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。      

应用高分辨率透射电镜研究煤显微组分的结构

应用高分辨率透射电镜研究变质系列镜质体和丝质体以及热解碳的物理结构特征表明,随煤级增高,镜质体的基本结构单元(BSU)的平均长度及缩聚芳香层平均环数NC呈增加的趋势;衍射环数增多,环的弥散程度减小,最终出现弧状;表明镜质体的BSU在变质过程中长大,定向性增强,VRo,max=6.50％是阶跃点,当VRo,max>6.50％,BSU突然定向排列。获得了很难获得的低煤化烟煤(VRo,max=0.66％)的高分辨图像,它的BSU尺寸小,无序排列。对丝质体和热解碳高分辨图像的首次研究发现,前者有序性差,随煤级演化的速度较镜质体慢,后者有序性好。     

硫化物矿物氧化反应动力学实验研究

硫化物矿床和含硫化物矿床（如中高硫煤）在开发过程中由于氧化作用向环境释放大量的酸、硫酸盐、重金属及其它有害物质,造成一定范围内的次生地球化学异常和环境污染;而中国大陆硫化物的排放量2010年将达到39．1×10 6 t。因此,人们对硫化物矿物在表生环境下的氧化行为日益重视。硫化物矿物的氧化速率受矿物本身物理化学特性（组成、结构、表面性质）和介质条件（溶解氧DO、Fe 3＋浓度、pH、Eh、温度及微生物）等多种因素的控制。在全面分析近年来国内外文献的基础上,系统介绍了硫化物矿物氧化动力学实验研究方法、实验参数的选择、反应机理、反应产物及反应速率等的研究现状。指出今后应加强对初始阶段的氧化反应速率、反应中间产物、多因素的综合作用、分子水平上的反应机理解释等方面的研究。     

黔西断陷区煤中潜在毒害微量元素赋存状态分析

通过对贵州西南部黔西断陷区晚二叠世和晚三叠世36个煤层煤样的灰分、硫分、灰成分及21种潜在毒害微量元素进行的分析测试及其相关性分析和聚类分析，得出Cr，U与煤中灰分成明显正相关；Ba，Be，Co，Cr，Cu，Mo，Se，Sn，Th，Tl，U，V等与粘土矿物正相关；碳酸盐矿物中Mn，Cd，Ni含量较高；As，Pb，Sb，zn等主要分布于硫化物矿物中；区内煤中不同来源、不同地质历史时期形成的硫化物中潜在毒害微量元素含量相差甚大；亲有机质的潜在毒害微量元素表现不显著。     

在我国发现的Schwertmannite矿物及其特征

采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜与能谱(SEM-EDX)、X射线荧光(XRF)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、热分析(DTA-TG)等分析方法,在我国山西马兰煤矿的酸性矿坑排水(AMD)沉淀物中首次发现了“斯沃特曼铁矿”(Schwertmannite)。研究表明,山西马兰煤矿酸性矿坑排水沉淀物中的Schwertmannite矿物的粒径为0.3~70μm,且分布比较均匀,其BET表面积为44.065 0 m2/g;SEM二次电子像显示为球形或椭圆形(聚集体)结构,颗粒大小比较均匀,球的表面有针状毛刺;该矿物的化学式为Fe8O8(OH)4.52(SO4)1.74.4.73H2O。     

黔西晚二叠世煤地球化学性质变异及特殊组构的火山灰成因

运用仪器中子活化分析(INAA)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP—AES)、X射线衍射(XRD)、带能谱仪的扫描电镜(SEM—EDX)及光学显微镜等手段，对黔西晚二叠世煤地球化学性质变异及其特殊组构的火山灰成因进行了研究。结果表明，贵州西部织金矿区9煤层中异常高含量的Fe(4．24％)、Cu(369．90μg／g)、U(49．6μg／g)、Mo(63．10μg／g)、Zn(33．97μg／g)等是来源于同沉积基性火山灰降落到泥炭沼泽中所致；高含量的Fe、Cu并非以通常意义的煤中硫化物状态存在；除煤中有机质和陆源碎屑外，发现了由火山灰、有机质和陆源碎屑所形成的煤层中的特殊组构，暂定名为沉碳质火山胶凝物，它是一种有机—无机高度混合物质，根据沉碳质火山胶凝物的形态特征和物质组成，厘定出6种组构类型，分别是：网状组构、细屑组构、基质组构、孔腔组构、均质组构和碎屑组构。     

华北若干晚古生代煤中稀土元素的赋存特征

通过对华北聚煤盆地几个主要矿区晚古生代煤系中稀土元素的研究，发现煤系中(煤层、煤层顶板、煤层底板、夹矸)的稀土元素分布复杂，不仅受到宏观地质背景的控制，而且成煤过程中微环境的变化也对稀土元素的分布影响很大。煤系中稀土元素的共同特征是具有明显的δEu亏损，含量的不同是它们的主要差别。煤中稀土元素的含量主要受控于陆源碎屑的供给；山西组煤中稀土元素的含量高于太原组；山西组煤中稀土元素分布在很大程度上继承了母岩的特征；太原组煤中稀土元素的分布和海水的不相似，海水对太原组煤中稀土元素的含量和分布模式影响较小；岩浆接触变质作用可导致煤中稀土元素分布模式的变化，使之趋于岩体稀土元素的分配特征。     

矿物沥青基质成烃性的TOF-SIMS研究

运用高分辨率飞行时间型二次离子质谱仪(TOF-SIMS),详细研究了吐哈盆地和准噶尔盆地侏罗世烃源岩中矿物沥青基质的生烃性(为了进行对比,亦测定了部分均质镜质体),建立了TOF-SIMS烃源岩评价方法,认为低分辨率的质谱解析对烃源岩生烃性研究是没有意义的,必须应用高分辨率的二次离子质谱仪;据“质量亏损”的质谱裂分规律,准确划分了矿物沥青基质中无机和有机碎片离子峰的归属,讨论了矿物沥青基质的谱形分布特征,其“前陡后缓”的典型特征可与其它组分相区分;由于“基体效应”,使得依靠单个碎片离子进行定量分析不具有实际意义,众多离子相对丰度的综合反映了控制“基体效应”的物质结构和组成;提出了特征峰参数XAL、YOX和ZAR以反映矿物沥青基质中脂、氧和芳香结构的组成,经岩石热解实验表明,在相近成熟度条件下,它们作为矿物沥青基质的成烃性指标     

煤中砷的赋存状态

砷是煤中常见的有害微量元素,由于其丰度较低,定量研究其赋存状态一直很困难。近年来,采用逐级化学提取实验方法对煤中不同赋存状态的砷进行了定量研究,综合分析这些研究可得出以下结论：①煤中砷的赋存状态包括硫化物态砷、有机态砷、砷酸盐态砷、硅酸盐态砷、水溶态和可交换态砷。总体上,硫化物态砷＞有机态砷＞砷酸盐态砷＞硅酸盐态砷＞水溶态和可交换态砷,但在不同的煤样品中,也表现出较大的差异性。②一般而言,煤中大部分砷存在于含砷黄铁矿中,含砷黄铁矿中的砷含量与黄铁矿的成因或类型有关。煤中的砷酸盐态砷主要与铁氧化物和氢氧化物共生;硅酸盐态砷主要进入粘土矿物晶格。③在砷含量较低的煤样品中,有机态砷含量较高,其中在褐煤和低煤级烟煤中,可提取出与腐殖酸和富里酸结合的砷。当前还难以确认有机态砷的化学结构。④贵州特高砷煤中砷的赋存状态较为复杂,在某些样品中与氧结合的有机态砷为主要的赋存状态。     

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。