不同粒级煤矸石风化物总有机碳含量比较

于淼　韩周　王大鹏　魏忠义　王秋兵

摘要：对抚顺西露天矿煤矸石山表层煤矸石风化母岩进行多点取样，把风化物筛分成>2mm、2mm～0.05mm和<0.25mm 3个粒级，分析测定了矸石山表层母岩及其风化物不同粒级中总有机碳含量，比较了表层矸石不同粒级风化物总有机碳的含量差异。结果表明：矸石山表层风化物总有机碳在53.1 ～84.7 g·kg-1之间，母岩总有机碳在4.5～23.6 g·kg-1之间。页岩风化物<0.05mm粒级总有机碳含量最高，均值为118.4mg·kg-1；燃后矸石风化物在<0.05mm粒级中有机碳含量次之，均值为108.8 mg·kg-1。随着风化物颗粒减小，表层矸石风化物总有机碳含量有逐渐升高的趋势。

关键词：煤矸石；粒级；有机碳

中图分类号：S153.6文献标识码：A文章编号：16749944（2014）02016803

1引言

抚顺矿区矸石山表层风化物是在地表风化作用下，表层矸石逐渐瓦解形成风化物，成分以碳质页岩和绿色泥岩为主＼[1～3＼]。关于矸石山的研究，国内学者在矸石山环境地球化学及复垦种植等方面进行了大量研究＼[4～8＼]，但将矸石山不同粒级的风化废渣资源化利用的研究较少。本文选取抚顺西露天矿矸石山表层0～20cm内未受人为扰动的矸石及风化样品进行总有机碳分析，比较矸石山表层母岩及不同粒级风化物的总有机碳在含量上的差异，对该矿区矸石再利用提供基础数据。

2材料与方法

2.1研究区概况

辽宁省抚顺市年均温4～7℃，年均降雨量800mm。抚顺煤矿位于抚顺市浑河南岸冲积平原，东西长约15km，南北宽约3km。矿区周边形成的巨型矸石山均分布着碳质页岩、绿色泥岩、燃后页岩。本次研究的对象为西排土场，位于抚顺西露天矿坑以西2.5km，占地面积12.9km2，堆积高度120m，矸石堆积量8.6亿m3，顶部平台面积7.69 km2，是西露天矿最大的一座矸石山，复垦年限约20年。西排土场表层排弃物主要由碳质页岩、绿色泥岩等物料组成，混杂堆积，周边土壤类型为棕壤，种植作物主要是玉米和小麦。

2.2样品采集

通过对矸石山及周边情况调查，在矸石山表层进行了条件取样，多处寻找符合研究目标的页岩、泥岩及燃后矸石等典型原状多粒级风化样品，以2mm、0.05mm（美国制）作为粒级分界点筛分为砾石、砂粒、粉黏粒＼[11～14＼]，经筛分和虹吸法得到>2mm、2～0.05mm、<0.05mm 3个粒级的样品，并对各粒级样品进行了总有机碳分析测定。

2.3样品分析方法

样品分级采用筛分法＼[3＼]和虹吸法＼[9＼]，总有机碳测定采用元素分析仪（ElementarⅢ，德国）＼[10＼]。数据处理采用Excel软件。

3结果与讨论

3.1煤矸石风化物颗粒组成比例

矸石山表层煤矸石风化物组成比例见表1。由表1数据可知，页岩风化物、泥岩风化物以及燃后矸石风化物中>2mm的砾石均占较大比例，其范围在55.2%～83.9%之间。砂粒含量次之，范围在13%～32.6%之间。粉黏粒含量相对较少，范围在3.1%～12.2%之间。在>2mm砾石中，燃后矸石风化物砾石比例最高，泥岩风化物次之，页岩风化物比例最低。在2mm～0.05mm砂粒中，页岩风化物比例最高，泥岩风化物次之，燃后矸石风化物比例最低；在<0.05mm的粉黏粒中，页岩风化物相对比例最高，泥岩风化物次之，粉黏粒比例最低是燃后矸石风化物。

3.2煤矸石及其风化物总有机碳含量

煤矸石、泥岩及其风化物中总有机碳含量见表2。由表2数据可知，页岩母岩总有机碳均值为23.6 g·kg-1，页岩风化物总有机碳均值为84.7 g·kg-1。泥岩母岩总有机碳均值为4.5 g·kg-1，泥岩风化物总有机碳均值为53.1 g·kg-1。燃烧后的矸石风化物总有机碳均值为68.7g·kg-1。据表1数据可知，矸石山表层风化物总有机碳的均值高于相应的母岩含量，分析认为矸石山表层风化物中总有机碳来源受外界影响，风化物总有机碳含量均值在53.1～84.7 g·kg-1之间。表1煤4结 论

