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煤矸石在土壤改良和重金属污染控制中的应用 鲁峰 《国企》杂志、国企网 北京市 100020 摘要：本文深入探讨了煤矸石在土壤改良和重金属污染控制中的应用。阐述了煤矸石的特性及其对环境的潜在危害，详细分析了煤矸石在土壤改良方面的作用机制，包括改善土壤结构、提高土壤肥力等。同时，重点论述了煤矸石在控制重金属污染中的多种途径，如吸附固定重金属、改变土壤理化性质降低重金属生物有效性等,也对未来的发展方向提出了展望。 关键词：煤矸石；土壤改良；重金属污染控制；重金属污染 引言: 随着煤炭工业的发展，煤矸石的大量堆积成为了一个严重的环境问题。然而，煤矸石并非一无是处，其在土壤改良和重金属污染控制方面具有潜在的应用价值。合理利用煤矸石，不仅可以减少其对环境的负面影响，还能为农业生产和生态修复提供新的途径。 一、煤矸石的特性及对环境的影响 （一）煤矸石的特性 成分复杂。煤矸石主要由岩石、矿物和少量碳质组成，其中含有硅、铝、铁、钙等氧化物，还可能含有硫、磷等元素以及少量的重金属元素，如铅、镉、汞等。不同地区和不同煤矿产出的煤矸石成分存在差异；矿物组成方面，常见的有高岭石、蒙脱石、石英等。这些矿物的存在决定了煤矸石的一些物理化学性质。 物理性质多样。颗粒大小不均。煤矸石的颗粒大小从粉末状到块状不等，这使得其在堆积和处理过程中具有不同的物理特性；密度较大，一般来说，煤矸石的密度比土壤大，堆积时会给底层土壤带来较大压力；颜色通常为黑色、灰色或褐色，这主要取决于其中的碳含量和矿物组成；孔隙度各异，不同类型的煤矸石具有不同的孔隙结构，这会影响其吸水性、透气性等性质。 化学性质不稳定。煤矸石中的硫化物，如黄铁矿等，在空气和水的作用下，容易发生氧化反应，产生酸性物质，如硫酸等。这种酸性物质的产生会导致煤矸石周围的土壤和水体酸化；其中的一些重金属元素可能会在一定条件下溶出，对土壤和水体造成污染。 （二）煤矸石对环境的影响 占用土地资源。大量的煤矸石堆积需要占用大量的土地。这不仅减少了可利用的土地面积，还可能破坏土地的生态功能。例如，堆积的煤矸石会压占植被生长的空间，影响植物的生长和繁殖。 污染土壤。煤矸石中的重金属元素和酸性物质会随着雨水的淋溶和渗透进入土壤。这会导致土壤中重金属含量超标，改变土壤的酸碱度，破坏土壤的结构和肥力。土壤污染会影响农作物的生长和品质，甚至可能通过食物链进入人体，对人体健康造成危害。 污染水体。煤矸石堆在雨水的冲刷下，会将其中的有害物质带入附近的河流、湖泊和地下水。这些有害物质包括重金属、酸性物质和悬浮物等。水体污染会影响水生生物的生存和繁殖，破坏水生态系统的平衡。同时，被污染的水体如果被用于灌溉或饮用，也会对人类健康造成威胁。 影响空气质量。煤矸石中的硫化物氧化会产生二氧化硫等有害气体，同时，煤矸石在自然堆放过程中可能会发生自燃，产生大量的烟尘和有害气体，如一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等。这些气体的排放会对大气环境造成污染，影响空气质量。 二、煤矸石在土壤改良中的应用 （一）改善土壤结构 增加土壤孔隙度。煤矸石颗粒较大，具有一定的孔隙度。将其施入土壤中可以增加土壤的孔隙度，提高土壤的通气性和透水性，有利于植物根系的生长和发育。 提高土壤保水性。煤矸石中的矿物成分可以吸附水分，提高土壤的保水性，减少水分的流失。 促进土壤团聚体形成。煤矸石中的有机质和微生物可以促进土壤团聚体的形成，改善土壤结构，提高土壤肥力。 （二）提高土壤肥力 提供养分。煤矸石中含有一定量的氮、磷、钾等营养元素，可以为土壤提供养分，促进植物生长。 调节土壤酸碱度。煤矸石中的碱性物质可以中和土壤中的酸性物质，调节土壤酸碱度，改善土壤的理化性质。 增加土壤微生物活性。煤矸石中的有机质可以为土壤微生物提供营养物质，增加土壤微生物的活性，促进土壤中养分的转化和循环。 （三）应用方法 直接施用。将煤矸石粉碎后直接施入土壤中，可以改善土壤结构和肥力。但在施用前需要对煤矸石进行检测，确保其重金属含量不超标。 与有机肥混合施用。将煤矸石与有机肥混合施用，可以提高土壤肥力，同时减少有机肥的使用量，降低农业生产成本。 制作土壤改良剂。将煤矸石与其他材料如泥炭、腐殖酸等混合制作成土壤改良剂，可以更好地发挥煤矸石的改良作用。 三、煤矸石在重金属污染控制中的应用 （一）吸附固定重金属 物理吸附。煤矸石具有较大的比表面积和孔隙度，可以通过物理吸附作用吸附土壤中的重金属离子。 化学吸附。煤矸石中的矿物成分如蒙脱石、高岭石等可以与重金属离子发生化学反应，形成稳定的化合物，从而固定重金属离子。 离子交换吸附。煤矸石中的阳离子可以与土壤中的重金属离子发生离子交换反应，将重金属离子吸附到煤矸石表面。 （二）改变土壤理化性质降低重金属生物有效性 调节土壤 pH 值。煤矸石中的碱性物质可以中和土壤中的酸性物质，提高土壤 pH 值。在较高的 pH 值下，重金属离子的溶解度降低，生物有效性也相应降低。 形成沉淀。煤矸石中的矿物成分可以与重金属离子形成沉淀，如氢氧化物沉淀、碳酸盐沉淀等，从而降低重金属离子的生物有效性。 促进重金属离子的氧化还原反应。煤矸石中的有机质和微生物可以促进土壤中重金属离子的氧化还原反应，将高价态的重金属离子还原为低价态，降低其生物毒性。 （三）应用方法 原位修复。将煤矸石直接施入受重金属污染的土壤中，通过吸附固定和降低重金属生物有效性等作用，实现土壤的原位修复。 制作钝化剂。将煤矸石与其他材料如石灰、磷酸盐等混合制作成钝化剂，施入土壤中可以有效地控制重金属污染。 构建生态屏障。在受重金属污染的土壤周围构建煤矸石生态屏障，可以阻止重金属离子的迁移和扩散，减少对周边环境的污染。 （四）应用趋势 1.材料复合化 将煤矸石与其他功能性材料进行复合，以提高对重金属的吸附和固定能力。例如，与生物炭、黏土矿物、纳米材料等复合，利用不同材料的优势互补，增强对多种重金属的协同去除效果。这种复合化的趋势将使煤矸石在重金属污染控制中发挥更高效的作用。 2.功能定制化 根据不同的重金属污染类型和环境条件，对煤矸石进行功能定制。通过物理或化学方法对煤矸石进行改性，使其具有特定的表面性质、孔隙结构和化学活性，以针对性地吸附和固定特定的重金属离子。例如，针对含镉、铅等重金属污染的土壤，开发具有高选择性吸附能力的煤矸石材料。 3.智能化应用 结合传感器技术和数据分析，实现对煤矸石在重金属污染控制过程中的智能化监测和管理。可以实时监测煤矸石对重金属的吸附状态、土壤中重金属浓度的变化等，通过数据分析优化应用方案，提高治理效果和效率。同时，智能化应用还可以实现远程监控和自动化操作，降低人力成本和操作风险。 4.生态修复一体化 将煤矸石应用于重金属污染土壤的生态修复中，实现污染控制与生态恢复的一体化。例如，利用煤矸石改良土壤结构、提供养分的同时，吸附和固定重金属，促进植被生长，恢复土壤生态功能。这种一体化的应用趋势将有助于实现可持续的环境治理和生态保护。 结语 煤矸石在土壤改良和重金属污染控制中具有重要的应用价值。通过合理利用煤矸石，可以改善土壤结构、提高土壤肥力、控制重金属污染，实现资源的循环利用和环境保护的目标。然而，在应用过程中也存在一些问题和挑战，需要加强研究和探索，不断完善应用技术和管理措施，以推动煤矸石在土壤改良和重金属污染控制中的广泛应用。 参考文献 [1]张博超,赵文豪,杜飞,曹祖宝.以煤矸石为基质的紫花苜蓿土壤改良配比研究[J].中国矿业,2024,33(S2):122-126. [2]巩文辉.适配微生物的选育及其处理煤矸石制备土壤改良剂[D].河南理工大学,2023. [3]马柳.以煤矸石为基质的生菜种植土壤改良配比研究[D].辽宁大学,2021.
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