淮南潘一礦煤基固廢精細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)及重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

殷文文，張理群，丁 丹，單士鋒，陳永春，安士凱，鄭劉根

(1.安徽大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.安徽省一般工業(yè)固廢處置與資源化利用工程研究中心，安徽 銅陵 244000；3.煤礦生態(tài)環(huán)境保護(hù)國(guó)家工程中心，安徽 淮南 232008)

煤炭是我國(guó)主要基礎(chǔ)能源和工業(yè)原料，在資源利用中長(zhǎng)期處于主要地位。2022 年，我國(guó)煤炭企業(yè)生產(chǎn)原煤約45.0 億t，同比增長(zhǎng)9.0%[1]。煤炭在開(kāi)采和利用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)固體廢棄物(即煤基固廢)，如煤矸石、粉煤灰、煤泥、脫硫石膏和氣化渣等，其中排出量最大的為煤矸石和粉煤灰。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前我國(guó)煤矸石、粉煤灰的累計(jì)產(chǎn)量分別超70 億、30 億t，兩者產(chǎn)量占工業(yè)固廢產(chǎn)量的半數(shù)以上，且這個(gè)比例還將持續(xù)上漲[2-3]。煤基固廢以露天堆存為主，遇到雨水或冰雪天，有害物質(zhì)會(huì)進(jìn)入地表水體及滲入地下，污染水環(huán)境、破壞人類的生存環(huán)境[4-5]。

近年來(lái)，眾多學(xué)者針對(duì)不同污染物精細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)及其重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究。Zhou Jizhi 等[6]發(fā)現(xiàn)粉煤灰粒徑的變化影響微量元素含量和種類的分布。陳國(guó)杰等[7]通過(guò)探討循環(huán)流化床粉煤灰的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，綜述了粉煤灰中重金屬的浸出特征。徐晶晶等[8]以煤矸石為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行表征分析以了解煤矸石的微觀形貌與化學(xué)組分，并提出煤矸石重金屬在水環(huán)境中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。M.K.Tiwari 等[9]發(fā)現(xiàn)工業(yè)區(qū)周邊的地表水樣品中Mn、Cr、Fe 濃度過(guò)高，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用翊嬖谝欢ǖ慕】碉L(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)也有學(xué)者通過(guò)分析安徽淮北選煤廠中煤矸石的精細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)，提出該區(qū)域煤矸石可用作巷道、隧道施工中混凝土骨料，實(shí)現(xiàn)其資源利用[10]。重金屬精細(xì)結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性在一定程度上反映了重金屬的遷移特征從而影響其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要對(duì)重金屬精細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)和潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行綜合研究。

筆者以安徽淮南礦區(qū)潘一礦煤矸石、粉煤灰為研究對(duì)象，應(yīng)用X 射線熒光光譜分析儀(XRF)、X 射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM) 和傅里葉紅外光譜儀(FTIR)等微區(qū)分析方法，結(jié)合逐級(jí)化學(xué)提取實(shí)驗(yàn)，探討了煤基固廢的精細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)及賦存形態(tài)，在此基礎(chǔ)上，采用以重金屬有效態(tài)為主的RAC 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估代碼，能有效評(píng)價(jià)重金屬的遷移性和潛在危害性，可為該地區(qū)重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供見(jiàn)解。以期對(duì)煤基固廢資源化利用及礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與預(yù)處理

