煤型关键金属矿产研究进展

关键金属是全球高科技产业发展所必需的战略性矿产资源,包括稀有金属、稀土金属、稀散金属以及稀贵金属.煤及其燃烧后的飞灰中能够富集关键金属元素,含量可以达到甚至超过传统的矿床类型,有望成为未来关键金属的主要来源.煤型关键金属矿床指在一定的地质作用下,含煤盆地中富集关键金属且在当前经济技术条件下可被开发利用的煤层、夹矸和围岩.本文通过对煤型关键金属矿床的地质特征、成矿金属元素来源和赋存状态、富集机制以及成矿规律进行系统论述,认为煤型关键金属矿床有宇宙成因、陆源碎屑成因、火山碎屑成因、热液成因、外部流体渗滤成因以及叠加复合成因6种类型,SEM-EDS和BSE技术结合ICP-MS、ICP-AES和EMPA是煤中关键金属元素重要的分析测试方法;总结煤型关键金属矿床的时空分布规律和研究趋势,提出岩浆活动与煤中关键金属元素富集的关系、煤中关键金属元素赋存状态的影响因素、合适的分析测试方法以及开发和选冶技术创新等研究方向.文章强调煤型关键金属矿床潜在的工业经济价值,加强我国煤型关键金属矿产的科学研究和综合利用,不仅能为关键金属矿产的成矿理论研究、找矿突破以及开发利用提供科学依据,还有助于促进我国煤炭经济的绿色循环发展.     

中国关键矿产现状、研究内容与资源战略分析

关键矿产是指当前和未来相当长时间内现代社会可持续发展所必须但在稳定供给方面又存在高风险的金属矿产资源,主要包括稀土、稀有、稀散金属和部分稀贵金属矿产资源。关键金属由于具有极度耐高温、耐腐蚀、光学和电磁性质优良等物理化学特性,是航空航天、电子信息、高端制造、新能源、新材料等重点领域和新兴产业发展的重要物质基础。由于高科技和新兴产业的快速发展,未来几十年全球对关键矿产的需求将迅猛增长, 供需矛盾将日益突出,可以说,未来国际矿产资源和科技的竞争在很大程度上将集中于对关键矿产资源的博弈。过去十余年来,中国一直为矿产资源第一消费大国,在未来较长时间内对关键矿产的需求量仍将持续增长。面对国内强劲需求和严峻的国际资源竞争态势, 迫切需要加大科技创新力度, 持续开展关键矿产成矿基础理论和综合利用技术研究。中国的关键矿产种类丰富,成矿过程中关键金属元素的地球化学行为和成矿机制复杂,矿化类型多样,空间分布成群成带,资源潜力大。未来要聚焦关键金属元素超常富集基础理论,重点解决好三方面的科学问题:(1)地球多圈层相互作用对关键金属元素富集的控制作用;(2)关键金属元素富集机制与成矿规律;(3)关键金属元素赋存状态与分离技术。该文立足于国际关键矿产资源形势,提出了全面提升我国对关键矿产资源的管理、勘查、开发和综合利用水平及保障关键矿产资源安全的思考和建议。     

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。      

战略性关键矿产勘查现状与对策：以青海省为例

关键矿产是指当前和未来相当长时间内现代社会可持续发展所必需、但在稳定供给方面存在高风险的战略性资源,主要包括稀土、稀有、稀散金属等“三稀矿产”,铬、锰、钛、钴、镍、钒等其他战略性金属矿产,以及晶质石墨、萤石、滑石、硼等战略性非金属矿产.青海省的关键矿产种类丰富,矿床成因类型多样,资源潜力大.未来要聚焦关键金属元素超常富集基础地质理论研究和找矿勘查实践,加强青海省关键矿产成矿条件、成矿规律、关键金属元素的地球化学行为和元素超常富集机制等方面的研究,查明关键金属元素赋存状态,提高关键矿产资源利用率,减少环境污染,提升矿产资源勘查开发利用水平.立足国际国内关键矿产资源形势,以青海省为例提出了全面提升对战略性矿产的管理、勘查、开发和综合利用水平及保障矿产资源安全的思考和建议.     

