不同直径煤矸石内污染物释放性能研究

张维双

（山西潞安集团左权阜生煤业有限公司，山西 晋中 032600）

煤炭在开采过程中会产生大量的煤矸石[1]，据统计我国煤矸石的年产量达到1.6 亿吨以上。 煤矸石主要采用野外堆砌的方式存放，并用于制砖、烧结[2]或制备水处理材料[3]等。 煤矸石的存放不仅占用了大量的土地资源，而且由于长期的堆放，在雨水浸湿、地表水侵蚀的过程中，煤矸石内的微量有毒有害物质会逐渐的渗漏，对堆积区域的水土产生严重的污染，无法满足环境治理的要求。

煤矸石堆放过程中有害物质的析出程度和煤矸石颗粒的大小等有密切的关系[4]，但目前尚未有文献对煤矸石直径大小和有害物质析出程度的相互关系进行研究。 因此，本文采用静态浸泡试验、分析测试等方法对不同样本、不同颗粒直径下的有害物质析出情况进行研究。 结果发现，煤矸石的直径为0.18～0.25 mm的情况下污染物的析出量最大，直径越小煤矸石浸出液中的Ec量越大，其浸出液内的总硬度也是越大；通过控制煤矸石的直径能够减少煤矸石堆积过程中有害物质渗漏，同时煤矸石堆积时间不超过3 天时能够显著降低污染物的析出量。

1 试验方案制定

由于煤矸石内的污染物渗入地下水后，其运移污染面积会迅速扩大且难以有效治理[5]，因此为了对不同区域、 不同直径煤矸石有害物质的渗漏特性进行研究，选取不同区域内的煤矸石，采用破碎机，将其直径分别设置为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然后利用烘干炉对其进行烘干处理，对煤矸石内的元素成分进行分析，结果如表1 所示。

在对煤矸石有害物质析出情况进行分析时，采用了静态浸泡的试验方案，取不同颗粒直径的煤矸石各10 g，然后将其放入到150 ml的锥形瓶内，加入100 ml蒸馏水使其完全混合均匀，充分混合后对其进行过滤处理，然后对不同颗粒直径煤矸石的浸出液进行测定，通过对浸出液内各物质离子含量的测定即可确定不同煤矸石颗粒析出有害物质的能力。

为了确保测试结果的准确性，对Ec（溶液中可溶性盐的浓度）的测试采用了电导率仪测试法，对浸出液内的总硬度的测定采用了依地酸（EDTA）测定法，对离子液酸碱度的测试采用了玻璃电极法，对氧化还原电位（ORP）的测试主要采用了电位法。

2 溶液酸碱度和氧化还原点位分布

利用静态浸泡试验后测定的数据，绘制溶液中酸碱度和氧化还原点位分布曲线如图1 所示。

图1 溶液中酸碱度和氧化还原点位分布曲线

分析图1 结果可知，随着煤矸石直径的减小，溶液中的酸碱度先逐渐减小，最终稳定在6.29处，在变化过程中直径为0.18～0.25 mm的煤矸石颗粒处于一个临界点，颗粒直径大于0.25 mm后煤矸石溶液酸碱度基本处于稳定状态，颗粒直径小于0.18 mm后，溶液酸碱度迅速下降。

综上所述，煤矸石颗粒直径0.18～0.25 mm时为有害物质析出量变化的转折点，因此需要保证堆积的煤矸石颗粒直径大于0.25 mm，才能有效降低在堆积过程中有害物质析出对环境的影响。

3 Ec及总硬度变化分布

采用电导率仪测试法及依地酸（EDTA）测定法，对析出溶液内的Ec及总硬度情况进行监测，结果如图2 所示。

图2 不同颗粒直径下Ec 及浸出液内的总硬度变化曲线

由图2 可知，不同直径煤矸石析出溶液内的Ec值随着颗粒直径减小而逐渐增加，当颗粒直径大于0.25 mm时，其Ec值逐渐降低，当颗粒直径低于0.18 mm后，Ec值随着颗粒直径减少基本处于平稳状态。 这主要是由于煤矸石的颗粒直径越小，煤矸石和蒸馏水的整体接触比表面积增加，加快煤矸石颗粒表面无机物的释放，当直径低于某一水平时，接触比表面积基本恒定，无机物释放速度将不再增加。

