一種檢測煤矸石含鐵量的方法

⑴ 煤矸石成分分析

煤矸石的無機成分主要是硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬。成分分析項目一般有：SiO2、Fe203、Al203、TiO2、CCa0、MgO、SO3、K2O和Na20，有時也測定Mn304和P205。

煤矸石是煤炭開采和洗選加工過程中排出一種固體廢棄物。矸石是混含在煤層中的石塊，含少量可燃物，不易燃燒。俗稱「矸子」。采礦過程中，從井下采出的或混入礦石中的碎石。煤層中間的薄岩層稱「夾石」。礦山地面的矸石堆稱「矸石山」。有些矸石可作建築材料的原料。

4、煤矸石：重金屬5項、硫、氮（煤矸石選一塊乾的做）。

5、其他項目：硬度檢測，密度檢測，放射性檢測，工業分析，發熱量，固定碳，硫含量，物相分析等。

⑵ 煤矸石、礦坑廢水的成因分析

煤矸石、礦坑廢水的化學組分是研究其遷移、聚集過程，形成污染的基本出發點。

(1)煤矸石的成分及酸化成因

野外調查和采樣結果表明，三號井的煤矸石堆主要由炭質泥岩、炭質頁岩、雜砂岩和少量石灰岩的碎塊組成。在自然堆放情況下，大小混雜，無分選，其中塊徑大於10cm 的煤矸石約佔29%、塊徑5～10cm 約佔22%、塊徑3～5cm 約佔14%、塊徑1～3cm 約佔22%、塊徑0.5～1cm 約佔8%，其餘為塊徑小於0.5cm 的碎屑。炭質泥岩和炭質頁岩占據的比例較高。這類岩塊不僅炭質含量高，還有大量肉眼可識別的黃鐵礦晶體聚集體和散晶，有些外表呈現硫化物的黃色或磁鐵礦的銹痕。除此之外，X 衍射物相分析表明，煤矸石中還含有比例不等的綠泥石、伊利石、石英和黏土類礦物(表4.2)。

利用ICP-AEs儀器測定，煤矸石碎屑混合樣所含的化學成分中，鐵、硫的含量十分高，其中鐵的含量達148.76g/kg，有效態達4.57g/kg;硫的含量達117.82g/kg，有效態達1.45g/kg，其他化學成分遠小於鐵和硫，詳細情況見表4.3。

由此推算，現堆放的煤矸石山約有4.75×10⁴t鐵、1.45×10⁴t硫和相當數量的重金屬元素。在酸性水環境中可溶解脫出，隨滲出液遷移到下游地區，從而形成礦區一個長期的污染源。

表4.2 大峪溝三號井田煤矸石礦物組成

表4.3 大峪溝三號井田煤矸石化學組分含量(單位:mg/kg)

因為煤矸石中普遍含硫量高而且主要以黃鐵礦形式賦存，在風化雨淋過程中緩慢氧化成Fe₂O₃和SO₂，與水作用形成Fe₂(SO₄)₃和H₂SO₄，這樣，一部分硫以氣態的形式排放到大氣中，還有部分以離子方式進入水體和土壤，從而引起酸化。

(2)礦坑廢水的化學組分及成因

據2007年8月9日採集的水樣測試分析結果(表4.4，表4.5)，礦坑廢水化學組分有如下特點:

1)總含鹽量高，其中礦化度達2400mg/L，相當於鹹水-微鹹水類型，水中懸浮狀固形物為2400mg/L，其成分主要為石膏及非晶質物質。

2)陽離子中以鹼金屬和鹼土金屬離子為主。鉀、鈉、鈣、鎂離子總量占陽離子總量的90%以上，陰離子中硫酸根含量極高，達1685mg/L，佔全部陰離子的90%以上，而重碳酸根離子僅為3.05mg/L。

3)重金屬以鋅錳為主，分別為2.4mg/L、1.8mg/L，銅、砷、鉛、鎘、六價鉻含量甚微，均小於0.05mg/L。

4)pH值為3.07，屬酸性水。這些特點與礦坑廢水形成的條件有著直接關系。

現排放的礦坑水大部分來自一₁煤圍岩的裂隙水、岩溶水，從一₁煤和煤矸石的化學成分可知，這些地層含硫、鐵極高。在巷道開拓、回採之前，這些物質處於還原環境，大部分以難溶的硫化物形式封存於地下，一旦人工揭露，巷道和採掘面形成氧化環境，礦坑水酸度就會變大。酸度增高的機理有三個方面:

表4.4 礦坑水排水口、礦井口水樣測試數據(單位:mg/L)

注:取樣地點，礦坑水排水口(N34°43༾.46″、E113°05ཧ.28″);室內編號，856。

礦井口(未加中和劑)(N34°43གྷ.40″、E113°05ཟ.26″);室內編號，857。

取樣時間，2007年7月。

表4.5 礦坑水排水口、礦井口水樣測試數據(單位:mg/L)

注:取樣地點，礦坑水排水口(N34°43༾.46″、E113°05ཧ.28″);室內編號，1323。

礦井口(未加中和劑)(N34°43གྷ.40″、E113°05ཟ.26″);室內編號，1462。

取樣時間，2007年11月。

一是煤層和頂底板中含硫化合物在氧氣、水共存條件下，氧化形成游離的H₂SO₄，反應方程式為

煤礦山地質環境問題一體化治理研究

二是式(4.1)中鐵等金屬的硫酸鹽水解釋放H⁺，其反應過程為

煤礦山地質環境問題一體化治理研究

三是地下水中H₂CO₃的分解。在大峪溝一₁煤井巷的條件下，硫化物的氧化和硫酸鐵的水解對礦坑水的酸化影響最為突出。此外，H₂CO₃的分解也將帶出一定量的Ca²⁺、Mg²⁺。由於H₂SO₄浸溶又有可能使Ca、Zn等金屬轉化為硫酸鹽，使之從礦物中析出。在上述反應中，硫化細菌起著重要的催化作用，巷道良好的通風條件，適宜的濕度，促使諸如硫桿菌屬的細菌大量繁殖，加速Fe²⁺氧化速度並從中獲得自身繁殖所需的能量，與此同時，它們將煤層中所含的單質硫迅速氧化為硫酸，提高了礦坑水的酸度。