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1 四台煤矿酸性矿井水的地球化学特征1

1.1 研究区概况1

1.1.1 井田地质构造特征1

1.1.2 含煤地层及煤质特征2

1.1.3 水文地质特征4

1.2 酸性矿井水分布5

1.3 酸性矿井水的水化学特征6

1.3.1 样品采集和样品测试7

1.3.2 酸性矿井水的水化学类型9

1.3.3 酸性矿井水的水质特征10

1.3.4 酸性矿井水的pH和Eh及其关系14

1.3.5 酸性矿井水的总酸度14

1.4 酸性矿井水的地球化学演化15

1.4.1 酸性矿井水中化学成分浓度的空间变化16

1.4.2 酸性矿井水中主要矿物相的饱和指数特征18

1.5 酸性矿井水中稀土元素的地球化学特征19

2 永安煤矿酸性矿井水的地球化学特征24

2.1 研究区概况24

2.2 酸性矿井水的分布特征25

2.3 样品采集与分析28

2.4 酸性矿井水的水化学特征29

2.4.1 酸性矿井水的水化学类型及常量组分29

2.4.2 酸性矿井水中的微量组分31

2.4.3 酸性矿井水的离子强度和活度系数34

2.4.4 酸性矿井水的总酸度36

2.4.5 酸性矿井水中的稀土元素36

3 酸性矿井水中砷的形态分析39

3.1 砷形态分析的意义39

3.2 砷形态分析的进展39

3.2.1 分光光度法40

3.2.2 动力学光度法40

3.2.3 原子荧光法41

3.2.4 原子吸收光谱法41

3.2.5 色谱法41

3.2.6 联用技术42

3.3 样品44

3.4 酸性矿井水中形态砷的实验测定44

3.4.1 水中砷的形态分析思路44

3.4.2 实验试剂、标准溶液准备与仪器45

3.4.3 水中有机胂和无机砷的分离与测定46

3.4.4 氢化物发生－原子荧光法测定水中无机态砷48

3.4.5 离子交换－原子荧光法测定矿井水中的形态砷51

3.5 实验方法总结55

3.6 实际样品测定结果与讨论56

3.6.1 不同实验方法测定结果的比较56

3.6.2 四台煤矿和永安煤矿矿井水中砷的形态分布57

3.7 酸性矿井水中砷的污染防治60

4 酸性矿井水的沉淀矿物Schwertmannite61

4.1 样品与实验61

4.2 结果与讨论62

4.2.1 Schwertmannite矿物的结构与形貌62

4.2.2 Schwertmannite矿物的化学组成63

5 酸性矿井水水文地球化学模拟68

5.1 水文地球化学模拟的理论基础68

5.1.1 地球化学模拟中的基本概念68

5.1.2 地球化学模拟中的数学方程69

5.2 地球化学模拟的发展70

5.2.1 地球化学模型的种类71

5.2.2 热动力学数据库71

5.2.3 常用地球化学模拟软件72

5.3 水文地球化学模拟应用的现状74

5.3.1 水体溶质化学形态（chemical species）计算74

5.3.2 计算饱和指数75

5.3.3 地下水的迁移演化过程模拟76

5.4 酸性矿井水中金属的化学形态的模拟计算76

5.4.1 水文地球化学模拟软件PHREEQC概述76

5.4.2 主要金属元素的化学形态计算77

6 煤系黄铁矿氧化动力学93

6.1 化学反应动力学的表达93

6.2 常用反应器类型94

6.3 煤系黄铁矿氧化动力学实验95

6.3.1 实验仪器及设备95

6.3.2 实验参数的确定和实验液的配制96

6.3.3 黄铁矿样品特征与前处理97

6.3.4 黄铁矿氧化动力学实验98

6.4 实验结果与讨论99

6.4.1 煤系黄铁矿氧化反应的复杂性99

6.4.2 pH、Eh以及电导率（EC）的变化规律100

6.4.3 黄铁矿粒径对氧化速率的影响103

6.4.4 Fe3＋浓度对黄铁矿氧化速率的影响105

6.4.5 温度对黄铁矿氧化速率的影响107

6.5 煤系黄铁矿氧化还原反应机理109

7 煤系黄铁矿中有害元素在氧化反应中的迁移特性112

7.1 样品112

7.2 实验114

7.2.1 实验设备及试液配制114

7.2.2 实验114

7.3 实验结果与讨论116

7.3.1 电导率和pH的变化116

7.3.2 反应体系中Fe、S组分行为117

7.3.3 反应体系中微量元素的释放行为120

7.3.4 K、Na、Ca、Mg、Cl的释放行为124

7.3.5 反应体系中有害微量元素表观溶出率和释放速率125

7.3.6 影响酸性矿井水中元素迁移的主要作用126

7.3.7 黄铁矿在氧化还原反应中的物相及成分变化128

8 水体同位素地球化学135

8.1 同位素概述135

8.1.1 同位素概念135

8.1.2 同位素表达及其标准135

8.1.3 同位素测定方法136

8.1.4 同位素分馏理论139

8.2 水的氢氧同位素142

8.2.1 概述142

8.2.2 大气降水线142

8.2.3 氘过量参数（d值）144

8.2.4 大气降水氢氧同位素的环境效应146

8.2.5 氢氧同位素在水岩相互作用研究中的应用150

8.2.6 氢氧同位素在地下水补给来源研究中的应用150

8.2.7 氢氧同位素在水循环研究中的应用151

8.2.8 氢氧同位素在地热水来源研究中的应用151

8.2.9 氢氧同位素在工程地质中的应用152

8.2.10 氢氧同位素在煤矿矿井水研究中的应用153

8.2.11 水中氚及其应用154

8.3 水中碳同位素157

8.3.1 放射性同位素14C158

8.3.2 稳定碳同位素160

8.4 水中硫同位素161

8.4.1 硫同位素的分馏效应161

8.4.2 硫同位素地下水研究中的应用163

8.4.3 大气降水、海水、湖水和河水中的硫同位素164

8.5 水中氯同位素165

8.5.1 氯同位素表示方法及其标准165

8.5.2 水中氯同位素的测定方法166

8.5.3 氯同位素分馏特征166

8.5.4 氯同位素的应用167

8.6 水中锶同位素171

7.6.1 锶同位素表示方法及其标准171

7.6.2 水中锶同位素测定方法171

7.6.3 锶同位素的应用172

8.7 水中硼同位素177

8.7.1 硼同位素的测定方法及其标准177

8.7.2 硼同位素的分馏机理178

8.7.3 地下水的硼同位素179

8.7.4 海洋及海底沉积物的硼同位素179

8.7.5 盐湖卤水的硼同位素181

8.7.6 热液流体及热液沉积物中的硼同位素181

结论183

参考文献186