劉燦杰

摘 要：通過(guò)對(duì)兗濟(jì)騰礦區(qū)長(zhǎng)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(zhǎng)期行為對(duì)煤矸石中有害微量元素析出的作用機(jī)理，認(rèn)為煤矸石被用來(lái)充填塌陷區(qū)是可行的，但潛在的危害還是只得進(jìn)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(guó)當(dāng)前及今后一段時(shí)間內(nèi)煤炭開(kāi)采以及洗選過(guò)程中產(chǎn)生的累積儲(chǔ)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(duì)土壤和水體的影響范圍將大大擴(kuò)大，有必要對(duì)綜合利用于各處的煤矸石對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行深入研究。作者選擇了山東省重要的能源基地濟(jì)騰礦區(qū)的煤矸石作為對(duì)象，研究了綜合利用于填充塌陷區(qū)的煤矸石經(jīng)長(zhǎng)期淋溶、浸泡后有害微量元素對(duì)環(huán)境的影響。

1.樣品采集及分析測(cè)試

1.1 煤矸石的物質(zhì)組成

兗濟(jì)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(duì)矸石進(jìn)行礦物組成測(cè)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(zhǎng)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(dāng)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(duì)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(shí)際情況，對(duì)礦區(qū)填充于煤矸石的塌陷區(qū)內(nèi)水樣進(jìn)行了采集是與測(cè)試（表2、表3）。

2環(huán)境影響評(píng)價(jià)

與生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比顯示，除元素在七五煤礦塌陷區(qū)水井內(nèi)超標(biāo)外，其他各處均不超標(biāo)；F元素超標(biāo)嚴(yán)重，超標(biāo)率為43%，特別是在東灘煤礦塌陷區(qū)水井內(nèi)超標(biāo)倍數(shù)達(dá)3.18倍，值得關(guān)注。所測(cè)試的五種元素中，除外，其余元素均未超標(biāo)。東灘煤礦塌陷區(qū)水井內(nèi)pH值為10.5，大大高于了標(biāo)準(zhǔn)所限定的范圍，除此點(diǎn)之外，其余各點(diǎn)pH值均不超標(biāo)。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(qiáng)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(zhǎng)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(gè)別點(diǎn)外）沒(méi)有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，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(guò)長(zhǎng)期雨淋、浸泡后，煤矸石中有害微量元素（除個(gè)別元素外）析出濃度沒(méi)有超過(guò)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，煤矸石綜合利用于填充塌陷區(qū)對(duì)礦區(qū)水環(huán)境影響不明顯。

3浸泡、淋溶煤矸石行為對(duì)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(lái)評(píng)價(jià)煤矸石中有害微量元素對(duì)環(huán)境的影響。作者認(rèn)為，淋溶跟浸泡行為對(duì)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(shí)際中，不能用浸泡的結(jié)果來(lái)說(shuō)明長(zhǎng)期淋溶對(duì)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(dá)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(shí)驗(yàn)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(lái)，而對(duì)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(yán)重，但由于矸石山堆放面積相對(duì)于整個(gè)礦區(qū)面積來(lái)說(shuō)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(zhǎng)期影響還有待關(guān)注。

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