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。      

Establishment of research methodology and workflow for the occurrence state of the critical metal cobalt in ore: A case study of the Longqiao cobalt -rich skarn iron deposit in the Luzhong BasinSCIEI北大核心CSCD

关键金属钴的赋存状态是研究关键金属成矿作用的核心问题之一。由于含钴矿物粒度较小,难以在矿床尺度查明关键金属矿物的种类、含量、粒度、分布特征以及与其他矿石矿物和脉石矿物的共生关系,因此亟需建立一套成本低且效率高的钴赋存状态研究流程。本次工作以龙桥铁矿床为例,建立了新的采样与制样流程,提高了样品的代表性,并大幅缩短了样品前处理与制样的时间。通过综合矿物分析技术(TIMA)分析,查明了不同钴含量的三类矿石样品中矿物的含量,在6个实验矿石样品中寻找到了辉砷钴矿、铁硫砷钴矿和硫铜钴矿三种钴矿物共753颗,并使用扫描电镜和能谱分析(SEM-EDS)对钴矿物进行了核验与半定量分析。最后,在同一个树脂靶上利用激光剥蚀-等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)对磁铁矿和黄铁矿进行了原位点分析,进一步查明了样品中钴的赋存状态。本次研究建立了关键金属钴在矿石中赋存状态的研究方法和技术流程,具有制样简单便捷、分析时间短、分析费用低和分析精度高等诸多优点,为矿床尺度上关键金属空间分布规律和赋存状态研究提供了可靠的技术支撑。     

矿精粉中关键金属元素赋存状态研究方法流程的建立:以长江中下游成矿带富钴硫矿精粉为例

长江中下游成矿带作为我国矿床学研究程度和矿产利用技术水平最高的成矿带之一,大部分矿床中除了主要成矿元素铜、金、铁和硫等,还伴生潜在可利用的关键金属资源镉、钴、硒、碲和铼等。由于目前矿山主要选矿回收铜、铁、硫、铅、锌、金和银等主要矿种,在不改变选矿工艺的条件下,矿山产品矿精粉中关键金属的分布特征和可利用性是当前关键金属资源利用的核心问题之一。本文对成矿带内玢岩型铁矿床、矽卡岩型铁矿床、矽卡岩型铁铜矿床、矽卡岩型铜金矿床、斑岩型铜金矿床和角砾岩筒型铜金矿床等六类矿床的矿山产品(铜金粉、硫精粉、铁精粉和金精粉)进行了系统化学成分分析,发现目前的矿山产品中关键金属元素含量普遍不高,但矽卡岩型铁矿床中的龙桥铁矿床硫精粉中富集钴,具有综合回收利用钴资源的潜力。在此基础上,本次工作利用综合矿物分析技术(TIMA),扫描电镜(SEM)和激光剥蚀-等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)三种测试方法,系统开展了富钴硫精粉中钴的赋存状态研究。结果表明,龙桥硫精粉中钴矿物为辉砷钴矿、铁硫砷钴矿和硫铜钴矿,分别占硫精粉中总钴含量的9.93%、0.64%和0.01%。黄铁矿晶格中类质同象形式产出的钴占总量的81.97%,此外还有7.46%的钴赋存在其他矿物中。通过对比研究,初步建立了矿精粉中关键金属元素赋存状态的研究方法流程,为矿精粉中钴的回收利用提供了依据。     

关键金属元素分析测试技术方法应用进展

以稀有、稀散、稀土、铂族元素为主体的战略性关键金属矿产资源,在新材料、新能源和信息技术等新兴产业中发挥着越来越关键的作用。随着我国关键矿产资源地质调查的不断深入,关键金属元素以其赋存基体复杂、不同矿物含量差异大、化学性质不稳定等特点对分析测试技术提出了新的挑战。本文根据化学组成不同,对关键金属元素主要赋存基体进行了分类,主要分为硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、钨酸盐、磷酸盐、氧化物、硫化物、卤化物等。对于不同的基体岩石矿物,通常采用酸溶法(硝酸-氢氟酸组合、王水)或碱熔法等传统溶样方法进行化学消解。评述了当前关键金属元素测试常用的电子探针、电感耦合等离子体质谱、电感耦合等离子体发射光谱、X射线荧光光谱等仪器的特点及应用,总结了关键金属元素分析过程中出现的样品难溶解、回收率不完全、测试过程氧化物和同质异位素干扰、样品和标准基体不一致等常见问题,并提出了相应的解决方案。微区原位分析凭借其高效率、低成本、高空间分辨率的优势,以及野外现场分析凭借其简单快速、贴近野外工作的特点是关键金属元素测试技术发展的主要趋势。     

