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。     

贵州中北部燃煤型砷中毒地区煤中砷的赋存状态研究

贵州中北部存在着高砷煤并引起环境和健康问题,对这些地区的煤进行了中子活化分析(INAA)、电子探针(EMPA)、能谱扫描电子显微镜(SEM-EDX)、低温灰化(LTA)、X射线衍射(XRD)、X光吸收精细结构(XAFS)和连续淋滤实验分析,综合研究了这些煤中砷的赋存状态。结果表明不同煤中砷具有不同的赋存状态。在部分样品中砷主要以无机砷的形式存在,而在其它样品中砷主要以有机砷的形式存在。除了黄铁矿和毒砂外,SEM-EDX结合LTA和XRD发现硫酸盐、粘土也不同程度含有砷。XAFS显示煤中的砷主要以As5+的形式存在。连续淋滤实验表明在样品ZJ-1中超过50%的砷不能被淋滤出来,而在另外两个样品(ZJ-8和RH-5B)中绝大部分的砷被淋滤出来。综合分析表明一些煤中以+5价存在的砷主要与有机质结合。煤中如此高的砷及其主要与有机质结合的现象是很罕见。     

中国煤中铬的分布、赋存状态及富集因素研究进展

铬是煤中的潜在毒害微量元素,在煤利用过程中铬会发生迁移与转化,并可能释放出造成环境和人体健康的危害。本文分析了中国煤中铬的含量、分布规律、赋存状态及其富集因素等地球化学特征,指出中国煤中铬的含量为0．02～971μg／g,平均为17．18μg／g;煤中铬的赋存状态多样,主要以无机态存在;煤中铬的含量和赋存状态受成煤环境、成煤植物和后生地质作用等因素的影响。     

我国煤中砷的含量赋存特征及对环境的影响

在检测了156个煤样中砷含量的基础上,收集了近2000个煤样的资料,分析了我国煤中砷元素的含量和赋存特征及砷富集的地质因素。结果表明,我国多数煤中砷含量处于0.8× 10^-6~20×10^-6,算术平均值为4× 10^-6;砷的赋存方式主要为: a. 类质同象置换硫赋存于黄铁矿中; b. 低变质煤可赋存于有机质中; c. 以粘土矿物和稀有的含砷矿物为载体。煤中砷富集的地质因素,一是后期热液带入煤层;二是由陆源物质带入泥炭沼泽;三是同沉积时期海水的影响。燃用富砷煤是引发环境污染的基本原因,但是燃煤方式也是重要因素。多数煤中砷含量并不高,控制和预防砷的危害还是可以做到的。     

东林矿煤中砷的含量分布及赋存状态

燃煤引起人砷中毒在我国云贵川地区比较常见,因此有必要研究煤中砷的赋存状态。研究了重庆东林矿4号和6号主采煤层中砷的含量、分布规律及其赋存特征。研究表明:东林矿4号层煤中砷、总硫和灰分的平均含量均大于6号层。东林矿原煤中砷的含量范围为0.20~7.87 µg/g,平均值1.68 µg/g,明显低于重庆及重庆其他矿煤中砷的平均水平,没有明显富集。赋存特征分析表明,东林矿煤中砷具有明显的亲硫性,可能主要赋存于同生黄铁矿中,在硅酸盐矿物相中分布较少。     

黔西南高砷煤中砷赋存状态的XAFS和铁的Moessbauer谱研究

利用X射线吸收精细结构分析(XAFS）和铁的穆斯堡尔谱(Moessbauer)对黔西南高砷煤中砷和铁的存在形式进行了研究。研究发现，高砷煤中的砷主要以高价砷的形式存在，也有少量以As2O3、砷黄铁矿、砷硫化物的形式存在。除1个样品中的铁全部以顺磁性针铁矿或超顺磁性的针铁矿的形式存在外，其它样品中的Fe主要是黄铁矿中的Fe，约占全铁的60％一91％；其次是黄铁钾矾中的Fe，约占全铁的9％一40％。     

煤中氮的赋存状态与含量分布研究进展

综述了煤中氮的赋存状态与氮含量的分布特征方面的研究现状及存在问题。认为,煤中的氮几乎全部以有机物的形式存在,其赋存状态主要有4种类型：吡咯型氮（N-5）、吡啶型氮（N-6）、季氮（N-Q）和氮氧化物（N-X）,且这四种含氮官能团的分配比例受煤阶和煤热解程度的影响。煤中氮的质量分数一般在0.5%~2.5%,其变化与煤级、成煤期、沉积环境、原始成煤植物、煤岩组成及岩浆侵入等因素有关。目前有关影响氮含量变化因素的研究主要集中在探讨氮的含量与煤级的关系上,并认为氮的含量随煤级升高而增大,但在煤化作用后期迅速降低。有关氮的研究可丰富煤的元素地球化学研究,并为煤的环境污染治理提供更多的科学依据。     

