东北地区煤矸石环境危害及对策.pdf

第2 2 卷 第 1 期 2 0 0 2年 2月 地理科学 S CI ENTI A GE OGRA PHI C A S I NI C A vo 1 2 2 No ． 1 Fe b ． 2 0 0 2 文章■号 1 0 0 0 0 6 9 0 2 0 0 2 0 1 0 1 1 0 4 东北地区煤矸石环境危害及对策 刘汝海，王起超，刘景双 中国科学 院长 春地理研究所， 吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ■要 东北矿 区开采历史长。 煤矸石的累计堆存 量大． 煤矸石对环境 的危害显著。文章分析 丁东北地 区主要煤矿 煤矸 石的理化性质． 论述了煤矸石对 矿区大气 、 水、 生态环境造 成的危害． 由此提出该区对煤矸 石进行综合 利用 、 开展土地复量和加强臂理等对 策。 关■调 煤矸 石； 东北地区； 环境危 害； 对策 中圉分娄号 2 8 9 文献标诅码 A 东北地 区是我国重要 的煤炭 工业基地， 据统 计， 1 9 9 8 年煤炭总产量为 1 ． 8 1 0 。 t ， 1 9 个国家重 点煤矿煤炭产量 1 ． 1 3 1 0 t 。东北地区煤炭开发 历史较长． 许多煤 矿在本世纪初即已开采 ； 解放后 煤炭产量有了巨大增长。与此同时， 采掘过程中排 放的煤矸石、 剥离物也急剧增加。 由于工业水平的 限制以及对生态环境重视不够 ． 煤矸石利用率一直 很低， 从而造成煤矸石 堆存量 的历史性 积累。据 1 9个国家重点煤矿 的统计． 1 9 9 6年煤矸石年 产生 量为 0 ． 3 3 1 0 t ， 煤矸石累计堆存量为 4 ． 4 91 0 。 t ． 占用土地约 3 0 1 0 ， 其中包括大量的耕地 和林地。矸石山破坏了原有的地表景观． 并直接或 间接影响到矿 区及周围地区的大气和水环境质量。 当前， 东北地区许多煤 矿已到开采末期。 煤炭 产量供过于求， 煤炭企业经济效益下措， 矸石治理 投入不足， 这使得煤矸石危害愈加严重， 煤矸石治 理已经成为东北煤矿地 区可持续发展的限制性 因 素之一。 本文调查了东北地 区， 包括东北三省和内蒙古 东部主要 的 1 9个 国家重 点煤矿鸡西、 鹤岗、 双鸭 山、 七台河、 舒兰、 珲春 、 通化、 辽源、 铁法、 沈阳、 抚 顺 、 阜新、 南票、 北票、 霍林河、 伊敏河 、 平庄、 扎赉诺 尔和大雁的煤矸石产量和理化性质， 研究了煤矸石 的环境危害， 提出了综合治理煤矸石的对策。 l 东北地区煤矸石的理化特征 1 ． 1 理化性质 煤矸石主要矿物组成为高岭石、 蒙脱石、 伊利 石、 石英、 方解石等， 煤矸石的岩性 组成有砂岩、 沙 砾岩、 页岩和玄武岩等。1 9个国家重点煤矿的 3 8 个煤矸石样品的化学分析 见表 1 表 明， 煤矸石中 主要组成物质为 s i 和 A 1 2 ． 二者加起来平均约 占8 3 ． 2 ％， F e O ， 含量低于全国平均水平， 含硫量 平均为 0 ． 1 9 ％． 属于含硫量比较低的类型。 煤矸石的工业分析表明， 东北主要矿区煤矸石 的发热量在 6 4 8 ～6 7 8 1 k J ／ 妇 之间， 平均为 3 1 2 7 ． 3 衰 1 煤矸石的化学组成 单 位 ％ Ta b k 1 Th e r e s u k s o f e c p a a e n t s a a a l y s e s。 f g a n g u e k J f k g ， 变化范围较 大。煤矸石 中可燃基挥发份 的 ～1 5 ． 5 5 ％之间， 变化较大 见表 2 。 比例较高． 平均为 6 3 ． 7 1 ％。含碳量范围在 0 ． 