不同粒級煤矸石風化物總有機碳含量比較

于淼　韓周　王大鵬　魏忠義　王秋兵

摘要：對撫順西露天礦煤矸石山表層煤矸石風化母巖進行多點取樣，把風化物篩分成>2mm、2mm～0.05mm和<0.25mm 3個粒級，分析測定了矸石山表層母巖及其風化物不同粒級中總有機碳含量，比較了表層矸石不同粒級風化物總有機碳的含量差異。結(jié)果表明：矸石山表層風化物總有機碳在53.1 ～84.7 g·kg-1之間，母巖總有機碳在4.5～23.6 g·kg-1之間。頁巖風化物<0.05mm粒級總有機碳含量最高，均值為118.4mg·kg-1；燃后矸石風化物在<0.05mm粒級中有機碳含量次之，均值為108.8 mg·kg-1。隨著風化物顆粒減小，表層矸石風化物總有機碳含量有逐漸升高的趨勢。

關鍵詞：煤矸石；粒級；有機碳

中圖分類號：S153.6文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02016803

1引言

撫順礦區(qū)矸石山表層風化物是在地表風化作用下，表層矸石逐漸瓦解形成風化物，成分以碳質(zhì)頁巖和綠色泥巖為主＼[1～3＼]。關于矸石山的研究，國內(nèi)學者在矸石山環(huán)境地球化學及復墾種植等方面進行了大量研究＼[4～8＼]，但將矸石山不同粒級的風化廢渣資源化利用的研究較少。本文選取撫順西露天礦矸石山表層0～20cm內(nèi)未受人為擾動的矸石及風化樣品進行總有機碳分析，比較矸石山表層母巖及不同粒級風化物的總有機碳在含量上的差異，對該礦區(qū)矸石再利用提供基礎數(shù)據(jù)。

2材料與方法

2.1研究區(qū)概況

遼寧省撫順市年均溫4～7℃，年均降雨量800mm。撫順煤礦位于撫順市渾河南岸沖積平原，東西長約15km，南北寬約3km。礦區(qū)周邊形成的巨型矸石山均分布著碳質(zhì)頁巖、綠色泥巖、燃后頁巖。本次研究的對象為西排土場，位于撫順西露天礦坑以西2.5km，占地面積12.9km2，堆積高度120m，矸石堆積量8.6億m3，頂部平臺面積7.69 km2，是西露天礦最大的一座矸石山，復墾年限約20年。西排土場表層排棄物主要由碳質(zhì)頁巖、綠色泥巖等物料組成，混雜堆積，周邊土壤類型為棕壤，種植作物主要是玉米和小麥。

2.2樣品采集

通過對矸石山及周邊情況調(diào)查，在矸石山表層進行了條件取樣，多處尋找符合研究目標的頁巖、泥巖及燃后矸石等典型原狀多粒級風化樣品，以2mm、0.05mm（美國制）作為粒級分界點篩分為礫石、砂粒、粉黏粒＼[11～14＼]，經(jīng)篩分和虹吸法得到>2mm、2～0.05mm、<0.05mm 3個粒級的樣品，并對各粒級樣品進行了總有機碳分析測定。

2.3樣品分析方法

樣品分級采用篩分法＼[3＼]和虹吸法＼[9＼]，總有機碳測定采用元素分析儀（ElementarⅢ，德國）＼[10＼]。數(shù)據(jù)處理采用Excel軟件。

3結(jié)果與討論

3.1煤矸石風化物顆粒組成比例

矸石山表層煤矸石風化物組成比例見表1。由表1數(shù)據(jù)可知，頁巖風化物、泥巖風化物以及燃后矸石風化物中>2mm的礫石均占較大比例，其范圍在55.2%～83.9%之間。砂粒含量次之，范圍在13%～32.6%之間。粉黏粒含量相對較少，范圍在3.1%～12.2%之間。在>2mm礫石中，燃后矸石風化物礫石比例最高，泥巖風化物次之，頁巖風化物比例最低。在2mm～0.05mm砂粒中，頁巖風化物比例最高，泥巖風化物次之，燃后矸石風化物比例最低；在<0.05mm的粉黏粒中，頁巖風化物相對比例最高，泥巖風化物次之，粉黏粒比例最低是燃后矸石風化物。