油页岩的综合开发与利用

油页岩是一种重要的能源矿产，其资源量巨大，是石油和天然气的重要替代资源。本文简介了国内外油页岩开发利用的历史和现状，综述了油页岩综合开发利用的方式和途径。油页岩除用来炼油、燃烧发电外，其灰渣可用于材料制造、废气和污水处理。油页岩还在农业、制取氢气和有机酸以及提取金属元素等方面有广泛的用途。研究表明，油页岩综合开发利用能取得良好的资源、环境、经济及社会效益，对实现资源可持续发展具有重要作用。     

京西煤系高岭土中铁、钛赋存状态研究

本文以分析电子显微术为主要技术手段,对京西煤系高岭土中铁、钛物相的赋存状态进行了深入研究。结果表明,京西高岭土精矿中含有少量锐钛矿和微量针铁矿及铁钛混合物相;结构铁是京西煤系高岭土中铁的主要存在形式,其中也含有微量结构钛。四次配位于硅氧四面体中的Fe3 和存在于铝氧八面体中六配位的Fe3 和Fe2 是结构铁的三种占位形式。研究结果对于深化煤系高岭土的矿物学研究和京西煤系高岭土的开发利用具有重要理论意义和指导意义。     

金属矿重力勘探资料整理的几个问题

重力勘探在我国金属矿普查找矿方面的应用已经取得良好的效果。尤其在成矿预测、圈定岩体和构造、研究金属矿赋存特点等方面都是卓有成效的。但是实践表明,金属矿重力勘探中,仍然有着许多尚待进一步研究的理论和技术问题。比如,如何整理获得对金属矿勘探有意义的异常资料;如何有效地提取出与金属矿体有关的局部重力异常等等。解决这些问题是提高重力找矿效果的必由之路。     

煤系页岩气储层研究进展

煤系页岩气是煤系非常规天然气的重要类型。储层研究可为煤系页岩气开发提供理论基础。基于国内外文献调研分析,从煤系页岩分布与地化特征、储层特征与含气性、煤系页岩气赋存状态、富集影响因素、有利储层优选方面,阐述了煤系页岩气储层研究进展。研究表明:煤系页岩单层厚度薄,累计厚度大,有机质类型以Ⅲ型为主,储层矿物中黏土矿物含量相对较高,含气量具备商业开发所需条件。煤系页岩气赋存状态本质上取决于储层孔隙结构,页岩气在微孔中主要以吸附态的形式存在,而在中孔和宏孔中游离态是其主要存在形式。煤系页岩气富集主要受到有机质特征、储层矿物组成、储层结构特征、岩性组合的影响。有机质含量高有利于页岩气赋存;黏土矿物具有较强的吸附能力,多发育微孔和中孔,有利于页岩气富集;储层孔隙度的增加有利于页岩气富集;煤系页岩与煤层互层时,存在压力封闭和煤层气充注,利于富集。煤系页岩气有利储层优选为:TOC含量>2%,R o>0.7%,孔隙度>2%,脆性矿物含量>30%,黏土矿物含量<50%,含气量>1 m 3/t,煤系页岩有效厚度定为>30m、埋深>1000m,同时应考虑气藏封闭性及构造稳定性。     

我国煤系共（伴）生资源综合开发利用存在问题研究

煤炭在我国的化石能源消费结构中占据着重要地位。不断加大煤系共（伴）生的煤层气、关键金属等资源的综合开发力度,使其利用更加科学化、合理化,是提高经济效益和环境效益的有效手段。目前,我国煤系共（伴）生资源开发利用存在理论研究不够,理论体系尚不健全,多矿种联合开发关键工艺技术亟待攻关,一体化勘探开发难度大,全产业链的统一标准与规范匮乏等诸多问题。通过梳理和分析,从健全矿政管理机制,强化源头、过程管控,推动多元化科技创新,完善矿业权管理制度,强化全流程管理体系建设,推进规范与标准体系建设等方面提出了一系列建议。     

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。     

煤中氟的研究进展

在全面综合国内外研究文献的基础上,分析了煤中氟的含量、分布规律、赋存状态以及燃烧释放规律等方面的研究进展和存在的问题。我国煤中氟的研究总体上说滞后于煤中其它某些微量元素（如砷、硒、汞等）的研究。进一步深入研究煤中氟+K313的分布规律、赋存状态、来源及迁移转化规律,是今后煤中氟研究的重点。     

