改性土-膨润土对离子型稀土矿氨氮污染阻隔机理及应用研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lszh2009
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矿山开采导致了大量的环境污染,是一个全球性的环境问题。离子型稀土矿氨氮污染,来源于稀土矿原地浸析采矿时,硫酸铵或碳酸铵等浸矿剂溶液及含氨氮的浸出液大量流失,造成矿区地下水和地表水氨氮超标。当前,污染阻隔技术是一种对矿山等污染场地及时和有效的修复技术,对地下水污染的防控具有积极效益。因此,研究将污染阻隔技术应用于氨氮污染的离子型稀土矿山,阻隔氨氮污染物的迁移扩散,从而达到污染阻控的目的。论文以硅灰和水泥改性的土-膨润土作为阻隔墙材料为基础,研究改性后阻隔墙对离子型稀土矿原地浸矿氨氮污染的阻控效果。首先通过渗透试验和抗压强度测试,探究阻隔墙材料的渗透性能和力学性能;同时,通过扫描电镜、X射线衍射和CT扫描与LBM数值模拟,研究阻隔墙的微观表征和结构;并结合阻隔材料对氨氮的吸附机理、迁移特征和工程特性的研究结果,探讨改性土-膨润土阻隔材料对氨氮污染的阻控性能。具体研究结果如下:(1)硅灰改性土-膨润土阻隔材料,最佳质量配比为:硅灰:土=1:10,含水率为67.80%;改性阻隔材料生成了地聚物结构的铝硅酸盐和Ca CO3提高了材料的力学性能和防渗性能,抗压强度达到0.896 MPa,渗透系数最低达到2.36×10-9m/s。(2)通过CT扫描与LBM数值模拟计算得到,改性土-膨润土阻隔墙孔隙率为32.48%,孔隙以半径小于4μm的微孔为主;孔喉半径主要在0~3μm之间,有助于改善阻隔墙的渗透性;阻隔墙的流速达到1×10-9m/s,与试验测试结果相似。改性土-膨润土阻隔墙内的微流通道是非常弯曲和复杂的。(3)改性土-膨润土阻隔材料对氨氮的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,说明该吸附过程主要是化学吸附;吸附热力学过程符合Langmuir等温模型,说明该吸附是放热过程。通过计算得到吸附阻滞因子在1.051~1.313之间。(4)阻隔墙的离子有效扩散系数为1.65×10-6cm2/s;不同溶液阻隔墙的渗流速度大小关系为:500 mg/L(NH42SO4溶液<100 mg/L(NH42SO4溶液<20mg/L(NH42SO4溶液<Na Cl溶液<蒸馏水;阻隔墙内氨氮的含量的大小关系为:水溶态铵>交换态铵>固定态铵。(5)阻隔墙试样的质量变化与溶液中氨氮浓度成正比。SO42-与试样中的氢氧化钙等胶凝体发生反应,导致骨架结构间距变大发生膨胀现象,使试样质量增加;NH4+与试样中的氧化钙及氧化镁等发生离子型交换反应,导致试样部分溶解,强度降低。在相同条件下,不同的击穿浓度标准对阻隔墙服役年限影响较大;阻隔墙的击穿时间都会随着阻滞因子的增大和阻隔墙厚度的增加而延长。(6)根据某离子型稀土矿山污染场地的水文环境、工程地质条件和氨氮污染污染现状,在场地中设置阻隔墙,确定了阻隔墙的位置和规模;利用Visual MODFLOW数值模拟得到的模型显示,在污染场地设置阻隔墙3650 d后,氨氮扩散范围小,并且未穿透阻隔墙,对氨氮的阻控效果较好。
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