煤中微量元素在土壤环境中的迁移

白云宝

【摘 要】受外界条件的作用，煤或煤矸石中的微量元素会发生变化。当微量元素被析出，伴随水体运动进入土壤环境，会发生迁移和富集运动。但土壤环境条件会制约其迁移的能力。本文通过实验分析了煤中微量元素在土壤环境中的迁移能力，并根据其周围土壤中微量元素平面或垂向上含量的变化，研究了煤中微量元素对土壤环境的影响及微量元素的富集能力，从而为科学判断微量元素在土壤环境的效应提供依据。

【关键词】微量元素；土壤环境；迁移；煤；淋溶实验

0.前言

煤或煤矸石在地面的燃烧产物在贮存过程中，在外力作用下如：雨水、其他介质等，会有一定量的微量元素进入土壤，并对土壤环境产生潜在的危害和破坏影响。本文以我国某煤矿区为例，通过淋滤实验和室内土壤实验分析，研究了微量元素在土壤中的迁移与环境效应。

1.土壤实验与微量元素在土壤环境中的迁移

1.1实验步骤及方法简述

（a）取制样品：将该煤层的样品直径粒度制成<0.05mm，并取1kg放于经过稀HNO3洗过的玻璃瓶内。

（b）淋溶：通过蒸馏水和稀HNO3进行配置PH=4的溶液进行淋溶，同时将温度升到80℃。

（c）土壤选取：矸石周围酸性土壤，PH值在4-7，取30kg，粒度制成<0.05mm，均与混合后平铺到玻璃槽中（玻璃槽不能渗水）。

（d）过滤：在玻璃槽一端放置滤网，滤网直径要求<0.025mm，并在有滤网玻璃槽一端下方放置玻璃缸以接收土壤渗出的淋滤水。

（e）采样：土壤经过80℃水淋溶两天后，按照距淋滤液的距离，每隔20cm进行采样，共采集3个样品，分别用S1、S2、S3表示，测定其Pb、Zn、Cu、As元素。

结果如表1：

1.2结果分析

通过表1数据可知， 微量元素在土壤中的迁移有以下特点：

（a）经过淋溶液渗滤的土壤，微量元素质量分数均大于原土壤分数，如通过比较距淋溶液入渗处20cm、40cm、60cm处的As质量得分均比原土壤高0.05×10-6、0.03×10-6、0.01×10-6，Zn、Pb分别高0.40×10-6、0. 29×10-6、0. 24×10-6和0. 67×10-6、0. 48×10-6、0. 29×10-6。这点证明了土壤环境的富集和迁移作用。

（b）污染源和土壤环境中微量元素的质量分数成正比。也即是距污染源越近， 微量元素的质量分数越高，污染越严重；反之，则污染较轻。从而证明了微量元素的迁移距离和析出源远近有着密切的关系。

（c）微量元素在煤或煤矸石中质量分数越高，其淋溶析出的质量分数也较高，对土壤环境的污染能力也较强。

（d）表中As土壤中析出的量要小于Zn、Pb的析出的量，当距离淋溶液入渗处相同时，Zn、Pb 的质量分数依然远远高于As，证明了Zn、Pb在煤中的含量较高。如表2

通过对表2的研究还可以得出，尽管原煤中Zn的质量得分高于As的得分，但淋溶液入渗前后的分差与As质量分差之比要低于Pb，表明了Pb的溶出强度要大于Zn。并且通过淋溶前后分差比值来看，比值的大小和入渗处的距离有密切的关系，距离越远，比值越大，说明了元素在土壤的迁移能力的不同，Zn、Pb的迁移能力要大于Cu。

2.土壤测试与微量元素在土壤环境中的迁移

2.1采样与测试

本次采样选用某矿煤矸石和矸石堆东侧，煤矸石样按不同的岩石和不同来源的矸石手拣采集，共采集G1、G2、G3、G4、G5、G6共6个样品，煤矸石主要为泥岩、炭质泥岩、粉砂岩；土壤选取距离煤矸石堆10 m内，每隔2m采一个样品，共采集T1、T2、T3， 3个样品。10m至30m内，每隔5m采一个样品，共采集T4、T5、T6 ，3个样品。主要对以下7种微量元素进行测试，详见表3，表4。

2.2实验分析

通过表3、表4分析：

（a）土壤中微量元素随着距离煤矸石越近，其质量分数越高。

（b）微量元素在土壤中迁移和富集能力和其进入土壤的源头的距离有关，距离微量元素源头越近，呈现出迁移、富集的规律性变化越明显。

垂直方向的规律性：

通过对煤矸石堆周围土壤环境中Hg在垂向上的变化研究，如表5，可知，煤矸石周围土壤中，Hg的含量均高于土壤的对照点，说明其对土壤的环境效应最为明显。

3.微量元素在土壤环境中的迁移形式

3.1物理迁移

一般来说，在水淋溶过程中，煤、煤矸石及煤的灰渣中的金属微量元素常常以离子形式进入土壤环境中，这些金属离子或络合离子在土壤环境中可以直接迁移至地面水体，并不会与水发生任何化学反应。但在土壤环境中，大多金属微量元素被吸附于土壤胶体表面或包含于矿物颗粒内，伴随着土壤中水分流动而被机械搬运。这种现象在多雨地区尤为突出。干旱地区的机械迁移最常见的形式是尘土飞扬，这点可以由人们在离煤矸石堆较远的地方经常看到含微量元素的土壤颗粒的尘土和灰尘得到证明。

3.2生物迁移

生物迁移主要包含两方面，一方面是指通过植物的根系吸收土壤环境的部分金属微量元素，并在自身体内积累；另一方面是指土壤环境中的金属微量元素被土壤中的微生物吸收，或富集微量元素的表土被土壤环境中动物啃食。生物迁移可以净化土壤，降低土壤污染度，但对于生物来说，如果金属微量元素富集过多，会导致自身的污染甚至产生变异。这种情况在矿区周围经常发生。

4.结语

本文通过土壤淋滤实验和煤矸石堆周围土壤采样测试的研究，总结以下结论：

（a）土壤环境含水性、腐殖质的多少、水的性质等对元素的迁移距离和能力有着控制作用。

（b）微量元素在土壤中的迁移距离和污染源的距离成反比，和微量元素的含量成正比。

（c）植物尽管可以吸收土壤中的微量元素，但如果微量元素积累过多，将会严重影响植物新陈代谢，甚至导致植物死亡。

【参考文献】

[1]王运泉，任德贻.煤及其燃烧产物中微量元素的淋滤试验研究.环境科学，1996，17（1）：16-19.

[2]李林涛等.煤矸石中微量重金属对环境的污染问题.煤炭科学总院西安分院文集，1991，（5）：22-26.

[3]李天杰.土壤环境学.北京： 高等教育出版社，1995：102-136.