潘一礦地處安徽中部，淮南西北，淮河北岸，水陸交通便利，是淮南礦業(yè)集團(tuán)新區(qū)第一個(gè)自行設(shè)計(jì)、自行施工的大型現(xiàn)代化礦井。本次采樣點(diǎn)設(shè)置在潘一礦北側(cè)約1.0 km，經(jīng)緯度位于E 116°55′，N 32°46′。煤矸石樣品采自潘一礦矸石山的頂部、山腰以及山底的混合矸石，該矸石山坡度為34°，高程約15 m。將煤矸石樣品封裝聚乙烯塑料袋運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，將其置于通風(fēng)、陰涼、干燥的地方保存，放在A3 紙上風(fēng)干后，揀去石塊、植物根系等多余雜物，再用四分法去除剩余雜質(zhì)，保留約5 kg 樣品，將其破碎、研磨成粉末狀，過(guò)100 目(孔徑150 μm)篩網(wǎng)，裝入貼標(biāo)簽自封袋中保存?zhèn)溆?。粉煤灰采自潘一礦粉煤灰堆場(chǎng)，樣品為灰白色，其粒徑在1～100 μm，大多為微小灰粒。采集樣品約5 kg，在通風(fēng)條件下自然晾干，再研磨至粉末狀過(guò)100 目篩網(wǎng)，置于廣口瓶、貼好標(biāo)簽保存。采樣點(diǎn)位如圖1 所示。

圖1 采樣點(diǎn)位置Fig.1 Map showing the locations of sampling points

1.2 理化性質(zhì)分析

pH、氧化還原電位(Eh)及電導(dǎo)率(Ec)的測(cè)定參照前人研究方法[11]，測(cè)定3 次后取平均值記錄結(jié)果。運(yùn)用鹽滴定法[12]測(cè)定樣品零電荷點(diǎn)(pHpzc)。樣品的粒度大小使用激光粒度分析儀(型號(hào) BT–9300ST)分析。本次研究的樣品均過(guò)100 目篩，通過(guò)混酸消解測(cè)定煤基固廢中重金屬含量，不同形態(tài)重金屬含量通過(guò)逐級(jí)化學(xué)提取實(shí)驗(yàn)[13]測(cè)定。實(shí)驗(yàn)所得消解液由ICP-MS(型號(hào) 7500 Series，誤差范圍=±2%)測(cè)定[14]，提取率為85%～110%，分析精度超過(guò)5%。在整個(gè)分析過(guò)程中，設(shè)置試劑平行樣、空白樣和標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量保證和控制，樣品的質(zhì)控誤差小于10%。

1.3 表征分析

通過(guò)SEM-EDS(型號(hào) Gemini SEM 500)及電子探針微區(qū)分析(EPMA)觀察煤基固廢表面微觀形貌及重金屬的嵌布方式。SEM 圖像的駐留時(shí)間為50 ns，掃描速度為3 s/幀，并在正常模式下運(yùn)行；EDS 的能量分辨率為1 024 eV，像素停留時(shí)間為100 μs，獲取數(shù)據(jù)直到停止。采用XRD(型號(hào) Mxpahf)測(cè)定樣品的晶體特征，2θ(衍射譜儀掃描的角度)間隔在0°～80°范圍內(nèi)記錄圖案，掃描速率為5(°)/min。采用XRF(型號(hào) XRF-1800)測(cè)定煤基固廢全元素含量，該儀器光線管功率4 kW，分析范圍4Be-92U，精度優(yōu)于1%。采用FTIR(型號(hào) Thermo)分析煤基固廢的骨架結(jié)構(gòu)，本次測(cè)定光譜范圍為4 000～500 cm?1，其工作原理是通過(guò)量化樣品中存在的各種分子對(duì)紅外光的吸收而產(chǎn)生特定的指紋圖譜來(lái)區(qū)分。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合及統(tǒng)計(jì)；利用SPSS 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)、主成分分析；運(yùn)用Omnic、MDI Jade、High Score Plus 和Origin 2022 等軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整合及制圖處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 基本理化性質(zhì)

