乌兰木伦矿区煤炭的开采破坏了含水层,为此,乌兰木伦矿将覆岩裂隙水及井下生产污水储存于采空区,并供矿区井下生产及地面生产生活用水,形成“地下水库”系统。实践中发现,采空区矸石对矿井污水具有一定的净化作用,而对于此方面的研究甚少。以此为工程背景,研究了乌兰木伦采空区矸石对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)四种重金属离子的吸附特性。本文以乌兰木伦储水采空区的顶底板主要岩石粉砂质泥岩为研究对象,采用X-射线衍射、X-射线荧光、电镜扫描等手段对其外表形态、矿物成分、元素组成进行分析,掌握了岩样与吸附相关的主要物理化学性质。在实验室内采用批量吸附实验,分别研究溶液中重金属离子浓度、反应时间、颗粒粒径大小对吸附反应的影响等,掌握了粉砂质泥岩颗粒对溶液中Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)四种重金属离子的等温吸附特性、吸附动力学特性、吸附的粒径效应以及解吸附特性,得到了饱和吸附量等重要数据。通过岩块吸附试验、并与颗粒吸附实验研究成果相结合,得到了单位面积的岩石面的吸附量与溶液浓度的函数关系;对采空区水的赋存形态进行分析,推导得出采空区水与岩石的接触面积与采空区水体积之比的计算公式、并给出估计范围;在此基础上,推导出采空区吸附过程中初始浓度、吸附率、平衡浓度等各参数的函数关系、作图并分析,进而掌握采空区的吸附特性以及定量给出采空区对四种重金属离子的吸附容量。