.2).
A través del análisis ICP-AE, se encontró que el contenido de hierro y azufre en la muestra mixta de astillas de ganga de carbón era muy alto, siendo el contenido de hierro de 148,76 g/kg y el estado efectivo de 4,57. g/kg. El contenido de azufre es 117,82 g/kg y el estado efectivo es 1,45 g/kg. Otros componentes químicos son mucho menos abundantes que el hierro y el azufre. Consulte la Tabla 4.3 para obtener más detalles.
Según este cálculo, hay alrededor de 4,75×104t de hierro, 1,45×104t de azufre y una cantidad considerable de elementos metálicos pesados en la ganga. Puede disolverse en ambientes de agua ácida y migrar río abajo con lixiviados, formando así una fuente de contaminación a largo plazo en áreas mineras.
Tabla 4.2 Composición mineral de la ganga de carbón de la mina Dayugou No. 3
Tabla 4.3 Contenido de composición química de la ganga de carbón de la mina Dayugou No. 3 (unidad: mg/kg)
Dado que el contenido de azufre en la ganga del carbón es generalmente alto, existe principalmente en forma de pirita, que se oxida lentamente en Fe2O3 y SO2 durante la intemperie y el agua de lluvia, y reacciona con el agua para formar Fe2(SO4)3 y H2SO4. De esta forma, una parte del azufre se emite a la atmósfera en forma de gas, y la otra parte entra al agua y al suelo en forma de iones, provocando la acidificación.
(2) Composición química y causas de las aguas residuales de la mina
Según los resultados de las pruebas y análisis de muestras de agua recolectadas el 9 de agosto de 2007 (Tabla 4.4 y Tabla 4.5), la sustancia química composición de las aguas residuales de la mina Los ingredientes tienen las siguientes características:
1) El contenido total de sal es alto, con una salinidad que alcanza los 2400 mg/L, lo que equivale al tipo agua salada-salobre, y la materia en suspensión en el agua es de 2400 mg/L, compuesto principalmente de yeso y agua inorgánica.
2) Los iones de metales alcalinos y los iones de metales alcalinotérreos son los principales cationes. La cantidad total de iones de potasio, sodio, calcio y magnesio representa más del 90% del total de cationes. El contenido de sulfato entre los aniones es extremadamente alto, alcanzando 1685 mg/L, lo que representa más del 90% del total de aniones. , mientras que el ion bicarbonato es sólo de 3,05 mg/L.
3) Los metales pesados son principalmente zinc y manganeso, que son 2,4 mg/L y 1,8 mg/L respectivamente. Los contenidos de cobre, arsénico, plomo, cadmio y cromo hexavalente son muy pequeños, todos ellos inferiores. 0,05 mg/L..
4)4) El valor del pH es 3,07, que es agua ácida. Estas características están directamente relacionadas con las condiciones de formación de las aguas residuales de la mina.
La mayor parte del agua de mina vertida ahora proviene del agua de fisura y del agua kárstica alrededor del carbón A1. Según la composición química del carbón y la ganga, estas formaciones contienen niveles extremadamente altos de azufre y hierro. Antes del desarrollo de túneles y de la minería, estos materiales se encontraban en un ambiente reductor y la mayoría se almacenaba bajo tierra en forma de sulfuros insolubles. Una vez expuesto artificialmente, se forma un ambiente oxidante en los túneles y frentes de las minas de carbón, y la acidez del agua de la mina aumentará. El mecanismo del aumento de acidez tiene tres aspectos:
Tabla 4.4 Datos de prueba de drenaje de mina y agua de mina (unidad: mg/L)
Nota: Ubicación del muestreo, salida de agua de mina (N34 °43' 02.46", e 113° 05' 43.28"); teléfono de la casa, 856.
Cabeza de pozo de mina (sin neutralizador) (N34°43 ' 07.40 ", e 113° 05 ' 35.26 "); teléfono interior, 857.
Momento de muestreo, julio de 2007.
Tabla 4.5 Datos de prueba de muestras de drenaje y agua de mina (unidad: mg/L)
Nota: Ubicación del muestreo, salida de la mina (N34°43'02.46", e 113 ° 05 ' 43,28 "); número interior, 1323.
Cabeza de pozo de mina (sin neutralizador) (N34°43' 07.40", e 113° 05' 35.26" número interior, 1462).
Época de muestreo: 16 de junio de 2007 a 16 de octubre de 2007.
Una es que los compuestos que contienen azufre en las vetas de carbón y las placas del techo y del piso se oxidan en H2SO4 libre en presencia de oxígeno y agua. La ecuación de reacción es la siguiente
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En segundo lugar, las sales de sulfato de hierro y otros metales de la fórmula (4.1) se descomponen para liberar H. El proceso de reacción es el siguiente
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El tercero es Descomposición del H2CO3 en aguas subterráneas. Bajo las condiciones del túnel de la mina de carbón Dayugou-1, la oxidación del sulfuro y la hidrólisis del sulfato de hierro tienen el impacto más destacado en la acidificación del agua de la mina. Además, la descomposición del H2CO3 también producirá una cierta cantidad de Ca2 y Mg2. Debido a la lixiviación con H2SO4, metales como el calcio y el zinc pueden convertirse en sulfatos y precipitarse de los minerales. Las bacterias sulfurantes desempeñan un papel catalítico importante en las reacciones anteriores. Unas buenas condiciones de ventilación y una humedad adecuada en el túnel favorecen la reproducción de bacterias como Thiobacillus, aceleran la tasa de oxidación del Fe2 y obtienen la energía necesaria para su propia reproducción. Al mismo tiempo, oxidan rápidamente el azufre elemental contenido en las vetas de carbón en ácido sulfúrico, aumentando la acidez del agua de la mina.