一种全尾砂重金属迁移量化评价方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及尾矿库及尾砂堆场内重金属污染及防治技术领域，特别是指一种全尾砂重金属迁移量化评价方法和装置。方法包括：测定所述全尾砂内重金属元素、赋存形态及初始含量，以确定所述全尾砂重金属迁移评价对象；通过搭建的全尾砂重金属淋溶实验平台进行全尾砂重金属淋溶实验；基于所述淋溶实验测试数据，建立重金属迁移定量化评价模型；用所述重金属迁移定量化评价模型对所述全尾砂重金属迁移进行量化评价。采用本发明专利技术，能够较准确确定重金属迁移程度，从宏观角度计算不同重金属元素随各影响因素的迁移量变化。影响因素的迁移量变化。影响因素的迁移量变化。

【技术实现步骤摘要】
一种全尾砂重金属迁移量化评价方法和装置


[0001]本专利技术涉及尾矿库及尾砂堆场内重金属污染及防治
，特别是指一种全尾砂重金属迁移量化评价方法和装置。

技术介绍

[0002]随着矿山开采强度的增加，产生的尾矿也越来越多，除了一部分用于井下充填，大部分尾矿被堆存至尾矿库中。尾矿内全尾砂内通常含有大量金属硫化物、氧化物及硅酸盐等重金属，在风力、水力等作用下重金属等有害元素会迁移至周围的水和土壤中，污染周围土壤及地下水，威胁尾矿库周边生态安全。目前的全尾砂重金属释放迁移研究中，尚缺少定量化评价方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种全尾砂重金属迁移量化评价方法和装置，用以对全尾砂重金属迁移量化评价。所述技术方案如下：
[0004]一方面，提供了一种全尾砂重金属迁移量化评价方法，所述方法包括：
[0005]测定所述全尾砂内重金属元素、赋存形态及初始含量，以确定所述全尾砂重金属迁移评价对象；
[0006]通过搭建的全尾砂重金属淋溶实验平台进行全尾砂重金属淋溶实验；
[0007]基于所述淋溶实验测试数据，建立重金属迁移定量化评价模型；
[0008]用所述重金属迁移定量化评价模型对所述全尾砂重金属迁移进行量化评价。
[0009]可选地，采用改良BCR连续提取法对所评价全尾砂进行消解，并采用电感耦合等离子发射光谱仪ICP
‑
OES、电感耦合等离子发射质谱仪ICP
‑
MS定量测定消解后全尾砂各重金属元素全量及各赋存形态含量。
[0010]可选地，所述基于所述淋溶实验测试数据，建立重金属迁移定量化评价模型包括：
[0011]基于淋溶实验数据，确定重金属释放迁移影响因素；
[0012]依据量纲分析方法及π定理，将物理关系式转化为无量纲形式，并降低函数中自变量的数目，同时通过矩阵理论及回归计算程序将各影响因素及重金属含量实验数据代入，求得分析解，得到各影响因素影响下重金属迁移定量化评价模型。
[0013]可选地，所述确定的重金属释放迁移影响因素包括但不限于：全尾砂重金属初始含量m
a
、淋溶流速v、淋溶液pH值n、全尾砂垂向高度h、淋溶总流量Q、全尾砂渗透系数K及含水率p；
[0014]则所述基于所述淋溶实验测试数据，建立重金属迁移定量化评价模型包括：
[0015]将各影响因素用一般函数关系表征；
[0016]统计所有变量，确定变量中基本量纲；
[0017]基于π定理，无因次数群的个数等于变量数与基本量纲数之差，确定无因次群数，并用一般函数关系表征无因次群与无量纲参数；
[0018]选取与基本量纲数目相同物理量作为核心物理量，核心物理量包含本次评价中所有基本量纲；用未知指数将其与物理量分别于核心物理量列出与无因次参数之间方程组；
[0019]将各个物理量量纲代入，写出无因次和谐方程组，分别求得无因次参数表达式；
[0020]根据π定理，建立各无因次参数与无量纲参数方程表达式；
[0021]物理现象变化过程无因次关系式在自变量的某一范围内往往可以采用幂函数形式表达，因此拟合得到相应的幂函数准则公式；
[0022]将幂函数准则公式两侧取对数，将幂函数转化为参数相加格式；
[0023]将所述淋溶实验测试数据代入上式，得到方程组，且以矩阵形式表达A0x＝d0；由于该方程组方程个数大于未知数个数，为超定方程组，因此可求得最优解且可计算其误差值A0x0‑
d0；
[0024]将最优解代入幂函数准则公式，建立所述重金属迁移定量化评价模型，所述重金属迁移定量化评价模型可表征重金属含量随重金属初始含量m
a
、淋溶流速v、淋溶液pH值n、全尾砂垂向高度h、淋溶总流量Q、全尾砂渗透系数K及含水率p的定量变化关系。