2 0 ％ 收誓日期 2 o 0 0 1 0 1 0 ； 修订日期 2 0 0 1 一 o 2 2 0 基垒项目 中国科学院资源与生吝环境研究重点顷 目 东北危急矿 林 医环境、 经济协调疑展及生态重建研究 K z 9 5 2 一 J - 一 2 1 3 。 作者哺介 刘妆海 1 9 7 5 一 ， 男． 博士研究生， 主要从事{ 亏 染物环境行为及其控制研究。 维普资讯 1 期 刘汝海等 东北地区煤矸石环境危害及对策 l 1 1 1 ． 2 淋溶爰浸泡实验 为研究煤矸石中主要有害重金属元素的溶出 性特点， 分析 了煤矸石有害元素的授泡和淋溶液中 的重金属含量。授泡实验取粉碎后粒径 3 mit t 的 煤矸石 1 0 0 g ． 用 4 0 0mL蒸馏水浸泡 2 4 h ， 测定授 出液中的元 素浓度。淋溶 实验 在 2 0 r n r n7 0 0 r n r n淋溶柱中进行， 甩 5 mL ／ rai n的流速进行 淋滤。 分析表明 C r 、 A s 、 P b 、 C A、 C u 、 Z n等元素均在淋溶液 和授出藏中检出， 并且有些矿区元素浓度超过地表 水环境质量标准 GH Z B 1 1 9 9 9中Ⅲ类标准 见表 3 。 2 东北矿区煤矸石的环境危害 2 ． 1 大气污染 东北地 区煤矸石岩性组成主 要为 砂岩、 抄砾 岩 、 页岩等． 因此本区煤矸石在露天堆积时， 易于风 化成较细颗粒， 易于被带到周围空气和土壤中。特 别是煤 矸 石的 自燃 产生 大量 有 毒有 害气体， 如 S O, 、 c o、 O 、 N x 、 苯并 C a 芘等． 并伴有大量烟 尘． 严重污染矿区环境。煤矸石中碳含量 、 硫含量 以及挥发份的比例是决定煤矸石能否 自燃 的重要 因素， 东北地 区煤矸石中含硫量低于 1 ． 0 ％。 属于 衰 3 堞矸石群溶与浸泡液化掌分析 单 位 m ／ 1 ． Te b l e 3 Th el e a c he d e n d mme e s e d n 协 d t he 8 a n g e e 不易 自燃型矸石， 但是许多历史性堆积煤矸石内部 遗留煤多， 在黄铰矿分解产生大量的热时会促使矸 石山自燃． 而 且有些矿务局的煤 矸石 山堆积 厚度 高、 体积大， 成为加速发火因素 ； 另外矸石表面不压 实， 内部与氧气接触产生热量进而发火． 这类矸石 山也容易自燃 。 东北地 区有许多矿区的煤矸石山自燃， 沈阳矿 务局彩屯郑家矸场矸石山治理前的调查表明。 矸石 自 燃 产生 大量的 c o、 S O, 、 H 2 S等污 染物。其 中 S O, 超过环境 空气质量标准 GB 3 0 9 51 9 9 6中二 级标准的 2 5 ． 5倍 见表 4 ， s超 标更加 严重。 在矸石山上的作业人员曾经发生多次中毒事故。 造 成 3人死亡． 1 4 0余人 出现头晕恶心、 神志不清的 中毒症状。由于这座矸石山座落在本溪市主导风 向的上风向． 曾经严重影响了本溪市的环境空气质 量。另外煤矸石堆积量大， 内部高温高压， 还可能 发生爆炸事故． 造成人身伤亡。 2 ． 2 木污染 对煤矸石的淋溶分析和授泡分析表明。 矸石淋 溶水中 C r 、 F、 A s 、 P b 、 CA 等元素含量部分矿区超过 地表水环境质量标准 GHZ B 11 9 9 9和地下水环 境质量标准 G lB ／ T1 4 8 4 81 9 9 3中Ⅲ类标准， 平庄、 铁法、 阜新等矿区淋溶水中 F超标 1 ～4 ． 8倍。 而沈 阳矿区淋溶水中 C r 、 As 、 P b 、 c d等 5种金属元素的 浓度都比较高， 大大超过 标准值 ； 授泡水中以上各 种元素含量较低， 但是仍有部分矿区超标， 存在着对 所在矿区地下水、 地面水和土壤造成污染的可能性。 为了对煤矸石山的实际溶出情况进行研究。 我 们对舒兰局的九台和营城 以及通化局的橙树矿矸 石山的坡 面径流进行监测 。 