煤中有害微量元素的赋存状态

基于前人资料的分析总结，系统探讨了煤中Ag等26种有害微量元素的赋存状态。研究结果表明：煤中有害元素或多或少都与无机质、有机质有联系，只是联系程度不同。有些在地壳中被认为彼此关系不大的元素，在煤中却密切相关。煤中B、Be、Br等主要以有机相赋存，其它有害元素主要与矿物质有关。     

典型高砷煤样品的连续浸取实验研究——兼论黔西南高砷煤中砷的赋存状态

根据以往研究，选取了2个砷含量差异较大的样品，利用连续浸取实验，结合仪器中子活化分析（INAA）、等离子原子吸收光谱（ICP－AES）、等离子质谱（ICP－MS）测定及X射线吸收精细结构（XAFS）分析，经低温灰化（LTA）、扫描电子显微镜（SEM－EDX）对黔西南高砷煤中砷的赋存状态进行了研究，发现50％以上的砷不能被NH4Ac、HCl、HF和HNO3等无机试剂提取出来，结合以往的研究认为砷主要以高价有机砷的形式存在。     

淮南矿区煤中12种微量元素的赋存状态及环境效应

为研究淮南矿区煤中微量元素的赋存状态和环境效应,在淮南矿区7个矿井共采集17个样品,采用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）测定了12种微量元素的含量,分别利用聚类分析和因子分析,结合其地球化学性质,讨论了它们的赋存状态,并采用静态燃烧实验研究其挥发性。结果表明:研究的元素没有异常富集;Zn和Cu赋存于闪锌矿中,Cr、Pb和Cd被粘土矿物吸附,Ba可能赋存于铁白云石和方解石中,Ni、Mo、Co和As主要赋存于黄铁矿中,Be和Se以有机结合态存在;研究的元素大多不易挥发,但Zn和Pb易挥发,且含量较高,环境危害较大,Zn和Pb分别赋存于闪锌矿和粘土矿物中,可通过洗选脱除减小其危害。     

Geochemistry and Modes of Occurrence of Hazardous Trace Elements in the No. 11 Coal Seam, Antaibao Surface Mine, Shanxi Province

Concentrations of seventeen hazardous trace elements including As, Pb, Hg, Se, Cd, Cr, Co, Mo, Mn, Ni, U, V, Th, Be, Sb, Br and Zn in the No.ll coal seam, Antaibao surface mine, Shanxi Province were determined using Instrumental Neutron Activation Analysis （INAA）, Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry （ICP-AES）, Cold-Vapor Atomic Absorption Spectrometry （CV-AAS） and Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry （GF-AAS）. Comparisons with average concentrations of trace elements in Chinese coal show that the concentrations of Hg and Cd in the No. 11 coal seam, Antaibao surface mine are much higher. They may be harmful to the environment in the process of utilization. The variations of the trace elements contents and pyritic suffur in vertical section indicated that： （a） the concentrations of As, Pb, Mn, and pyritic sulfur decrease from roof to floor; （b） the concentrations of Cr, Zn and Mo are higher in roof, floor and lower in coal seam; （c） the concentration of Br, Sb, and Hg are higher in coal seam and lower in roof and floor; （d） the concentrations of Mo, V, Th and AI vary consistently with the ash yield. Cluster analysis of trace elements, pyritic sulfur, ash yield and major elements, such as AI, Fe, P, Ca shows that： （a） pyritic sulfur, Fe, As, Mn, Ni, Be are closely associated and reflect the influence of pyrite; （b） Mo, Se, Pb, Cr, Th, Co, Ca and A! are related to clay mineral, which is the main source of ash; （c） U, Zn, V, Na, P maybe controlled by phosphate or halite; （d） Hg, Br, Sb and Cd may be mainly organic-associated elements which fall outside the three main groups. The concentration distribution characteristics of trace elements in coal seam and the cluster analysis of major and trace elements showed that the contents of trace elements in the No. 11 coal seam, Antaibao surface mine, are mainly controlled by detrital input and migration from roof and floor.     

