溫度影響下煤矸石內(nèi)鐵離子遷移的數(shù)值模擬研究.pdf

1、摘要摘要為了研究煤炭生產(chǎn)和加工過程中產(chǎn)生的煤矸石引起的環(huán)境問題，以及煤矸石內(nèi)鐵元素的釋放遷移，來(lái)解決鐵缺乏的問題，本文闡述了煤矸石在物理、化學(xué)風(fēng)化和降雨溶淋作用下鐵離子物理化學(xué)作用的機(jī)理；考慮到煤矸石內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及其熱效應(yīng)；由于煤矸石內(nèi)一部分金屬元素被其風(fēng)化過程中生成的鐵的膠體或有機(jī)物所吸附，煤矸石內(nèi)鐵的膠體或有機(jī)物對(duì)金屬元素的吸附行為符合Langmuir吸附模型；應(yīng)用降雨入滲的理論、化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論、熱傳導(dǎo)理論及溶質(zhì)運(yùn)移理論，建立溫

2、度影響下煤矸石內(nèi)鐵離子遷移的動(dòng)力學(xué)模型；并采用數(shù)值算法進(jìn)行求解；本文主要得到如下結(jié)果：(1)不同降雨量條件下，壓力水頭均隨著高度z的降低先增大后減小，壓力水頭的變化主要受降雨強(qiáng)度和煤矸石山的入滲能力的影響；有效飽和度均小于1，由于矸石山內(nèi)存在空氣，孔隙不可能被水完全占據(jù)；流速先增大后減小，原因是上面的煤矸石新鮮，孔隙大，因此入滲速度大。隨雨水的入滲，煤矸石內(nèi)鐵離子濃度從頂部到底部逐漸變大，隨著降雨時(shí)間的延長(zhǎng)，煤矸石內(nèi)鐵離子遷移的距離增大

3、，鐵離子不斷積聚。(2)通過控制化學(xué)反應(yīng)中水的物質(zhì)的量和氧氣的物質(zhì)的量得到不同情況下FeS2氧化、水解、酸化后釋放出的物質(zhì)的量，來(lái)定量的得出煤矸石內(nèi)FeS2反應(yīng)的控制因素；(3)不同化學(xué)反應(yīng)階段，煤矸石內(nèi)溫度均增大，煤矸石山內(nèi)部溫度聚增，有兩點(diǎn)原因：一是煤矸石內(nèi)硫鐵礦發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)中，氧化反應(yīng)釋放出的熱量最大，是放熱過程的控制反應(yīng)；二是煤矸石山內(nèi)部散熱性較差，導(dǎo)致熱量的聚集。(4)鐵離子濃度的變化受化學(xué)反應(yīng)放熱的影響，同一時(shí)間、同一區(qū)域