神东矿区顶板垮落岩体在不同水化学条件下的离子迁移特征 - 苏琛; 吴敏; 唐佳伟; 包一翔; 刘兆峰; 薛蕊; 张海琴; 蒋斌斌 (煤炭学报, 2023)
TD353; 采空区内含有大量的顶板垮落岩体,矿井水在地下水库内储存过程中,与采空区内顶板垮落岩体存在离子交换/吸附、溶滤等水岩相互作用,在一定程度上影响矿井水水质.采集了内蒙古哈拉沟矿区采空区顶板垮落岩体,对其阳离子交换容量(CEC)进行测定,并开展了不同水化学条件下(Na+、Mg2+、K+、Ca2+质量浓度各250 mg/L)的水岩耦合静态吸附-溶出实验.实验结果表明:采空区顶板垮落岩体的CEC与粒径大小成反比,当粒径小于120目(0.125 mm)时CEC达134 mmol+/kg,采空区顶板垮落岩体中交换性盐基离子总量排序为交换性钙＞＞交换性镁＞交换性钠＞交换性钾;静态吸附-溶出实验48 h后各体系中离子质量浓度趋于平衡,Na+体系溶液中阳离子质量浓度均有所升高,其他3种体系中,原有离子质量浓度均有所下降,且K+质量浓度下降幅度最大.采空区顶板垮落岩体交换至水溶液中的离子质量浓度由高到低的顺序为:Ca2+＞Na+＞Mg2+＞K+,Ca2+质量浓度在试验结束后依然有上升趋势.反应后采空区顶板垮落岩体的CEC均有所增加,Ca2+体系下CEC最大达183.7 mmol+/kg.基于XRD等表征结果进一步揭示了微斜长石、钠长石、硫铁矿等非黏土矿物的溶滤作用可以导致溶液中Ca2+、Na+的质量浓度增加,而伊利石、高岭石等黏土矿物则通过配位作用等对溶液中的阳离子进行吸附/交换.对于阳离子而言,若溶滤作用＞离子交换作用(初始质量浓度较低)则质量浓度有所上升;反之则有所下降.因此当矿井水Ca2+、Mg2+质量浓度较高时,煤矿地下水库可通过水岩相互作用在一定程度上降低矿井水的硬度.