抚顺矿区西排土场矸石山表层风化物砾石所占比例范围为55.2%～83.9%，砂粒所占比例范围为13%～32.6%，粉黏粒所占比例范围为3.1%～12.2%。

矸石山表层风化物总有机碳含量在53.1 ～84.7g·kg-1之间，母岩总有机碳含量在4.5 ～23.6 g·kg-1。碳质页岩风化物<0.05mm粒级总有机碳含量最高，均值为118.4mg·kg-1；燃后矸石风化物在<0.05mm粒级中有机碳含量次之，均值为108.8 mg·kg-1。不同粒级页岩风化物总有机碳含量随着风化物颗粒减小，有机碳含量有升高趋势。

参考文献：

[1] 张长森.煤矸石资源化综合利用新技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2] 周树理.矿山废弃地复垦与绿化[M].北京：中国林业出版社，1995：137～148.

[3] 魏忠义，韩周，王秋兵.煤矸石风化物不同粒级中重金属Cd含量及其形态变化[J].生态环境学报，2009，18（5）：1761～1763.

[4] 魏忠义，陆亮，王秋兵.抚顺西露天矿大型煤矸石山及其周边土壤重金属污染研究[J].土壤通报， 2008， 39（4）： 946～949.

[5] 高国雄.国内外工矿区土地复垦动态研究[J].水土保持研究，2001，8（1）：98～103.

[6] 白中科，赵景逵，朱荫循.试论矿区生态重建[J].自然资源学报，1999，14（1）32～38.

[7] 刘景双，王金达，张学林.煤矿塌陷地复垦还田生态重建研究[J].地理科学，2000，20（2）：189～192.

[8] 涂从，郑春荣，陈怀满.铜矿尾矿库土壤—植被体系的现状研究[J].土壤学报，2000，37（2）：284～287.

[9] 于淼，魏忠义，王秋兵.不同粒级煤矸石风化物矿质元素含量变化及风化程度分析[J].山西农业科学，2008，36（5）：66～69.

[10] 丁青波，王秋兵，魏忠义.抚顺矿区不同复垦年限土壤养分及有机碳特征[J].2007，38（2）：262～264.

[11] [美]GUY.D史密斯.土壤系统分类概念的理论基础[M].北京：北京农业大学出版社，1988：123～125.

[12] Xie YH Li QP Li QP.Effect of rhizobium inoculation on clover grown in weathering product of coal gangue and immature yellow soil[J].Soils & fertilizers，1995（1）：41～43.

[13] Lefroy R D B.Blair G J.Strong W M. Changes in soil organic matter with cropping as measured by organic C fractions and 13C natural isotope abundance Plant and Soil.1993.

[14] Hong JP Lin DY Lin DY.The roles of green manure forage grass in the improvement of ecological environment of coal gangue hills[J]. Rural Ecological Environment，1996.endprint

摘要：对抚顺西露天矿煤矸石山表层煤矸石风化母岩进行多点取样，把风化物筛分成>2mm、2mm～0.05mm和<0.25mm 3个粒级，分析测定了矸石山表层母岩及其风化物不同粒级中总有机碳含量，比较了表层矸石不同粒级风化物总有机碳的含量差异。结果表明：矸石山表层风化物总有机碳在53.1 ～84.7 g·kg-1之间，母岩总有机碳在4.5～23.6 g·kg-1之间。页岩风化物<0.05mm粒级总有机碳含量最高，均值为118.4mg·kg-1；燃后矸石风化物在<0.05mm粒级中有机碳含量次之，均值为108.8 mg·kg-1。随着风化物颗粒减小，表层矸石风化物总有机碳含量有逐渐升高的趋势。

关键词：煤矸石；粒级；有机碳

中图分类号：S153.6文献标识码：A文章编号：16749944（2014）02016803

1引言

抚顺矿区矸石山表层风化物是在地表风化作用下，表层矸石逐渐瓦解形成风化物，成分以碳质页岩和绿色泥岩为主＼[1～3＼]。关于矸石山的研究，国内学者在矸石山环境地球化学及复垦种植等方面进行了大量研究＼[4～8＼]，但将矸石山不同粒级的风化废渣资源化利用的研究较少。本文选取抚顺西露天矿矸石山表层0～20cm内未受人为扰动的矸石及风化样品进行总有机碳分析，比较矸石山表层母岩及不同粒级风化物的总有机碳在含量上的差异，对该矿区矸石再利用提供基础数据。

