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醫學地質發展對煤炭科學利用的促進作用

發布時間:2019-03-30 08:45

  摘要:醫學地質主要研究地球上無機物(礦物、巖石、元素等)和有機物(微生物)對人類、動植物的作用和影響。煤炭礦產的亂采濫挖,使礦物、巖石、元素由靜態變為動態,也廣泛的擴散了有毒有害物質對人類健康造成危害。醫學地質在現今大環境下為醫學與生態學和環境學研究的結合提供了巨大的潛力,促進了煤炭資源的科學合理利用。


  關鍵詞:煤炭利用,煤成分,醫學地質,潔凈煤技術


  作者:張衛國


  中圖分類號:F426文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2012)10(b)-0094-02


  1煤炭的有害成分及利用過程帶來的危害


  煤作為一種工業燃料,被廣泛地應用于工業生產,從而給人類社會帶來了前所未有的巨大生產力,同時也推動了工業的向前發展。然而在煤的開采、洗選、運輸和利用過程中,煤中微量元素會發生遷移和轉化,從而引發一系列的科學問題。從20世紀60年代末至今,煤中微量元素對環境可能造成的污染越來越受到重視,有害微量元素含量及其分布規律是目前地球化學研究的重點之一。煤中含有許多潛在有害微量元素,這些元素雖然在煤炭的燃燒、加工利用(如洗選)過程中,從煤中釋放遷移出來,從而對環境造成污染,對人類身體健康造成危害。


  煤中的微量元素特別是其中的有害元素是煤炭開采出來以后的主要污染物,有的滲入土壤,降低土壤功能、污染水質。用現有的分析技術手段可以從煤中檢測到66種元素,從煤樣品、燃煤產物和煤層氣樣品中檢測到86種元素(地殼中可供統計的元素共88種)。微量元素在煤里雖然含量很低,但是由于煤炭的開采量和利用量很大,從煤中釋放到環境中的有害元素可以長期累積,造成對生態環境和人類健康的危害。科學家們還十分關注煤炭在加工利用過程中微量元素的遷移與轉化規律,煤的開采利用過程正是空氣中有害元素的主要來源[1]。一些發達國家十分重視煤中有害微量元素對人類生產生活及生存環境的影響,隨著不斷對資源與環境可持續發展的要求,煤的微量元素地球化學研究更趨向于與環境評價相結合。目前由煤中微量元素導致空氣、水體和土壤受到污染,并危及植物和水生動物的情況已有報道。在我國,曾經報道過煤中微量元素直接影響人體健康的實例,如燃煤型氟中毒、燃煤型砷中毒和由于煤中硒含量超高引起的硒中毒。因此,搞清煤中有害微量元素的含量、賦存狀態和分布規律對于解決這些問題是必要的前期工作。


  我國的煤炭開采的特點是粗放,開采粗放、管理粗放、回收粗放、加工利用粗放。礦區矸石山不僅占用土地,而且煤矸石風化后,潮濕空氣和淋雨把一部分有機酸溶解,形成酸化淋溶水,隨雨水匯積,造成河水被污染。90%的礦井瓦斯被直接排放到大氣中(每年約為100億m3),導致大氣污染。


  我國近80%的電力能源、供熱、民用燃料、70%的工業能源、60%的化工原料都來自煤炭,燃煤年排煙塵量占全國總排煙塵量的80%左右。原煤的直接燃燒導致大氣污染,酸雨覆蓋面積已占國土總面積的1/3;燃煤產生的煤渣到處堆放,占用耕地道路。


  2醫學地質與煤炭利用的相關研究內容


  2.1醫學地質研究內容


  醫學地質研究詳細內容包括:微量元素種類含量、大氣中的礦物灰塵、火山噴發物等對人類健康的影響;有機化合物的運移、調節和集中對人類健康的危害;放射性元素、微生物等對人類健康的影響;元素和化合物的致癌作用等[2]。顯而易見,煤礦開采,燃煤帶來的對人類環境和健康的危害與醫學地質研究的內容有著密切的聯系。目前,我國煤礦矽肺病人數已達40萬,并且仍以每年8000人的速度增長;還有大量的礦井粉塵排入地面污染大氣。


  2.2燃煤對人類健康的威脅


  我國能源結構決定了我國目前重要依靠煤炭資源作為工業燃料和發電燃料。在煤炭的燃燒利用過程中,幾乎同時伴隨著對環境的嚴重污染。煤中的部分元素在燃燒過程中氧化為有害物質,進入環境破壞生態平衡,威脅著人類的生存條件;部分有害物質甚至可直接造成人體疾病[3]。中國部分地區燃煤引起的地方性氟中毒、砷中毒是嚴重危害人民身體健康的地方病,而燃煤污染型氟中毒是中國特有的氟中毒類型[4]。