3.2煤矸石及其風化物總有機碳含量

煤矸石、泥巖及其風化物中總有機碳含量見表2。由表2數(shù)據(jù)可知，頁巖母巖總有機碳均值為23.6 g·kg-1，頁巖風化物總有機碳均值為84.7 g·kg-1。泥巖母巖總有機碳均值為4.5 g·kg-1，泥巖風化物總有機碳均值為53.1 g·kg-1。燃燒后的矸石風化物總有機碳均值為68.7g·kg-1。據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，矸石山表層風化物總有機碳的均值高于相應的母巖含量，分析認為矸石山表層風化物中總有機碳來源受外界影響，風化物總有機碳含量均值在53.1～84.7 g·kg-1之間。表1煤4結(jié) 論

撫順礦區(qū)西排土場矸石山表層風化物礫石所占比例范圍為55.2%～83.9%，砂粒所占比例范圍為13%～32.6%，粉黏粒所占比例范圍為3.1%～12.2%。

矸石山表層風化物總有機碳含量在53.1 ～84.7g·kg-1之間，母巖總有機碳含量在4.5 ～23.6 g·kg-1。碳質(zhì)頁巖風化物<0.05mm粒級總有機碳含量最高，均值為118.4mg·kg-1；燃后矸石風化物在<0.05mm粒級中有機碳含量次之，均值為108.8 mg·kg-1。不同粒級頁巖風化物總有機碳含量隨著風化物顆粒減小，有機碳含量有升高趨勢。

參考文獻：

[1] 張長森.煤矸石資源化綜合利用新技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[2] 周樹理.礦山廢棄地復墾與綠化[M].北京：中國林業(yè)出版社，1995：137～148.

[3] 魏忠義，韓周，王秋兵.煤矸石風化物不同粒級中重金屬Cd含量及其形態(tài)變化[J].生態(tài)環(huán)境學報，2009，18（5）：1761～1763.

[4] 魏忠義，陸亮，王秋兵.撫順西露天礦大型煤矸石山及其周邊土壤重金屬污染研究[J].土壤通報， 2008， 39（4）： 946～949.

[5] 高國雄.國內(nèi)外工礦區(qū)土地復墾動態(tài)研究[J].水土保持研究，2001，8（1）：98～103.

[6] 白中科，趙景逵，朱蔭循.試論礦區(qū)生態(tài)重建[J].自然資源學報，1999，14（1）32～38.

[7] 劉景雙，王金達，張學林.煤礦塌陷地復墾還田生態(tài)重建研究[J].地理科學，2000，20（2）：189～192.

[8] 涂從，鄭春榮，陳懷滿.銅礦尾礦庫土壤—植被體系的現(xiàn)狀研究[J].土壤學報，2000，37（2）：284～287.

[9] 于淼，魏忠義，王秋兵.不同粒級煤矸石風化物礦質(zhì)元素含量變化及風化程度分析[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2008，36（5）：66～69.

[10] 丁青波，王秋兵，魏忠義.撫順礦區(qū)不同復墾年限土壤養(yǎng)分及有機碳特征[J].2007，38（2）：262～264.

[11] [美]GUY.D史密斯.土壤系統(tǒng)分類概念的理論基礎[M].北京：北京農(nóng)業(yè)大學出版社，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：對撫順西露天礦煤矸石山表層煤矸石風化母巖進行多點取樣，把風化物篩分成>2mm、2mm～0.05mm和<0.25mm 3個粒級，分析測定了矸石山表層母巖及其風化物不同粒級中總有機碳含量，比較了表層矸石不同粒級風化物總有機碳的含量差異。結(jié)果表明：矸石山表層風化物總有機碳在53.1 ～84.7 g·kg-1之間，母巖總有機碳在4.5～23.6 g·kg-1之間。頁巖風化物<0.05mm粒級總有機碳含量最高，均值為118.4mg·kg-1；燃后矸石風化物在<0.05mm粒級中有機碳含量次之，均值為108.8 mg·kg-1。隨著風化物顆粒減小，表層矸石風化物總有機碳含量有逐漸升高的趨勢。

關鍵詞：煤矸石；粒級；有機碳

中圖分類號：S153.6文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02016803

1引言

撫順礦區(qū)矸石山表層風化物是在地表風化作用下，表層矸石逐漸瓦解形成風化物，成分以碳質(zhì)頁巖和綠色泥巖為主＼[1～3＼]。關于矸石山的研究，國內(nèi)學者在矸石山環(huán)境地球化學及復墾種植等方面進行了大量研究＼[4～8＼]，但將矸石山不同粒級的風化廢渣資源化利用的研究較少。本文選取撫順西露天礦矸石山表層0～20cm內(nèi)未受人為擾動的矸石及風化樣品進行總有機碳分析，比較矸石山表層母巖及不同粒級風化物的總有機碳在含量上的差異，對該礦區(qū)矸石再利用提供基礎數(shù)據(jù)。

