尾矿渗滤液悬浮物-胶体-溶质耦合运移传输特性

来源 :武汉轻工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:clearshine
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存在于悬浮物、胶体、溶质的尾矿渗滤液在排渗滤层中运移传输过程中,极易发生一系列复合反应,而且物质之间形成的沉积物淤积在滤层孔隙中,导致尾矿库浸润线升高而溃坝。为了研究尾矿库溃坝成因,本文从悬浮物对纳米银胶体、溶质溶液的吸附动力学及等温吸附特性,探索相互吸附能力,通过悬浮物、纳米银胶体、溶质的沉降过程确定联合沉降影响,为了研究沉积物的微观表征,进行傅里叶红外光谱、XRD、马尔文激光粒度仪试验。为了研究排渗滤层中的悬浮物、胶体、溶质的联合渗透迁移过程,开展了砂柱运移试验。综合以上试验,得到如下结论:(1)伪二阶动力学模型可以模拟悬浮物对氯化钙、硫酸铝、纳米银胶体溶液的吸附动力学行为。根据Langmuir吸附模型,Al(III)、Ca(II)、Ag(I)最大吸附量分别为380.40-444.69 mg/kg、445.45-599.52 mg/kg、488.42-694.70 mg/kg,该吸附过程包含单分子层吸附,可能包含多分子层吸附,颗粒间也存在相互作用力。(2)纳米银胶体溶液中氢氧根离子与悬浮物表面的氢离子结合,降低悬浮物表面电负性,促进沉降。溶质溶液中部分溶质阳离子如Ca2+、Al3+与悬浮物形成特有的扩散双电层模型,破坏了颗粒间排斥力,易聚沉。当悬浮物、胶体、溶质共同联合沉降时,由于Ca2+离子半径大于Al3+,压缩纳米银双电层而增加团聚,为悬浮物、纳米银结合提供“钙桥”效应,促进沉降。硫酸铝与悬浮物发生双水解,二氧化碳溢出,减缓纳米银胶体与悬浮物的结合速率,所以其沉降效果差。由数据拟合可知,方程c=y0+ae^(bx)表达悬浮物、胶体、溶质联合沉降试验中各时间线上上清液固体浓度变化,实时监控固体沉降、聚团现象。(3)当悬浮物-胶体、悬浮物-溶质两两共存时,由于胶体特殊的电负性易于接触并覆盖于悬浮物表面,沉积物体积增加,比表面积减少,烘干后矿物成分不改变,相同于悬浮物-氯化钙共存时。硫酸铝易与悬浮物发生化学反应,导致悬浮物整体结构破坏,颗粒松散不易聚团,沉积物体积变小,比表面积变大,矿物组成发生改变,沉积物中存在新固体颗粒氢氧化铝。当悬浮物、胶体、溶质三者共存时,硫酸铝与悬浮物的反应优先于胶体与悬浮物的吸附结合,而氯化钙为悬浮物、胶体之间提供有效渠道促进悬浮物、胶体的吸附,进而促进三者物质之间的结合。(4)悬浮物-纳米银胶体或悬浮物-纳米银胶体-氯化钙作为渗滤液时,纳米银与悬浮物质形成堵塞物的迁移速度慢于其水流速度,迁移受阻,阻碍渗滤液继续向下迁移,堵塞速率快,孔隙率随砂柱深度线性增加,砂柱表面堵塞严重。相比悬浮物-硫酸铝渗滤液,溶质极易吸附继而伴随化学反应,减缓了大颗粒络合物堵塞砂柱内部的速率,所以渗滤液向深处渗透迁移的能力较强,堵塞速率较慢,砂柱表面、底部孔隙率较小,但是砂柱表面淤堵程度高于底部。
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