  2.3粉塵對人類健康的危害


  在煤炭的開采、加工、運輸和灰分處理過程中產生大量粉塵。眾所周知,某些類型的粉塵對環境和人類健康的危害已經很長時間了。工作在大量煤粉塵中的礦工,肺部會受到嚴重損傷。煤煙中的粉塵也是有害的,因為燃料中的氧化硅附著在煙霧微粒上形成酸,如果吸入這種微粒則會侵蝕肺部[5]。20世紀50年代,倫敦因密集的化學煙霧,就是由室內燃煤取暖引起的。


  2.4煤利用帶來的其他問題


  人類的礦山開采活動是導致克山病的主要原因,陜北患區大都只有煤礦及石油礦,金屬礦很少,克山病的高發與當地巖性有一定相關性。克山病區分布在補給區和排泄區的過渡帶,或者地下水徑流滯緩排泄不暢的地帶,病區飲水礦化度、硬度和主要離子都比非病區低,某些微量元素含量如Sr、Pb、F、Mo、Se均比非病區低,而腐殖酸和耗氧量則明顯增加[6]。


  另外,煤中的微量元素汞由于流動性和易揮發性成為控制起來最具有挑戰性的毒物之一;石棉的塵粒也是對人體有害的,人類吸入石棉塵粒會導致石棉病、肺部纖維病和肺癌[2]。


  3醫學地質的發展對煤炭科學利用的促進作用


  人類社會發展到今日,環境污染、氣候異常日益凸顯,健康問題是人們的最關注的。醫學地質這個古老而又年輕的課題在當今大環境下為地學界與生態學和環境學界研究的結合提供了巨大的潛力。它可以幫助、調節和根除危害人類達數千年之久的潛在的環境健康問題。


  由于我國個別地區由于落后的生產、生活方式,在煤炭開采、加工和利用過程中有害微量元素對人類的危害更加嚴重,后果不堪設想[7]。煤中有害元素可能通過的環境地球化學食物鏈對環境和人類健康造成影響,各種途徑的滲透,波及面廣,短期內不易發覺。盡管我國大多數煤田和礦區煤中有害微量元素含量并不高,As、F、Se、U、Hg、Ge等元素在多數煤中含量很低,但在某些地質條件下在煤中富集,造成危害。此外,我國煤田地質條件復雜多樣,有害微量元素的分布無規律不均勻,我國有些地區煤中也存在世界少見高含量的砷、氟、硒等有害元素[8]。因此,研究我國煤中有害微量元素分布特征、富集成因機制,及其對環境和人體健康的危害,具有重要的現實意義。醫學地質研究了煤炭中多種微量元素礦物成分以及粉塵對人類健康的影響,醫學地質著重解決的地方病多數與煤炭的利用有著密切的關系,使我們看到了煤炭不合理利用可能會帶來的嚴重后果;各種病因和致病機理的研究為煤炭科學合理利用提供了出發點和依據。


  4煤炭科學利用的技術途徑


  煤炭是我國能源安全供應及經濟社會發展的重要保障,當前我國煤炭工業仍處于大量浪費和粗放開發、簡洗加工、低效利用、污染環境和效益低下的狀況[9]。綜上可見,煤礦的不合理開采、不科學的利用給環境和人類健康都帶了巨大的危害。生產和消費安全高效的潔凈能源是未來能源發展的趨勢。發展潔凈煤技術是提高煤炭利用效率、降低污染物排放及改善對環境的影響是能源領域可持續發展所面臨的重要技術途徑之一。


  潔凈煤技術主要包括以下幾個方面:(1)燃燒前的加工轉化技術。包括先進的洗選技術、煤氣化技術、煤層氣開發利用技術、廢煤處理技術、水煤漿的輸送技術等。(2)先進的燃煤發電技術。包括超臨界煤粉燃燒循環發電技術、循環流化床燃燒發電技術、加壓流化床發電技術、整體煤氣化聯合循環發電技術、高效能外燃發電技術等。(3)煤燃燒后的脫硫、脫氮及污染控制技術。包括石灰/石膏法煙氣脫硫技術、煙氣除塵技術、富氧燃燒技術等。(4)非傳統的煤基發電技術。包括先進的煤基燃料電池發電技術、磁流體發電技術等[10]。提高入洗比率推廣使用潔凈煤、發展煤的液化和氣化尋求煤炭新出路、加強煤矸石的綜合利用是未來潔凈煤技術的發展趨勢。


  我國應大力發展潔凈煤應用技術,重視醫學地質的發展,從煤的加工利用的各個環節,全方位節約資源、提高效率,從而使我國真正走資源節約型、環境友好型可持續發展的道路。本文來自《世界核地質科學 》雜志

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