煤矸石的淋溶浸泡、對水環(huán)境的污染研究

劉燦杰

摘 要：通過對兗濟騰礦區(qū)長期填充煤矸石的塌陷區(qū)內(nèi)地表水、淺層地下水中有害微量元素的分析，研究了淋溶、浸泡兩種長期行為對煤矸石中有害微量元素析出的作用機理，認為煤矸石被用來充填塌陷區(qū)是可行的，但潛在的危害還是只得進一步研究和引起重視。

關(guān)鍵詞：淋溶浸泡 煤矸石 綜合利用 塌陷區(qū)

煤矸石是我國當前及今后一段時間內(nèi)煤炭開采以及洗選過程中產(chǎn)生的累積儲存量最大、占地面積最廣的工業(yè)固體廢物。隨著礦區(qū)生態(tài)綜合治理的不斷深入，煤矸石被大量充填于塌陷區(qū)、路基、河堤等。其對土壤和水體的影響范圍將大大擴大，有必要對綜合利用于各處的煤矸石對環(huán)境的影響進行深入研究。作者選擇了山東省重要的能源基地濟騰礦區(qū)的煤矸石作為對象，研究了綜合利用于填充塌陷區(qū)的煤矸石經(jīng)長期淋溶、浸泡后有害微量元素對環(huán)境的影響。

1.樣品采集及分析測試

1.1 煤矸石的物質(zhì)組成

兗濟騰礦區(qū)煤矸石主要以粉砂巖、泥巖、灰質(zhì)泥巖為主。利用D/Max-3B型X射線衍射儀對矸石進行礦物組成測試表明：礦區(qū)內(nèi)矸石樣品主體成分均為高嶺石、石英、，絕大部分樣品還含有部分或少量的伊利石、伊利石/蒙脫石混層、蒙脫石、長石和方解石、白云石、黃鐵礦等礦物。

煤矸石的化學(xué)成分比較復(fù)雜，主要為一些金屬元素和非金屬的氧化物，也含有一定量的微量、痕量元素（表1）。其中SiO2（52.6%）和AlO3 （20.7%）占有相當高的比例，而FeO3、CaO、MgO平均含量分別為3.6%、1.2%、1.3%。

1.2 煤矸石中的有害微量元素

為了研究煤矸石中有害微量元素對塌陷區(qū)水環(huán)境的影響，以及利用煤矸石作為塌陷區(qū)回填材料的可行性。根據(jù)實際情況，對礦區(qū)填充于煤矸石的塌陷區(qū)內(nèi)水樣進行了采集是與測試（表2、表3）。

2環(huán)境影響評價

與生活飲用水衛(wèi)生標準進行對比顯示，除元素在七五煤礦塌陷區(qū)水井內(nèi)超標外，其他各處均不超標；F元素超標嚴重，超標率為43%，特別是在東灘煤礦塌陷區(qū)水井內(nèi)超標倍數(shù)達3.18倍，值得關(guān)注。所測試的五種元素中，除外，其余元素均未超標。東灘煤礦塌陷區(qū)水井內(nèi)pH值為10.5，大大高于了標準所限定的范圍，除此點之外，其余各點pH值均不超標。全部水樣pH值均大于7，顯堿性。

煤矸石中微量元素的析出與所處環(huán)境的pH值有關(guān)，酸性的增強有利于大部分有害微量元素（例如As、Cu、Pb、Zn）的析出，酸性的降低有利于F等元素的析出。填充于塌陷區(qū)的煤矸石經(jīng)長期淋溶、浸泡后，積水區(qū)及水井內(nèi)水pH值均大于7，顯堿性，不利于大部分有害微量元素的析出，所以等有害微量元素濃度（除個別點外）沒有超過標準，而東灘煤礦、南屯煤礦高異常的pH值，也加快了矸石中F的析出，使得F元素濃度偏高。

被填充于塌陷區(qū)的煤矸石，經(jīng)過長期雨淋、浸泡后，煤矸石中有害微量元素（除個別元素外）析出濃度沒有超過生活飲用水衛(wèi)生標準的要求，煤矸石綜合利用于填充塌陷區(qū)對礦區(qū)水環(huán)境影響不明顯。

3浸泡、淋溶煤矸石行為對環(huán)境的影響探討

有的學(xué)者把浸泡作為淋溶的極限情況來評價煤矸石中有害微量元素對環(huán)境的影響。作者認為，淋溶跟浸泡行為對有害微量元素析出的地球化學(xué)變化是不一樣的。浸泡雖作為淋溶的極限情況，但在實際中，不能用浸泡的結(jié)果來說明長期淋溶對煤矸石中有害微量元素的析出。

浸泡是煤矸石大部分或全部在水中，煤矸石處于還原環(huán)境下，在水巖相互作用中有害微量元素濃度達到某種平衡，而且浸泡后的溶液一般呈堿性，不利于煤矸石中微量元素的析出。從煤矸石中微量元素存在形態(tài)分析，浸泡實驗只能使可交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)以及鐵錳膠體態(tài)的全部或者一部分微量元素析出來，而對于殘余態(tài)的微量元素不可能析出。

新鮮的煤矸石被綜合利用于填充積水塌陷區(qū)，浸泡行為占主要作用，而露天 積存在的矸石山因淋溶沖刷產(chǎn)生的污染，雖然比煤矸石填充到塌陷區(qū)浸泡產(chǎn)生的污染更嚴重，但由于矸石山堆放面積相對于整個礦區(qū)面積來說較小，矸石山的有害微量元素污染可能只局限在矸石山周圍，而綜合利用于各處矸石由于范圍很大，其產(chǎn)生的長期影響還有待關(guān)注。

參考文獻

[1] 史永紅，等.安徽淮南礦區(qū)煤矸石中環(huán)境意義微量元素研究 [J].礦業(yè)科學(xué)技術(shù)，2004（1）：34-39.

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