2材料與方法

2.1研究區(qū)概況

遼寧省撫順市年均溫4～7℃，年均降雨量800mm。撫順煤礦位于撫順市渾河南岸沖積平原，東西長約15km，南北寬約3km。礦區(qū)周邊形成的巨型矸石山均分布著碳質(zhì)頁巖、綠色泥巖、燃后頁巖。本次研究的對象為西排土場，位于撫順西露天礦坑以西2.5km，占地面積12.9km2，堆積高度120m，矸石堆積量8.6億m3，頂部平臺面積7.69 km2，是西露天礦最大的一座矸石山，復墾年限約20年。西排土場表層排棄物主要由碳質(zhì)頁巖、綠色泥巖等物料組成，混雜堆積，周邊土壤類型為棕壤，種植作物主要是玉米和小麥。

2.2樣品采集

通過對矸石山及周邊情況調(diào)查，在矸石山表層進行了條件取樣，多處尋找符合研究目標的頁巖、泥巖及燃后矸石等典型原狀多粒級風化樣品，以2mm、0.05mm（美國制）作為粒級分界點篩分為礫石、砂粒、粉黏粒＼[11～14＼]，經(jīng)篩分和虹吸法得到>2mm、2～0.05mm、<0.05mm 3個粒級的樣品，并對各粒級樣品進行了總有機碳分析測定。

2.3樣品分析方法

樣品分級采用篩分法＼[3＼]和虹吸法＼[9＼]，總有機碳測定采用元素分析儀（ElementarⅢ，德國）＼[10＼]。數(shù)據(jù)處理采用Excel軟件。

3結(jié)果與討論

3.1煤矸石風化物顆粒組成比例

矸石山表層煤矸石風化物組成比例見表1。由表1數(shù)據(jù)可知，頁巖風化物、泥巖風化物以及燃后矸石風化物中>2mm的礫石均占較大比例，其范圍在55.2%～83.9%之間。砂粒含量次之，范圍在13%～32.6%之間。粉黏粒含量相對較少，范圍在3.1%～12.2%之間。在>2mm礫石中，燃后矸石風化物礫石比例最高，泥巖風化物次之，頁巖風化物比例最低。在2mm～0.05mm砂粒中，頁巖風化物比例最高，泥巖風化物次之，燃后矸石風化物比例最低；在<0.05mm的粉黏粒中，頁巖風化物相對比例最高，泥巖風化物次之，粉黏粒比例最低是燃后矸石風化物。

3.2煤矸石及其風化物總有機碳含量

煤矸石、泥巖及其風化物中總有機碳含量見表2。由表2數(shù)據(jù)可知，頁巖母巖總有機碳均值為23.6 g·kg-1，頁巖風化物總有機碳均值為84.7 g·kg-1。泥巖母巖總有機碳均值為4.5 g·kg-1，泥巖風化物總有機碳均值為53.1 g·kg-1。燃燒后的矸石風化物總有機碳均值為68.7g·kg-1。據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，矸石山表層風化物總有機碳的均值高于相應的母巖含量，分析認為矸石山表層風化物中總有機碳來源受外界影響，風化物總有機碳含量均值在53.1～84.7 g·kg-1之間。表1煤4結(jié) 論

撫順礦區(qū)西排土場矸石山表層風化物礫石所占比例范圍為55.2%～83.9%，砂粒所占比例范圍為13%～32.6%，粉黏粒所占比例范圍為3.1%～12.2%。

矸石山表層風化物總有機碳含量在53.1 ～84.7g·kg-1之間，母巖總有機碳含量在4.5 ～23.6 g·kg-1。碳質(zhì)頁巖風化物<0.05mm粒級總有機碳含量最高，均值為118.4mg·kg-1；燃后矸石風化物在<0.05mm粒級中有機碳含量次之，均值為108.8 mg·kg-1。不同粒級頁巖風化物總有機碳含量隨著風化物顆粒減小，有機碳含量有升高趨勢。

參考文獻：

[1] 張長森.煤矸石資源化綜合利用新技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[2] 周樹理.礦山廢棄地復墾與綠化[M].北京：中國林業(yè)出版社，1995：137～148.

