煤田地质与勘探

作者：张溪彧, 董书宁, 王皓, 金鹏康, 王晓东, 王强民, 张涛,

关键词：矿井水, 核晶造粒, 氟离子, 氟化钙, 迁移转化, 去除机制,

目的煤炭开采过程伴生的矿井水往往富含氟离子，若未经有效处理直接排放，将对区域生态环境造成严重污染，影响水资源的质量和生态系统的稳定。方法聚焦煤炭开采伴生矿井水氟污染治理难题，针对传统除氟技术存在的效率低、抗干扰弱等瓶颈，通过构建核晶造粒除氟装置，提出核晶造粒化学沉淀的除氟新方法。矿井水中的氟污染具有显著环境风险(地表水氟质量浓度超标可达8~15倍)，其治理难点在于复杂水质环境下氟的深度去除。为此，构建“化学沉淀−晶核诱导−多孔吸附”多相反应协同调控机制，通过实验室级连续流反应系统(HRT 45 min，上升流速1.8 m/h)开展工艺优化实验，结合X射线光电子能谱(XPS)、原位傅里叶变换红外光谱(FTIR)等先进表征手段，系统揭示氟迁移转化的动态过程。结果和结论在诱晶剂CaCl2投加量1200 mg/L、晶种投配比1∶50的优化条件下，单级处理即可实现氟质量浓度从12.6 mg/L降至7.6 mg/L(去除率39.8%)，较常规混凝沉淀效率提升2.3倍。通过X射线衍射(XRD)证实Ca2+与F−反应生成热力学稳定的霰石和球霰石晶体。值得注意的是，共存碳酸根通过2种途径强化除氟：一是形成CaCO3·CaF2复合沉淀(FTIR在1080 cm−1处出现特征峰)，二是生成多孔方解石载体(SEM显示孔隙率提升62.76%)。研究发现碳酸盐体系下的界面反应调控规律，通过能谱面扫描(EDS)证实F元素在造粒体截面呈梯度分布特征，揭示“表面吸附−晶格固封”的递进去除机制。核晶造粒技术在复杂矿井水中能够高效去除水中的氟离子，能够应对矿井水中复杂的化学成分。研究成果为核晶造粒除氟技术的工程化应用奠定基础，并为解决含氟矿井水的环境污染问题提供可行的技术路线。

来源：2025年第5期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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