结果表 明 c r 、 A s 、 P b 、 c d 、 C u 、 Z n等元素都有溶 出 见表 5 ， 并且部分元 素超过地 表水环境 质量 G HZ B 11 9 9 9中 Ⅲ类标 准． 如橙树矿的 CA 、 Z n超过 Ⅲ类水质标准。 维普资讯 1 1 2 地 理 科 学 2 2卷 衰 4 沈阳矿务局奉浜郑索矸蛹大气监测结果 单位 m T a b l e 4 Th e d e t e ma h a d r 札 。 f a t m o s p h e h a Z b e n 菌 g ng h i l l o f S he n y a n g * 居住区空气中有害物质最高允许{ 盘 度田3 6 7 9 衰5 矸石山被面径流水质分析 单位 m L Ta b l e 5 Th e q u a I l t y。 f s t o p in r u n , if [o n g n n g u e h i l l 2 ． 3 生态危害 煤矸石的堆 积破 坏了原有地 区的 自然景 观。 由于东北地区众多煤矿分布在平原地区． 煤矸石的 堆积占据了大量耕地， 抚顺西露天矿治理前有 3个 大型矸 石舍场． 总占地面积 2 2 ． 4 h ， 火 区面积 3 0 2 ． 9 8 h mz 。3 个舍场横贯市区南部， 长达 1 5 k m， 既占用了大量的 良田． 又破坏了生态环境。东北地 区有些矿区煤矸石山的堆积侵占了原有的林地． 并 且煤矸石 自燃常常影响林区树木的正常生长， 使树 木生长缓慢 ． 病虫害增多。 3 煤矸石污染的治理对策 3 ． 1 充分认识煤矸石的资源晨性， 开展综台利用 煤矸石具有双重属性， 它 不仅是一种 固体废 物， 同时也是一种重要的资源。过去 ． 煤矿以生产 煤炭为唯一任务， 煤矸石被 当作 固体废 物堆 积起 来。各地的经验表 明， 煤矸石具有广泛 的应用价 值． 它兼有煤、 岩石、 化工原料的性质。作为煤可以 用来作矸 石电厂和矿 山沸腾炉的燃料． 利用其余 热， 制成型煤还适合层燃炉使用“ 。作为岩石， 在 建材领域用途广泛， 如制砖 、 制瓦、 铺路， 既可以替 代粘土和石料， 又能节约能源。作为化工原料， 由 于煤矸石 中硅的含量高， 可以利用有效硅元素制得 硅系列化学品及硅铝系列化学品， 如 硅酸钠、 硫酸 铝、 聚合氰化铝等。另外还可以用来生产水泥等建 材产品。 在煤矿地区． 应 改变单 一煤 炭生产 的发展模 式。在矿 山规划设计中将煤 矸石利用和煤炭生产 同样重视． 由于历史积累的煤矸石． 各种煤矸石混 杂在一起， 不利于使用， 常常作为土木工程用料， 降 低了其利用价值， 因此 在矿 山规划和开采时应依据 煤矸石的不同资源属性 ， 分类堆放 ． 充分利用其价 值。发展矸石资源化产业， 使之与煤炭生产同步进 行。这样不仅可以解决煤矸石的环境问题． 而且有 利于矿区健康、 可持续的发展。 3 ． 2 开展土地复垦是解决煤矸石污染的I要途径 许多矿区的建 设已经彻底改变 了原有的景观 格局． 必须以恢复和重建相结台才能修复地表景 观。煤矸石在矿区土地复垦中具有特殊的作用， 它 在塌陷地复垦中是填充材料的主体， 同时， 矸石 山 本身也可以复垦为林业用地 J 。 在煤矿区有大面积的塌陷地 、 洼地， 用煤矸石 填埋塌陷地后 ． 可以用作建筑用地， 也可 以在其上 覆土还田， 直接种植农作物。这样可以同时解决矿 区塌陷地和煤矸石的生态问题， 抚顺矿务局近年来 复垦塌陷地 4 4 h r n z ， 利用煤矸石 1 ． 21 0 t ， 作物 产量较高． 如蔬菜生产良好， 萝 平均个重 2 k g ， 白 菜平均个重 2 5 k g 以上- ． ． 经济效益明显， 同时还 具有一定的生态和社会效益。 