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[科普中国]-煤矸石污染

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煤矸石中含有大量的有机成分,同时富含金属、碱土金属和硫化物等,是无机盐类污染源,可通过大气降水淋滤而污染环境。煤矸石从地下运到地表弃置,所处环境的急剧变化使其风化作用加强,促进了可溶性成分的溶解,加重了矸石山的环境污染。1

煤矸石的来源煤矸石的主要来源有:露天剥离以及井筒和巷道掘进过程中开凿排出的矸石;在采煤和煤巷掘进过程中,由于煤层中夹有矸石或削下煤层底板,使运到地面上的煤炭中含有矸石;煤炭洗选过程中排出的矸石。

煤矸石产生量占原煤产量的15%~20%。我国能源结构是以煤炭为主,2009年我国煤炭产量30.5亿吨,新增煤矸石约4.3亿吨。2008年我国煤矸石利用率为58%,其余部分就近自然混杂堆积。全国已有2000多座煤矸石山,目前贮存煤矸石超过50亿吨。煤矸石已成我国积存量和年产生量最大、占用土地最多的一种工业废渣,分布在全国产煤的省市与地区,如乌鲁木齐、阳泉、平顶山、抚顺、阜新、沈北、徐州、宝坻等。2

煤矸石的危害大量的煤矸石露天堆放形成矸石山,其中的有害成分和化学物质可以进入大气、土壤、地表、地下水,造成环境污染;通过环境介质直接或间接进入人体,威胁人体健康。

煤矸石的危害主要表现在下述几方面:

(1)自燃危害。煤矸石中所含的硫化铁等物质被空气氧化时,不断释放热量,热量逐渐积累导致温度不断升高。当温度达到燃点时(煤的燃点一般为360℃),矸石中的残煤及其他可燃物便可自燃。煤矸石中含有残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物,其中C、S可构成煤矸石自燃的物质基础。煤矸石通常露天堆放,日积月累,矸石山内部的热量逐渐积累。当温度达到可燃物的燃烧点时,矸石堆中的残煤便可自燃。自燃后,矸石山内部温度为800~1000℃,使矸石融结并放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NOx等有害气体,其中以SO2为主。一座矸石山自燃可长达十余年至几十年。这些有害气体的排放,不仅降低矸石山周围的空气质量,影响矿区居民的身体健康,还常常影响周围的生态环境,使树木生长缓慢、病虫害增多、农作物减产甚至死亡。我国国有煤矿有大小矸石山2000多座,大约有1/3的矸石山发生过自燃现象,释放出大量有害气体,如SO2、COx、H2S、NOx等,并伴有大量烟尘,对矿区环境造成了严重污染。有资料表明:凡煤层含硫在3%左右,其中硫铁矿占40%以上的煤矸石,并有硫铁矿结核出现,都会引起自燃。自燃时排放出的有害气体,不仅严重污染大气环境,而且有毒气体还可造成人员窒息死亡。

(2)对生态环境及土地资源的破坏。目前我国规模较大的煤矸石山有2000多座,累计堆存煤矸石50亿吨以上,并以每年1.5亿~2.0亿吨的速度增加,占地面积约1.5 ×108m2,且以每年4×106m2的速度增长,这对于人均耕地不足1×103m2的我国而言,威胁是显而易见的。矸石的堆放不仅埋压或破坏了原地貌植被,而且排放过程中产生的粉尘、自燃时产生的有毒物质对植物的生存也有较大影响,主要表现在植物生长缓慢、生长量降低,草地植被种类减少、病虫害增多等,这对矿区的生态环境造成了严重危害。

(3)煤矸石淋溶水污染。煤矸石受到降雨喷淋或长期处于浸渍状态,矸石中的粉尘会成为水中悬浮物,有害成分溶解后进入水体、土壤,对水环境和土壤环境造成二次污染。当酸性较强的淋溶水进入水体时,对生物产生很强的冲击力,能消灭或抑制水中微生物的生长,妨碍水体自净。煤矸石中除含有SiO2、Al2O3以及Fe、Mn等常量元素之外,还有其他痕量元素,如Pb、Cr、Hg、As、Cd等,这些元素多为有毒重金属元素,进入水体或渗入土壤后,会严重破坏土壤或水环境,危害农作物和水产养殖业。

(4)地质灾害。煤矸石堆大多具有坡度陡、结构松散、防范措施少的特点,丘陵地区的部分煤矿甚至把煤矸石沿山坡随意堆放,因此还存在着很大的崩塌、滑坡和泥石流隐患。矸石堆放时的自然安息角(在堆放时能保持自然稳定状态的最大角度)为38°~40°,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、泥石流等灾害。矿山排出的大量矿渣及尾矿的堆放,除了占用大量土地,严重污染水土资源及大气外,还经常发生塌方、滑坡、泥石流等。另外,在尾矿和矸石堆中含有许多有害的干燥废渣物,在刮风的日子里,随风吹到城市和居民区,影响人民生活和身体健康。在我国矿山经常发生的地质灾害现象中,还有瓦斯突出和爆炸、矿床尾岩变形、顶板冒落等。2

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学