中国煤中微量元素的丰度

根据现有的资料,得出中国不同地区煤中微量元素的背景值。由于分析样品分布不均和采用的测试方法各不相同,本文的数据还不能准确地代表中国煤中微量元素的平均丰度值。另外,我国不同地区、不同时代和不同地质背景下形成的煤层煤中微量元素丰度差异很大,必须从元素的资源化利用及其环境效应方面来分析元素的丰度。含量异常的元素要特别加强研究。进一步的测试和研究有助于更加全面地了解我国煤中微量元素的分布情况、地质成因及其对环境的潜在影响。     

淮北煤田煤中汞的赋存状态

系统采集淮北煤田10、7、5、4和3煤层的29个煤样品, 采用逐级化学提取方法研究了煤中汞的赋存状态, 根据提取步骤和汞的特性, 将煤中的汞分为水溶态、离子交换态、有机态、碳酸盐结合态、硅酸盐结合态和硫化物结合态, 利用Flow Injection Mercury System(FIMS)分析了样品中总汞和不同形态中汞的含量.测试结果表明, 与华北石炭-二叠纪煤、中国煤以及美国煤含量相比较, 淮北煤田煤中汞的含量明显富集.逐级化学提取实验结果和煤中汞与硫、灰分的相关分析结果表明, 岩浆的侵入对煤中汞的赋存状态有较大的影响, 不受岩浆侵入影响的10、4和3煤层煤中的汞主要以有机态和硫化物结合态存在, 受岩浆侵入影响的5和7煤层中的汞主要以硅酸盐结合态存在.      

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。     

贵州普安矿区晚二叠世煤中贵金属元素的赋存状态和地质成因

运用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和逐级化学提取技术(SCET)对贵州西部普安矿区晚二叠世煤中贵金属元素的含量、赋存状态和成因机理进行了研究.结果表明,贵州普安矿区2号主采煤层的矿物组成主要为低温热液流体成因的黄铁矿和陆源碎屑成因的粘土矿物;与中国煤煤相比,该煤中Rh(38 ng/g)、Pb(640 ng/g)、Ir(9 ng/g)、Pt(98 ng/g)、Au(16 ng/g)和Ag(1620 ng/g)明显富集,其中Pb、Ir、Au的含量分别是中国煤的4.3倍、9倍和5.3倍.逐级化学提取结果表     

微量元素在煤中的赋存状态

煤中微量元素的赋存状态决定了元素在煤加工利用和在表生条件下的地球化学行为,但煤中同一种元素可以有不同形式的赋存状态,不同的元素也可以拥有同一种赋存状态。煤中如黄铁矿、方铅矿等各种硫化物中含有的环境有害元素最多,在我国西南地区一些煤田的煤层中部分元素如Ge,As和S等则具有较高的有机亲合性,增加了洗选去除的难度,环境效应也更大。     

Geochemistry of Mercury in the Permian Tectonically Deformed Coals from Peigou Mine, Xinmi Coalfield, China

As the mercury emitted from coal combustion can lead to serious environmental issues, researchers pay more attention to the content, distribution and occurrence of mercury in coal. In this paper, the content, distribution, and occurrence of mercury in the Permian tectonically deformed coals from Peigou Mine, Xinmi coalfield, Henan Province were investigated. A total of 18 bench samples were taken from No.2-1 coals seam in Peigou Mine, including 15 coal bench samples, two roofs and one floor. The mercury concentration, mineral composition, and main inorganic element content of 18 samples were determined by DMA-80 direct mercury analyzer, XRD, and XRF respectively. The results show that the mercury content ranges from 0.047 ppm to 0.643 ppm, with an average of 0.244 ppm. Though the coal seam has turned into typical tectonically deformed coal by the strong tectonic destruction and plastic deformation, the vertical distribution of mercury has remarkable heterogeneity in coal seam section. By the analysis of correlation between mercury and the main inorganic elements and the mineral composition in coal, we infer that majority of mercury mainly relates to pyrite or kaolinite.     

Modes of Occurrence and Geological Origin of Beryllium in Coals from the Pu'an Coalfield, Guizhou, Southwest China

The concentration, modes of occurrence and geological origin of beryllium in five workable coal beds from the Pu'an Coalfield of Guizhou were studied using the inductively coupled-plasma mass spectrometry (ICP-MS), floating and sinking experiments (FSE) and sequential chemical extraction procedures (SCEP). The results show that the average concentration of beryllium in coals from the Pu'an Coalfield is 1.54μg/g, much lower than that in most Chinese and worldwide coals. Beryllium in the Pu'an coals was not significantly enriched. However, it should be noted that the No. 8 coal bed from the study area has a high concentration of beryllium, 6.89μg/g, three times higher than the background value of beryllium in coal. Beryllium in coal mainly occurs as organic association and has predominantly originated from coal-forming plants when its concentration is relatively low. The concentration of beryllium occurring as organic association is close to that distributed in inorganic matter when beryllium concentration of coal is similar to its background value, and in addition to coal-forming plants, beryllium is mainly derived from detrital materials of terrigenous origin. When beryllium is anomalously enriched in coal, it mainly occurs as organic association and is derived from volcanic tonsteins leached for a long geological time and then adsorbed by organic matter in peat mire.