随着国家对矿区环境保护和矿山固体废物资源化的重视,煤矸石作为我国堆放量最丰富的工业固废之一,长期的不当储存和处置占用了相当大的土地资源,造成了许多生态环境问题。与此同时,矿井水中含有大量难处理的重金属离子,如Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Cr³⁺等。因此,寻求合理而可靠的技术对矿区水资源形成有效的保护以及合理的循环利用,是矿区亟待解决的重大难题。实践中发现,煤矸石对矿井水具有一定的净化作用,而对此方面的研究甚少。本文以抚顺西露天矿的新鲜煤矸石（XX）和高度风化煤矸石（GF）为研究对象,通过工业分析、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线衍射分析（XRD）以及傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）等手段对煤矸石进行理化特性分析,通过单因素试验,确定了不同种类煤矸石对含有Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Cr³⁺矿井水的最佳反应条件,研究了不同类型煤矸石对Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Cr³⁺这四种重金属离子的吸附特性并进行了吸附热力学和反应动力学的研究,最后进行了动态试验。取得研究成果如下:（1）新鲜煤矸石和高度风化煤矸石的水分、灰分、挥发分和固定碳的含量分别为3.37%、83.19%、10.14%、3.30%和2.23%、86.28%、7.97%和1.52%;采用SEM、EDS、XRD和FTIR等手段对其外表形态、矿物成分、元素组成以及表面官能团进行了分析,获得了煤矸石的主要物理化学性质。（2）通过静态吸附试验,分别研究了不同种类煤矸石在不同粒径大小、溶液p H值、反应温度、初始浓度以及重金属离子共存时对吸附效率的影响。试验结果表明:在同等条件下,高度风化煤矸石比新鲜煤矸石吸附重金属离子的效果好,高度风化煤矸石在转速为转速为150 rad/min时处理煤矸石投加量为0.9 g的450 m L矿井水时的最佳反应条件为:粒径选用未经处理的原样高度风化煤矸石、p H为5.5、温度为25℃、重金属离子初始浓度为10 mg/L和反应时间为30 h,此时,对Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Cr³⁺的去除率分别为100%、65.49%、93.22%和99.52%;当离子共存时,Pb²⁺和Cr³⁺的去除率要明显高于Cd²⁺和Cu²⁺的去除率,煤矸石对这四种重金属离子具有明显的选择性差异。（3）两种类型的煤矸石对Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Cr³⁺的吸附过程均符合Langmuir等温吸附模型,反应动力学模型符合准二级动力学模型。采用EDS、XRD、FTIR等手段对吸附后煤矸石的矿物成分、元素组成和表面官能团进行分析,研究发现单一离子参加反应时,新鲜煤矸石对Pb²⁺和Cr³⁺吸附效果较好,高度风化煤矸石对四种重金属离子均有较好的吸附性;离子共存时,新鲜煤矸石对Pb²⁺具有较强选择吸附性,高度风化煤矸石对Pb²⁺和Cr³⁺具有较强的吸附性。吸附反应后两种煤矸石中的成分和结构没有发生明显变化,但部分位置的峰值发生变化,并且分析研究了煤矸石中石英石、高岭石、方解石、长石和钙矾石等主要矿物质对重金属离子的吸附是物理吸附、离子交换吸附、表面配位和表面沉淀等综合作用机理。（4）动态试验中,通过对不同煤矸石种类、不同充填质量、不同进水水力负荷以及不同初始浓度的研究表明:高度风化煤矸石对矿井水的去除效果更好;当填充质量为400 g、水力负荷为2.67 m³/（m²·d）以及共存离子时Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Cr³⁺分别为20 mg/L时（即重金属离子总质量浓度为80 mg/L）为最佳动态试验条件,新鲜煤矸石对Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Cr³⁺的去除率分别为57.28%、27.38%、42.67%、62.58%,高度风化煤矸石对Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Cr³⁺的去除率分别为76.17%、49.72%、63.17%、80.74%。当四种重金属离子共存时,煤矸石对各重金属离子的选择性存在差异,Pb²⁺和Cr³⁺的离子竞争力要明显高于Cd²⁺和Cu²⁺的离子竞争力。该论文有图50幅,表13个,参考文献129篇。