討論了煤中有害元素對環(huán)境和人體健康的危害及其作用途

1、中國礦業(yè)大學（北京）工程碩士專業(yè)學位論文1引言討論了煤中有害元素對環(huán)境和人體健康的危害及其作用途徑， 總結了煤中伴生元素的含 量分類和環(huán)境地球化學分類。 詳細總結和歸納了煤中伴生元素的研究狀況、 發(fā)展趨勢以及不 足之處，根據(jù)以上分析和國家自然科學基金與煤炭科學基金任務的要求， 提出了本次研究思 路和技術路線，并對本次研究的主要工作量進行了總結。煤炭是我國最主要的一次能源，近年煤炭產(chǎn)量有所縮減，但2000年產(chǎn)量仍保持在10億噸。由于煤炭在我國化石能源資源量中占95%,石油和天然氣的儲采比低，分別為 21和40,因此估計到二十一世紀中葉，煤炭在一次能源結構中所占的比例仍難低于50%。所以煤的地球化

2、學性質，特別是煤中有害元素及有害有機化合物及其對大氣、土壤和水域的環(huán)境危害，對人 體健康的影響，日益受到重視1-2,5。煤中伴生元素環(huán)境地球化學的研究可為我國煤炭資源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的決策提供一定的科學依據(jù)。1.1煤中有害元素對環(huán)境和人體健康的危害煤中有害元素引起的生物中毒和環(huán)境污染在許多用煤國家都已發(fā)生2,5。如美國大氣硒污染主要來源是燃煤，燃煤引起的大氣硒排放量占總量的62%。燃煤過程向大氣的排汞量占了人為總量的大部分，成為大氣中汞的最大污染源。大氣汞通過干濕沉降返回到表生生態(tài)環(huán) 境中，加速了汞在水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中富集強度和速度，對人類的生存構成了潛在威脅。 在北歐和北美，酸雨沉降區(qū)的

3、一些偏遠湖泊中，一些魚體中汞含量高的驚人，遠遠超過了世界衛(wèi)生組織建議的地區(qū)食用水產(chǎn)品的汞含量標準。美國近10年來集中研究了燃煤造成的汞污染。煤煙是大氣中砷的主要來源，著名的倫敦上空的煙霧，其大氣中的砷含量為0.04 “0.14 乜/m3。原捷克斯洛伐克燃煤電廠排放的Pb、As已造成附近兒童骨骼生長延緩。美國近年正研究燃煤造成的 As污染，并擬降低大氣及水域中可造成As污染的下限值。煤中伴生元素可能通過多種途徑，即所謂的環(huán)境地球化學食物鏈對環(huán)境和人類健康造成影響（圖1.1 ）。As、F、Se U、Hg、Cd等元素在多數(shù)煤中含量很低，但在特殊的地質條件 下可能富集在煤中。我國煤田地質條件復雜，煤中

4、的伴生微量元素分布不均，從我國一些地區(qū)檢測到的As、F、Se的特高含量值世界罕見，因此，研究我國煤中伴生微量元素在什么樣 的地質條件下可能形成異常富集顯得尤為重要。圖1.1煤中化學元素從環(huán)境到有機體作用路線示意圖Fig.1.1 Sketch map of ways of chemical elements on organism1.2煤中伴生元素的有關術語和分類1.2.1元素的含量分類在常見的地球化學文獻中，人們常將0、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K和Ti等9種元素（它們的地殼豐度共占 99%左右）稱之為常量元素或主要元素，而把這9種元素以外的元素統(tǒng)稱為微量元素或痕量元素、雜質元素、副

5、元素、稀有元素、次要元素等（Trace, Minor,Micro, Rare, Oligo Elements ）,它們在巖石中含量一般在 1 %或0.1 %以下。目前還沒有建立微量元素地球化學分類的統(tǒng)一標準，分類方案也因研究對象和目的不同而異。目前普遍采用程介克（1986）的分類方案（表1.1） 3,5-8。表1.1元素含量的術語及其含量界限(程介克，1986)Table 1.1 Terms of elements and their content limits (Cheng Kejie, 1986)含量有關術語(%)(Mg/g)1 100104 106常量元素( Major Element

