Formation mechanisms for elevated fluoride in the mine water in Shendong coal mining district
HAO Chunming,ZHANG Wei,HE Ruimin,LI Ting,BAO Yixiang,LI Jingfeng
华北科技学院 化学与环境工程学院煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室神华神东煤炭集团有限责任公司中煤(北京)环保工程有限公司
神东矿区煤炭资源丰富,但淡水资源匮乏,高氟矿井水已成为制约矿井水循环利用的关键因素,然而高氟矿井水的来源和形成机制尚未进行过系统研究。系统采集了神东矿区62组不同水体样品,利用数理统计、离子比及因子分析等手段,在矿物溶解与沉淀,蒸发浓缩,阳离子交换,竞争吸附和人为污染作用等方面探讨了神东矿区高氟矿井水的F-质量浓度特征和空间分布规律,并分析了其来源和形成机制。结果显示:神东矿区矿井水中F-质量浓度为0.16~12.75 mg/L,平均值为5.01 mg/L,有77.78%的样品超过了《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)。从空间分布看,神东矿区矿井水中F-质量浓度呈现西北高,东南低的态势,高氟矿井水主要分布在布尔台矿和乌兰木伦矿等矿区。垂向上看,高氟地下水主要集中分布在埋深150~300 m,主要为3-1煤和5-2煤开采后产生的矿井水的埋深范围。偏碱性,高TDS,Na+,HCO-3,和低Ca2+是形成高氟矿井水的主要水化学环境。延安组是高氟矿井水最主要的补给来源。高氟矿井水的形成主要受含氟矿物的溶解控制,方解石和白云岩的溶解饱和影响了萤石等含氟矿物的溶解平衡,造成矿井水中F-质量浓度的升高;阳离子交换作用提升了矿井水中Na+的质量浓度,HCO-3的竞争吸附置换出了黏土矿物表面吸附态的F-,均促进了F-在矿井水中富集,而蒸发浓缩和人类活动对高氟矿井水形成贡献较小。
fluoride;mine water;source resolution;water rock reactions;hydrogen and oxygen isotopes;Shendong coal mining district
1 研究区概况
2 材料与方法
2.1 样品采集
2.2 测试与方法
2.3 质量保障
3 结果
3.1 矿井水水化学特征
3.2 矿井水中F-质量浓度特征
3.3 神东矿区矿井水补给来源
3.4 高氟矿井水形成的水环境特征
4 讨论
4.1 矿物溶解与沉淀
4.2 蒸发效应
4.3 阳离子交换作用
4.4 竞争吸附作用
4.5 人为污染作用
5 结论
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会