贵州省织金矿区高砷氟煤开采环境影响分析及控制措施

摘要：文章对织金矿区煤层中的砷氟含量及其赋存形式进行了分析，分别从煤炭开采、煤矿产品使用和燃烧分析了含高砷高氟煤对环境的影响，并有针对性地提出了预防高砷高氟煤开采及加工利用对环境不利影响的对策措施及建议。

关键词：织金矿区；高砷高氟；煤环境影响；防治对策

中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）10-0045-04

1 织金矿区煤层中砷、氟含量情况

贵州省织金矿区位于贵州省西部、毕节市东南部，矿区位于织金县境内，矿区东临清镇市、平坝县，南至普定县、六枝特区，西接纳雍县，北靠大方县、黔西县，矿区含煤地层主要为上二叠统的龙潭组，原煤煤质为低中灰～中灰、低中硫～高硫、具有特高热值的无烟煤，可以供化工造气原料、发电燃料、高炉喷吹等，产品用途广泛，同西南地区大多数矿区一样，矿区煤层中个别区块的砷、氟含量较高，其主要原因是由于在长期的地质活动中，地层中分散存在的Au、As、Hg、Sb等元素发生活化迁移，沿褶皱、断裂等构造薄弱带运移，并在通过煤层时于局部地段富集形成高砷高氟煤。

1.1 矿区内煤层中砷、氟含量

织金矿区自1958年起就开始进行了地质勘探工作，2004年提交了《贵州省织金县煤矿普查总体地质报告》、结合最近几年提交的《文家坝一矿储量核实报告》、《文家坝二矿储量核实报告》、《肥田煤矿资源储量核实报告》和《织金矿区戴家田勘探区详查地质报告》，矿区内各煤层中平均砷、氟含量见表1。

根据目前矿区已有地质勘探资料，矿区内各煤层砷含量平均值在1.91～8.20PPm，对照《煤中砷含量分级》（MT/T803-1999）可知，矿区内的14煤层属于一级含砷煤，27煤层属于三级含砷煤，其余各煤层属于二级含砷煤，矿区大部分煤层属于一级和二级含砷煤，个别点最大值出现在文家坝一矿井田的16煤层，其采样点最高值达到30PPm，属于四级含砷煤，但各煤层中的含砷量均低于贵州省卫生部门建议的当地地方性砷中毒病区煤砷限值45PPm的标准要求。

全矿区各煤层中平均氟含量在81.28～247.70PPm，对照《煤中氟含量分级》（MT966-2005）可知，14、21、25号煤层属于低氟煤，2、6、6、16和30号煤层属于中氟煤，23、27、32、34号煤层属于高氟煤，个别点最大值出现在文家坝一矿井田内16煤层，采样点最大值为480PPm，可见，矿区内有部分高氟煤分布。

1.2 矿区煤矿中砷、氟的赋存形式

根据相关资料，从其形成过程分析，矿区煤层中的砷主要以类质同相或固溶体形态赋存在黄铁矿中。煤矿中氟的赋存形态十分复杂，研究表明主要以无机物形式存在：以无机盐矿物形态存在于煤中；以类质同象形式呈离子态存在于矿物晶盐中；以非类质同象形式呈离子态吸附于矿物颗粒表面或水溶液中，煤中氟含量与灰分之间有显著的正相关关系，一般来说，灰分越高，煤中氟含量越高。

2 矿区煤炭开采利用高砷氟煤环境影响分析

2.1 矿区煤炭开采高砷高氟煤对环境的影响分析

目前对于煤炭开采高砷高氟煤产生的环境影响问题相关研究和报道很少，我们对矿区内在生产煤矿的矿井水、矸石淋溶水、土壤质量等进行了取样分析，分析结果见表2～4。

可以看出，矿区内小煤矿矿井水、矸石淋溶水中均没有出现砷氟含量超标的现象，土壤监测点的砷含量未超标，地表水监测断面未出现砷氟含量超标的现象，大气环境监测点未出现氟超标现象，一般情况下，规划矿井煤炭开采导致区域地表水、大气与土壤中砷氟含量超标的可能性较小。需要说明的是，矿区内小煤矿开采煤层深度浅，这些浅部煤层的砷氟含量较低，小煤矿尚不能全面反映矿区规划大中型煤矿今后开采对环境的影响，且矿区内砷氟含量的检测分析数据尚不全面，矿区各规划矿井在开采之前对各煤层的砷、氟等有害元素进行检测分析，对目前砷含量较高的个别采样点所在局部区域加强勘探，查明其分布范围，并加强对周围土壤、大气环境、水环境以及矿井水水质的监测，并采取预防控制措施避免其对周围环境的不利影响。

