锰矿山在长期的矿业活动中会产生大量的有毒有害固废,不仅会占用大量的土地面积,还会在降雨、融雪和风化的剪切、冲撞、淋溶、浸泡等作用下,使锰及其伴生重金属等全球性污染物质溶出释放,形成典型点源复合型重金属污染流,对周围生态系统造成严重破坏,带来一系列环境问题。本论文以湖南省湘潭市红旗矿区(享有百年盛誉的中国锰都)尾矿库中锰矿废石为研究对象,采用现场取样、实验室模拟实验、相关测定方法及表征手段,系统研究废石中元素含量、重金属(Mn和Pb)赋存形态、重金属(Mn、Pb及As)淋溶释放规律及释放动力学模型等问题,得出如下结论:(1)采用ICP-OES、XRD以及Tessier顺序提取法等手段探明了锰矿废石的基本元素含量、物相组成以及Mn和Pb的赋存形态。发现Mn其伴生重金属(如:As、Pb、Cr、Cu等)含量都比较高,其中Mn、As和Pb总含量分别超出湖南省土壤背景值26.7、8.5和2.6倍;XRD分析结果表明锰矿废石主要由石英等碱性矿物组成,致使污染流pH值维持在6.05~8.0;Mn和Pb的主要以硅酸盐残渣态赋存,其它三种形态的含量较少且为主要溶出形态,各形态之间会因环境变化存在相互转化。(2)探究了扰动、固液比、粒径对Mn、As和Pb溶出释放的影响。结果表明:扰动状态会提高浸出液中重金属的浓度梯度,增加水利剪切和颗粒碰撞,促进重金属的析出;三种重金属基本都是粒径越小越有利于重金属的溶出释放,特别是Mn和As小粒径的浸取浓度和溶出速率明显高于大粒径情况;固液比对Mn和Pb浸取浓度和释放速率影响不大,而As在固液比为1:20时溶出释放浓度大于其它情况,说明固液比的影响与重金属自身的性质有关。(3)探究了降雨强度、降雨pH值以及降雨历时对Mn、As和Pb溶出释放的影响。实验条件下,降雨强度对Mn和Pb的影响较小,主要体现在小的降雨强度(80 mL/h)更有利于早期Mn和Pb的释放,而As的有利降雨强度为中等降雨强度(200 mL/h);在不同降雨酸度条件下,碱性条件有助于Mn的释放,酸性条件有助于Pb的释放,而As释放受雨水pH值影响较小;在干湿交替的自然环境中,三种重金属对降雨量(降雨历时)的反应有所不同,但是大的降雨量(长的降雨历时)更有助于重金属的溶出释放,尤其体现在新鲜废石早期的降雨淋滤过程,而且降雨历时的增长有助于重金属释放总量的增加。(4)在动态淋滤实验中,淋滤所产生的高电导率混合型复合污染流主要是由Mn及其伴生重金属(As、Pb、Cr、Cu及Zn)以及Na、K、Ca等元素的溶出释放造成的。其中在矿-液-固三相综合作用下,废石中的硫化矿物和碱性矿物(占主导地位)起着很好的缓冲剂作用,使得无论雨水初始酸碱度是多少都可维持淋滤液呈中性或偏碱性。在淋溶过程中Mn主要流失的是可交换态,且向下迁移至缺氧和碱性条件时其释放的可交换态Mn会有一部分转变为碳酸盐结合态和有机物-硫化物结合态。Pb主要以残渣态存在,主要是因为Pb的化合物溶解度较低,而且在迁移过程中又极易沉淀,所以水并不是其迁移主要分布动力。(5)重金属释放动力学模型拟合结果表明:Mn更适合双常数方程,Pb更适合Elovich方程,As两种方程拟合结果相似;应用DoseResp曲线方程对三种重金属拟合分别得出Mn、Pb、As三种重金属释放速率减缓拐点在第8天、第3天和第6天左右;在干湿交替的动态淋溶实验中的累计释放量用二次函数拟合,其方程R~2基本都大于0.98,在没有过顶点时的较为符合重金属累积释放和降雨量之间的关系。