煤矸石用于土壤改良技术的研究探讨

杜冲,周英

云南今禹生态工程咨询有限公司   云南 昆明   650233

摘要：现状煤矿企业产生的煤矸石大多采用集中堆置的处理方式，随之带来了环境污染、占用土地资源的问题。为更大化的实现资源循环利用，在前期研究基础上，提出利用煤矸石作为原材料制备土壤改良剂，以期可以改善土壤理化性质，提高土壤微生物的种类和数量，加强土壤的保水、保肥性能，有利于植物生长发育，在增加可使用土地资源的同时，实现固体废物的再利用。

关键词：煤矸石；土壤改良；肥料

引言

煤矸石是煤炭开采和洗选过程中的主要固体废弃物，约占开采量的10%~20%。煤矸石以高岭石、石英、方解石、黄铁矿和伊利石为主要矿物组成，并含有一定量有机物和少量云母，其主要元素包括Si、Al、C、Ca、Fe、Mg、K等。煤矸石的组分随其地理位置的不同而不同，但大部分煤矸石主要由一种含水硅铝酸盐黏土矿物-高岭石（Al2O3 ·2 SiO2 ·2H2O）组成，其中SiO2 和 Al2O3通常占整体成分的90%以上。煤矸石的产生和堆存带来了大量的环境污染和安全隐患等问题。

1煤矸石的危害

1.1土壤污染

一般煤矸石山堆放会导致煤矸石经雨水淋溶进入水域或渗入土壤，影响水体和土壤，并被植被根部所吸收，影响农作物的生长，造成农业减产和产品污染。 大气和水携带的煤矸石风化物细粒可飘洒在周围土地上，污染土壤，矸石山的淋溶水进入潜流和水系，也可影响土壤。

1.2大气污染

煤矸石中含有残煤、炭质泥岩等可燃物，其中碳、硫构成煤矸石自燃的物质基础。露天堆放的煤矸石内部热量逐渐积蓄，当温度达到可燃物的燃点时便自燃，释放出大量的 CO、CO2 、SO2 、H2O 和 NOx 等有害气体，其中以S02 为主。 这些有害气体不但污染空气，影响人们的身体健康，而且还严重破坏生态环境，使树木生长缓慢、病虫害增多，农作物减产或死亡。

1.3水体污染

煤矸石除含有粉尘、SiO2 、Al2O3以及铁锰等常量元素外，还有其他微量重金属元素，如铅、锡、汞、砷、铬等，这些元素为有毒重金属元素。当露天堆放的煤矸石山经风吹、日晒、雨淋等作用，析出的有毒重金属会随地表径流转入水体中，造成水体的污染。

2煤矸石的利用情况及土壤改良剂的应用情况

2.1煤矸石利用现状

目前，我国煤矸石的利用率仅有50%左右，利用途径主要有：用于采空塌陷区的充填，煤矸石发电、煤矸石制备矸石砖及其他建筑材料、复垦回填等。

2.2土壤改良剂的应用现状

目前使用的土壤改良剂，按照生产原料可以分为天然改良剂、合成改良剂、天然合成共聚物改良剂和生物改良剂4类。

土壤改良剂的作用主要体现在：①改善土壤物理性状。土壤总孔隙度增加,土壤容重减小，持水量增大,土壤毛管孔隙、非毛管孔隙和通气度都增加。②改良土壤化学性状。增加土壤有机质，全N、水解N、速效P、速效K都会增加，并调节土壤酸碱度，增强土壤缓。③增加土壤抗水蚀能力。④提高土壤中离子交换率，改良盐碱地，缓冲pH值，吸附重金属。改良剂如沸石、膨润土、蛭石、斑脱土施入土壤后，可以有效改善土壤结构，增加土壤中的阳离子，土壤中原有的重金属有些被交换吸附，有些被固定，土壤中的氢离子也由于交换吸附降低了浓度。⑤增加土壤微生物数量，提高酶活性。土壤中微生物对植物起着非常关键的作用，而微生物靠有机碳才能生长，所以施加有机碳土壤改良剂可以增加土壤微生物数量和活性，提高酶活性；同时，抑制真菌类、细菌、放线菌活动，减少土壤疾病传播。