樣品的pH、pHpzc、Eh 和Ec，見(jiàn)表1。煤矸石Eh均值為?158 mV，粉煤灰Eh 均值為?110 mV，氧化還原電位均為負(fù)值，可以判定具有還原性。煤矸石和粉煤灰樣品pH 均值分別為9.62 和8.50，都屬于堿性環(huán)境，由于煤矸石和粉煤灰含硫量少，同時(shí)也存在K、Mg、Na 等堿性元素[15]。pHpzc 值分別為9.28 和8.70。煤矸 石Ec 在1.62～2.53 ms/cm，粉 煤 灰Ec 在3.19～3.73 ms/cm，說(shuō)明煤矸石和粉煤灰樣品風(fēng)化程度較高。固廢表面所帶電荷性質(zhì)會(huì)隨外界環(huán)境變化而變化，本次所測(cè)樣品的pHpzc 和pH 較接近，煤矸石表面帶負(fù)電荷，粉煤灰表面帶正電荷。研究發(fā)現(xiàn)[16]，煤基固廢零電荷點(diǎn)的研究對(duì)后期選擇何種修復(fù)劑修復(fù)砷污染以及解釋砷釋放量具有指導(dǎo)性意義。

表1 樣品的基本理化參數(shù)Table 1 Basic physicochemical parameters of samples

使用激光粒度分析儀測(cè)定煤矸石、粉煤灰樣品的粒度組成，按照粒度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]將樣品粒度劃分為以下4 種類型，結(jié)果如圖2 所示，煤矸石主要以黏粒(0～5 μm)和粗粉砂(10～50 μm)占優(yōu)勢(shì)，體積分?jǐn)?shù)達(dá)60%以上，細(xì)粉砂(5～10 μm)含量最少，體積分?jǐn)?shù)為15.04%；粉煤灰以粗粉砂(10～50 μm)和砂礫石(50～250 μm)占優(yōu)勢(shì)，體積分?jǐn)?shù)超70%，其中細(xì)粉砂(5～10 μm)含量極少，體積分?jǐn)?shù)低于10%。不同粒徑的煤矸石和粉煤灰，可以直接影響煤矸石基充填材料的性能。

圖2 煤矸石和粉煤灰樣品粒度組成分布Fig.2 Particle size compositions of coal gangue and fly ash samples

2.2 煤基固廢精細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.2.1 元素含量特征及礦物組成

通過(guò)化學(xué)元素含量特征分析，可以明確煤基固廢中各主量元素及雜質(zhì)元素在不同相的質(zhì)量分配情況。如圖3 所示，煤矸石、粉煤灰的主要成分為SiO2、Al2O3等氧化物，即由硅鋁氧化物構(gòu)成，還含有一些常量元素(Mg、Ca 等)。CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%～1.12%，屬于低鈣煤矸石、粉煤灰。粉煤灰樣品中的鋁硅比(即Al2O3/ SiO2)大于0.5，可滿足制備陶瓷、沸石分子篩及煅燒高嶺土的要求[18]。

圖3 煤矸石及粉煤灰XRF 定量分析(mass%)Fig.3 Quantitative XRF analysis of coal gangue and fly ash samples (mass%)

使用XRD 檢測(cè)煤基固廢的主礦物相，其礦物分析結(jié)果如圖4 所示。煤矸石中礦物相含量最高的是石英(SiO2)，其次為高嶺石(Al2Si2O5(OH)4) 和硅鐵礦(FeSiO3·H2O)，在這個(gè)過(guò)程中有一部分高嶺石因受熱，可分解生成SiO2。XRF 分析結(jié)果也證實(shí)了有關(guān)煤矸石中礦物分析的正確性，其中含Si 礦物主要是黏土類礦物(石英和硅酸鹽等)。該煤矸石的衍射峰特征明顯，其離子、原子和分子等質(zhì)點(diǎn)都按一定的規(guī)律排列有序，具有穩(wěn)定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)[19]。

圖4 煤矸石、粉煤灰XRD 礦物分析Fig.4 XRD analyses of minerals in coal gangue and fly ash samples

