煤中微量元素在土壤環(huán)境中的遷移

白云寶

【摘 要】受外界條件的作用，煤或煤矸石中的微量元素會發(fā)生變化。當(dāng)微量元素被析出，伴隨水體運(yùn)動進(jìn)入土壤環(huán)境，會發(fā)生遷移和富集運(yùn)動。但土壤環(huán)境條件會制約其遷移的能力。本文通過實(shí)驗(yàn)分析了煤中微量元素在土壤環(huán)境中的遷移能力，并根據(jù)其周圍土壤中微量元素平面或垂向上含量的變化，研究了煤中微量元素對土壤環(huán)境的影響及微量元素的富集能力，從而為科學(xué)判斷微量元素在土壤環(huán)境的效應(yīng)提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】微量元素；土壤環(huán)境；遷移；煤；淋溶實(shí)驗(yàn)

0.前言

煤或煤矸石在地面的燃燒產(chǎn)物在貯存過程中，在外力作用下如：雨水、其他介質(zhì)等，會有一定量的微量元素進(jìn)入土壤，并對土壤環(huán)境產(chǎn)生潛在的危害和破壞影響。本文以我國某煤礦區(qū)為例，通過淋濾實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)土壤實(shí)驗(yàn)分析，研究了微量元素在土壤中的遷移與環(huán)境效應(yīng)。

1.土壤實(shí)驗(yàn)與微量元素在土壤環(huán)境中的遷移

1.1實(shí)驗(yàn)步驟及方法簡述

（a）取制樣品：將該煤層的樣品直徑粒度制成<0.05mm，并取1kg放于經(jīng)過稀HNO3洗過的玻璃瓶內(nèi)。

（b）淋溶：通過蒸餾水和稀HNO3進(jìn)行配置PH=4的溶液進(jìn)行淋溶，同時將溫度升到80℃。

（c）土壤選?。喉肥車嵝酝寥溃琍H值在4-7，取30kg，粒度制成<0.05mm，均與混合后平鋪到玻璃槽中（玻璃槽不能滲水）。

（d）過濾：在玻璃槽一端放置濾網(wǎng)，濾網(wǎng)直徑要求<0.025mm，并在有濾網(wǎng)玻璃槽一端下方放置玻璃缸以接收土壤滲出的淋濾水。

（e）采樣：土壤經(jīng)過80℃水淋溶兩天后，按照距淋濾液的距離，每隔20cm進(jìn)行采樣，共采集3個樣品，分別用S1、S2、S3表示，測定其Pb、Zn、Cu、As元素。

結(jié)果如表1：

1.2結(jié)果分析

通過表1數(shù)據(jù)可知， 微量元素在土壤中的遷移有以下特點(diǎn)：

（a）經(jīng)過淋溶液滲濾的土壤，微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于原土壤分?jǐn)?shù)，如通過比較距淋溶液入滲處20cm、40cm、60cm處的As質(zhì)量得分均比原土壤高0.05×10-6、0.03×10-6、0.01×10-6，Zn、Pb分別高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。這點(diǎn)證明了土壤環(huán)境的富集和遷移作用。

（b）污染源和土壤環(huán)境中微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比。也即是距污染源越近， 微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，污染越嚴(yán)重；反之，則污染較輕。從而證明了微量元素的遷移距離和析出源遠(yuǎn)近有著密切的關(guān)系。

（c）微量元素在煤或煤矸石中質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其淋溶析出的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較高，對土壤環(huán)境的污染能力也較強(qiáng)。

（d）表中As土壤中析出的量要小于Zn、Pb的析出的量，當(dāng)距離淋溶液入滲處相同時，Zn、Pb 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于As，證明了Zn、Pb在煤中的含量較高。如表2

通過對表2的研究還可以得出，盡管原煤中Zn的質(zhì)量得分高于As的得分，但淋溶液入滲前后的分差與As質(zhì)量分差之比要低于Pb，表明了Pb的溶出強(qiáng)度要大于Zn。并且通過淋溶前后分差比值來看，比值的大小和入滲處的距離有密切的關(guān)系，距離越遠(yuǎn)，比值越大，說明了元素在土壤的遷移能力的不同，Zn、Pb的遷移能力要大于Cu。

2.土壤測試與微量元素在土壤環(huán)境中的遷移

2.1采樣與測試

本次采樣選用某礦煤矸石和矸石堆東側(cè)，煤矸石樣按不同的巖石和不同來源的矸石手揀采集，共采集G1、G2、G3、G4、G5、G6共6個樣品，煤矸石主要為泥巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂巖；土壤選取距離煤矸石堆10 m內(nèi)，每隔2m采一個樣品，共采集T1、T2、T3， 3個樣品。10m至30m內(nèi)，每隔5m采一個樣品，共采集T4、T5、T6 ，3個樣品。主要對以下7種微量元素進(jìn)行測試，詳見表3，表4。

2.2實(shí)驗(yàn)分析

通過表3、表4分析：

（a）土壤中微量元素隨著距離煤矸石越近，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高。

（b）微量元素在土壤中遷移和富集能力和其進(jìn)入土壤的源頭的距離有關(guān)，距離微量元素源頭越近，呈現(xiàn)出遷移、富集的規(guī)律性變化越明顯。

垂直方向的規(guī)律性：

通過對煤矸石堆周圍土壤環(huán)境中Hg在垂向上的變化研究，如表5，可知，煤矸石周圍土壤中，Hg的含量均高于土壤的對照點(diǎn)，說明其對土壤的環(huán)境效應(yīng)最為明顯。

3.微量元素在土壤環(huán)境中的遷移形式

3.1物理遷移

一般來說，在水淋溶過程中，煤、煤矸石及煤的灰渣中的金屬微量元素常常以離子形式進(jìn)入土壤環(huán)境中，這些金屬離子或絡(luò)合離子在土壤環(huán)境中可以直接遷移至地面水體，并不會與水發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。但在土壤環(huán)境中，大多金屬微量元素被吸附于土壤膠體表面或包含于礦物顆粒內(nèi)，伴隨著土壤中水分流動而被機(jī)械搬運(yùn)。這種現(xiàn)象在多雨地區(qū)尤為突出。干旱地區(qū)的機(jī)械遷移最常見的形式是塵土飛揚(yáng)，這點(diǎn)可以由人們在離煤矸石堆較遠(yuǎn)的地方經(jīng)?？吹胶⒘吭氐耐寥李w粒的塵土和灰塵得到證明。

3.2生物遷移

生物遷移主要包含兩方面，一方面是指通過植物的根系吸收土壤環(huán)境的部分金屬微量元素，并在自身體內(nèi)積累；另一方面是指土壤環(huán)境中的金屬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環(huán)境中動物啃食。生物遷移可以凈化土壤，降低土壤污染度，但對于生物來說，如果金屬微量元素富集過多，會導(dǎo)致自身的污染甚至產(chǎn)生變異。這種情況在礦區(qū)周圍經(jīng)常發(fā)生。

4.結(jié)語

本文通過土壤淋濾實(shí)驗(yàn)和煤矸石堆周圍土壤采樣測試的研究，總結(jié)以下結(jié)論：

（a）土壤環(huán)境含水性、腐殖質(zhì)的多少、水的性質(zhì)等對元素的遷移距離和能力有著控制作用。

（b）微量元素在土壤中的遷移距離和污染源的距離成反比，和微量元素的含量成正比。

（c）植物盡管可以吸收土壤中的微量元素，但如果微量元素積累過多，將會嚴(yán)重影響植物新陳代謝，甚至導(dǎo)致植物死亡。

【參考文獻(xiàn)】

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