医学地质发展对煤炭科学利用的促进作用

　　摘要：医学地质主要研究地球上无机物（矿物、岩石、元素等）和有机物（微生物）对人类、动植物的作用和影响。煤炭矿产的乱采滥挖，使矿物、岩石、元素由静态变为动态，也广泛的扩散了有毒有害物质对人类健康造成危害。医学地质在现今大环境下为医学与生态学和环境学研究的结合提供了巨大的潜力，促进了煤炭资源的科学合理利用。

　　关键词：煤炭利用，煤成分，医学地质，洁净煤技术

　　作者：张卫国

　　中图分类号：F426文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0094-02

　　1煤炭的有害成分及利用过程带来的危害

　　煤作为一种工业燃料，被广泛地应用于工业生产，从而给人类社会带来了前所未有的巨大生产力，同时也推动了工业的向前发展。然而在煤的开采、洗选、运输和利用过程中，煤中微量元素会发生迁移和转化，从而引发一系列的科学问题。从20世纪60年代末至今，煤中微量元素对环境可能造成的污染越来越受到重视，有害微量元素含量及其分布规律是目前地球化学研究的重点之一。煤中含有许多潜在有害微量元素，这些元素虽然在煤炭的燃烧、加工利用（如洗选）过程中，从煤中释放迁移出来，从而对环境造成污染，对人类身体健康造成危害。

　　煤中的微量元素特别是其中的有害元素是煤炭开采出来以后的主要污染物，有的渗入土壤，降低土壤功能、污染水质。用现有的分析技术手段可以从煤中检测到66种元素，从煤样品、燃煤产物和煤层气样品中检测到86种元素（地壳中可供统计的元素共88种）。微量元素在煤里虽然含量很低，但是由于煤炭的开采量和利用量很大，从煤中释放到环境中的有害元素可以长期累积，造成对生态环境和人类健康的危害。科学家们还十分关注煤炭在加工利用过程中微量元素的迁移与转化规律，煤的开采利用过程正是空气中有害元素的主要来源[1]。一些发达国家十分重视煤中有害微量元素对人类生产生活及生存环境的影响，随着不断对资源与环境可持续发展的要求，煤的微量元素地球化学研究更趋向于与环境评价相结合。目前由煤中微量元素导致空气、水体和土壤受到污染，并危及植物和水生动物的情况已有报道。在我国，曾经报道过煤中微量元素直接影响人体健康的实例，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、赋存状态和分布规律对于解决这些问题是必要的前期工作。

　　我国的煤炭开采的特点是粗放，开采粗放、管理粗放、回收粗放、加工利用粗放。矿区矸石山不仅占用土地，而且煤矸石风化后，潮湿空气和淋雨把一部分有机酸溶解，形成酸化淋溶水，随雨水汇积，造成河水被污染。90%的矿井瓦斯被直接排放到大气中（每年约为100亿m3），导致大气污染。

　　我国近80%的电力能源、供热、民用燃料、70%的工业能源、60%的化工原料都来自煤炭，燃煤年排烟尘量占全国总排烟尘量的80%左右。原煤的直接燃烧导致大气污染，酸雨覆盖面积已占国土总面积的1/3；燃煤产生的煤渣到处堆放，占用耕地道路。

　　2医学地质与煤炭利用的相关研究内容

　　2.1医学地质研究内容

　　医学地质研究详细内容包括：微量元素种类含量、大气中的矿物灰尘、火山喷发物等对人类健康的影响；有机化合物的运移、调节和集中对人类健康的危害；放射性元素、微生物等对人类健康的影响；元素和化合物的致癌作用等[2]。显而易见，煤矿开采，燃煤带来的对人类环境和健康的危害与医学地质研究的内容有着密切的联系。目前，我国煤矿矽肺病人数已达40万，并且仍以每年8000人的速度增长；还有大量的矿井粉尘排入地面污染大气。

　　2.2燃煤对人类健康的威胁

　　我国能源结构决定了我国目前重要依靠煤炭资源作为工业燃料和发电燃料。在煤炭的燃烧利用过程中，几乎同时伴随着对环境的严重污染。煤中的部分元素在燃烧过程中氧化为有害物质，进入环境破坏生态平衡，威胁着人类的生存条件；部分有害物质甚至可直接造成人体疾病[3]。中国部分地区燃煤引起的地方性氟中毒、砷中毒是严重危害人民身体健康的地方病，而燃煤污染型氟中毒是中国特有的氟中毒类型[4]。

