煤矸石是矿山生态系统中的主要污染源之一,在长期堆存过程中,经风化氧化后发生自热自燃,并在降水淋溶作用下产生酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)。自燃煤矸石山环境污染防治技术主要为灭火治理,但已治矸山极易发生复燃,且对自热或自燃煤矸石在降水淋溶过程中的污染释放特性,以及温度对煤矸石污染物释放的影响机制认识尚不清楚。煤矸石山自燃预防是当前煤矸石环境污染长效防治的主导技术,然而表层密封材料(黄土、石灰和污泥等)经降水冲刷流失后会诱导煤矸石山发生局部自热自燃,造成矿山环境污染防治失效。赤泥是氧化铝冶炼工业排放的粉泥状废料,具有极强碱性、微细粒级、胶凝硬化和持水隔热等特殊理化特性,在预防煤矸石酸性污染上具有潜在优势。针对以上问题,本论文以山西省阳泉地区的煤矸石和赤泥试样为研究对象,主要开展了以下研究工作:(1)利用多种测试表征技术分析了试样的基本物化性质,并通过静态浸出实验研究了试样的浸出毒性特征与酸碱产能。煤矸石试样为高硫煤矸石,全硫含量S_t,ad为5.53%,理论产酸潜力为137.64 kg(H₂SO₄)/t,氧化-中和法最大产酸潜能为0.385mol(H⁺)/kg,产酸潜能大,但浸出毒性特征呈弱碱性;赤泥试样为拜耳法赤泥,其中方钠石含量为21.46%,Na₂O含量为12.05%,硫酸中和滴定法最大产碱潜能为2.75mol(OH^-)/kg,碱性污染潜能大;煤矸石与赤泥混合堆存实现酸碱污染共治的理论质量比为7.15:1(煤矸石:赤泥)。(2)搭建了常温动态淋溶试验平台,研究了试样在氧化及酸性淋溶条件下的酸碱污染释放特性。煤矸石的中性及氧化(H₂O₂)淋溶特性均呈弱碱性,常温条件下不会对环境造成酸性污染;赤泥的中性和混酸(HCl+H₂SO₄)酸性动态淋溶液均呈强碱性,且碱性组分淋溶释放持续时间长,具有长期防治煤矸石酸性污染的潜在优势。(3)搭建了高温动态淋溶实验平台,探究了不同加热条件下煤矸石酸性污染组分的动态淋溶释放规律,并揭示了温度对污染物淋溶浸出的作用机理。温度对煤矸石酸性污染释放特性影响显著。在常温~200℃范围内,存在煤矸石快速氧化产酸对应的特征温度值(150℃);在特征温度条件下,煤矸石动态淋溶液酸性最强,淋溶结束后剩余黄铁矿含量最低,而石膏组分产量最高;煤矸石所处环境温度越高,酸性污染物淋溶释放持续时间越长,酸性气体释放量越大;加热条件下煤矸石动态淋溶酸性污染的释放、迁移和分布受气-固-液三相湿热耦合体系综合影响,加热温度过高导致溶解态酸性组分含量降低,而挥发态含量升高。(4)分析了煤矸石粒度和淋溶强度对加热状态煤矸石的酸性及重金属复合污染动态淋溶释放特性的影响。煤矸石粒度对污染物释放特性影响显著,粗粒级煤矸石(-6mm)的酸性污染组分淋溶浸出量高于细粒级(-1mm);煤矸石粒度越细,对应淋溶液氧化还原电位(ORP)越小,痕量金属Cd、Ni和Pb离子累计淋溶浸出量越小,Se累计浸出量越大。淋溶强度对煤矸石污染释放特性影响并不显著,仅对酸性污染指标峰值稳定性产生影响;类金属As、Se离子累计浸出量与淋溶强度近似线性正相关,Cd离子淋溶浸出特性受淋溶强度影响小;煤矸石动态淋溶对地下水体产生酸性污染存在临界淋溶强度。(5)深入探究了利用赤泥防治煤矸石酸性及重金属复合污染的可行性及机理。赤泥与煤矸石在不同质量比和堆存方式条件下的高温动态淋溶实验研究结果表明:赤泥能够有效治理煤矸石酸性污染,其具有良好的酸碱中和协调机制,可实现酸碱污染长效共治;赤泥与煤矸石混合堆存体中酸碱污染组分在物理溶解、置换反应、水化反应和酸碱中和作用下达到酸碱浸出动态平衡;混合堆存质量比对酸碱污染共治效果影响显著,而堆存方式对其影响并不显著。(6)对不同堆存工艺下重金属淋溶浸出特性进行了对比分析和风险评估,在确保酸碱污染有效共治的前提下,得出添加赤泥防治煤矸石环境污染的最佳混合堆存方案为:质量比12:1(煤矸石:赤泥)、交替堆积1层。论文探究了高温状态下煤矸石的污染释放特性,提出并优化了赤泥防治煤矸石酸性污染的混合堆存方案,对实现煤矿矿山生态环境污染的长效防治具有较大的经济和环境效益。