大同煤田是我国典型的双纪煤田,赋存着侏罗纪和石炭二叠纪煤,具有重要的研究意义。煤矸石在堆放过程中,会有很多有害微量元素迁移淋滤出来,进入地下水和土壤中,引发多种环境问题,而如何治理煤矸石淋滤引发的环境污染还亟待研究。本文以大同北部矿区煤及煤矸石中的有害微量元素为研究对象,通过动态淋滤实验、柱状淋滤实验,采用工业分析、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、扫描电镜及配套的能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、离子色谱仪和显微光度计等手段,并结合前人研究成果,探讨煤及煤矸石的含量与分布、赋存特征、煤岩学特征,分析煤矸石中F、Cl等20种有害微量元素在不同条件下的淋滤特征并对其进行环境效应评价,研究改性膨润土和活性污泥对部分重金属元素的防治控制效果,揭示煤及煤矸石中有害微量元素的富集机理和改性膨润土、活性污泥对重金属元素的吸附机理。主要得到以下成果和认识:(1)大同北部矿区煤属特低硫煤,煤中矿物组分包括高岭石、伊利石、绿泥石等粘土矿物、黄铁矿、方铅矿、方解石、菱铁矿、金红石和锆石等,煤中矿物结构形态各异,有些矿物嵌布在有机组分中,和有机质是有害微量元素的主要赋存载体,聚类分析和相关性分析结果表明,Tl、Th、U、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Cd、Pb、Ba、Sn元素主要赋存在无机矿物和有机质中,其中Co、Ni、Ba、Zn元素可能赋存在伊利石中,Be、Mn元素主要赋存在黄铁矿中。(2)煤矸石中有害微量元素在不同条件下的淋滤特征各异。淋滤强度随时间的变化规律:F、Sn、Be、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Cd、Ba、Pb、U元素随时间的延长先快速增加,后逐渐降低,Sb、Mo、As、Se、Tl、Zn元素呈现出间歇式释放的特征,淋滤强度曲线为“N”或“M”字型;淋滤强度随粒度变化规律:不同元素的淋滤强度均随粒度减小而不同程度增大;淋滤强度随pH值变化规律:Cr、Cd随着淋滤液pH值的增大淋滤强度增大,Ni、Tl、U的变化规律不明显,其余元素的淋滤强度均随pH值的增大而增大。根据地下水环境质量标准,Mo、Cr、Mn、Pb可能会对环境造成严重危害;Co和Ba对环境造成危害的可能性较大。(3)柱状淋滤实验结果表明活性污泥和改性膨润土对重金属元素有不同程度的吸附控制作用,且改性膨润土的吸附效果优于活性污泥。结合前人研究成果,得出影响吸附效果的主要因素有pH值、温度、重金属离子初始浓度、固液比、吸附剂颗粒粒径等,吸附机理主要包括表面有机络合、离子交换吸附和其他机理。