3 燃煤砷、氟排放危害

3.1 燃煤砷排放危害

煤燃烧、垃圾焚烧和金属冶炼等都会产生含砷废气污染环境，其中燃煤是大气中砷的主要来源。煤中的砷是挥发性较强的元素，煤燃烧时，无论是有机砷，还是无机砷，几乎均转化为剧毒的三氧化二砷，并富集在燃煤烟尘的细颗粒中。

在我国除西南经济落后地区居民燃煤造成砷中毒事件外，尚未见工业、民用锅炉燃煤引发砷中毒的报道。不过锅炉燃烧高砷煤产生危害的可能性仍然存在，尤其是分散在居民区的工业和民用中、小型锅炉，若燃烧富含砷的煤，又缺少除尘装置，排放物可能会造成局部环境污染。

另外，含砷高的煤制品也会对工业生产带来不利影响。比如，砷会腐蚀锅炉和管道；焦炭中砷过多会影响钢铁的质量；在煤化工加工过程中，砷会毒化触媒剂，还能使加氢液化用的催化剂失效等。

3.2 燃煤氟排放危害

煤在燃烧时，其中的氟以HF、SiF4、CF4、H2SiF6等气态形式和气雾或尘态的NaF、NaAlF4+AlF3以及他们与水汽结合生成的气溶胶或氟氢酸等形式排入大气中，这些含氟化合物易于被人体和粮、菜、水等吸收和粘附。HF的毒性要比S02高10～100倍，是一种危害严重的污染物。在燃煤造成的氟中毒事件中，除居民燃煤造成氟中毒事件外，尚未见工业、民用锅炉燃煤引发氟中毒的

报道。

总之，在煤利用的各个环节中，砷和氟的危害性主要体现在燃煤排放方面，在煤炭开采、洗选、加工、运输过程中，目前尚未见有砷氟中毒的报道。砷、氟对人体健康的危害主要表现为直接燃用高砷煤、高氟煤和使用粘土伴煤，造成空气中砷、氟含量过高，经呼吸吸入含砷、氟过高的气体而引起砷、氟中毒。

4 织金矿区燃煤型砷氟中毒现状与防治经验及对策

4.1 地方卫生部门的防治经验

根据相关文献资料，织金县主要是燃煤型氟中毒，是贵州地方性氟中毒的重病区之一，该区属中亚热带，气候温和湿润，秋季多阴雨，居民主食玉米、辣椒，由于地势较高，气候阴冷潮湿，当地煤炭资源又比较丰富，农村居民大多使用无排烟设施的敞灶燃煤，常年昼夜不熄，既做饭取暖又烘烤粮食，由于炉灶无排烟设施、室内通风不畅，空气中氟浓度很高，粮食受煤烟污染含氟很高，从而导致人体摄入氟过量引起慢性氟中毒，织金县也存在砷中毒病区，1964年在小纳雍乡坝子村，就发现由敞灶燃烧高砷煤引起的燃煤污染型砷中毒病区。

临床检查发现，本区氟中毒是一种慢性全身性疾病，早期表现为疲乏无力、食欲不振、头晕、头痛、记忆力减退等症状，过量的氟进入人体后，主要沉积在牙齿和骨骼上，形成氟斑牙和氟骨症；砷中毒患者除有明显的皮肤色素异常及角化过渡等典型病变外，尚有消化系统、神经系统、呼吸系统、心血管系统等损害。

本区的地方性燃煤型砷氟中毒事件，除了部分煤中砷氟含量较高外，对原煤不经加工处理，使用粘土伴煤，燃烧条件原始落后是最主要的因素。

根据贵州省20多年当地砷氟病防治积累的经验及近年的调研结果，贵州当地卫生部门认为根据燃煤型砷氟中毒的主要措施应包括：（1）政府行为和个人行为措施相结合，禁止高砷、高氟煤使用，清除环境中残留砷，积极发展低氟型煤的生产和供应，改变直接使用原煤的习惯；（2）改善直接用煤烟烘烤食物习惯，改变不卫生的食物干燥和贮存方式，养成食物烹调前淘洗的习惯；（3）完善改灶措施，加强室内通风，将煤烟排出室外；（4）采矿和使用前检测煤样中砷含量，建议当地煤中砷含量的限值为45ppm；（5）使用天然气、沼气、电等清洁能源，改善居民生活水平以及开展群众健康教育。

4.2 对煤中的砷氟含量进行控制并分级

为了从源头上控制高砷高氟煤的开采及利亚，我国的煤炭行业标准中的《煤中砷含量分级》（MT/T803-1999）和《煤中氟含量分级》（MT966-2005）分别按砷、氟含量高低，将中国煤砷、氟含量水平各划分为四个级别，详见表5。

