贵州某煤矸石堆场重金属迁移研究.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：贵州某煤矸石堆场重金属迁移研究石开仪，刘品祯，周静（黔南民族师范学院化学化工学院，贵州都匀 ）摘要：煤矸石含多种重金属，对周边耕地存在一定污染风险。以贵州某煤矸石堆场周边土壤为研究对象，通过消解法对重金属进行溶出，利用原子吸收法测定重金属含量。结果发现，、和 的质量分数（）分别为 、和 。沿着边坡海拔降低方向、下风向和山积水沟渠方向上，重金属均发生有规律迁移。最后，通过地质积累指数（）判定：为轻度污染，为轻度污染到中强度污染，部分点位 达到重度污染和非常严重污染程度。关键词：煤矸石；重金属；污染；迁移；地质积累指数中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，（），（），：；我国是煤炭生产和消费大国，煤炭占我国一次能源的 左右，煤炭开采会产生大量的煤矸石 。根据每年的煤炭产量和洗选精煤产量，中国煤矸石年排放量为 亿 。煤矸石是我国占地最广和累计存量最多的工业废弃物之一，约占全国工业生产废渣排放量的四分之一 。煤矸石长期堆积不仅占用大量土地，而且由于风化和雨水渗漏，会造成土地污染和水污染，是矿区环境保护的重大问题 。土壤是环境要素的重要组成部分，它承担着环境中大约 各种来源的污染物。煤矸石的矿物组成不同，通常为石英、云母、黏土、黄铁矿，以及钙、镁和铁的碳酸盐等 。在雨水和地表水的淋滤或浸泡作用下，其中的一些重金属元素会进入水体和土壤环境，从而造成水体质量下降，土壤功能破坏，影响生态发展，危害人体健康。重金属是典型的土壤污染物，具有隐蔽性、难降解、移动性差和易被富集等特点，可影响土壤微生物区系、生态物种和微生物过程，进而影响生态系统的结构与功能。因此，有必要对土壤中主要重金属元素（锌、铜、铝、镉等）的状况进行研究 ，为环境现状评价和探究改良土壤提供依据。材料与方法 样品采集根据土壤样品采集点的原则和煤矸石堆场的地形地貌，采用放射状布点法，在六盘水某洗煤厂的煤矸石堆场布置 条样品采集路线，分别为季风主吹风向（）、（）和 线（），雨水淋滤流出煤矸石的可能方向 线（、）。实验土壤样品采集布点图如图 所示。图 实验土壤样品采集布点图土壤样品的采集：除去土壤表面的较大杂质、煤块等物后，采集深度为 的表层土壤样品 ，再以此点为圆心、为半径的圆周上选定 个采样点，分别采集 土壤样品。将 个土壤样品混合均匀，用四分法取 组成一个样品，带回实验室，置于通风处自然风干后破碎过 目筛（）。年 月云南化工 第 卷第 期 ，此外，至 、至 为同一个点不同采样深度，深度分布为 、和 。土壤样品的消解采用 湿法进行消解处理 。首先，称取土壤样品 置于聚四氟乙烯烧杯中，以少量水润湿后，缓缓加入 王水，盖上表面皿，静 置 过 夜。次 日，在 电 热 板 上 加 热 蒸 发（），不时摇动溶液，不使样品结块，至黄烟消失，冲洗表面皿，蒸发至黏稠状结晶。第三，分别向每个烧杯中加入 氢氟酸，将加热温度升至 左右，待聚四氟乙烯烧杯中酸量剩余数毫升时取下，加入 的高氯酸，继续升温加热至冒白烟（温度控制在 ），取下冷却，用水冲洗杯壁，继续加热至白烟冒尽，重复 次，直至样品完全分解，取下冷却。