煤中微量元素富集的主要因素分析

在对兖州矿区煤中微量元素成因分析及总结前人结论的基础上,将煤中微量元素富集因素划分为原生、次生和后生三个阶段,分别对每一个阶段影响微量元素富集的主要因素进行研究和分析。结果表明,煤在形成的过程中影响微量元素迁移、富集的因素很多,植物生长的种类、生长中水化学条件、泥炭沼泽形成中大气、海水的入侵、煤在煤化过程中岩浆热液的作用、煤与顶、底板岩石的物质交换作用等都影响着煤中微量元素富集。因此,煤中微量元素的形成、聚集是煤在形成的各个时期、各种地质因素综合影响的结果。      

中国煤中硒的环境地球化学

硒是煤中易挥发元素之一。伴随煤炭的开采、利用,煤中硒可能进入环境并引起环境质量的变化,影响生态环境和人体健康。本文在全面综合国内外研究文献的基础上,分析了中国煤中硒在不同省份、不同成煤时代中的含量及分布规律,总结了硒在煤中的赋存状态、形成机理和影响因素,概括了煤在燃烧和淋溶过程中硒的迁移转化及其环境影响,指出中国煤中硒的含量在不同煤田、不同成煤时代及不同变质程度的煤中,含量差别较大,全国平均值约为5.60 mg/kg。     

沁水盆地南部煤中矿物赋存特征及其对煤储层物性的影响

煤中矿物可以影响煤储层物性,进而影响煤层气的开发。运用光学显微镜和扫描电镜研究沁水盆地南部煤中矿物的种类、含量和赋存特征。基于煤储层的平衡水等温吸附实验和压汞实验,研究了沁南地区煤中矿物对煤储层吸附性能和孔渗性能的影响。结果表明,柿庄北区块3号和15号煤平均矿物含量分别为10.68%和12.81%,且15号煤硫化物含量较高。扫描电镜下可观察到充填煤储层胞腔孔、粒间孔隙和微裂隙的方解石、黄铁矿、高岭石和石英。孔隙度和渗透率以及兰氏体积和煤中大中孔比例均随灰分产率的增加而减小,表明煤中矿物的存在会降低煤储层的吸附性能和孔渗性能,煤储层中矿物充填主要影响煤的大中孔和裂隙,影响煤层气在割理和裂隙中的渗流,导致孔隙度和渗透率下降,而少量粘土矿物充填微孔可导致煤的吸附性能下降。     

中国煤中砷的含量分布、赋存状态、富集及环境意义

砷是煤中有害微量元素之一,在煤加工利用过程中,砷会以各种形式释放出来,进入环境。本文在全面分析现有资料和文献的基础上,结合作者对中国煤中砷的研究成果,分析了中国煤中砷的含量与分布、赋存状态、富集因素以及环境意义。通过研究和分析可知,中国煤中砷的平均值约为5μg/g,但在不同地区、不同时代以及不同类型的煤中有较大的差异,除中国西南地区含量异常高外,一般含量均在10μg/g以内;煤中砷的赋存状态多种多样,主要以无机态的硫化物结合为主,并常与黄铁矿等矿物伴生,也存在有机态结合的砷;中国煤中砷的来源和富集主要是以陆源母岩、成煤植物、沉积环境和构造裂隙—热液作用等为主的多种因素综合控制的结果;在煤燃烧过程中,煤中的砷释放出来,并对长期生活在燃煤地区的环境和人体产生影响。本文还提出今后煤中砷研究的主要方向,以为煤中砷的研究提供参考资料。     

煤中常量元素的赋存特征与研究意义

煤中常量元素 (包括Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Ti、P和Fe)是煤的重要无机组成,也是影响煤物理化学性质及加工利用的主要影响因素。本文结合华北鄂尔多斯盆地、开滦矿区和峰峰矿区晚古生代煤、贵州西部晚二叠世煤的具体实例,对煤中常量元素的赋存状态、地质成因和指相意义进行了总结,并对煤中常量元素在煤加工利用过程中的影响做了简要陈述。      

