[0001] 本发明涉及尾矿淋滤试验技术领域，特别涉及一种基于固结控制的尾矿一维淋滤试验系统及其试验方法。

[0002] 随着我国经济社会的快速发展，矿产资源开发程度逐渐增加，但随之而来的是大量尾矿废弃物的产生。由于目前对于尾矿砂这类固体废弃物的资源化利用率相对较低，进而产生了大量为尾矿堆积和留存。尾矿砂中含有大量的铅、铬、砷等污染离子，在长期的露天存放下，受到的大气降水、地下水的淋溶作用，污染物溶出并随着水流在土壤、岩体等介质中渗透、迁移和扩散，进而造成尾矿库或堆存区周围的土壤和地下水污染，最终威胁区域生态环境。

[0003] 为了了解污染物在尾矿、土壤、地下水中的含量、运移规律，获取尾矿库内污染物的溶出规律和迁移转化规律是研究上述内容的基础，也是重要的基础参数。污染物的溶出机制和规律的研究通常采用淋滤模拟试验，淋滤法是探究污染物释放规律的一种有效的试验方法，一般是通过将尾矿砂浸泡在水、酸性或碱性溶液中，分析其在一定时间或试验条件下污染物离子的浓度；或者是将尾矿砂填入到玻璃管内，从顶部将水、酸性或碱性溶液从顶部倒入使其自然下渗。通过淋滤试验不仅可以研究尾矿的污染物溶出机制，还可以分析污染物在尾矿内的吸附、转化机制，为尾矿污染的源头防治和生态修复提供科学依据。

[0004] 目前，大多数尾矿的污染物淋滤试验通常采用静态和动态淋滤两种方式，而现在的淋滤试验往往存在一定的缺陷。例如：1、静态淋滤的试验装置较为简单，通常是将尾矿样品放入装用淋溶液的锥形瓶中浸泡或在摇床上震动浸泡，这种方式试样数量较少由于尾矿的均匀较差易产生误差，且仅能反应试验条件下的污染物溶出特征；2、一般的动态淋滤试验就将尾矿填入到玻璃管内，淋滤液从顶部加入，液体会在尾矿柱的松散部位快速下渗，导致淋滤试验难以准确的反应污染物的溶出；3、目前的动态淋滤的土柱高度是固定长度，尾矿砂的填充没有固定的质量，难以控制填充的密实度和内部的孔隙率；4、动态淋滤的土柱填充难以还原尾矿的真实堆积和固结特性，试验结果难以准确反应真是的污染物溶出特征；5、动态淋滤中渗滤液的提取通常是在土柱的底端提取，而对于过程中的污染物的释放量难以提取，以此造成污染物的溶出和吸附机制研究较为困难；6、污染物的溶出和吸附是在氧化或还原条件下进行的，通常采用氧化剂和还原剂对样品进行浸泡，通过测定电位变化情况进行判断，但这种试验条件难以与真实堆积条件下的尾矿所处的氧化还是还原环境相对应；7、现有淋滤试验装置的淋滤液通常是采用由上而下的自由渗透的方式，而在自然条件下尾矿库内的淋滤液存在水平和垂向渗透两种形式；8、现有淋滤系统的淋滤液收集主要是通过人工取样的方式，试验周期长，取样工作繁重，且存在一定的误差。

[0055] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。

[0056] 此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0057] 本发明优选固结控制的尾矿一维淋滤试验系统作为实施例如图1所示，淋滤试验系统包括固结控制装置1、尾矿堆积模拟装置2、浸出液集液装置3、淋滤液供液装置4和电位测量与反馈控制装置5，利用上述各装置的组合，可进行固结应力作用下的多级土柱的连续淋滤试验，并完成各单元土柱的自动化取样和电位测试，实现淋滤试验的过程精确控制。

[0058] 所述的固结控制装置1主体包括反力支架11、伺服液压缸12、位移传感器13、压力传感器14和控制程序。反力支架11的基座111与横梁113通过立柱112相连，尾矿模拟装置集液支撑底座114与基座111通过支柱115相连，伺服液压缸12与横梁113通过螺栓116相连，并在其顶部设置位移传感器13及压力传感器14。

[0059] 所述的尾矿堆积模拟装置2的主体为单一柱体或至少由两个短柱单元连接组成的复合柱体，单一柱体和复合柱体的顶部设加压密封渗流盖21，底部设有集液底盖22，单一柱体的圆周处设有取液口23；

[0060] 如图2所示，所述加压密封渗流盖21和集液底盖22均可打开或关闭。加压密封渗流盖21上表面中心位置设有一个进液孔211，下表面均匀布设若干贯穿透水孔212，使淋滤液均匀流到固体表面。