　　2.3粉尘对人类健康的危害

　　在煤炭的开采、加工、运输和灰分处理过程中产生大量粉尘。众所周知，某些类型的粉尘对环境和人类健康的危害已经很长时间了。工作在大量煤粉尘中的矿工，肺部会受到严重损伤。煤烟中的粉尘也是有害的，因为燃料中的氧化硅附着在烟雾微粒上形成酸，如果吸入这种微粒则会侵蚀肺部[5]。20世纪50年代，伦敦因密集的化学烟雾，就是由室内燃煤取暖引起的。

　　2.4煤利用带来的其他问题

　　人类的矿山开采活动是导致克山病的主要原因，陕北患区大都只有煤矿及石油矿，金属矿很少，克山病的高发与当地岩性有一定相关性。克山病区分布在补给区和排泄区的过渡带，或者地下水径流滞缓排泄不畅的地带，病区饮水矿化度、硬度和主要离子都比非病区低，某些微量元素含量如Sr、Pb、F、Mo、Se均比非病区低，而腐殖酸和耗氧量则明显增加[6]。

　　另外，煤中的微量元素汞由于流动性和易挥发性成为控制起来最具有挑战性的毒物之一；石棉的尘粒也是对人体有害的，人类吸入石棉尘粒会导致石棉病、肺部纤维病和肺癌[2]。

　　3医学地质的发展对煤炭科学利用的促进作用

　　人类社会发展到今日，环境污染、气候异常日益凸显，健康问题是人们的最关注的。医学地质这个古老而又年轻的课题在当今大环境下为地学界与生态学和环境学界研究的结合提供了巨大的潜力。它可以帮助、调节和根除危害人类达数千年之久的潜在的环境健康问题。

　　由于我国个别地区由于落后的生产、生活方式，在煤炭开采、加工和利用过程中有害微量元素对人类的危害更加严重，后果不堪设想[7]。煤中有害元素可能通过的环境地球化学食物链对环境和人类健康造成影响，各种途径的渗透，波及面广，短期内不易发觉。尽管我国大多数煤田和矿区煤中有害微量元素含量并不高，As、F、Se、U、Hg、Ge等元素在多数煤中含量很低，但在某些地质条件下在煤中富集，造成危害。此外，我国煤田地质条件复杂多样，有害微量元素的分布无规律不均匀，我国有些地区煤中也存在世界少见高含量的砷、氟、硒等有害元素[8]。因此，研究我国煤中有害微量元素分布特征、富集成因机制，及其对环境和人体健康的危害，具有重要的现实意义。医学地质研究了煤炭中多种微量元素矿物成分以及粉尘对人类健康的影响，医学地质着重解决的地方病多数与煤炭的利用有着密切的关系，使我们看到了煤炭不合理利用可能会带来的严重后果；各种病因和致病机理的研究为煤炭科学合理利用提供了出发点和依据。

　　4煤炭科学利用的技术途径

　　煤炭是我国能源安全供应及经济社会发展的重要保障，当前我国煤炭工业仍处于大量浪费和粗放开发、简洗加工、低效利用、污染环境和效益低下的状况[9]。综上可见，煤矿的不合理开采、不科学的利用给环境和人类健康都带了巨大的危害。生产和消费安全高效的洁净能源是未来能源发展的趋势。发展洁净煤技术是提高煤炭利用效率、降低污染物排放及改善对环境的影响是能源领域可持续发展所面临的重要技术途径之一。

　　洁净煤技术主要包括以下几个方面：（1）燃烧前的加工转化技术。包括先进的洗选技术、煤气化技术、煤层气开发利用技术、废煤处理技术、水煤浆的输送技术等。（2）先进的燃煤发电技术。包括超临界煤粉燃烧循环发电技术、循环流化床燃烧发电技术、加压流化床发电技术、整体煤气化联合循环发电技术、高效能外燃发电技术等。（3）煤燃烧后的脱硫、脱氮及污染控制技术。包括石灰/石膏法烟气脱硫技术、烟气除尘技术、富氧燃烧技术等。（4）非传统的煤基发电技术。包括先进的煤基燃料电池发电技术、磁流体发电技术等[10]。提高入洗比率推广使用洁净煤、发展煤的液化和气化寻求煤炭新出路、加强煤矸石的综合利用是未来洁净煤技术的发展趋势。

　　我国应大力发展洁净煤应用技术，重视医学地质的发展，从煤的加工利用的各个环节，全方位节约资源、提高效率，从而使我国真正走资源节约型、环境友好型可持续发展的道路。本文来自《世界核地质科学 》杂志