醫(yī)學(xué)地質(zhì)發(fā)展對(duì)煤炭科學(xué)利用的促進(jìn)作用

張衛(wèi)國(guó)

摘要：醫(yī)學(xué)地質(zhì)主要研究地球上無(wú)機(jī)物（礦物、巖石、元素等）和有機(jī)物（微生物）對(duì)人類(lèi)、動(dòng)植物的作用和影響。煤炭礦產(chǎn)的亂采濫挖，使礦物、巖石、元素由靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)，也廣泛的擴(kuò)散了有毒有害物質(zhì)對(duì)人類(lèi)健康造成危害。醫(yī)學(xué)地質(zhì)在現(xiàn)今大環(huán)境下為醫(yī)學(xué)與生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)研究的結(jié)合提供了巨大的潛力，促進(jìn)了煤炭資源的科學(xué)合理利用。

關(guān)鍵詞：煤炭利用 煤成分 醫(yī)學(xué)地質(zhì) 潔凈煤技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：F426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0094-02

1 煤炭的有害成分及利用過(guò)程帶來(lái)的危害

煤作為一種工業(yè)燃料，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，從而給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了前所未有的巨大生產(chǎn)力，同時(shí)也推動(dòng)了工業(yè)的向前發(fā)展。然而在煤的開(kāi)采、洗選、運(yùn)輸和利用過(guò)程中，煤中微量元素會(huì)發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化，從而引發(fā)一系列的科學(xué)問(wèn)題。從20世紀(jì)60年代末至今，煤中微量元素對(duì)環(huán)境可能造成的污染越來(lái)越受到重視，有害微量元素含量及其分布規(guī)律是目前地球化學(xué)研究的重點(diǎn)之一。煤中含有許多潛在有害微量元素，這些元素雖然在煤炭的燃燒、加工利用（如洗選）過(guò)程中，從煤中釋放遷移出來(lái)，從而對(duì)環(huán)境造成污染，對(duì)人類(lèi)身體健康造成危害。

煤中的微量元素特別是其中的有害元素是煤炭開(kāi)采出來(lái)以后的主要污染物，有的滲入土壤，降低土壤功能、污染水質(zhì)。用現(xiàn)有的分析技術(shù)手段可以從煤中檢測(cè)到66種元素，從煤樣品、燃煤產(chǎn)物和煤層氣樣品中檢測(cè)到86種元素（地殼中可供統(tǒng)計(jì)的元素共88種）。微量元素在煤里雖然含量很低，但是由于煤炭的開(kāi)采量和利用量很大，從煤中釋放到環(huán)境中的有害元素可以長(zhǎng)期累積，造成對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康的危害?？茖W(xué)家們還十分關(guān)注煤炭在加工利用過(guò)程中微量元素的遷移與轉(zhuǎn)化規(guī)律，煤的開(kāi)采利用過(guò)程正是空氣中有害元素的主要來(lái)源[1]。一些發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視煤中有害微量元素對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)生活及生存環(huán)境的影響，隨著不斷對(duì)資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，煤的微量元素地球化學(xué)研究更趨向于與環(huán)境評(píng)價(jià)相結(jié)合。目前由煤中微量元素導(dǎo)致空氣、水體和土壤受到污染，并危及植物和水生動(dòng)物的情況已有報(bào)道。在我國(guó)，曾經(jīng)報(bào)道過(guò)煤中微量元素直接影響人體健康的實(shí)例，如燃煤型氟中毒、燃煤型砷中毒和由于煤中硒含量超高引起的硒中毒。因此，搞清煤中有害微量元素的含量、賦存狀態(tài)和分布規(guī)律對(duì)于解決這些問(wèn)題是必要的前期工作。

我國(guó)的煤炭開(kāi)采的特點(diǎn)是粗放，開(kāi)采粗放、管理粗放、回收粗放、加工利用粗放。礦區(qū)矸石山不僅占用土地，而且煤矸石風(fēng)化后，潮濕空氣和淋雨把一部分有機(jī)酸溶解，形成酸化淋溶水，隨雨水匯積，造成河水被污染。90%的礦井瓦斯被直接排放到大氣中（每年約為100億m3），導(dǎo)致大氣污染。