粉煤灰包含的礦物種類繁雜，主要礦物相是莫來(lái)石(Al6Si2O13)，其次是石英(SiO2)和硅綠石(Al2SiO5)，三者礦物總和超80%，和XRF 結(jié)果中Si、Al 含量最高相一致。莫來(lái)石主要來(lái)自煤中的高嶺土、伊利石及其他黏土礦物的高溫分解物。SiO2越多越有利于莫來(lái)石晶體析出，因?yàn)镾iO2低于1 595℃并伴有雜質(zhì)時(shí)容易產(chǎn)生液相，這個(gè)過(guò)程會(huì)促進(jìn)莫來(lái)石的析晶[20]。另外還發(fā)現(xiàn)一些微量礦物，如鈣鈦礦和赤鐵礦。赤鐵礦主要是含鐵礦物(黃鐵礦、菱鐵礦等)分解、破碎和氧化形成，其形成溫度通常低于1 173～1 273 K，這一結(jié)論已被證實(shí)[21]。2θ在10°～35°有明顯的彌散峰及丘狀峰，其衍射圖背底較高，表明粉煤灰中含有大量的非晶態(tài)玻璃相[22]。

2.2.2 形貌及元素嵌布特征

通過(guò)不同放大倍數(shù)，利用SEM-EDS 對(duì)煤矸石、粉煤灰樣品物象表征及形貌進(jìn)行分析。如圖5a、圖5b所示，煤矸石為粒度極不均勻的不規(guī)則結(jié)構(gòu)礦物，有尖銳的棱角，除一些粒度較大的塊狀礦物以外，還夾雜許多片狀、鵝卵石狀的包裹體，空間分布間距較大，其粒徑大小存在明顯差異。由圖5 d?圖5f 面掃描圖發(fā)現(xiàn)，O 和Si 有大面積重合的元素亮點(diǎn)，表明煤矸石中存在SiO2。結(jié)合能譜圖隨機(jī)對(duì)指定點(diǎn)進(jìn)行掃描，由圖5c 顯示，煤矸石中該點(diǎn)位置元素組成以O(shè)、Al、Si 為主，表明煤矸石主要由硅鋁氧化物組成。

圖5 煤矸石、粉煤灰SEM 形貌及EDS 點(diǎn)面掃描圖Fig.5 SEM-derived morphologies and EDS-derived point-surface scanning images of coal gangue and fly ash samples

由于粉煤灰顆粒的原始化學(xué)組成存在差異，各自所經(jīng)受的熱過(guò)程不相同，因而反映在顯微結(jié)構(gòu)上也不大相同。由圖5g、圖5h 可知粉煤灰表面主要以球狀包裹體和多孔顆粒組成，且球形微珠表面較為光滑，多孔顆粒的表面較為粗糙，其粒徑在1～10 μm。粉煤灰顆粒的表面凹凸不平，中間還夾雜著許多孔隙和裂痕，這種結(jié)構(gòu)為粉煤灰提供了良好的比表面積、孔隙率和較強(qiáng)的吸附性，這也證實(shí)了粉煤灰可以用作土壤改良劑[23]。圖5i?圖5l 證實(shí)了XRF 結(jié)果中粉煤灰主要成分為SiO2和Al2O3。

2.2.3 化學(xué)物相組成

FTIR 圖譜能為物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)提供重要信息，特別是有機(jī)化合物的功能信息。如圖6 所示，煤矸石吸收峰在3 694～3 619 cm?1對(duì)應(yīng)–OH 伸縮振動(dòng)；在1 002 和1 028 cm?1處的強(qiáng)吸收峰是Si-O 和Al-O 伸縮振動(dòng)共同引起的；在911 cm?1處吸收峰是四面體AlO4的振動(dòng)，796 cm?1處吸收峰是四面體AlO4和SiO4的彎曲振動(dòng)，690 cm?1處吸收峰是SiO4的彎曲振動(dòng)[24]。粉煤灰在1 300～651 cm?1范圍內(nèi)的吸收譜帶變化明顯，其峰位存在有機(jī)硅Si-O-Si 對(duì)稱伸縮和有機(jī)硅Si-O-Si反對(duì)稱伸縮，這些硅氧伸縮振動(dòng)與莫來(lái)石的形成有關(guān)[16]，莫來(lái)石是鋁硅酸鹽在高溫下生成的礦物，人工加熱鋁硅酸鹽時(shí)會(huì)形成莫來(lái)石。