2材料与方法

2.1研究区概况

辽宁省抚顺市年均温4～7℃，年均降雨量800mm。抚顺煤矿位于抚顺市浑河南岸冲积平原，东西长约15km，南北宽约3km。矿区周边形成的巨型矸石山均分布着碳质页岩、绿色泥岩、燃后页岩。本次研究的对象为西排土场，位于抚顺西露天矿坑以西2.5km，占地面积12.9km2，堆积高度120m，矸石堆积量8.6亿m3，顶部平台面积7.69 km2，是西露天矿最大的一座矸石山，复垦年限约20年。西排土场表层排弃物主要由碳质页岩、绿色泥岩等物料组成，混杂堆积，周边土壤类型为棕壤，种植作物主要是玉米和小麦。

2.2样品采集

通过对矸石山及周边情况调查，在矸石山表层进行了条件取样，多处寻找符合研究目标的页岩、泥岩及燃后矸石等典型原状多粒级风化样品，以2mm、0.05mm（美国制）作为粒级分界点筛分为砾石、砂粒、粉黏粒＼[11～14＼]，经筛分和虹吸法得到>2mm、2～0.05mm、<0.05mm 3个粒级的样品，并对各粒级样品进行了总有机碳分析测定。

2.3样品分析方法

样品分级采用筛分法＼[3＼]和虹吸法＼[9＼]，总有机碳测定采用元素分析仪（ElementarⅢ，德国）＼[10＼]。数据处理采用Excel软件。

3结果与讨论

3.1煤矸石风化物颗粒组成比例

矸石山表层煤矸石风化物组成比例见表1。由表1数据可知，页岩风化物、泥岩风化物以及燃后矸石风化物中>2mm的砾石均占较大比例，其范围在55.2%～83.9%之间。砂粒含量次之，范围在13%～32.6%之间。粉黏粒含量相对较少，范围在3.1%～12.2%之间。在>2mm砾石中，燃后矸石风化物砾石比例最高，泥岩风化物次之，页岩风化物比例最低。在2mm～0.05mm砂粒中，页岩风化物比例最高，泥岩风化物次之，燃后矸石风化物比例最低；在<0.05mm的粉黏粒中，页岩风化物相对比例最高，泥岩风化物次之，粉黏粒比例最低是燃后矸石风化物。

3.2煤矸石及其风化物总有机碳含量

煤矸石、泥岩及其风化物中总有机碳含量见表2。由表2数据可知，页岩母岩总有机碳均值为23.6 g·kg-1，页岩风化物总有机碳均值为84.7 g·kg-1。泥岩母岩总有机碳均值为4.5 g·kg-1，泥岩风化物总有机碳均值为53.1 g·kg-1。燃烧后的矸石风化物总有机碳均值为68.7g·kg-1。据表1数据可知，矸石山表层风化物总有机碳的均值高于相应的母岩含量，分析认为矸石山表层风化物中总有机碳来源受外界影响，风化物总有机碳含量均值在53.1～84.7 g·kg-1之间。表1煤4结 论

抚顺矿区西排土场矸石山表层风化物砾石所占比例范围为55.2%～83.9%，砂粒所占比例范围为13%～32.6%，粉黏粒所占比例范围为3.1%～12.2%。

矸石山表层风化物总有机碳含量在53.1 ～84.7g·kg-1之间，母岩总有机碳含量在4.5 ～23.6 g·kg-1。碳质页岩风化物<0.05mm粒级总有机碳含量最高，均值为118.4mg·kg-1；燃后矸石风化物在<0.05mm粒级中有机碳含量次之，均值为108.8 mg·kg-1。不同粒级页岩风化物总有机碳含量随着风化物颗粒减小，有机碳含量有升高趋势。

参考文献：

[1] 张长森.煤矸石资源化综合利用新技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2] 周树理.矿山废弃地复垦与绿化[M].北京：中国林业出版社，1995：137～148.

[3] 魏忠义，韩周，王秋兵.煤矸石风化物不同粒级中重金属Cd含量及其形态变化[J].生态环境学报，2009，18（5）：1761～1763.

[4] 魏忠义，陆亮，王秋兵.抚顺西露天矿大型煤矸石山及其周边土壤重金属污染研究[J].土壤通报， 2008， 39（4）： 946～949.