[0025]可选地，确定Mn、Zn、Pb、Cd四种重金属元素作为所述全尾砂重金属迁移评价对象；
[0026]则所述基于所述淋溶实验测试数据，建立重金属迁移定量化评价模型包括：
[0027]将所述各影响因素参数用一般函数关系式表示
[0028]m
b
＝f(m
a
,v,n,h,Q,K,p)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0029]或者表示成
[0030]F(m
b
,m
a
,v,n,h,Q,K,p)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0031]上述共有8个变量，但是仅涉及到时间T、长度L2个基本量纲，上述8个变量均可由T、L表示；
[0032]按照π定理，无因次数群的个数N等于变量数n和基本量纲数之差，则N＝n
‑
m＝8
‑
2＝6，由于单位质量全尾砂重金属含量m
b
、单位质量全尾砂重金属初始含量m
a
、淋溶液pH n、含水率p为无量纲量，用π1、π2表示2个无因次群数，则有如(3)的方程式；
[0033]π1＝φ(π2,m
b
,m
a
,n,p)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0034]选取与基本量纲数相同的变量作为核心物理量，同时选取的核心物理量还应该包括此现象中的所有基本量纲，因此，选取v、h为核心物理量，采用指数函数将物理量Q、K与核心物理量列出无因次参数π1、π2，关系式如下所示
[0035][0036]将各个物理量量纲代入，列出因此和谐方程组，可分别求得无因次参数π1、π2表达式为：
[0037][0038]通过π定理可知：
[0039]F(π1,π2,m
b
,m
a
,n,p)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0040]π1＝F(π2,m
b
,m
a
,n,p)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0041]即
[0042][0043]由量纲分析原理可知，各种现象的无因次关系式在自变量的某一范围内往往可以使用幂函数的形式表示，因此可拟合出对应的准则公式为：
[0044][0045]将上式两侧取对数可得：
[0046][0047]通过线性回归可以求解得到上式中待定系数m1～m6；对式进行转化，令a1＝1，ln m
b
＝a3，ln m
a
＝a4，ln n＝a5，ln p＝a6，ln m1＝x1,m2＝x2,m3＝x3,m4＝x4,m5＝x5,m6＝x6，则有：
[0048]a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6＝d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0049]将不同淋溶条件下单位质量全尾砂重金属含量实验数据代入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全尾砂重金属迁移量化评价方法，其特征在于，所述方法包括：测定所述全尾砂内重金属元素、赋存形态及初始含量，以确定所述全尾砂重金属迁移评价对象；通过搭建的全尾砂重金属淋溶实验平台进行全尾砂重金属淋溶实验；基于所述淋溶实验测试数据，建立重金属迁移定量化评价模型；用所述重金属迁移定量化评价模型对所述全尾砂重金属迁移进行量化评价。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用改良BCR连续提取法对所评价全尾砂进行消解，并采用电感耦合等离子发射光谱仪ICP
‑
OES、电感耦合等离子发射质谱仪ICP
‑
MS定量测定消解后全尾砂各重金属元素全量及各赋存形态含量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述淋溶实验测试数据，建立重金属迁移定量化评价模型包括：基于淋溶实验数据，确定重金属释放迁移影响因素；依据量纲分析方法及π定理，将物理关系式转化为无量纲形式，并降低函数中自变量的数目，同时通过矩阵理论及回归计算程序将各影响因素及重金属含量实验数据代入，求得分析解，得到各影响因素影响下重金属迁移定量化评价模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定的重金属释放迁移影响因素包括但不限于：全尾砂重金属初始含量m