圖6 煤矸石和粉煤灰FTIR 圖譜Fig.6 FTIR spectra of coal gangue and fly ash samples

2.2.4 重金屬含量及賦存形態(tài)

安徽淮南潘一礦煤矸石和粉煤灰中5 種重金屬Cd、Cr、As、Pb、Ni 的含量見(jiàn)表2。由表2 可知，煤矸石和粉煤灰中As 的含量為134.50、129.10 mg/kg；Cd的含量為0.37、0.52 mg/kg，均顯著超出淮南土壤背景值，分別是背景值的13.38、6.17、12.85 和8.67 倍。張治國(guó)等[25]對(duì)寧夏寧東能源化工基地粉煤灰中重金屬進(jìn)行全量測(cè)定，發(fā)現(xiàn)粉煤灰中As 和Cd 的全量和平均值均超過(guò)寧夏地區(qū)土壤環(huán)境背景值，且RAC 評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，As 具有極高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。煤基固廢中重金屬是影響周邊生態(tài)環(huán)境的重要因素，長(zhǎng)期堆存的煤基固廢在風(fēng)化、雨水淋濾的作用下，容易遷移至周圍的水域和土壤，從而對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。

表2 重金屬含量與元素背景值對(duì)比Table 2 Comparison between heavy metal contents and background values 單位：mg/kg

重金屬的生物有效性及潛在遷移性不僅與總量有關(guān)，還取決于其在環(huán)境介質(zhì)中的賦存形態(tài)。李世瑀等[14]發(fā)現(xiàn)，除有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)以外，其余形態(tài)重金屬在外界條件發(fā)生改變時(shí)，易進(jìn)入土壤，對(duì)周圍環(huán)境具有一定的潛在危害性。本次研究的各形態(tài)重金屬含量如圖7 所示。煤矸石樣品中Ni、Pb 主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主，有機(jī)結(jié)合態(tài)分別含有32%、48%，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)分別含有26%、37%，說(shuō)明部分Ni、Pb 已經(jīng)向環(huán)境中發(fā)生遷移。Cr、Cd、As 主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在，分別為74%、62%和87%，其次是有機(jī)結(jié)合態(tài)，表明這3 種重金屬相對(duì)較穩(wěn)定，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)無(wú)較大影響[28]。

粉煤灰樣品中Cr、Ni、Cd、Pb 主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在，分別為72%、81%、87% 和88%，其次是有機(jī)結(jié)合態(tài)，性質(zhì)相對(duì)較穩(wěn)定，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)影響較小。As 主要以殘?jiān)鼞B(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)存在，兩者含量均為37%，前人研究結(jié)果表明殘?jiān)鼞B(tài)的As 能穩(wěn)定存在于煤基固廢、土壤以及沉淀物中，短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化，只有外界pH 差值大或存在螯合劑時(shí)才會(huì)部分進(jìn)入環(huán)境中，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成威脅[28]。在實(shí)際中，首先可從源頭治理，提高粉煤灰的利用率，減少其露天堆存量，將粉煤灰用作煤礦膠結(jié)充填及建工材料，實(shí)現(xiàn)其資源化利用[29-30]。其次，可進(jìn)行產(chǎn)污環(huán)節(jié)治理，將有效態(tài)重金屬固化，提高其穩(wěn)定性，將粉煤灰用于道路基層鋪筑，降低其污染風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 RAC 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

重金屬的潛在生態(tài)危害不止與總量密切相關(guān)，更大程度上取決于其在環(huán)境介質(zhì)中的形態(tài)和分布情況。師泰龍等[31]對(duì)內(nèi)蒙古中東部地區(qū)土壤重金屬進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，其有效態(tài)重金屬占全量的比例為1.06%～7.07%，RAC＜10%，表明該研究區(qū)土壤中重金屬對(duì)環(huán)境構(gòu)成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較低。重金屬的分布和形態(tài)可以決定其在環(huán)境中可能的遷移、轉(zhuǎn)化行為和潛在毒性。因此，本文從重金屬賦存形態(tài)出發(fā)研究煤基固廢中重金屬移動(dòng)性、潛在毒性能有效評(píng)價(jià)重金屬環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

