碱激发地聚合物原位治理酸性矿井水微观反应机理

摘要

针对高硫煤矿酸性矿井水原位治理中变流量水力和酸性高盐水质的“双负荷”挑战及“提质减量”的迫切需求，本文基于水泥-粉煤灰复合组分制备了碱激发地聚合物注浆材料，通过微观形貌表征分析和物理性能测试，综合评估了碱激发地聚合物材料的本构关系与力学特性，并应用PHREEQC软件开展了反应热力学计算，进一步分析了材料的固化减污机理.结果表明：碱激发地聚物模拟封堵高硫煤矿酸性矿井水中C-S-H凝胶及CaCO₃等物质的生成为材料提供了足够的力学性能并有效提高了酸性矿井排水中的金属离子的固化稳定化能力；酸性矿井水侵蚀试块使溶液pH下降、总矿化度升高，材料对总铁（Fe）去除率>98.5%,总锰（Mn）去除率>98.0%;反应热力学模拟计算验证，酸性矿井水促进了凝胶产物和固化物相的产生与析出从而达到去除金属离子的作用.本文为煤矿酸性矿井水原位治理提供了地聚合物注浆材料配方参考与分析方法依据.

关键词

酸性矿井水 / 地聚合物 / 注浆封堵 / 水文地球化学模拟 / 硫酸盐