張維雙

（山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

煤炭在開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煤矸石[1]，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)煤矸石的年產(chǎn)量達(dá)到1.6 億噸以上。 煤矸石主要采用野外堆砌的方式存放，并用于制磚、燒結(jié)[2]或制備水處理材料[3]等。 煤矸石的存放不僅占用了大量的土地資源，而且由于長(zhǎng)期的堆放，在雨水浸濕、地表水侵蝕的過程中，煤矸石內(nèi)的微量有毒有害物質(zhì)會(huì)逐漸的滲漏，對(duì)堆積區(qū)域的水土產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，無(wú)法滿足環(huán)境治理的要求。

煤矸石堆放過程中有害物質(zhì)的析出程度和煤矸石顆粒的大小等有密切的關(guān)系[4]，但目前尚未有文獻(xiàn)對(duì)煤矸石直徑大小和有害物質(zhì)析出程度的相互關(guān)系進(jìn)行研究。 因此，本文采用靜態(tài)浸泡試驗(yàn)、分析測(cè)試等方法對(duì)不同樣本、不同顆粒直徑下的有害物質(zhì)析出情況進(jìn)行研究。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，煤矸石的直徑為0.18～0.25 mm的情況下污染物的析出量最大，直徑越小煤矸石浸出液中的Ec量越大，其浸出液內(nèi)的總硬度也是越大；通過控制煤矸石的直徑能夠減少煤矸石堆積過程中有害物質(zhì)滲漏，同時(shí)煤矸石堆積時(shí)間不超過3 天時(shí)能夠顯著降低污染物的析出量。

1 試驗(yàn)方案制定

由于煤矸石內(nèi)的污染物滲入地下水后，其運(yùn)移污染面積會(huì)迅速擴(kuò)大且難以有效治理[5]，因此為了對(duì)不同區(qū)域、 不同直徑煤矸石有害物質(zhì)的滲漏特性進(jìn)行研究，選取不同區(qū)域內(nèi)的煤矸石，采用破碎機(jī)，將其直徑分別設(shè)置為0.096～0.15 mm、0.15～0.18 mm、0.18～0.25 mm、0.25～0.425 mm、0.425～0.85 mm、0.85～6.70 mm然后利用烘干爐對(duì)其進(jìn)行烘干處理，對(duì)煤矸石內(nèi)的元素成分進(jìn)行分析，結(jié)果如表1 所示。

在對(duì)煤矸石有害物質(zhì)析出情況進(jìn)行分析時(shí)，采用了靜態(tài)浸泡的試驗(yàn)方案，取不同顆粒直徑的煤矸石各10 g，然后將其放入到150 ml的錐形瓶?jī)?nèi)，加入100 ml蒸餾水使其完全混合均勻，充分混合后對(duì)其進(jìn)行過濾處理，然后對(duì)不同顆粒直徑煤矸石的浸出液進(jìn)行測(cè)定，通過對(duì)浸出液內(nèi)各物質(zhì)離子含量的測(cè)定即可確定不同煤矸石顆粒析出有害物質(zhì)的能力。

為了確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)Ec（溶液中可溶性鹽的濃度）的測(cè)試采用了電導(dǎo)率儀測(cè)試法，對(duì)浸出液內(nèi)的總硬度的測(cè)定采用了依地酸（EDTA）測(cè)定法，對(duì)離子液酸堿度的測(cè)試采用了玻璃電極法，對(duì)氧化還原電位（ORP）的測(cè)試主要采用了電位法。

2 溶液酸堿度和氧化還原點(diǎn)位分布

利用靜態(tài)浸泡試驗(yàn)后測(cè)定的數(shù)據(jù)，繪制溶液中酸堿度和氧化還原點(diǎn)位分布曲線如圖1 所示。

圖1 溶液中酸堿度和氧化還原點(diǎn)位分布曲線

分析圖1 結(jié)果可知，隨著煤矸石直徑的減小，溶液中的酸堿度先逐漸減小，最終穩(wěn)定在6.29處，在變化過程中直徑為0.18～0.25 mm的煤矸石顆粒處于一個(gè)臨界點(diǎn)，顆粒直徑大于0.25 mm后煤矸石溶液酸堿度基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，顆粒直徑小于0.18 mm后，溶液酸堿度迅速下降。

綜上所述，煤矸石顆粒直徑0.18～0.25 mm時(shí)為有害物質(zhì)析出量變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此需要保證堆積的煤矸石顆粒直徑大于0.25 mm，才能有效降低在堆積過程中有害物質(zhì)析出對(duì)環(huán)境的影響。

3 Ec及總硬度變化分布

采用電導(dǎo)率儀測(cè)試法及依地酸（EDTA）測(cè)定法，對(duì)析出溶液內(nèi)的Ec及總硬度情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同顆粒直徑下Ec 及浸出液內(nèi)的總硬度變化曲線

由圖2 可知，不同直徑煤矸石析出溶液內(nèi)的Ec值隨著顆粒直徑減小而逐漸增加，當(dāng)顆粒直徑大于0.25 mm時(shí)，其Ec值逐漸降低，當(dāng)顆粒直徑低于0.18 mm后，Ec值隨著顆粒直徑減少基本處于平穩(wěn)狀態(tài)。 這主要是由于煤矸石的顆粒直徑越小，煤矸石和蒸餾水的整體接觸比表面積增加，加快煤矸石顆粒表面無(wú)機(jī)物的釋放，當(dāng)直徑低于某一水平時(shí)，接觸比表面積基本恒定，無(wú)機(jī)物釋放速度將不再增加。