[5] 高国雄.国内外工矿区土地复垦动态研究[J].水土保持研究，2001，8（1）：98～103.

[6] 白中科，赵景逵，朱荫循.试论矿区生态重建[J].自然资源学报，1999，14（1）32～38.

[7] 刘景双，王金达，张学林.煤矿塌陷地复垦还田生态重建研究[J].地理科学，2000，20（2）：189～192.

[8] 涂从，郑春荣，陈怀满.铜矿尾矿库土壤—植被体系的现状研究[J].土壤学报，2000，37（2）：284～287.

[9] 于淼，魏忠义，王秋兵.不同粒级煤矸石风化物矿质元素含量变化及风化程度分析[J].山西农业科学，2008，36（5）：66～69.

[10] 丁青波，王秋兵，魏忠义.抚顺矿区不同复垦年限土壤养分及有机碳特征[J].2007，38（2）：262～264.

[11] [美]GUY.D史密斯.土壤系统分类概念的理论基础[M].北京：北京农业大学出版社，1988：123～125.

[12] Xie YH Li QP Li QP.Effect of rhizobium inoculation on clover grown in weathering product of coal gangue and immature yellow soil[J].Soils & fertilizers，1995（1）：41～43.

[13] Lefroy R D B.Blair G J.Strong W M. Changes in soil organic matter with cropping as measured by organic C fractions and 13C natural isotope abundance Plant and Soil.1993.

[14] Hong JP Lin DY Lin DY.The roles of green manure forage grass in the improvement of ecological environment of coal gangue hills[J]. Rural Ecological Environment，1996.endprint

摘要：对抚顺西露天矿煤矸石山表层煤矸石风化母岩进行多点取样，把风化物筛分成>2mm、2mm～0.05mm和<0.25mm 3个粒级，分析测定了矸石山表层母岩及其风化物不同粒级中总有机碳含量，比较了表层矸石不同粒级风化物总有机碳的含量差异。结果表明：矸石山表层风化物总有机碳在53.1 ～84.7 g·kg-1之间，母岩总有机碳在4.5～23.6 g·kg-1之间。页岩风化物<0.05mm粒级总有机碳含量最高，均值为118.4mg·kg-1；燃后矸石风化物在<0.05mm粒级中有机碳含量次之，均值为108.8 mg·kg-1。随着风化物颗粒减小，表层矸石风化物总有机碳含量有逐渐升高的趋势。

关键词：煤矸石；粒级；有机碳

中图分类号：S153.6文献标识码：A文章编号：16749944（2014）02016803

1引言

抚顺矿区矸石山表层风化物是在地表风化作用下，表层矸石逐渐瓦解形成风化物，成分以碳质页岩和绿色泥岩为主＼[1～3＼]。关于矸石山的研究，国内学者在矸石山环境地球化学及复垦种植等方面进行了大量研究＼[4～8＼]，但将矸石山不同粒级的风化废渣资源化利用的研究较少。本文选取抚顺西露天矿矸石山表层0～20cm内未受人为扰动的矸石及风化样品进行总有机碳分析，比较矸石山表层母岩及不同粒级风化物的总有机碳在含量上的差异，对该矿区矸石再利用提供基础数据。

2材料与方法

2.1研究区概况

辽宁省抚顺市年均温4～7℃，年均降雨量800mm。抚顺煤矿位于抚顺市浑河南岸冲积平原，东西长约15km，南北宽约3km。矿区周边形成的巨型矸石山均分布着碳质页岩、绿色泥岩、燃后页岩。本次研究的对象为西排土场，位于抚顺西露天矿坑以西2.5km，占地面积12.9km2，堆积高度120m，矸石堆积量8.6亿m3，顶部平台面积7.69 km2，是西露天矿最大的一座矸石山，复垦年限约20年。西排土场表层排弃物主要由碳质页岩、绿色泥岩等物料组成，混杂堆积，周边土壤类型为棕壤，种植作物主要是玉米和小麦。

2.2样品采集

通过对矸石山及周边情况调查，在矸石山表层进行了条件取样，多处寻找符合研究目标的页岩、泥岩及燃后矸石等典型原状多粒级风化样品，以2mm、0.05mm（美国制）作为粒级分界点筛分为砾石、砂粒、粉黏粒＼[11～14＼]，经筛分和虹吸法得到>2mm、2～0.05mm、<0.05mm 3个粒级的样品，并对各粒级样品进行了总有机碳分析测定。