煤有机地球化学研究进展与展望

本文定义了煤中有机元素并充实了有机地球化学概念,综述了近十年来关于煤中有机元素现状的研究、生物标志化合物、煤分子结构和煤微观超微观研究趋势,以及煤有机地球化学在地质、工业和生态环境中的应用,提出了研究存在问题并展望了未来这一领域发展趋势.近十年来,煤有机地球化学研究主要集中于高有机硫煤硫化合物、树皮煤脂肪烃和煤多环芳烃...     

准格尔煤田串草圪旦煤矿5号煤元素地球化学特征

为研究准格尔串草圪旦5号煤微量元素地球化学特征,采用光学显微镜、扫面电子显微镜和X射线衍射（XRD）方法观测煤中矿物组成及形态特征,应用电感耦合等离子质谱（ICP MS）方法测定煤中多种微量元素含量,运用数理统计方法研究微量元素在煤中的赋存特征。结果表明：5号煤中Li、Be、F、U、Hg 5种元素相对富集,含量高于研究区6号煤及中国煤中含量水平。5号煤中Li、F、Ga、Se无机亲和性强,Be、As、U为亲有机元素;Hg与硫含量显著正相关。各元素在煤中主要以有机结合态、无机结合态和硫化物结合态赋存。     

卧龙湖煤矿岩浆蚀变煤层中汞的分布与赋存特征

系统采集淮北卧龙湖煤矿岩浆蚀变煤层中岩浆岩、煤及顶底板岩石样品,测试分析了样品中汞、灰分、挥发分、水 分以及各形态硫的含量,探讨了岩浆蚀变煤层中汞的分布与赋存特征。结果表明：（1） 岩浆侵入导致煤中灰分升高,挥发 分降低,煤中硫主要以黄铁矿硫和有机硫存在;（2） 岩浆侵入导致煤中汞的富集,卧龙湖煤矿岩浆蚀变煤层中汞的平均含 量高达0.23×10-6,是华北石炭-二叠纪煤、中国煤以及美国煤中汞的平均含量的1.4 倍,1.2 倍和1.3 倍;（3） 煤中汞的含量 随离岩浆侵入体距离增大有逐渐降低的趋势,但在煤岩接触带附近,汞在岩浆侵入体上方和下方的煤中呈现不同的分布特 征;（4） 煤中的汞主要以无机结合态的形式存在,且大部分赋存在煤中的黄铁矿中,同时亦存在与有机硫结合的汞。岩浆 热液对煤层的侵入,导致煤质以及煤中汞的含量和赋存方式发生了显著变化。     

煤利用技术研发现状及发展趋势

在煤利用技术科学分类的基础上,重点对煤转化利用(煤热解、煤气化、煤气脱硫、煤基C1化工、煤间接加氢液化、煤直接液化、煤转化利用集成、等离子体煤化工)和煤直接利用(煤填充高分子复合材料、煤基炭材料、水煤浆)中涉及的主要技术,从发展历史、开发和应用现状以及发展趋势和产业化前景3个方面概要地进行了分析,在有些方面并结合本室的工作提出一些看法和建议.     

沁水盆地晚古生代煤中硫的地球化学特征及其对有害微量元素富集的影响

煤中硫是多种有害微量元素的重要载体。基于形态硫分析、电感耦合等离子质谱及X射线衍射等方法分析沁水盆地晚古生代煤中硫和有害微量元素的分布规律,探讨了煤中硫对有害微量元素富集的影响,运用带能谱的扫描电镜和光学显微镜划分煤中硫化物的微观赋存特征。结果表明,沁水盆地煤中硫整体上以有机硫为主,平均占全硫的78%,只有在太原组个别高硫煤中以黄铁矿硫为占优势。显微镜和扫描电镜下可识别出煤中黄铁矿的微观赋存状态包括莓球状、薄膜状、晶粒状、结核状、团窝状黄铁矿和细粒黄铁矿集合体,白铁矿的微观赋存特征包括聚片状、板状和矛头状白铁矿,部分白铁矿与黄铁矿共生。沁水盆地煤中有害微量元素含量整体较低,黄铁矿是有害微量元素As、Se和Hg的重要载体,而有机硫决定了煤中U的富集。研究认为,成煤时期海水对泥炭沼泽的影响导致太原组煤中全硫和黄铁矿硫较高,太原组煤中硫的来源具有多样性,煤中黄铁矿具有多阶段演化的特点。     

