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为探明煤矸石中重金属Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb的形态结构和释放机理,以及煤矸石山周围农田土壤的重金属污染现状,以河南省焦作市中马村矿为研究对象,并以新乡市赵固一矿和新密市米村矿为对照,采用BCR连续提取法分析了三个矿区煤矸石和农田土壤(中马村矿)中重金属元素的形态;对煤矸石进行了浸泡和淋溶实验,分析了煤矸石中重金属元素在浸泡和淋溶过程中的释放规律,讨论了重金属浸泡析出量与可交换态含量之间的关系。主要结果为:(1)中马村矿矸石中重金属Cr、Ni、Cd、As均以残渣态为主要赋存形态,Pb以残渣态和可还原态为主要形态,Cu的主要形态为残渣态和可氧化态。煤矸石中重金属元素的有效形态含量、总量与矸石粒径大小均无显著关系。生态风险评价结果表明,中马村矿煤矸石中重金属Ni、Cu的可交换态比例分别达到27.01%和21.41%,处于中度生态风险水平;米村矿煤矸石中重金属Ni、Cd均达到中度至高度生态风险;赵固一矿的Pb、Ni、Cu达到中度生态风险水平。单项污染系数评价结果表明:中马村土壤重金属污染系数均值大小排序为:Cd>As>Pb>Cu>Ni>Cr,Cd元素全部样品均达到严重污染程度,Pb、As多数样品达到轻微污染,个别样品达到中度污染。(2)煤矸石一日浸泡实验的结果表明,重金属Ni和As在弱酸性浸泡液中更易被溶出释放;煤矸石经浸泡后的重金属析出量与矸石粒级无显著联系;中马村矿矸石中重金属Cu、Ni、As的释放浓度与其可交换态含量呈显著负相关,米村矿矸石中重金属Ni、Cd的释放浓度与其可交换态含量呈正相关。与国家地下水质标准对比,中马村、米村、赵固一矿三地矸石一日浸泡实验结果中均发现Ni、As元素浸出浓度均超过地下水水质标准,对环境存在一定风险。(3)煤矸石五日浸泡实验的结果表明,煤矸石中重金属Cd最易溶出,Pb最难溶出。重金属元素的溶出率大小排序为:中马村矿Cd>As>Cr>Ni>Cu≈Pb;赵固一矿Cd>As>Cr>Ni>Cu>Pb;米村矿Cd>As>Cr>Ni>Cu>Pb。(4)煤矸石淋溶实验的结果表明,重金属Ni、Cu、As、Cd的释放量随时间的增长呈逐渐减少的趋势,最后趋于平稳,其淋溶释放峰值均出现于淋溶初期;重金属Pb、C的r淋溶释放规律均表现出波动性。(5)三个矿区煤矸石中重金属的溶出率均以As元素为最高;米村矿矸石中As元素的最大溶出率高于中马村矿和赵固一矿,达到1.0844%;矸石中Cd的最大溶出率以中马村矿为最低,仅为0.0253%;米村矿和赵固一矿矸石中重金属的最大溶出率均以Pb为最低。