简介：煤矿地下水库对矿井水具有一定的净化和除硬(钙镁离子)的功能,为矿井水井下直接复用提供了可能.然而,地下水库水体中钙镁离子的迁移转化规律及机理尚不清楚,制约了矿井水井下大规模、低成本处理与再利用技术的研发.为此,以神东大柳塔煤矿地下水库为对象,通过现场采样、室内试验和分子动力学模拟相结合,开展不同水-岩/矿物作用条件下水体中Ca2+、Mg2+质量浓度变化规律研究,揭示地下水库中Ca2+、Mg2+的迁移与转化机理.研究结果表明:煤矿地下水库中主要水-岩相互作用类型包括溶滤作用和吸附作用,其内部岩石对矿井水中Ca2+、Mg2+迁移与转化规律的影响,与所含矿物组成及质量分数、矿物理化性质、离子初始质量浓度等因素密切相关.当矿井水中离子的初始质量浓度较低时,可溶性矿物的溶滤作用占主导因素,使矿井水中离子质量浓度升高;随着反应的持续进行,黏土矿物的吸附和离子交换作用逐渐占主导因素,使矿井水中Ca2+、Mg2+离子质量浓度逐渐降低,并最终趋于稳定平衡状态.垮落岩石中高岭石和绿泥石对矿井水中Ca2+和Mg2+均有较强的吸附能力,其中高岭石对Ca2+、Mg2+的吸附能力分别为3.35、1.27 mg/kg,绿泥石对Ca2+、Mg2+的吸附能力分别为3.39 mg/kg和2.23 mg/kg.基于分子动力学和量子化学理论,构建了Ca2+、Mg2+在高岭石和绿泥石表面的稳定吸附构型,揭示了Ca2+和Mg2+在矿物表面的迁移转化机理,发现了Mg2+的吸附强度大于Ca2+,且高岭石对Ca2+、Mg2+的吸附强度大于绿泥石.研究成果为煤矿地下水库原位除硬处理技术的研发提供了重要理论依据.展开