中国北方不同成煤时代煤中金属矿点(床)分布及资源前景

在特定环境下，煤中能够富集锗、镓、锂、稀土等金属元素。我国北方煤炭资源丰富，已发现大量的煤-金属矿点（床），并且这些矿点（床）的分布展现出一定的时空特征:石炭-二叠纪煤中金属主要以镓、锂富集矿点为主，主要分布在华北赋煤区北部煤田及山西平朔、晋城等矿区；早-中侏罗世煤，以镓富集为主，主要集中在新疆准东、吐哈盆地，青海木里等煤田，二连盆地早侏罗世煤发现煤-稀土异常，是很好的找矿线索；早白垩世煤主要以二连盆地、海拉尔盆地煤中锗矿点为主。我国北方聚煤期时间跨度大，聚煤环境多样，含煤盆地类型多样，聚煤期和成煤后北方频繁剧烈的大地构造演化过程、多样的煤岩类型，能为煤中不同微量元素的富集提供物质来源、迁移条件与通道和沉积聚集条件，具有良好的煤中金属资源前景。建议进一步加强煤中，尤其是煤矸石、粉煤灰中金属矿点（床）资源的调查研究工作，为煤中金属资源赋存与预测提供参考，并加强金属的提取利用技术研究，同时通过制定资源保护政策，加强对煤中金属资源的保护。      

峨眉山玄武岩浆与贵州高砷煤成因研究

用微量元素分析、稀土元素分析方法,对峨眉山玄武岩浆与贵州高砷煤成因进行了研究。结果表明,峨眉山玄武岩浆提供了形成高砷煤和周围金属元素矿化的物质来源。      

煤系战略性金属元素富集成矿的构造控制

煤系战略性金属矿产的聚集分布是多因素、多阶段、多层次综合作用的结果,地质构造控制作用是其中一个值得重视的因素。煤中战略性金属富集成矿的构造控制因素包括大地构造背景,构造运动,构造–岩浆活动等方面,体现在对金属矿产载体——含煤岩系的控制、对成矿物质来源的控制、对元素原生聚集和后期迁移重组的控制。从煤系矿产物源相关、耦合成矿、同盆共存的角度分析,构造作用对战略性金属富集成矿的控制贯穿于含煤盆地形成与演化的全过程。聚煤期前的构造运动奠定煤盆地基底构造格局,构造沉降和隆升提供了聚煤作用的场所和含煤岩系的物源区,从而决定了含煤岩系及其战略性金属元素的物质基础。聚煤期构造作用主要表现为盆–山耦合过程、同沉积期构造活动、岩浆作用等方式,通过对聚煤源–汇系统、岩相古地理与聚煤环境、泥炭沼泽类型及地球化学条件等因素的影响,决定成矿物质在泥炭化阶段和成岩作用阶段的迁移与原生聚集。聚煤期后的构造–热演化过程对金属元素迁移重组产生不同程度的影响,主要体现在构造沉降增温和岩浆热效应、构造格局与含矿热液活动、应力应变控矿机制,以及煤田构造定位决定矿床赋存状态。煤系战略性金属元素富集成矿构造控制研究应注重加强以下4个方面:与煤盆地沉积充填相关联的大地构造格局与演化、作为含矿流体运移通道的断裂构造特征、不同时期岩浆活动的影响差异性,以及应力应变的构造物理化学效应。      