2.3样品分析方法

样品分级采用筛分法＼[3＼]和虹吸法＼[9＼]，总有机碳测定采用元素分析仪（ElementarⅢ，德国）＼[10＼]。数据处理采用Excel软件。

3结果与讨论

3.1煤矸石风化物颗粒组成比例

矸石山表层煤矸石风化物组成比例见表1。由表1数据可知，页岩风化物、泥岩风化物以及燃后矸石风化物中>2mm的砾石均占较大比例，其范围在55.2%～83.9%之间。砂粒含量次之，范围在13%～32.6%之间。粉黏粒含量相对较少，范围在3.1%～12.2%之间。在>2mm砾石中，燃后矸石风化物砾石比例最高，泥岩风化物次之，页岩风化物比例最低。在2mm～0.05mm砂粒中，页岩风化物比例最高，泥岩风化物次之，燃后矸石风化物比例最低；在<0.05mm的粉黏粒中，页岩风化物相对比例最高，泥岩风化物次之，粉黏粒比例最低是燃后矸石风化物。

3.2煤矸石及其风化物总有机碳含量

煤矸石、泥岩及其风化物中总有机碳含量见表2。由表2数据可知，页岩母岩总有机碳均值为23.6 g·kg-1，页岩风化物总有机碳均值为84.7 g·kg-1。泥岩母岩总有机碳均值为4.5 g·kg-1，泥岩风化物总有机碳均值为53.1 g·kg-1。燃烧后的矸石风化物总有机碳均值为68.7g·kg-1。据表1数据可知，矸石山表层风化物总有机碳的均值高于相应的母岩含量，分析认为矸石山表层风化物中总有机碳来源受外界影响，风化物总有机碳含量均值在53.1～84.7 g·kg-1之间。表1煤4结 论

抚顺矿区西排土场矸石山表层风化物砾石所占比例范围为55.2%～83.9%，砂粒所占比例范围为13%～32.6%，粉黏粒所占比例范围为3.1%～12.2%。

矸石山表层风化物总有机碳含量在53.1 ～84.7g·kg-1之间，母岩总有机碳含量在4.5 ～23.6 g·kg-1。碳质页岩风化物<0.05mm粒级总有机碳含量最高，均值为118.4mg·kg-1；燃后矸石风化物在<0.05mm粒级中有机碳含量次之，均值为108.8 mg·kg-1。不同粒级页岩风化物总有机碳含量随着风化物颗粒减小，有机碳含量有升高趋势。

参考文献：

[1] 张长森.煤矸石资源化综合利用新技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2] 周树理.矿山废弃地复垦与绿化[M].北京：中国林业出版社，1995：137～148.

[3] 魏忠义，韩周，王秋兵.煤矸石风化物不同粒级中重金属Cd含量及其形态变化[J].生态环境学报，2009，18（5）：1761～1763.

[4] 魏忠义，陆亮，王秋兵.抚顺西露天矿大型煤矸石山及其周边土壤重金属污染研究[J].土壤通报， 2008， 39（4）： 946～949.

[5] 高国雄.国内外工矿区土地复垦动态研究[J].水土保持研究，2001，8（1）：98～103.

[6] 白中科，赵景逵，朱荫循.试论矿区生态重建[J].自然资源学报，1999，14（1）32～38.

[7] 刘景双，王金达，张学林.煤矿塌陷地复垦还田生态重建研究[J].地理科学，2000，20（2）：189～192.

[8] 涂从，郑春荣，陈怀满.铜矿尾矿库土壤—植被体系的现状研究[J].土壤学报，2000，37（2）：284～287.

[9] 于淼，魏忠义，王秋兵.不同粒级煤矸石风化物矿质元素含量变化及风化程度分析[J].山西农业科学，2008，36（5）：66～69.

[10] 丁青波，王秋兵，魏忠义.抚顺矿区不同复垦年限土壤养分及有机碳特征[J].2007，38（2）：262～264.

[11] [美]GUY.D史密斯.土壤系统分类概念的理论基础[M].北京：北京农业大学出版社，1988：123～125.

[12] Xie YH Li QP Li QP.Effect of rhizobium inoculation on clover grown in weathering product of coal gangue and immature yellow soil[J].Soils & fertilizers，1995（1）：41～43.

[13] Lefroy R D B.Blair G J.Strong W M. Changes in soil organic matter with cropping as measured by organic C fractions and 13C natural isotope abundance Plant and Soil.1993.

[14] Hong JP Lin DY Lin DY.The roles of green manure forage grass in the improvement of ecological environment of coal gangue hills[J]. Rural Ecological Environment，1996.endprint