关闭煤矿矿井水中“双源”铁污染的电化学机理实验模拟

作者：周来; 叶涛; 郑双双; 朱雪强; 吴江峰

来源：煤炭科学技术, 2023, 1-10.

DOI：10.13199/j.cnki.cst.2023-0150

• 关闭煤矿
• 酸性矿井水
• 双源释放
• 铁污染
• 电化学机理

关闭煤矿矿井水多呈现高铁特征，闭坑淹井后残留铁质器件易锈蚀，与含铁矿物形成矿井水“双源”铁污染体系，在闭坑后不同时期贡献铁的释放，形成地下水环境风险。为明确关闭煤矿矿井水中双源铁释放过程与反应机理，刻画铁污染双源释放方式，量化释放速率比，基于电化学模拟原理，以黄铁矿和矿用锚杆为模拟“双源”，制备成工作电极，利用循环伏安法和极化法等电化学方法以及X射线光电子能谱材料表面表征技术，对煤矿关闭初期双源共存下在酸性矿井水环境中氧化还原反应过程与铁释放机制进行了模拟研究。结果表明，溶解氧含量是影响黄铁矿和锚杆在酸性矿井水中发生氧化还原反应的重要抑制因素。黄铁矿与锚杆的氧化机制不同，黄铁矿在氧化过程中表面出现钝化效应，两种材料的最终氧化产物均为Fe3+ 和SO42-。黄铁矿主要通过矿物表面的Fe2+ 发生氧化反应释铁，锚杆主要通过材料表面铁及其氧化产物与溶液中酸性物质的反应释铁，且铁氧化物较单质铁优先反应。在模拟富氧(DO=7.0 mg/L)酸性矿井水中，黄铁矿和锚杆的年腐蚀速率分别达到8.3636 mm/a和7.8314 mm/a，估算年释铁速率分别达到1.2240 g/a和3.9395 g/a。在模拟井下低氧(DO=3.5 mg/L)酸性矿井水中，黄铁矿和锚杆的年腐蚀速率分别达到0.7324 mm/a和0.3642 mm/a，估算年释铁速率分别达到0.1072 g/a和0.1832 g/a。综合电化学参数与静态释铁实验表明，在溶解氧充足或缺乏的条件下，总体释铁速率比均为双源＞锚杆＞黄铁矿。

• 单位
  中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）; 徐州矿务集团有限公司