长期露天堆放的煤矸石在风化作用下,其中污染物大量释放,易对周边环境造成污染。目前,国内外针对煤矸石的研究主要通过对其进行动态淋滤或静态浸泡实验来探讨重金属的释放机理,以及重金属释放对周边环境的影响,但涉及到干湿交替作用下煤矸石重金属的释放特征及其水文地球化学效应的研究较少。本文依托国家自然科学基金项目(41372258—风化作用下煤矸石中重金属释放的动力学过程及对土壤包气带的影响),以陕西韩城燎原矿区高硫煤矸石和桑树坪矿区低硫煤矸石为研究对象,研究干湿交替作用对高硫和低硫煤矸石中重金属释放的影响。通过干湿交替实验、浸泡实验,分析干湿交替作用湿度条件变化、浸泡液pH、液固比、氧化还原条件变化对干湿交替过程中高硫和低硫煤矸石重金属赋存形态的变化特征和污染组分释放的影响,揭示干湿交替作用下煤矸石重金属释放的水文地球化学效应,得出如下结论:1.Cr与Zn在干湿过程中主要以残渣态存在于煤矸石中。交替初期,煤矸石中Cd主要以铁锰态和残渣态为主,交替后期,Cd主要以残渣态存在。Cu在交替过程中主要以有机结合态存在。煤矸石中Pb在干湿交替循环前期主要以有机硫化物结合态和残渣态存在,后期Pb的可交换态、铁锰结合态、有机结合态及残渣态所占百分比一致。2.干湿交替强度越大,Cd从残渣态向可交换态、碳酸盐态、铁锰态和有机态转化程度越高,Cu从碳酸盐态向可交换态以及有机态向碳酸盐态转化比例越高,越有利于促进Pb从铁锰态和有机态向碳酸盐态转化,以及有机态向铁锰态转化,可以促进Zn从碳酸盐态、铁锰态及有机态向可交换态转化,抑制铁锰态和有机态向碳酸盐态的转化。3.浸泡液pH与浸出液pH成正比,与低硫煤矸石浸出液Eh成正比。浸泡液pH=2时,低硫和高硫煤矸石浸出液中不存在重碳酸盐。高硫煤矸石Ca2+、Mg2+和SO42-三种离子的浓度受浸泡液pH影响较大。浸泡的液固比与浸出液pH成正比,与Eh和电导率成反比,与低硫和高硫煤矸石浸出液中Ca2+和Mg2+浓度呈反比。氧化浸泡环境下,高硫和低硫煤矸石浸出液pH值要小于还原浸泡环境,Eh值和电导率要高于还原条件。氧化还原条件对矸石中Ca和Mg两种元素的释放影响较弱。氧化条件下煤矸石浸出液中Cl-浓度要明显大于还原条件。4.在干湿交替过程中,随着浸泡液pH的增大,高硫和低硫煤矸石浸出液中Cr、Cu和Pb的浓度逐渐减小。低硫煤矸石浸出液中重金属浓度随液固比增大而降低,高硫煤矸石相反。低硫煤矸石浸出液中Cd、Cr、Cu浓度变化受氧化浸泡条件的影响较大。5.通过质量平衡模拟结果分析得出,煤矸石一水反应系统中,矿物的溶解沉淀作用和阳离子交换作用是主要的水文地球化学作用。干湿交替第一次后,高硫煤矸石与pH=8的浸取液混合过程中水化学组分的演变,从初始溶液到最终溶液是经历石英、方解石溶解作用,白云石、黄铁矿、石膏、岩盐、高岭石沉淀作用及CaX2/NaX阳离子交换作用之后形成的。