溫度影響下煤矸石內鐵離子遷移的數值模擬研究.pdf

1、摘要摘要為了研究煤炭生產和加工過程中產生的煤矸石引起的環(huán)境問題，以及煤矸石內鐵元素的釋放遷移，來解決鐵缺乏的問題，本文闡述了煤矸石在物理、化學風化和降雨溶淋作用下鐵離子物理化學作用的機理；考慮到煤矸石內發(fā)生的化學反應及其熱效應；由于煤矸石內一部分金屬元素被其風化過程中生成的鐵的膠體或有機物所吸附，煤矸石內鐵的膠體或有機物對金屬元素的吸附行為符合Langmuir吸附模型；應用降雨入滲的理論、化學動力學理論、熱傳導理論及溶質運移理論，建立溫

2、度影響下煤矸石內鐵離子遷移的動力學模型；并采用數值算法進行求解；本文主要得到如下結果：(1)不同降雨量條件下，壓力水頭均隨著高度z的降低先增大后減小，壓力水頭的變化主要受降雨強度和煤矸石山的入滲能力的影響；有效飽和度均小于1，由于矸石山內存在空氣，孔隙不可能被水完全占據；流速先增大后減小，原因是上面的煤矸石新鮮，孔隙大，因此入滲速度大。隨雨水的入滲，煤矸石內鐵離子濃度從頂部到底部逐漸變大，隨著降雨時間的延長，煤矸石內鐵離子遷移的距離增大

3、，鐵離子不斷積聚。(2)通過控制化學反應中水的物質的量和氧氣的物質的量得到不同情況下FeS2氧化、水解、酸化后釋放出的物質的量，來定量的得出煤矸石內FeS2反應的控制因素；(3)不同化學反應階段，煤矸石內溫度均增大，煤矸石山內部溫度聚增，有兩點原因：一是煤矸石內硫鐵礦發(fā)生的化學反應中，氧化反應釋放出的熱量最大，是放熱過程的控制反應；二是煤矸石山內部散熱性較差，導致熱量的聚集。(4)鐵離子濃度的變化受化學反應放熱的影響，同一時間、同一區(qū)域