[3] 魏忠義，韓周，王秋兵.煤矸石風化物不同粒級中重金屬Cd含量及其形態(tài)變化[J].生態(tài)環(huán)境學報，2009，18（5）：1761～1763.

[4] 魏忠義，陸亮，王秋兵.撫順西露天礦大型煤矸石山及其周邊土壤重金屬污染研究[J].土壤通報， 2008， 39（4）： 946～949.

[5] 高國雄.國內(nèi)外工礦區(qū)土地復墾動態(tài)研究[J].水土保持研究，2001，8（1）：98～103.

[6] 白中科，趙景逵，朱蔭循.試論礦區(qū)生態(tài)重建[J].自然資源學報，1999，14（1）32～38.

[7] 劉景雙，王金達，張學林.煤礦塌陷地復墾還田生態(tài)重建研究[J].地理科學，2000，20（2）：189～192.

[8] 涂從，鄭春榮，陳懷滿.銅礦尾礦庫土壤—植被體系的現(xiàn)狀研究[J].土壤學報，2000，37（2）：284～287.

[9] 于淼，魏忠義，王秋兵.不同粒級煤矸石風化物礦質(zhì)元素含量變化及風化程度分析[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2008，36（5）：66～69.

[10] 丁青波，王秋兵，魏忠義.撫順礦區(qū)不同復墾年限土壤養(yǎng)分及有機碳特征[J].2007，38（2）：262～264.

[11] [美]GUY.D史密斯.土壤系統(tǒng)分類概念的理論基礎[M].北京：北京農(nóng)業(yè)大學出版社，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：對撫順西露天礦煤矸石山表層煤矸石風化母巖進行多點取樣，把風化物篩分成>2mm、2mm～0.05mm和<0.25mm 3個粒級，分析測定了矸石山表層母巖及其風化物不同粒級中總有機碳含量，比較了表層矸石不同粒級風化物總有機碳的含量差異。結(jié)果表明：矸石山表層風化物總有機碳在53.1 ～84.7 g·kg-1之間，母巖總有機碳在4.5～23.6 g·kg-1之間。頁巖風化物<0.05mm粒級總有機碳含量最高，均值為118.4mg·kg-1；燃后矸石風化物在<0.05mm粒級中有機碳含量次之，均值為108.8 mg·kg-1。隨著風化物顆粒減小，表層矸石風化物總有機碳含量有逐漸升高的趨勢。

關鍵詞：煤矸石；粒級；有機碳

中圖分類號：S153.6文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02016803

1引言

撫順礦區(qū)矸石山表層風化物是在地表風化作用下，表層矸石逐漸瓦解形成風化物，成分以碳質(zhì)頁巖和綠色泥巖為主＼[1～3＼]。關于矸石山的研究，國內(nèi)學者在矸石山環(huán)境地球化學及復墾種植等方面進行了大量研究＼[4～8＼]，但將矸石山不同粒級的風化廢渣資源化利用的研究較少。本文選取撫順西露天礦矸石山表層0～20cm內(nèi)未受人為擾動的矸石及風化樣品進行總有機碳分析，比較矸石山表層母巖及不同粒級風化物的總有機碳在含量上的差異，對該礦區(qū)矸石再利用提供基礎數(shù)據(jù)。

2材料與方法

2.1研究區(qū)概況

遼寧省撫順市年均溫4～7℃，年均降雨量800mm。撫順煤礦位于撫順市渾河南岸沖積平原，東西長約15km，南北寬約3km。礦區(qū)周邊形成的巨型矸石山均分布著碳質(zhì)頁巖、綠色泥巖、燃后頁巖。本次研究的對象為西排土場，位于撫順西露天礦坑以西2.5km，占地面積12.9km2，堆積高度120m，矸石堆積量8.6億m3，頂部平臺面積7.69 km2，是西露天礦最大的一座矸石山，復墾年限約20年。西排土場表層排棄物主要由碳質(zhì)頁巖、綠色泥巖等物料組成，混雜堆積，周邊土壤類型為棕壤，種植作物主要是玉米和小麥。

2.2樣品采集

通過對矸石山及周邊情況調(diào)查，在矸石山表層進行了條件取樣，多處尋找符合研究目標的頁巖、泥巖及燃后矸石等典型原狀多粒級風化樣品，以2mm、0.05mm（美國制）作為粒級分界點篩分為礫石、砂粒、粉黏粒＼[11～14＼]，經(jīng)篩分和虹吸法得到>2mm、2～0.05mm、<0.05mm 3個粒級的樣品，并對各粒級樣品進行了總有機碳分析測定。