最后，沿杯壁加入浓度为 的 ，微热使盐类溶解至溶液清亮，冷却后转移至 容量瓶中，以浓度为 的 定容，摇匀备用。重金属含量测定采用原子吸收法对 、五种重金属 元 素 进 行 测 定，测 定 波 长 分 别 为 、和 。首先，配制不同已知浓度的标准重金属溶液，通过测定其吸光度，可绘制“吸光度 浓度”标准曲线。各吸光度与各重金属的标准曲线如下：土壤样品重金属污染评价 年，德国科学家 提出的地累积指数（）广泛用于定量评价沉积物中重金属污染的指标，计算公式为（）。（）（）式中，为地累积指数，为样品中重金属元素的质量分数（）；为样品中重金属元素 的化学背景值，本文以贵州表生沉积物地球化学重金属质量分数为背景参照值，、背景值分别为 、。据 的大小，将重金属污染程度分为七个等级，如表 所列。表 重金属污染程度评价体系 等级污染程度 无污染轻度中度中强强严重 非常严重 结果与分析 重金属测试结果根据 部分中获得的各标准曲线，计算获得各样品的重金属质量分数如表 所列。由表 可知，、和 质量分数分别为 、和 ，对应平均质量分数分别为 、和 。五种重金属含量的大小顺序为 。表 不同土壤样品中重金属质量分数一览表 （）编号 注：表中各样品数代表如图 所示。矸石山边坡周边重金属迁移规律 和 布点线均为矸石山低洼地带由高海拔至低海拔采样的（如图 所示）。各重金属含量变化如图 所示。图 煤矸石山边坡重金属迁移规律 年 月云南化工 第 卷第 期 ，在 采样线上，、三种元素呈现先降低后增加的趋势，所有重金属元素在 采样点含量最低。这是因为该点为低洼点，为重金属迁移上游，在雨水淋溶作用下，重金属向下游（即 方向）迁移。在 采样线上，所有重金属均呈现沿 方向增加的趋势，这是由于矸石山重金属淋溶和粉尘随风迁移造成的。风向对重金属迁移的影响 布点采样线（、）不属于低洼海拔下降，仅随风向分布，为上风向，为下风向，各重金属含量变化如图 所示。由图 可知，五种重金属随风向呈增加的趋势。例如，质量分数由 增加至 、，说明粉尘迁移仍起到明显的作用。图 风向对重金属迁移的影响 山积水径流对重金属迁移的影响 布点采样线（、）属于山积水径流方向，各重金属分布如图 所示。由图 可知，呈现先降低后升高趋势，其他 种元素呈现先增加后下降趋势；、四种元素整体呈下降趋势，展现了重金属随径流淋溶，向下迁移；而 号位置稍有增加，这是由于该处有矸石山中重金属沿 线汇入造成的。图 重金属随山积水径流方向迁移规律 土壤深度对重金属迁移的影响 布点采样线（、）是沿着不同深度采样，各金属含量分布如图 所示。由图 可知，除了 、变化不明显外，其他元素沿着随着深度增加，重金属含量也随之增加，呈现向下迁移趋势。图 土壤深度的迁移规律 土壤重金属污染评价依据公式（）对 个采样点的五类重金属的地质积累指数（）进行计算，并按照表 中的污染标准进行计算，结果如表 所列。由表 可知，所有位点的 ，和 ，均小于，属于无污染，证明由煤矸石山造成的 和 含量增加不明显；所有位点的 ，均在 ，属于轻度污染等次，说明矸石中少量 溶解并迁移到土壤中；个位点中，布点线上 、采样位点属于轻度 污染；，。采样位点和 布点线上的 个位点均属于中度污染，。位点属于中强度 污染，。个点位中，有 个点位无铅污染，个点位中度铅污染，点位中强度铅污染，点位铅污染非常严重，。