3利用煤矸石改良土壤的技术研究

3.1研究进展

煤矸石因含有腐殖酸、有机质、硅、钾、铁，以及多种稀有元素，可以促进植物根系发育和有益微生物活动。可以治理土壤板结、沙化、盐碱化现象，提高土壤渗透性，增加土壤的保水保肥能力，减少土壤水分蒸发，增加土壤的阳离子交换能力，促进微量元素更好地被植物根系吸收，因此可以利用煤矸石制备土壤改良剂。由于煤矸石类型多样，不同区域的煤矸石组分差异也较大，煤矸石可按照全硫含量、灰分产率、灰成分进行高、中、低分类。利用煤矸石改良土壤，需根据其具体的成分和理化性质分析改良土壤的适应性。对于含硫量较高的煤矸石，适合改善盐碱土地的理化性质。有研究表明利用高硫煤矸石为改良材料，对苏打盐化土壤进行改良，显著降低了土壤的 pH 值和土壤碱化度ESP值，同时施加煤矸石改良剂增加了土壤盐分，盐碱土的电导率 EC 值有所增加；研究了不同类型煤矸石对矿井水中重金属离子的吸附特性，发现高度风化的煤矸石对Pb2+、Cd2+、Cu2+、 Cr3+ 等重金属离子去除效果显著，这对煤矸石改良剂吸附土壤中重金属离子的理论研究提供了指导意义；有研究发现煤矸石持水性较差，但导气性良好，因此可用煤矸石提高黏质土壤的孔隙度，改善植物的根系呼吸。

3.2实际应用

煤矸石中含有多种农作物生长所必需的微生物肥料成分，是携带固氮、解磷、解钾类微生物的理想基质和载体，可作为载体制备微生物菌肥。以煤矸石和磷矿物作为载体，加入添加剂可制成煤矸石微生物类固氮菌肥、磷细菌肥、钾细菌肥。作为载体制备微生物肥的煤矸石，其灰分小于85% 、水分小于或等于2% 、Hg小于或等于3mg /kg、As小于或等于 30mg /kg 、Pb小于或等于100mg /kg、Cr小于或等于150mg /kg、Cd小于或等于3mg /kg。

目前已筛选出适合煤矸石微生物肥料的菌种，开发出了蔬菜和谷类专用的煤矸石基微生物肥料及配方，在培育蔬菜、谷类时，可分别比施用普通化肥增产9.3% 、0.4%和10.3% ，并大大降低粗纤维和硝酸盐的含量。实验结果表明，煤矸石复合微生物肥有利于解决传统化肥存在的环境污染、肥效低、作物品质差的问题。

煤矸石含有的较高有机成分和矿物成分能够有效改良土壤结构、增加土壤孔隙、提高含水性能、提升透气性，便于植物根部的吸收作用，提高农作物产量，因此煤矸石经粒度处理后可用于配制肥料。为此，选用有机质含量较高的煤矸石粉碎后，与适量过磷酸钙和活化添加剂，搅拌均匀后加水充分活化，堆沤一星期后即可制成有机复合肥，施用后可使作物增产10%～35％。与其他肥料相比，煤矸石复合肥属于长效肥，在较长时间内对土壤都有一定的改善作用。

4效益分析

4.1经济效益分析

煤矸石土壤改良剂产业可以在减轻煤炭企业矸石处置费用的同时，还可以成为地方财政收入的新增长点，带动区域服务业发展，解决煤矸石堆存污染问题，使当地居民生产生活环境大大改善，带来的间接经济效益不可估量。煤矸石利用产业发展促进自身产业发展的同时还将带动农业、煤化工、固废综合利用产业的发展。

4.2生态环境效益分析

随着煤矸石土壤改良技术的应用，可减少大量煤矸石堆置场地，避免了煤矸石山的水土流失、损坏自然植被、地质灾害等问题，同时完成了生态环境修复，产生良好的经济环境效益，极大改善土壤、水、大气的环境质量。

5结束语

单一煤矸石作为土壤改良剂难以满足土壤重利用所需的营养成分，应通过多源、多组分原料组合，根据组分互配、性能互补的原则，采用物理、化学和生物联合的加工方式，综合考虑材料的肥效和保水性、持水性、导水性、离子交换能力等，既供给土壤良好的肥力又能保持水分，还有利于土壤的快速改良。制备土壤改良剂，需要针对煤矸石的组成和性质，利用分级分质技术，去除煤矸石中的硫和重金属等有害组分，提高土壤改良效果。

参考文献

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