贵州省卫生部门建议当地地方性砷中毒病区煤砷限值为45ppm，中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所和中国地方性砷中毒分布调查协作组在调查中国地方性砷中毒状况时采用的煤砷含量参考标准为100ppm。但这些限值都不是国家法定的禁采标准。

目前世界各国都没有制订有关煤中砷的禁采标准。但是，从煤燃烧过程中有害元素排放控制和环境保护角度来说，商品煤中砷含量不应该超过一定限值。综合分析我国煤炭资源实际情况和国内外关于煤含砷“危险临界值”的规定，煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院认为，中国动力用商品煤中砷含量应控制在100ppm以下。但目前我国尚未对商品煤中氟含量提出临界值控制建议。

4.3 对煤炭进行洗洗加工降低煤中砷氟含量并合理利用

研究表明，经洗选加工后的煤炭在脱除黄铁矿的同时也脱除了赋存在其中的砷，煤炭经洗选加工可有效降低产品煤中砷含量。相关实验也表明，选煤在降低灰分、硫分的同时，对氟也有一定的脱除效率，选煤降灰率和脱氟率的线性关系显著，提高原煤入选率，降低煤的灰分，是减少煤中氟含量和燃煤氟排放量的有效措施。洗选后的煤炭产品主要供应织金电厂和织金煤电化一体化基地工项目，剩余部分供矿区规划的低热值煤电厂、地方工农业及民用煤、省内外其它工业用户用煤，矿区煤炭产品不直接用于食品工业，导致地方性砷中毒事件的可能性较小，至今未见工业锅炉和电厂锅炉排放出来的砷氟直接危害人体的报道，且根据相关研究，贵州燃煤型氟中毒区高氟、劣质粉煤是引起氟中毒之一，但煤中氟含量并非都很高，氟源还主要来自于土淀积层高氟粘土，它被用来伴煤制作煤饼，煤氟排放量不到煤饼排氟量的15%，本区都有拌粘土烧煤的习惯，块煤中灰分含量低，氟含量也相对较低，因此，将少量块煤供应给地方工业及民用煤直接发生氟中毒的可能性较小，主要是要改变人民目前的燃烧习惯和改良炉灶。

同时为了避免可能引起的砷氟中毒，要求矿区规划选煤厂产生的煤泥不能出售给当地民用，必须全部用于矿区规划的低热值煤电厂进行发电。

针对矿区内目前未配套建设煤炭洗选加工设施的小煤矿，应加紧配套建设煤炭洗选加工设施，确保从源头上降低产品煤中的砷氟含量。

采取上述措施，可将矿区开发将砷、氟排入周边环境的量降至最低，将其对人体健康和环境的影响降至最小。

5 结论及建议

织金矿区部分煤层区域中存在高砷高氟煤，从现有的资料来看，矿区煤矿开采对环境影响较小，但矿区今后各煤矿开采之前应对各煤层的砷、氟等有害元素进行检测分析，对目前砷含量较高的个别采样点所在局部区域加强勘探，查明其分布范围，并加强对周围土壤、大气环境、水环境以及矿井水水质的监测，采取预防控制措施避免其对周围环境的不利影响；高砷高氟煤对环境的不利影响主要体现在不合理的利用和燃烧方式上，在充分利用现有政府部门提出的防治经验基础上，应对矿区内开采出的煤矿进行洗洗加工，并将产品主要用于发电等工业用途，不用于食品工业，通过多种途径保证矿区煤矿开采及利用对周围人群健康和环境的影响降至最小。

参考文献

[1] 刘根生，刘桂建，高连芬，等.中国煤中砷的含量分布、赋存状态、富集及环境意义[J].地球学报，2006，27（4）：355-366.

[2] 张军营，郑楚光，刘晶，等.燃煤砷污染和抑制研究进展[J].煤炭转化，2002，25（2）：23-28.

[3] 白向飞，姜英.中国燃煤砷中毒现状及对动力商品煤中砷含量限值的建议[J].煤质技术，2006，（1）：63-65.

[4] 齐庆杰，刘建忠，操欣玉，等.煤中氟分布与燃烧排放特性[J].化工学报，2002，53（6）：572-577.

[5] 张爱华，黄晓欣，蒋娴瑶，等.贵州省燃煤型砷研究进展[J].中国公共卫生，2000，16（8）：735-736.

作者简介：周金余（1981―），男，江苏南京人，中煤科工集团南京设计研究院有限公司工程师，硕士，研究方向：环境影响评价、土地复垦方案编制及污水处理工程设计。