a
、淋溶流速v、淋溶液pH值n、全尾砂垂向高度h、淋溶总流量Q、全尾砂渗透系数K及含水率p；则所述基于所述淋溶实验测试数据，建立重金属迁移定量化评价模型包括：将各影响因素用一般函数关系表征；统计所有变量，确定变量中基本量纲；基于π定理，无因次数群的个数等于变量数与基本量纲数之差，确定无因次群数，并用一般函数关系表征无因次群与无量纲参数；选取与基本量纲数目相同物理量作为核心物理量，核心物理量包含本次评价中所有基本量纲；用未知指数将其与物理量分别于核心物理量列出与无因次参数之间方程组；将各个物理量量纲代入，写出无因次和谐方程组，分别求得无因次参数表达式；根据π定理，建立各无因次参数与无量纲参数方程表达式；物理现象变化过程无因次关系式在自变量的某一范围内往往可以采用幂函数形式表达，因此拟合得到相应的幂函数准则公式；将幂函数准则公式两侧取对数，将幂函数转化为参数相加格式；将所述淋溶实验测试数据代入上式，得到方程组，且以矩阵形式表达A0x＝d0；由于该方程组方程个数大于未知数个数，为超定方程组，因此可求得最优解且可计算其误差值A0x0‑
d0；将最优解代入幂函数准则公式，建立所述重金属迁移定量化评价模型，所述重金属迁移定量化评价模型可表征重金属含量随重金属初始含量m
a
、淋溶流速v、淋溶液pH值n、全尾砂垂向高度h、淋溶总流量Q、全尾砂渗透系数K及含水率p的定量变化关系。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定Mn、Zn、Pb、Cd四种重金属元素作为所述全尾砂重金属迁移评价对象；
＝x4,m5＝x5,m6＝x6，则有：a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6＝d
ꢀꢀꢀꢀ
(11)将不同淋溶条件下单位质量全尾砂重金属含量实验数据代入式可得到一个方程组，将方程组写成矩阵如下：此方程组的方程个数大于未知数个数，是一个超定方程组，可以解出最优解；将上式简写为：A0x＝d0ꢀꢀꢀꢀ
(13)根据矩阵理论，最优解为：误差可用下式衡量：||A0x0‑
d0||
ꢀꢀꢀꢀ
(15)通过回归计算程序求解超定方程组；经计算得建立的Mn、Zn、Pb、Cd四种重金属元素的方程待定系数分别为：经计算得建立的Mn、Zn、Pb、Cd四种重金属元素的方程待定系数分别为：因此重金属迁移定量化评价模型：因此重金属迁移定量化评价模型：
6.一种全尾砂重金属迁移量化评价装置，其特征在于，所述装置包括：测定模块，用于测定所述全尾砂内重金属元素、赋存形态及初始含量，以确定所述全尾砂重金属迁移评价对象；实验模块，用于通过搭建的全尾砂重金属淋溶实验平台进行全尾砂重金属淋溶实验；建立模块，用于基于所述淋溶实验测试数据，建立重金属迁移定量化评价模型；评价模块，用于用所述重金属迁移定量化评价模型对所述全尾砂重金属迁移进行量化评价。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述测定模块，具体用于采用改良BCR连续提取法对所评价全尾砂进行消解，并采用电感耦合等离子发射光谱仪ICP
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OES、电感耦合等离子发射质谱仪ICP
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MS定量测定消解后全尾砂各重金属元素全量及各赋存形态含量。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述建立模块，具体用于：基于淋溶实验数据，确定重金属释放迁移影响因素；依据量纲分析方法及π定理，将物理关系式转化为无量纲形式，并降低函数中自变量的数目，同时通过矩阵理论及回归计算程序将各影响因素及重金属含...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜翠凤，常宝孟，王远，肖梦辉，李利军，朱来攀，刘林东，王九柱，范纯超，张龙，李正灿，初晓峰，何家庆，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：