煤基固廢中重金屬經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期風(fēng)化及雨淋等作用，會(huì)遷移至周圍水域及土壤，可見(jiàn)重金屬污染具有極大的擴(kuò)散性、危害性和覆蓋性。為探討該礦區(qū)受重金屬污染程度，本文采用RAC 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法[32]，對(duì)該礦區(qū)煤矸石和粉煤灰樣品中Cr、Ni、As、Cd 和Pb 釋放到環(huán)境中的污染狀況做出科學(xué)評(píng)判，其污染指數(shù)分級(jí)[25]及計(jì)算結(jié)果如圖8 所示。

圖8 重金屬RAC 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Fig.8 RAC results of heavy metals

RAC 評(píng)價(jià)方法的計(jì)算公式如下：

式中：RA為重金屬風(fēng)險(xiǎn)程度；F1為可交換態(tài)重金屬含量；CT為煤基固廢中重金屬總量。

煤矸石和粉煤灰中Ni、Cd 和Pb 的RAC 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均低于1%，表明這3 種重金屬的生物有效性處于安全范圍，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)；Cr、As 的RAC 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在1%～10%，風(fēng)險(xiǎn)水平低。結(jié)合圖7 可知，煤矸石與粉煤灰中As、Cr的有效態(tài)(可交換態(tài)與碳酸鹽結(jié)合態(tài)兩者之和)含量較高，所以RAC 風(fēng)險(xiǎn)值比其他重金屬高。因此，在后期的風(fēng)險(xiǎn)防控過(guò)程中，應(yīng)對(duì)煤基固廢進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。重點(diǎn)關(guān)注煤矸石和粉煤灰在加固改造、綠化處理及資源化等方面。采用以上防治措施，不但能解決煤基固廢帶來(lái)的污染問(wèn)題，還可將煤基固廢的作用和利用價(jià)值實(shí)現(xiàn)最大化，即可恢復(fù)矸石山周圍的生態(tài)環(huán)境，控制生態(tài)環(huán)境的力度，又能增強(qiáng)礦區(qū)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[33]。

3 結(jié)論

a.煤矸石和粉煤灰Eh 平均值分別為?158 mV 和?110 mV；pH 及pHpzc 平均值均在9.00 左右；Ec 分別為1.62～2.53 ms/cm 和3.19～3.73 ms/cm；前者主要以黏粒(0～5 μm)和粗粉砂(10～50 μm)占優(yōu)勢(shì)，后者以粗粉砂(10～50 μm)和砂礫石(50～250 μm)占優(yōu)勢(shì)。

b.煤矸石主要礦物為石英(SiO2)；其化學(xué)成分主要為Si 和Al；IR 譜線發(fā)現(xiàn)其存在AlO4和SiO4的彎曲振動(dòng)。粉煤灰主要礦物相是莫來(lái)石(Al6Si2O13)；主要以SiO2、Al2O3等氧化物組成為主；IR 譜線顯示存在有機(jī)硅Si-O-Si 對(duì)稱伸縮和反對(duì)稱伸縮，這些硅氧伸縮振動(dòng)與莫來(lái)石的形成有關(guān)。

c.煤矸石中Ni、Pb 主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主，Cr、Cd、As 主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)無(wú)較大影響；粉煤灰中As 主要以殘?jiān)鼞B(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)存在，其余元素均以殘?jiān)鼞B(tài)為主。

d.本次研究的重金屬，RAC 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)基本低于1%，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)；煤矸石和粉煤灰中Cr、As 屬于低風(fēng)險(xiǎn)水平?？赏ㄟ^(guò)堆存管理及資源化利用，以減少煤基固廢給礦區(qū)帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境污染。