煤和含煤岩系中潜在的共伴生矿产资源——一个值得重视的问题

煤是一种具有高度还原障和吸附障性能的有机岩和矿产,在特定的地质条件下,可以富集一些有益金属元素,并达到成矿的规模。综合国内外一些研究资料,论述了煤和含煤岩系中有益金属铌、镓、铼、钪的丰度、赋存状态、地质成因以及利用的可能性。煤中稀有金属元素富集或成矿的研究,是煤地球化学和矿床地球化学重要内容之一,值得进一步加强。     

淮北煤田煤中常量金属元素特征及其对煤成烃的影响

煤中常量金属元素是煤的重要组成,也是影响煤物理化学性质及加工利用的主要因素。通过测试淮北煤田16个煤样的4种常量金属元素（Fe、Ca、K和Ti）含量,分析其含量和赋存特征,并在此基础上,对去除铁元素的煤样和原煤样进行了热模拟实验。实验结果表明,4种元素含量的变异系数较大,元素来源具有多样性;钾元素主要以无机状态存在,其他元素以无机和有机结合态存在;去除铁元素的煤样热解烃含量的降低幅度较大。      

乌兰图嘎富锗煤中微量元素在不同密度级煤中的分布特征

煤系关键金属的开发利用对于缓解我国战略性矿产资源紧缺具有重要意义。内蒙古胜利煤田乌兰图嘎低阶煤中除富集关键金属Ge以外,同时富集有害元素Be、F、As、Hg、Sb和W,出于对关键金属的提取利用及环境保护2个方面考虑,须对研究区煤炭进行洗选处理。基于前期研究认识,浮选对于乌兰图嘎煤中As、Sb和W脱除效果相对较好,对于F和Hg的脱除效果较差,基于此,采用浮沉实验(重选法)以及XRD、XRF、SEM-EDS和EMPA等实验方法和测试手段,研究关键金属Ge以及Be、F、As、Hg等有害元素在不同密度级煤中的分布特征,结果表明:(1) 乌兰图嘎煤中矿物主要包括石膏、石英、黄铁矿、高岭石等,矿物含量随煤密度级增大而增加,电子探针分析结果表明,Co、As、Sb和Hg赋存在黄铁矿中。(2) 经过重选,低密度精煤中Ge元素富集,表明Ge主要以有机态存在,Be、F、As等可能与有机质相关,或者赋存在嵌布于有机质中的微细粒矿物中,煤中Hg和大部分亲石性元素在高密度级煤中含量较高,表明其赋存在矿物中。(3) 重选对于Hg元素的脱除效果较好,对Be、F、As和一些亲硫或亲铁性元素浮选脱除效果优于重选。建议乌兰图嘎低阶煤使用重选?浮选联合脱除法进行有害元素的脱除。      

我国南方早古生代聚煤过程中硫的生物地球化学行为及成矿效应

我国早古生代煤主要蕴藏在煤炭资源贫乏的南方各省,因坚硬似岩石又称之为石煤,储量极为丰富,仅浙江至广西就分布有长约1 600 km的石煤矿,石煤中含有或富集了多种金属元素,目前已发现的伴生元素达60多种,如钒、钼、磷、钡、镍、铀、金、银等,局部可形成工业矿床而作为某种矿物资源单独开采,是我国有待系统开发的潜在的多矿产资源。研究表明:石煤形成于以菌藻类为主的生物堆积和浅表海或古陆边缘的海相还原环境,含有大量的菌藻类(如蓝绿藻和褐藻)、古孢子、海绵骨针及一些分类尚不明确的原始动、植物等生物化石,具有低碳、高灰、高硫的特点,海相沉积环境和藻类对硫的机械富集与捕集是造成含石煤岩系中硫含量高的主要因素。石煤中富集的金属元素绝大多数是亲硫元素,早期聚煤作用过程是石煤中伴生元素富集的重要阶段,多金属硫化物是石煤中金属元素最重要的赋存形式,主要有硫磺、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方硫镍矿、辉镍矿、辉砷镍矿、针镍矿、含镍黄铁矿和硫钼矿等,大量实验及同位素研究资料揭示了细菌还原硫酸盐作用是导致大规模金属硫化物矿化最可能的生物营力,也是石煤和金属硫化物矿床主要的成煤和成矿机制,硫的生物地球化学行为直接影响了金属元素的富集与赋存状态,但早...     