我國(guó)近80%的電力能源、供熱、民用燃料、70%的工業(yè)能源、60%的化工原料都來(lái)自煤炭，燃煤年排煙塵量占全國(guó)總排煙塵量的80%左右。原煤的直接燃燒導(dǎo)致大氣污染，酸雨覆蓋面積已占國(guó)土總面積的1/3；燃煤產(chǎn)生的煤渣到處堆放，占用耕地道路。

2 醫(yī)學(xué)地質(zhì)與煤炭利用的相關(guān)研究?jī)?nèi)容

2.1醫(yī)學(xué)地質(zhì)研究?jī)?nèi)容

醫(yī)學(xué)地質(zhì)研究詳細(xì)內(nèi)容包括：微量元素種類(lèi)含量、大氣中的礦物灰塵、火山噴發(fā)物等對(duì)人類(lèi)健康的影響；有機(jī)化合物的運(yùn)移、調(diào)節(jié)和集中對(duì)人類(lèi)健康的危害；放射性元素、微生物等對(duì)人類(lèi)健康的影響；元素和化合物的致癌作用等[2]。顯而易見(jiàn)，煤礦開(kāi)采，燃煤帶來(lái)的對(duì)人類(lèi)環(huán)境和健康的危害與醫(yī)學(xué)地質(zhì)研究的內(nèi)容有著密切的聯(lián)系。目前，我國(guó)煤礦矽肺病人數(shù)已達(dá)40萬(wàn)，并且仍以每年8000人的速度增長(zhǎng)；還有大量的礦井粉塵排入地面污染大氣。

2.2燃煤對(duì)人類(lèi)健康的威脅

我國(guó)能源結(jié)構(gòu)決定了我國(guó)目前重要依靠煤炭資源作為工業(yè)燃料和發(fā)電燃料。在煤炭的燃燒利用過(guò)程中，幾乎同時(shí)伴隨著對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染。煤中的部分元素在燃燒過(guò)程中氧化為有害物質(zhì)，進(jìn)入環(huán)境破壞生態(tài)平衡，威脅著人類(lèi)的生存條件；部分有害物質(zhì)甚至可直接造成人體疾病[3]。中國(guó)部分地區(qū)燃煤引起的地方性氟中毒、砷中毒是嚴(yán)重危害人民身體健康的地方病，而燃煤污染型氟中毒是中國(guó)特有的氟中毒類(lèi)型[4]。

2.3粉塵對(duì)人類(lèi)健康的危害

在煤炭的開(kāi)采、加工、運(yùn)輸和灰分處理過(guò)程中產(chǎn)生大量粉塵。眾所周知，某些類(lèi)型的粉塵對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康的危害已經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間了。工作在大量煤粉塵中的礦工，肺部會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p傷。煤煙中的粉塵也是有害的，因?yàn)槿剂现械难趸韪街跓熿F微粒上形成酸，如果吸入這種微粒則會(huì)侵蝕肺部[5]。20世紀(jì)50年代，倫敦因密集的化學(xué)煙霧，就是由室內(nèi)燃煤取暖引起的。

2.4煤利用帶來(lái)的其他問(wèn)題

人類(lèi)的礦山開(kāi)采活動(dòng)是導(dǎo)致克山病的主要原因，陜北患區(qū)大都只有煤礦及石油礦，金屬礦很少，克山病的高發(fā)與當(dāng)?shù)貛r性有一定相關(guān)性?？松讲^(qū)分布在補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)的過(guò)渡帶，或者地下水徑流滯緩排泄不暢的地帶，病區(qū)飲水礦化度、硬度和主要離子都比非病區(qū)低，某些微量元素含量如Sr、Pb、F、Mo、Se均比非病區(qū)低，而腐殖酸和耗氧量則明顯增加[6]。

另外，煤中的微量元素汞由于流動(dòng)性和易揮發(fā)性成為控制起來(lái)最具有挑戰(zhàn)性的毒物之一；石棉的塵粒也是對(duì)人體有害的，人類(lèi)吸入石棉塵粒會(huì)導(dǎo)致石棉病、肺部纖維病和肺癌[2]。

3 醫(yī)學(xué)地質(zhì)的發(fā)展對(duì)煤炭科學(xué)利用的促進(jìn)作用

人類(lèi)社會(huì)發(fā)展到今日，環(huán)境污染、氣候異常日益凸顯，健康問(wèn)題是人們的最關(guān)注的。醫(yī)學(xué)地質(zhì)這個(gè)古老而又年輕的課題在當(dāng)今大環(huán)境下為地學(xué)界與生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)界研究的結(jié)合提供了巨大的潛力。它可以幫助、調(diào)節(jié)和根除危害人類(lèi)達(dá)數(shù)千年之久的潛在的環(huán)境健康問(wèn)題。