矸石析出溶液总硬度随着煤矸石颗粒直径减小而逐渐增大，当其直径小于0.18 mm后，硬度达到最大并逐渐趋于平稳。

综上所述，当煤矸石的颗粒直径为0.18～0.25 mm时，溶液内的Ec及总硬度处在一个转折点处。

4 硫离子、铁离子释放影响

对析出液内硫离子和铁离子的量进行分析，绘制不同颗粒直径下的离子含量变化曲线如图3所示。

图3 硫离子和浸出液内铁离子浓度变化曲线

由图3 可知，溶液内的铁离子浓度随着煤矸石颗粒直径地减小而逐渐增大，当其颗粒直径小于0.18 mm后溶液内的铁离子浓度基本达到恒定。这主要是溶液内的PH值呈弱酸性，抑制了铁离子从煤矸石内释放出来[5]。

溶液内的硫离子浓度则随着煤矸石颗粒直径的降低，先增加然后逐渐趋于稳定，其临界的颗粒直径为0.18～0.25 mm，溶液内硫离子浓度的变化主要是由于煤矸石颗粒直径的减小，增加了和液体接触的比表面积，加快了煤矸石中硫离子的释放。

5 时间对溶液酸碱度和氧化还原点位分布影响

为了分析时间对溶液酸碱度和氧化还原点位分布的影响，取直径2.6 mm的煤矸石，采用静态浸泡法，不同浸泡时间后溶液中酸碱度和氧化还原点位分布，结果如图4 所示。

为贯彻中央领导同志重要批示精神，2018年9月23日，农业农村部副部长于康震一行赴河北省开展非洲猪瘟防控工作督查。于康震强调，要坚持疫病防控和生产供应两手抓，全面落实非洲猪瘟各项防控措施，严防疫情扩散蔓延，确保北京猪肉产品有效供给和市场稳定。

图4 时间对煤矸石析出液酸碱度和氧化还原点位分布的影响

分析结果可知，随着浸泡时间的增加，溶液内酸碱度呈现逐渐下降的趋势，且在前3 天时间内酸碱度的变化不大，当超过3 天后，酸碱度迅速降低。 溶液内氧化还原点的分布则随着浸泡时间的增加逐渐增大，在前3 天内氧化还原点迅速增加，当超过3 天后氧化还原点基本不变。 由此可知，煤矸石在堆叠时，堆积时间尽量不要超过3 天，能够显著降低污染物的析出量。

通过验证可知，煤矸石颗粒直径的大小对污染物溶解的速度有很大影响，当其颗粒直径为0.18～0.25 mm时其中各类污染物的释放均达到一个较大的临界值，直径小于0.18 mm后，污染物的释放量缓慢增加，直径大于0.25 mm后污染物的释放量迅速下降。 因此，矿区在进行煤矸石处理的时候，要尽量使其颗粒直径大于0.25 mm，以减少煤矸石在堆积过程中对区域内水土的污染。

煤矸石堆积时间小于3 天时，能够有效降低有害物质的析出，减少对环境的污染。

6 结论

针对煤矸石在堆放过程中向外析出有害物质，对环境造成污染的现状，利用静态浸泡、分析测试等试验方法，对不同直径煤矸石污染物的析出量进行分析，结果表明：

1）不同直径煤矸石析出溶液内的Ec值随着颗粒直径地减小而逐渐增加，溶液总硬度也是随着煤矸石颗粒直径地减小而逐渐增大。

2）溶液内的铁离子浓度随着煤矸石颗粒直径地减小而逐渐增大，硫离子浓度则是随着煤矸石颗粒直径的降低而增加。

3）当煤矸石的直径为0.18～0.25 mm的情况下污染物的析出为一个临界值，直径大于0.25 mm后能够有效降低有害物质析出量；煤矸石堆积时间小于3 天时，能够有效地降低有害物质的析出，减少对环境的污染。