黑色岩系型战略性关键矿产资源研究进展及主要科学问题

本文对近年来黑色岩系型战略性关键矿产的分布规律和超常富集机制等方面的研究进展进行了归纳总结,并对战略性关键矿产资源研究进行了展望。黑色岩系分为黑色页岩、煤系地层和富碳质磷块岩等沉积地层,其中黑色页岩中发生超常富集的关键金属有Se、Te、Re、Cd、Tl等稀散金属,以及PGE、Co等稀贵金属;煤系中可见Ga和Ge的超常富集（形成独立的Ga、Ge矿床）,同时也可见稀土金属、稀贵金属的富集;磷块岩中常显著富集稀土,尤其是中重稀土。黑色岩系中的关键金属主要源自大陆风化、海水、热液以及生物摄取。在风化沉积作用中,硫化-还原水体环境形成的泵吸效应,有机质的还原作用,富有机质沉积体系中有机质、铁锰氧化物、磷灰石、黏土矿物等的络合和吸附是关键金属发生富集的主要机制。黑色岩系可为热液叠加过程提供成矿金属,调节热液体系的氧逸度和硫逸度,促进超大型战略性关键矿产的形成。此外,黑色岩系富集的金属在地球层圈物质循环中的聚散行为还可对其他相关成矿系统产生影响。黑色岩系中战略性关键金属的超常富集与大陆边缘、裂谷等环境下缺氧-硫化的沉积事件相关。大气氧含量的变化、超大陆的聚合和裂解、洋流环流模式的改变、冰期以及大规模...     

微束分析对微细粒金赋存状态的研究

微细粒金矿床是一种重要的金矿类型,也是我国近年来重点研究的矿床类型之一。其中金主要为显微金和超显微金,不但肉眼难以见到,在光学显微镜下也很难发现,给研究造成很大困难,直接影响到矿床的评价、勘探和选冶工艺的确定。因此,弄清微细金的赋存状态是解决此类矿床选冶回收率的关键。目前研究微细金赋存状态的最有效的方法是电子探针和电镜等微束分析新技术,本文运用电子探针、扫描质子探针(SPM)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)等新技术对广西金牙微细粒金矿床金的赋存状态进行了研究,取得突破性进展,其中对微细粒金赋存状态的质子探针和扫描电镜研究结果在国内外尚未见报道。     

煤系石墨矿产地质研究现状与重点方向

煤系石墨是煤及煤系碳质页岩等在岩浆热接触变质及构造变质作用下形成的,是石墨矿产的重要组成部分,也是煤系非金属矿产的一种,属于战略性新兴矿产。文章综述了前人对煤系石墨的研究成果及其勘探开发现状,着重讨论了构造作用在煤系石墨形成过程中的作用,并强调煤在石墨化过程中微观结构的演化。本文认为,现阶段对煤系石墨的成矿机制和赋存规律的认识不够深入,缺少针对性的勘查规范和相关标准,同时也将完善石墨成矿机制和赋存规律、建立煤与石墨的鉴别标志、确定煤系石墨资源评价方法、划分成矿带并调查煤系石墨的资源量定为下一步在煤系石墨调查评价中的重点研究方向。     

我国三稀矿产找矿进展述评与新一轮找矿建议

三稀矿产资源包括稀土、稀有和稀散矿产资源,其安全供应关系到我国战略性新兴产业的发展壮大。近年来,我国在三稀矿产找矿方面取得了一系列新进展：以项目组2023年取得的找矿进展为例,在四川省冕宁牦牛坪超大型稀土矿床外围发现了品位高、厚度大的氟碳铈矿-萤石-重晶石-方解石矿脉;在四川省加达大型锂矿床外围钻获含锂辉石伟晶岩矿体。这些找矿新发现将为我国战略性新兴产业的发展提供资源保障。但是,我国关键的稀有金属如锂、铌、钽还需依赖进口。目前,我国在三稀矿产资源调查研究领域还存在很多理论难题(如关键典型矿床的成因、三稀矿产空间分布规律等),相关技术领域还存在诸多瓶颈(如探测技术、共生伴生资源采选冶技术等)。为了进一步提高三稀矿产资源的综合开发利用,并在新一轮找矿突破战略行动中取得成效,建议加强三稀矿产赋存状态、工业类型与成因类型以及成矿模式与勘查模型的综合研究。     

广西煤系共伴生矿产资源特征及开发现状研究

受各矿体母源影响,广西煤系共伴生矿产资源丰富,种类繁多,部分区域伴生资源达到开采的价值。然而,由于长期以来对于煤系共伴生矿产资源研究程度低,故勘查与开发利用程度不高,甚至尚未涉足。通过收集已有相关资料,总结了煤系共伴生矿产分布特征、成矿规律、开发利用状况等,初步分析了煤系共伴生矿产开发存在的主要问题,并提出开发利用建议。