矸石析出溶液總硬度隨著煤矸石顆粒直徑減小而逐漸增大，當(dāng)其直徑小于0.18 mm后，硬度達(dá)到最大并逐漸趨于平穩(wěn)。

綜上所述，當(dāng)煤矸石的顆粒直徑為0.18～0.25 mm時(shí)，溶液內(nèi)的Ec及總硬度處在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)處。

4 硫離子、鐵離子釋放影響

對(duì)析出液內(nèi)硫離子和鐵離子的量進(jìn)行分析，繪制不同顆粒直徑下的離子含量變化曲線如圖3所示。

圖3 硫離子和浸出液內(nèi)鐵離子濃度變化曲線

由圖3 可知，溶液內(nèi)的鐵離子濃度隨著煤矸石顆粒直徑地減小而逐漸增大，當(dāng)其顆粒直徑小于0.18 mm后溶液內(nèi)的鐵離子濃度基本達(dá)到恒定。這主要是溶液內(nèi)的PH值呈弱酸性，抑制了鐵離子從煤矸石內(nèi)釋放出來[5]。

溶液內(nèi)的硫離子濃度則隨著煤矸石顆粒直徑的降低，先增加然后逐漸趨于穩(wěn)定，其臨界的顆粒直徑為0.18～0.25 mm，溶液內(nèi)硫離子濃度的變化主要是由于煤矸石顆粒直徑的減小，增加了和液體接觸的比表面積，加快了煤矸石中硫離子的釋放。

5 時(shí)間對(duì)溶液酸堿度和氧化還原點(diǎn)位分布影響

為了分析時(shí)間對(duì)溶液酸堿度和氧化還原點(diǎn)位分布的影響，取直徑2.6 mm的煤矸石，采用靜態(tài)浸泡法，不同浸泡時(shí)間后溶液中酸堿度和氧化還原點(diǎn)位分布，結(jié)果如圖4 所示。

為貫徹中央領(lǐng)導(dǎo)同志重要批示精神，2018年9月23日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部副部長(zhǎng)于康震一行赴河北省開展非洲豬瘟防控工作督查。于康震強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持疫病防控和生產(chǎn)供應(yīng)兩手抓，全面落實(shí)非洲豬瘟各項(xiàng)防控措施，嚴(yán)防疫情擴(kuò)散蔓延，確保北京豬肉產(chǎn)品有效供給和市場(chǎng)穩(wěn)定。

圖4 時(shí)間對(duì)煤矸石析出液酸堿度和氧化還原點(diǎn)位分布的影響

分析結(jié)果可知，隨著浸泡時(shí)間的增加，溶液內(nèi)酸堿度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，且在前3 天時(shí)間內(nèi)酸堿度的變化不大，當(dāng)超過3 天后，酸堿度迅速降低。 溶液內(nèi)氧化還原點(diǎn)的分布則隨著浸泡時(shí)間的增加逐漸增大，在前3 天內(nèi)氧化還原點(diǎn)迅速增加，當(dāng)超過3 天后氧化還原點(diǎn)基本不變。 由此可知，煤矸石在堆疊時(shí)，堆積時(shí)間盡量不要超過3 天，能夠顯著降低污染物的析出量。

通過驗(yàn)證可知，煤矸石顆粒直徑的大小對(duì)污染物溶解的速度有很大影響，當(dāng)其顆粒直徑為0.18～0.25 mm時(shí)其中各類污染物的釋放均達(dá)到一個(gè)較大的臨界值，直徑小于0.18 mm后，污染物的釋放量緩慢增加，直徑大于0.25 mm后污染物的釋放量迅速下降。 因此，礦區(qū)在進(jìn)行煤矸石處理的時(shí)候，要盡量使其顆粒直徑大于0.25 mm，以減少煤矸石在堆積過程中對(duì)區(qū)域內(nèi)水土的污染。

煤矸石堆積時(shí)間小于3 天時(shí)，能夠有效降低有害物質(zhì)的析出，減少對(duì)環(huán)境的污染。

6 結(jié)論

針對(duì)煤矸石在堆放過程中向外析出有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成污染的現(xiàn)狀，利用靜態(tài)浸泡、分析測(cè)試等試驗(yàn)方法，對(duì)不同直徑煤矸石污染物的析出量進(jìn)行分析，結(jié)果表明：

1）不同直徑煤矸石析出溶液內(nèi)的Ec值隨著顆粒直徑地減小而逐漸增加，溶液總硬度也是隨著煤矸石顆粒直徑地減小而逐漸增大。

2）溶液內(nèi)的鐵離子濃度隨著煤矸石顆粒直徑地減小而逐漸增大，硫離子濃度則是隨著煤矸石顆粒直徑的降低而增加。

3）當(dāng)煤矸石的直徑為0.18～0.25 mm的情況下污染物的析出為一個(gè)臨界值，直徑大于0.25 mm后能夠有效降低有害物質(zhì)析出量；煤矸石堆積時(shí)間小于3 天時(shí)，能夠有效地降低有害物質(zhì)的析出，減少對(duì)環(huán)境的污染。