由于我國(guó)個(gè)別地區(qū)由于落后的生產(chǎn)、生活方式，在煤炭開(kāi)采、加工和利用過(guò)程中有害微量元素對(duì)人類(lèi)的危害更加嚴(yán)重，后果不堪設(shè)想[7]。煤中有害元素可能通過(guò)的環(huán)境地球化學(xué)食物鏈對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成影響，各種途徑的滲透，波及面廣，短期內(nèi)不易發(fā)覺(jué)。盡管我國(guó)大多數(shù)煤田和礦區(qū)煤中有害微量元素含量并不高，As、F、Se、U、Hg、Ge等元素在多數(shù)煤中含量很低，但在某些地質(zhì)條件下在煤中富集，造成危害。此外，我國(guó)煤田地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，有害微量元素的分布無(wú)規(guī)律不均勻，我國(guó)有些地區(qū)煤中也存在世界少見(jiàn)高含量的砷、氟、硒等有害元素[8]。因此，研究我國(guó)煤中有害微量元素分布特征、富集成因機(jī)制，及其對(duì)環(huán)境和人體健康的危害，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

醫(yī)學(xué)地質(zhì)研究了煤炭中多種微量元素礦物成分以及粉塵對(duì)人類(lèi)健康的影響，醫(yī)學(xué)地質(zhì)著重解決的地方病多數(shù)與煤炭的利用有著密切的關(guān)系，使我們看到了煤炭不合理利用可能會(huì)帶來(lái)的嚴(yán)重后果；各種病因和致病機(jī)理的研究為煤炭科學(xué)合理利用提供了出發(fā)點(diǎn)和依據(jù)。

4 煤炭科學(xué)利用的技術(shù)途徑

煤炭是我國(guó)能源安全供應(yīng)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要保障，當(dāng)前我國(guó)煤炭工業(yè)仍處于大量浪費(fèi)和粗放開(kāi)發(fā)、簡(jiǎn)洗加工、低效利用、污染環(huán)境和效益低下的狀況[9]。綜上可見(jiàn)，煤礦的不合理開(kāi)采、不科學(xué)的利用給環(huán)境和人類(lèi)健康都帶了巨大的危害。生產(chǎn)和消費(fèi)安全高效的潔凈能源是未來(lái)能源發(fā)展的趨勢(shì)。發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)是提高煤炭利用效率、降低污染物排放及改善對(duì)環(huán)境的影響是能源領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要技術(shù)途徑之一。

潔凈煤技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：（1）燃燒前的加工轉(zhuǎn)化技術(shù)。包括先進(jìn)的洗選技術(shù)、煤氣化技術(shù)、煤層氣開(kāi)發(fā)利用技術(shù)、廢煤處理技術(shù)、水煤漿的輸送技術(shù)等。（2）先進(jìn)的燃煤發(fā)電技術(shù)。包括超臨界煤粉燃燒循環(huán)發(fā)電技術(shù)、循環(huán)流化床燃燒發(fā)電技術(shù)、加壓流化床發(fā)電技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、高效能外燃發(fā)電技術(shù)等。（3）煤燃燒后的脫硫、脫氮及污染控制技術(shù)。包括石灰/石膏法煙氣脫硫技術(shù)、煙氣除塵技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)等。（4）非傳統(tǒng)的煤基發(fā)電技術(shù)。包括先進(jìn)的煤基燃料電池發(fā)電技術(shù)、磁流體發(fā)電技術(shù)等[10]。提高入洗比率推廣使用潔凈煤、發(fā)展煤的液化和氣化尋求煤炭新出路、加強(qiáng)煤矸石的綜合利用是未來(lái)潔凈煤技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

我國(guó)應(yīng)大力發(fā)展?jié)崈裘簯?yīng)用技術(shù)，重視醫(yī)學(xué)地質(zhì)的發(fā)展，從煤的加工利用的各個(gè)環(huán)節(jié)，全方位節(jié)約資源、提高效率，從而使我國(guó)真正走資源節(jié)約型、環(huán)境友好型可持續(xù)發(fā)展的道路。

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