林业复垦是矸石 山生态改造的有效形式 ， 通过 种树同时混播牧草 】 ， 可以恢复植被， 从而有效 改 善矸石山及其周 围的环境状况 选 择适生的、 有 经 济价值的树种． 有利于在改善生态环境的同时创遣 一 定经济效益。东北地 区煤矸石含硫量低， 风化后 为中性． 复垦较容易。鹤岗矿务局用林业复垦治理 煤矸石获得成功， 煤矸石 山经过平整， 然后覆盖 5 e r fi厚土壤， 种植樟子松、 落叶松． 单株生长发育 正 常， 成活率高， 从 1 9 8 5年至 1 9 9 1年鹤岗市煤矸石 维普资讯 1 期 刘杖海等 东北地区煤矸石环境危害及对策 1 1 3 复垦造林 已达 2 4 h m ， 成活率为 9 4 ％ 】 。 3 ． 3 提高煤矸石利用效益。 实现可持续发展 煤矸石的治理关键是需要较大投入。当前， 由 于多敦煤矿经济面临困难 ， 无法投入大量资金开展 矸石山的治理。因此， 在确定矸 石具体利用、 加工 的方案时， 应当选择效益好 的项 目， 积极利用高新 技术， 使产品具有较高的附加值， 如开发硫酸铝、 聚 合氯化铝、 特种氧化铝【 6 以及硅酸盐水泥熟料等。 煤矸石深加工的利用量较少， 产品质量和技术条件 都要求较高， 但常常创造较高的经济效益， 能够实 现可持续的 自我 良性发展。通过多种途 径开发煤 矸石， 培植新的经济增长点， 改变单 一的以煤炭采 选为主的生产方式， 以当地煤炭资源 为依托， 积极 利用新技术促进技术含量高的部门的发展， 增强企 业竞争能力； 由于长期的开采， 许多煤矿的储量不 断减少， 发展煤矸石利用产业有利于改变以煤炭产 业为主导的地位的局面 ， 形成综合性 的工业体 系， 实现煤矿城市的可持续发展。 3 ， 4 加强法律规范和致策引导 虽然有关部门制定了矸石山管理的法规， 但从 末端管理显然不够， 应 当从矿山立项设计开始， 即 用法律手段规范煤矸石的管理和利用， 使之贯彻于 煤矿建设和生产的全过程。完善的煤矸石处理方 案， 处理工程， 应当与煤矿建设同步实施， 并且及时 检查和验收。对于煤矸石综合利 用项 目， 政府应 当 从征地、 投资、 税收、 环保等多方面给予优惠政策， 加大扶持力度。 要制订切实可行的管理措施， 积极推广。 谁污 染， 谁付费” ， “ 谁治理， 谁受益” n 的政策， 提高厂矿 企业的积极性， 对煤矸石山的复垦及综合利用要制 订优惠政策， 鼓励企业或个人对煤矸石进行治理唧 利用； 积极扶持一批积极性高、 技术力量雄厚的 业或集团来承担对环境污染的统一治理， 形成一定 的规模效应。在治理方面， 可以避免重复投资， 促 进先进技术的推广和使用。同时， 不应仅仅停留在 煤矸石的单项治理上， 应注重单项治理和整体治理 相结合， 把土地复垦及资源化利用统筹规划， 使之 成为有机的整体 ， 把新建矿区的建设和废弃矿区的 治理统一起来， 使煤矸石治理具有综合性和可持续 性 。 参考文献 【 1 ] 刘圣勇． 煤矸石层燃与工艺研究【 J ] ． 环境污染与防治， 1 9 9 9 ． 2 1 2 1 0～1 3 【 2 ] 郭小娟． 贾萍， 刘鬣． 煤矸石山环境同墨及袷理的研究【 J ]山 西农业大学学报 ， 1 9 9 8 ， 1 8 2 l 3 9 ～1 4 1 ． 【 3 ] 王志亚． 辞． 煤矸石复量工程中绿罡牧草对矸石风化层生态 环境影响[ 刀． 土壤学报， 1 9 9 6 ，拍 3 3 1 7 --3 2 1 ． 【 4 ] 刘景双， 王叠选， 张学林， 等． 煤擞j - 瞎地复量珏田生意重建 研究【 刀． 地理科 学， 2 0 0 0 ， ∞ 2 1 8 9 --1 9 2 ． 【 5 ] 林魔． 用业复垦治理矸石环境[ J ] ． 环境佩护， 1 9 9 2 ， 1 2 2 9 -- 3 0 ． 【 6 ] 张征莹， 张登高． 