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随着尾矿库的日益增加,尾矿库中的有毒有害物质进入大气、土壤、水中进而危害人类的健康。本文针对目前以及未来有可能出现的尾矿库防渗材料老化,防渗层裂隙,垂直防渗,地表密闭等与防泄露有关的问题,依据蒙脱石良好的离子交换性、剥离分散和反应活性,采用静态吸附法对铅锌尾矿中的Pb2+、Zn2+进行系统的吸附研究;并在常压碱性水体系中,以不同类型的膨润土和助剂为原料成功合成出笼状骨架结构的4A沸石、方钠石;探讨Na/Si摩尔比、反应时间、反应温度、Si/Al摩尔比对合成4A沸石、方钠石的影响;并用最佳合成条件下合成的4A沸石、方钠石对铅锌离子进行吸附研究,随后以吸附了铅锌的膨润土为原料在最佳合成条件下成功合成含铅锌的4A沸石、方钠石,将蒙脱石开放性层间结构封闭,达到固化铅锌离子的目的;最后在实验室模拟尾矿库,将铅锌尾矿与膨润土、助剂、碱液混合制备4A沸石、方钠石尾矿渣复合体,并对复合体的防渗及有害物质阻滞机理进行研究。 研究结果表明:钠、钙基膨润土对Pb2+的吸附能力较强,吸附率分别达到92.3%、89.7%,单位吸附量分别达到21.45mg/g、20.86mg/g;对Zn2+吸附能力较弱,吸附率分别达到56.8%、45.5%,单位吸附量分别达到7.77mg/g、6.21mg/g。以膨润土为原料,Al(OH)3/NaAlO2为助剂,NaOH为溶剂,成功合成4A沸石、方钠石,得到合成4A沸石的最佳条件:3Na2O∶(0.25~0.67)Al2O3∶1SiO2∶150H2O,80~90℃水热12h;方钠石的最佳合成条件:6Na2O∶(0.25~0.67)Al2O3∶1SiO2∶150H2O,90℃水热12h。4A沸石、方钠石对Pb2+的吸附率分别达到94.80%,98.66%,单位吸附量可达670.31mg/g和696.35mg/g,4A沸石、方钠石对Zn2+的吸附率分别达到52.79%,64.47%,单位吸附量可达到311.62mg/g和380.55mg/g。成功制备出4A沸石、方钠石尾矿渣复合体,两种尾矿渣复合体的防渗性能及对有害物质阻滞效果良好,其中方钠石/尾矿渣复合体防渗及阻滞效果最好。 通过实验研究发现,采用的膨润土、4A沸石(方钠石)/尾矿混合物所形成的人工屏障,它起着化学屏障和机械屏障的双重作用,不仅可以阻止地下水渗流、还起着固化有毒有害物质的作用。说明在铅锌尾矿库内采取主动阻滞防护这种源头控制技术是可行的,要比有害物溢出后再采取被动式处理防护技术要节省得多。而且,本论文所取得的理论与技术成果对含有放射性核素的尾矿库和垃圾填埋场的综合治理和维修防护等也具有良好的普适性。