表 不同土壤样品中重金属地累积指数编号 ，（下转第 页）年 月云南化工 第 卷第 期 ，参考。参考文献：国家药典委员会 中华人民共和国药典：一部 北京：中国医药科技出版社，：，（）：郭欣，林珊，吴丽明，等 灯盏细辛化学成分及药理作用研究进展 中成药，（）：高丽，戚育芳，李学芳 灯盏花及其混淆品种的鉴别 云南中医中药杂志，（）：李学芳，张洁，张彬若，等 灯盏细辛及伪品密毛紫菀的生药学鉴别 广 州 中 医 药 大 学 学 报，（）：云南省药物研究所 云南重要天然药物 昆明：云南科技出版社，：马小兵，吕露阳，王甜甜，等 多基原藏药材“美多罗米”中质量标志物的初步预测及分析 中草药，（）：马小兵，张英秀，苏学燕，等 青藏高原产 种紫菀属植物的生药学研究 华西药学杂志，（）：，“”，（）：李强，杜思邈，张忠亮，等 中药指纹图谱技术进展及未来发展方向展望 中草药，（）：肖琳婧，刘莹莹，赵禹，等 指纹图谱结合化学计量学的不同产地灯盏花药材和近缘种样品的质量评价 中草药，（）：张洪，武正才，黄春球，等 市售灯盏花药材及其提取物 指纹图谱研究 中国民族民间医药，（）：江冬英，胡巧云 不同产地灯盏花成分指纹图谱研究 亚太传统医药，（）：陆毅，张睿懿，段银，等 灯盏花 指纹图谱的建立及 个成分的含量测定 中药材，（）：收稿日期：基 金 项 目：云 南 省 药 品 监 管 科 学 研 究 计 划 项 目（）；“兴滇英才支持计划”项目经费支持；中医联合专项 面上项目（）；云南省高层次中医药人才培养对象“彝医学”学科带头人培养项目经费支持。作者简介：晏润文（），男，硕士，主管药师，主要从事药品化妆品质量标准研究。通讯作者：徐士奎（），男，硕士，副主任药师，主要从事 中 药、民 族 药 质 量 标 准 研 究。：（上接第 页）结论根据研究，得到如下结论：）、的质量分数分别为 、，对应平均质 量 分 数 分 别 为 、和 。）煤矸石中的重金属随着边坡海拔降低方向、下风向、山积水沟渠方向均发生有规律迁移。在垂直方向上，重金属也呈向下迁移趋势。）根据地质积累指数（）对重金属污染进行判定发现，和 无污染，轻度污染，为轻度污染到中强度污染，有的点位 达到重度污染和非常严重污染程度（，）。参考文献：谭敏 典型高潜水位煤矿区重金属时空分布特征及复垦适宜性研究 北京：中国矿业大学，姚逸，邹荣灿，邓秋婷，等 六盘水响水镇煤矸石修复场木豆重金属分布特征与生态风险评价 环境影响评价，（）：邢雅珍 淮南市土壤重金属 、的分布特征及其与有机碳的关系 淮南：安徽理工大学，方良成，郑恒，刘少敏 煤矸石充填复垦区对周围土壤重金属影响特征 当代化工研究，（）：曹云全，张双圣，刘汉湖，等 煤矸石中重金属动态淋滤和静态浸泡溶出特征研究 河北工程大学学报，（）：张锂，韩国才 黄土高原煤矿区煤矸石中重金属对土壤污染的研究 煤炭学报，（）：韩波 煤矸石中重金属对农田生态系统污染及其在环境中迁移的研究 扬州：扬州大学，张明亮，王海霞 煤矿区矸石山周边土壤重金属污染特征与规律 水土保持学报，（）：李娟 高硫煤矸石废弃地重金属污染特征及其迁移规律研究 北京：中国矿业大学，（）：收稿日期：基金项目：贵州省高等学校工程研究中心（黔教技 ）；青年科技人才成长项目（黔教合 字 ）。作者简介：石开仪（），男，博士，教授，从事矿产资源开发与综合利用方面研究。通讯作者：刘品祯。：