[0061] 如图3所示，加压密封渗流盖21的接口为旋转卡槽结构，柱体端部设有四个卡槽213，卡槽213下设有倾斜旋转导槽214，加压密封渗流盖21的径向内设有与卡槽213和倾斜旋转导槽214相配合的凸块215。

[0062] 所述复合柱体的短柱单元两两之间通过液体提取板31连接，连接的方式为螺纹连接，短柱单元的顶部和底部分别为正螺纹和反螺纹，液体提取板31的上部和下部分别为正螺纹和反螺纹，在短柱单元侧壁设置取液口23。

[0063] 所述的浸出液集液装置3由液体提取板31、液体提取针32、取液泵33和集液平台34组成。

[0064] 液体提取针32由锁母321和微孔软质取液管322组成。锁母321的作用是固定取样管防止其位置发生偏离；

[0065] 如图4、5所示，所述液体提取板31由连接上下两个短柱的内螺纹外环311、内部中空透液板312、柔性胶条313、连接限位销314组成。所述内螺纹外环位于最外侧，内部中空透液板位于内螺纹外环内侧，通过柔性胶条和限位销连接；所述限位销共四个，通过铰链接固定于内螺纹外环的内壁，限位销另一端固定于内螺纹外环的外壁，使内环能够进行一定范围的竖向位移；密封胶条将内螺纹外环与内部中空透液板连接形成密封腔体。

[0066] 内部中空透液板312为两块分布有贯穿孔的有机玻璃板，两块有机玻璃板通过贯穿孔分别插入取液管322和氧化还原电极51。

[0067] 集液平台34通过软管331依次与取液泵33和液体提取针32相连。

[0068] 集液平台34由移动手臂341、轨道342、集液瓶安置台343组成，所述移动手臂341通过轨道342与集液瓶安置台343相连，手臂可在集液瓶安置台343上移动进行连续的集液采样，移动手臂上设有固定架用于夹持移液软管331。

[0069] 所述的淋滤液供液装置4由伺服压力缸41、储液缸42、输液管43和加压密封渗流盖44组成，所述储液缸4内设活塞411与伺服压力缸41相连，提供定压力或定流量淋滤液；所述加压密封渗流盖44为中空腔体，下部设贯穿透水孔；所述加压密封渗流盖44通过输液管43与储液缸42相连。

[0070] 所述电位测量与反馈控制装置5包括多个电极51，以监测柱内各部分的氧化还原电位。

[0071] 如图6所示，所述反馈控制系统6包括软件控制系统、固结压力控制器、供液控制器、集液控制器、反馈控制器和电位测量与数据采集控制器。

[0072] 软件控制系统用于整体控制和监测淋滤系统的运行状态。固结压力控制器用于调节固结过程中固结压力及尾矿位移程度，以达到预设的固结度。

[0073] 供液控制器用于控制淋滤供液的流量和压力，保证淋滤液的定量输出。

[0074] 集液控制器用于控制浸出液的收集频率，分析浸出液重金属浓度及化学特性。

[0075] 反馈控制器根据电位测量与数据采集控制器的反馈信息，调整淋滤供液及浸出液收集参数，以实现尾矿堆积的固结控制和淋滤效果的优化。

[0076] 如图7所示，本发明装置的具体运行方式如下：

[0077] 1)试样安装。将尾矿根据埋深进行分层取样，测定其密度、固结度、粒径分级等物理性质，计算室内模拟柱体长度、单元数及每单元样品参数，利用固结装置依次对各单元进行压密固结。多单元柱体通过液体提取板相连后固定于基座上，底部单元试样底部以及顶部单元分别放置透水石，顶部单元加装加压密封渗流盖后与伺服液压缸相连。集液装置取液管与电位测量系统电极依次安装于柱体相应位置。集液平台放置集液管用于收集浸出液。

[0078] 2)设备调节。开始正式试验前对设备进行检查，包括固结压力控制器、供液控制器、集液控制器、反馈控制器和电位测量与数据采集控制器的布置情况以及软件控制系统的运行情况。其次对淋滤柱主体结构以及供液装置的密封性进行检查。检查完毕后在淋滤试验数据采集与试验控制系统内输入样品编号，一维固结压力，各柱体单元试样参数，淋滤液供液压力、流量、温度，设定开始取样电位，取样时间，取样次数。

[0079] 3)正式试验。淋滤试验开始后，淋滤液在填装的尾矿柱内渗透迁移。通过氧化还原电位的测定以及渗滤液的收集并测定其重金属含量，反应各单元尾矿柱污染物的垂向迁移情况以及氧化还原电位对重金属迁移的影响。

[0080] 4)设备清理。待完成取样设定次数后，系统自动停止供液，各子系统自动关闭并保存数据。由上至下依次拆除所述单元柱体，倾倒废液，进行对应部件的清洗和相关组件的拆除还原。

[0081] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。