煤矸石的化工利用和开发 【 J ] ， 理代化工， 1 9 9 8 ， 4 9 ～l 0 ． 【 7 ] 博伯杰， 阵划璜， 干秀渡 中茸生态环境的新特点爰其对策 【 J ] ． 环境科学 ， 2 0 0 0 ， 2 1 5 1 0 4 ～1 0 6 ． Ha z a r d s a n d Co u nt e r me a s u r e s o f t h e Ga ng u e i n No r t h e a s t o f Ch i n a L I U Ru - h a l ，WANG Qi c h so，LI U J i n g - s h u a n g C h a n g c h u nI n s t i t u t e o fG e o g r a p h y ，t h eC h i n e s e A c a d e m y o fS c i e n c e s ，C h a n g c h u n， J i l i n 1 3 0 0 2 1 Ab s t r a c t I n t h e No r t h e a s t o f Ch i n a ，t h e mi n i n g h i s t o r y i s l o n g a n d t h e a c e m-n u l a fi o n o f g a n g o e i s h u g e ．Th e p r o d u c t i o n of g a ng u e i s a b o u t 3 3 M t i n 1 9 9 6 a n d a b o u t 5 9 ． 7 ％ o f g a n g u e Was u s e d ．Th e g a ng u e h i l l h a s i n fl u ． e n c e d t he e n v i r o n me n t s a n d p e o p l e ’ S h e a l t h a rou n d ．I n t h i s p a p e r ，t h e f e a t u r e s a n d t h e h a z a r d s o f g a n g u e s we r e a n a l y z e d ，t h e n we g i v e t h e me t h o d s o f u t i l i z a t i o n o f g a n g u e i n t h e No r t h e a s t o f C h i n a ， f o r e x a mp l e u s e d 8 S f u e l o f p u l v e r i z e d - c o a l b o i l e r i n g a n g u e p o wd e r p l a n t ，t h e p r o d u c t i o n o f b u i l d i n g ma t e ri a l s ， t h e c h e mi c a l d e e p p r o c e s s i n g o f g a n g u e ，e c o l o g i e a 1 r e c l a i m o f g a n g u e h i l l e t c ．At l a s t ，s o me p o l i c i e s we p r 0 t O a d ． mi n i s t e r t h e g a n g u e p r o d u c t i o n Ke y wo r d s g a n g u e ；No r t h e a s t o f Ch i n a ；e n v i r o n me n t a I h a z a r d s c o u n t e r me a s u r e 维普资讯