低硫煤矸石中环境敏感性微量元素淋滤析出：特征、机理与环境影响.docxVIP

低硫煤矸石中环境敏感性微量元素淋滤析出：特征、机理与环境影响

一、引言

1.1研究背景与意义

煤矸石是煤炭开采、加工过程中排出的固体废弃物，其产量巨大，占用大量土地资源。据不完全统计，目前我国现存2000余座煤矸石山，贮存煤矸石超过50亿吨，且这一数量还在不断增加。煤矸石的大量堆积不仅占用土地，还会引发一系列环境问题。

煤矸石中除含有SiO2、Al2O3以及Fe、Mn等常量元素之外，还含有其他痕量元素，如Pb、Cr、Hg、As、Cd等有毒重金属元素。这些元素在煤矸石受到降雨喷淋或长期处于浸渍状态时，其有害成分会溶解后进入水体、土壤，对水环境和土壤环境造成二次污染，危害农作物和水产养殖业。煤矸石中所含重金属矿物较多时，若这些重金属渗入水中，则会使水体变得有毒，产生严重危害。煤矸石的大量堆放，如果堆积过高、坡度过大或受到人为开挖、爆炸或暴雨侵蚀时，易形成坍塌、滑坡、泥石流等事故，严重时也将引起地质灾害。同时，在煤矸石中含有许多有害的固体小颗粒，在风的作用下到处飘动，影响人民生活和身体健康。

低硫煤矸石作为煤矸石的一种，虽然硫含量相对较低，但其含有的环境敏感性微量元素在自然风化、淋滤等条件下仍可能析出释放，对周围生态环境造成潜在危害。研究低硫煤矸石中环境敏感性微量元素淋滤析出特征及机理，对于准确评估其环境风险，制定科学合理的污染防治措施具有重要的现实意义。一方面，通过深入了解微量元素的淋滤析出规律，可以为煤矸石堆放场地的选址、设计以及环境保护措施的制定提供科学依据，减少其对土壤、水体和大气等环境要素的污染；另一方面，有助于推动煤矸石的资源化利用，在利用过程中更好地控制微量元素的释放，实现资源利用与环境保护的双赢。

1.2国内外研究现状

国外对煤矸石中微量元素的研究起步较早，仪器比较先进，研究也比较深入。1976年美国国会通过了“资源保护与再生法案”（RCRA），将固体废弃物分为危险废物和非危险废物，并提出了固体废弃物毒性萃取试验法，为评价固体废弃物毒性提供了理论依据。Chadwick（1987）等人在评价煤炭开采和利用时对煤矸石中微量元素的危害进行了研究说明。Blowes和Sobek等研究了加拿大某矿山尾矿硫化物空隙水的地球化学和矿物学特性，以及不活动硫化物尾矿中胶结层的形成及其潜在意义，并提出防止酸性排水产生的新方法。Kratovil（1992）对煤及煤矸石元素分析的采样情况进行了探讨。Palmer和Krasnow（1993）等对煤及煤矸石中有毒微量元素的环境地球化学进行了研究。

国内众多学者也针对煤矸石中微量元素开展了大量研究工作。刘桂建等对煤矸石中潜在有害微量元素淋溶析出进行研究，分析了影响微量元素淋溶的因素。肖利萍等通过不同风化煤矸石在不同固液比、不同酸度条件下的浸泡实验，研究了煤矸石浸泡污染物溶解释放规律。郑继东等对鹤壁矿区煤矸石进行连续淋溶试验，模拟煤矸石矿井填充后对地下水环境的影响。郝启勇等采集山东省兖济滕煤炭基地不同类别煤矸石样品，分析了不同类型煤矸石中矿物组成以及其中有害微量元素的含量。

然而，现有研究仍存在一些不足之处。部分研究侧重于单一因素对微量元素淋滤的影响，缺乏对多因素综合作用的系统分析；在淋滤实验条件的设置上，与实际环境条件的契合度有待提高；对于低硫煤矸石这一特定类型，其环境敏感性微量元素淋滤析出特征及机理的研究还相对较少，缺乏针对性和深入性。本研究将在充分借鉴前人研究成果的基础上，以低硫煤矸石为研究对象，系统研究其环境敏感性微量元素淋滤析出特征及机理，弥补现有研究的不足。

1.3研究内容与技术路线

1.3.1研究内容

低硫煤矸石样品的采集与基本性质分析：在淮北临涣矿区采集低硫煤矸石样品，对其进行工业分析、元素分析、全硫及形态硫分析、矿物组成分析等，明确低硫煤矸石的基本化学组成和矿物特征。

低硫煤矸石中环境敏感性微量元素含量及赋存形态分析：采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等分析手段，测定低硫煤矸石中环境敏感性微量元素的含量，运用化学连续提取法研究微量元素的赋存形态，分析其在不同形态中的分布特征。

低硫煤矸石中环境敏感性微量元素淋滤析出特征研究：通过动态淋滤实验，研究不同粒径、进水pH值、进水流速等条件下微量元素的淋滤析出规律，分析淋滤时间与淋出率的关系，确定影响微量元素淋滤析出的关键因素。

低硫煤矸石中环境敏感性微量元素淋滤析出机理研究：结合煤矸石的矿物组成、微量元素赋存形态以及淋滤实验结果，从化学动力学、表面化学等角度探讨微量元素淋滤析出的内在机理，揭示微量元素从煤矸石中释放的过程和机制。

1.3.2技术路线

本研究首先进行低硫煤矸石样品的采集，在淮北临涣矿区选取具有代表性的采样点，确保样品能够反映该矿区低硫煤矸石的整体特征