新庄孜矿塌陷区煤矸石中重金属迁移对覆土影响

针对淮南新庄孜矿覆土造地中煤矸石填充带来的重金属元素迁移污染进行了研究。结果表明:煤矸石中有毒元素Pb、As、Cd、Hg向覆土有一定迁移,且距离煤矸石越近的土壤中重金属含量明显增高;虽然覆土中重金属含量均超过淮南土壤的均值,但是该土壤中Pb、As和Cd含量均符合国家二级标准;其中土壤中Hg含量分别符合国家一级标准和二级标准。须对覆土中重金属元素进行跟踪研究。      

华亭烟煤地下气化污染物分布及富集规律

煤炭地下气化为我国清洁、低碳、安全、高效现代能源建设开辟新的途径。为研究华亭烟煤地下气化污染物的富集、分布规律,以评估华亭烟煤地下气化的环境影响因素,采用地下气化模拟实验平台系统,通过不同富氧—水气化实验、不同尺度煤样的热解实验,研究煤层气化过程中焦油及气化残留物中重金属元素的富集规律。结果表明:随着烟煤的尺度（块体大小）增加,烟煤热解焦油呈增加趋势,而焦油产率呈先增加后减小的趋势;烟煤在N₂、CO₂气氛中热解时,热解焦油中主要成分为酚类、萘类以及烃类污染物;气化后残留重金属Ni、Cr、Zn、Cu、As这5种元素在氧化区最为富集、还原区次之、干馏干燥区最不富集,而Hg在氧化区富集程度最高、干馏干燥区次之、还原区最次,Pb在还原区富集程度最高、氧化区次之、干馏干燥区最次;重金属元素残留程度由高到低依次为Zn、As、Hg、Cr、Ni、Cu、Pb。针对华亭矿区,煤层气化后应重点检测重金属元素Zn、As、Hg。在后期实际煤层气化生产阶段,应结合华亭矿区煤层特征及地下水特征,在项目选址、气化工艺等方面进行污染物防控。在当前生态环境保护形势严峻的当下,研究成果对煤炭地下气化开采的污染物处置和减排具有一定的指导意义。      

Anomalous Concentrations of Rare Metal Elements, Rare-scattered (Dispersed) Elements and Rare Earth Elements in the Coal from Iqe Coalfield, Qinghai Province, China

Total of 23 bench samples were taken from the No. 7 Coal of Iqe Coalfield, Qinghai Province, China, following Chinese Standard Method GB/T 482-2008 (2008). These samples were analyzed by powder X-ray diffraction (XRD), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and X-ray fluorescence (XRF). The results indicate that the No. 7 Coal belongs to a low rank (Ro,ran =0.659%) and high-ash coal (40.54%). Compared to common Chinese and world low-rank coals, the Iqe coal contains anomalous concentrations of rare metal elements, rare-scattered (dispersed) elements and rare earth elements. The highest contents of Rb, Cs, Ga and REY reach to 180, 26, 37, and 397 ppm, respectively. Their average contents of these elements are 10.9, 15, 4.8 and 3.5 times higher than those of world coals, respectively. Minerals in the coal include kaolinite, quartz, muscovite, siderite, and traces of rutile, and brookite. Kaolinite could be main host minerals of Rb, Cs, Ga and REY. The anomalous rare element Rb and Cs accumulation in the Iqe coal is related to both organic and inorganic matter. The REY concentrations may be related to circulation of thermal solutions, contained or sorbed by clayey particles, and organic matter as well.