6、 或 Macroelement)0.01 110010000微量元素( Minor Element 或 Microelement)0.0001 0.011 100痕量元素(Trace Element)< 0.0001< 1超痕量元素(Ultratrace Element)然而，常量元素和微量元素的區(qū)分是相對的，常因研究的對象和目的而異。煤是物質 成分極其復雜的固體可燃有機巖，用現(xiàn)有的分析技術手段可以從煤中檢測到66種元素，從煤樣品、燃煤產(chǎn)物和煤層氣樣品中檢測到86種元素（地殼中可供統(tǒng)計的元素共88種），只有Ac和Pa這2種短壽命的放射性元素在煤、煤燃燒產(chǎn)物和煤層氣中未曾檢測到。在所

7、檢 測到的元素中，作者把H、C、N、O、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca和Fe等12種元素稱之為常量元素（major elements），它們在煤中的含量一般超過0.1 %;其它元素在大多數(shù)煤中的含量低于0.1 %，稱之為微量元素（min or eleme nts）（圖1.2）。是間接檢測，尚未有一 種行之有效的直接檢測方法，更談不上某元素在各種賦存狀態(tài)中各占的百分比例。二是研 究煤炭在開采、運輸、堆放、洗選加工、燃燒等過程中有害元素侵入環(huán)境的機制和規(guī)律， 正如前所述，煤是一種特殊的巖石，在其加工利用過程中，可以使得本來一些并不富集的 元素得以富集后對環(huán)境或人類健康造成危害，特別是燃煤過程

8、中有害元素在飛灰中的遷移 和富集尤其引人注意。三是研究和開發(fā)脫除或降低煤中伴生有害元素的技術，從而達到控 制和預防煤中伴生元素對環(huán)境和人類身體健康的危害，主要涉及到煤潔凈利用技術的工藝 方面。發(fā)展趨勢：一是開始研究全球煤中有害元素分布規(guī)律，如捷克著名學者 Bou?ka等（1999）總結了全球31個國家褐煤中硫及微量元素含量的分布，主要有害元素的樣品都在千個以上（其中我國僅10個左右）2;美國著名的專家 Finkelman正在力爭建立全球煤中毒害元素 的地球化學數(shù)據(jù)庫；二是研究煤中有害物質對人類健康的影響，美國Orem等（1999）對巴3中國礦業(yè)大學(北京)工程碩士專業(yè)學位論文爾干半島上褐煤淋出

9、的有害有機化合物對地方性腎臟病的影響等3; 2001年在捷克召開的第9屆煤田地質會議上，就有一些煤中有害元素與病理學關系方面的新研究成果，引起了 與會學者極大興趣90。三是一些學者開始注重低溫熱液流體作用下煤中伴生元素的地球化 學行為，把流體動力學的原理應用于煤中物質，特別是毒害元素的遷移、轉化和富集規(guī)律 的研究。注重流/巖反應、流/流反應以及沉積有機物自身的有機反應、有機物-水-巖石多 相反應和有細菌參與的生物有機化學反應。流體是物質遷移和轉化的主要載體，任德貽等(1999)剖析了幾種煤中伴生有害元素的富集成因特點88，無不與流體有關。近年來低溫地球化學的快速發(fā)展為此項研究提供了新的思路和可

10、靠的理論參考?？偨Y國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，作者認為煤中伴生元素地球化學的研究在以下幾個方面需進一步加強：(1) 我國學者比較系統(tǒng)、深入的研究煤中毒害元素局限于華北的東部和中部、貴州省、 四川省及東北個別煤田，積累了不少煤中有害元素分布的基礎數(shù)據(jù)，掌握了一些有害元素的局部的富集規(guī)律，但與先進國家相比，全國積累的系統(tǒng)研究數(shù)據(jù)較少，并且多數(shù)集中于 煤中伴生元素高異常區(qū)，往往使人產(chǎn)生誤解，認為中國煤中有害元素普遍偏高。因此，全 面評價我國煤炭資源及其環(huán)境效應，充分合理地利用豐富的煤炭資源，已有的研究成果和 數(shù)據(jù)仍顯不足。(2) 對煤中有害微量元素在有機質聚積、成巖、各種變質作用、熱液作用過程中的富 集機理及其地質背景探討尚顯不足。對源巖、圍巖、巖漿熱液活動產(chǎn)物的地球化學研究有 待深入。