2.3樣品分析方法

樣品分級采用篩分法＼[3＼]和虹吸法＼[9＼]，總有機碳測定采用元素分析儀（ElementarⅢ，德國）＼[10＼]。數(shù)據(jù)處理采用Excel軟件。

3結(jié)果與討論

3.1煤矸石風化物顆粒組成比例

矸石山表層煤矸石風化物組成比例見表1。由表1數(shù)據(jù)可知，頁巖風化物、泥巖風化物以及燃后矸石風化物中>2mm的礫石均占較大比例，其范圍在55.2%～83.9%之間。砂粒含量次之，范圍在13%～32.6%之間。粉黏粒含量相對較少，范圍在3.1%～12.2%之間。在>2mm礫石中，燃后矸石風化物礫石比例最高，泥巖風化物次之，頁巖風化物比例最低。在2mm～0.05mm砂粒中，頁巖風化物比例最高，泥巖風化物次之，燃后矸石風化物比例最低；在<0.05mm的粉黏粒中，頁巖風化物相對比例最高，泥巖風化物次之，粉黏粒比例最低是燃后矸石風化物。

3.2煤矸石及其風化物總有機碳含量

煤矸石、泥巖及其風化物中總有機碳含量見表2。由表2數(shù)據(jù)可知，頁巖母巖總有機碳均值為23.6 g·kg-1，頁巖風化物總有機碳均值為84.7 g·kg-1。泥巖母巖總有機碳均值為4.5 g·kg-1，泥巖風化物總有機碳均值為53.1 g·kg-1。燃燒后的矸石風化物總有機碳均值為68.7g·kg-1。據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，矸石山表層風化物總有機碳的均值高于相應的母巖含量，分析認為矸石山表層風化物中總有機碳來源受外界影響，風化物總有機碳含量均值在53.1～84.7 g·kg-1之間。表1煤4結(jié) 論

撫順礦區(qū)西排土場矸石山表層風化物礫石所占比例范圍為55.2%～83.9%，砂粒所占比例范圍為13%～32.6%，粉黏粒所占比例范圍為3.1%～12.2%。

矸石山表層風化物總有機碳含量在53.1 ～84.7g·kg-1之間，母巖總有機碳含量在4.5 ～23.6 g·kg-1。碳質(zhì)頁巖風化物<0.05mm粒級總有機碳含量最高，均值為118.4mg·kg-1；燃后矸石風化物在<0.05mm粒級中有機碳含量次之，均值為108.8 mg·kg-1。不同粒級頁巖風化物總有機碳含量隨著風化物顆粒減小，有機碳含量有升高趨勢。

參考文獻：

[1] 張長森.煤矸石資源化綜合利用新技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[2] 周樹理.礦山廢棄地復墾與綠化[M].北京：中國林業(yè)出版社，1995：137～148.

[3] 魏忠義，韓周，王秋兵.煤矸石風化物不同粒級中重金屬Cd含量及其形態(tài)變化[J].生態(tài)環(huán)境學報，2009，18（5）：1761～1763.

[4] 魏忠義，陸亮，王秋兵.撫順西露天礦大型煤矸石山及其周邊土壤重金屬污染研究[J].土壤通報， 2008， 39（4）： 946～949.

[5] 高國雄.國內(nèi)外工礦區(qū)土地復墾動態(tài)研究[J].水土保持研究，2001，8（1）：98～103.

[6] 白中科，趙景逵，朱蔭循.試論礦區(qū)生態(tài)重建[J].自然資源學報，1999，14（1）32～38.

[7] 劉景雙，王金達，張學林.煤礦塌陷地復墾還田生態(tài)重建研究[J].地理科學，2000，20（2）：189～192.

[8] 涂從，鄭春榮，陳懷滿.銅礦尾礦庫土壤—植被體系的現(xiàn)狀研究[J].土壤學報，2000，37（2）：284～287.

[9] 于淼，魏忠義，王秋兵.不同粒級煤矸石風化物礦質(zhì)元素含量變化及風化程度分析[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2008，36（5）：66～69.

[10] 丁青波，王秋兵，魏忠義.撫順礦區(qū)不同復墾年限土壤養(yǎng)分及有機碳特征[J].2007，38（2）：262～264.

[11] [美]GUY.D史密斯.土壤系統(tǒng)分類概念的理論基礎[M].北京：北京農(nóng)業(yè)大學出版社，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