中国煤中金属元素矿产资源研究现状与展望

煤中金属元素矿产资源的研究是煤地质学领域的关注热点和前沿方向,对于我国煤炭行业转型具有重要的战略意义。为了系统梳理我国煤中金属元素矿产资源现状,促进煤中金属元素矿产资源的综合调查利用,拓展传统煤炭地质行业的发展方向,在系统收集梳理相关地质资料、采样测试、综合研究的基础上,通过研讨总结提出了煤中金属元素矿产资源的概念,总结了我国煤中镓、锗、锂等主要金属元素矿产资源分布特征,并且从物源条件、沉积环境以及后期构造热演化等条件入手,分析了我国煤中镓、锗、锂资源的时空分布规律,受成煤期沉积背景、构造条件等限制,我国煤中锂、镓富集区主要分布在华北石炭—二叠纪和华南二叠纪两个成煤期,煤中锗主要分布在东北早白垩纪和滇西新近纪成煤期,含煤盆地物源和区域性断裂的控制使煤中锗、镓、锂金属元素呈区域性分布的特点,并结合当前煤中金属元素矿产资源前沿研究存在的问题,对我国煤中金属元素矿产资源的下一步研究方向进行了展望,提出要重点加强煤中金属元素测试技术和富集成矿机理的研究,对我国煤中金属元素矿产资源的综合开发利用具有指导意义。

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。

鄂尔多斯盆地南北缘煤中金属异常富集成因对比

鄂尔多斯盆地含煤地层中蕴藏丰富的金属元素,是煤中金属分布规律及成因研究的热点区域,尤以盆地南北缘煤中金属最为富集,且表现出不同的规律和特征。通过对南缘有代表性的渭北、黄陇煤田和北缘准格尔煤田进行采样分析,结合收集已有测试数据,对比南北缘煤中金属富集的种类、丰度、煤岩特征及差异、成煤环境差异、物源特征,分析盆地南北缘煤中金属富集成因差异。结果表明,与世界煤相比,盆地北部准格尔煤田煤中Li,Zr,Hf富集,Be,Ga,Sr,Nb,Pb,Th轻度富集,盆地南部黄陇煤田煤中Sr,Ba轻度富集,渭北煤田煤中Li富集,Ga,Zr,Nb,Cs,Hf,Ta,Pb,Th轻微富集。盆地晚古生代煤显微煤岩组分,南部镜质组含量大于北部,总体上山西组镜质组含量低于太原组,中生代延安组煤镜质组含量最低。煤中矿物以黏土矿物和碳酸盐矿物为主,在盆地南缘煤中发现磷灰石、锐钛矿,还发现有不规则形状的碎屑石英和蠕虫状高岭石,为火山灰输入含煤地层特征;北缘煤中发现丰富的方解石晶体,以裂隙填充及自生形态为主。盆地北部和盆地南部Al_(2)O_(3)/TiO_(2)(含量比)均在8~70,表明源岩为中性-长英质物质,Nb/Y-Zr/TiO_(2)分布表明,中性-长英质火山岩向鄂尔多斯盆地南北部提供了大量的陆源碎屑。盆地北部煤样与阴山古陆钾长花岗岩、本溪组铝土矿配分模式相似,表明其源岩为阴山古陆钾长花岗岩和本溪组铝土矿;盆地南部煤样表现出与秦岭古陆中性-长英质火山岩相似的稀土元素配分模式,均为稀土元素分异不明显,表明其物源来自秦岭古陆。盆地北部煤中Sr/Ba(含量比)为0.07~7.78,均值3.49,表明其主要受海水影响;盆地南部渭北煤中Sr/Ba为0.60~6.25,均值2.77,表明其成煤过程也主要受海水影响。盆地南部黄陇煤田煤中Sr/Ba为0.60~1.17,均值0.78,表明其成煤过程主要受淡水影响。北部准格尔煤田煤的主要物源为阴山古陆中元古代钾长花岗岩和本溪组风化壳铝土矿,由于源岩的碎屑物质供给,煤中元素含量总体偏高,成煤过程受一定程度的海水影响,为阴山古陆陆源碎屑供给-泥炭形成环境复合型成矿模式;南部煤田主要物源为秦岭古陆的中性-长英质火成岩,由于源岩的碎屑物质供给,煤中Ga,Li,Bi,Co等轻度富集,南缘煤的物源主要来自秦岭古陆,基本不受本溪组铝土矿影响,因此该区煤中发现的磷灰石矿物可能与火山成因的物质有关,为秦岭古陆陆源碎屑供给-酸性火山灰复合型成矿模式。

河东煤田煤中金属富集规律及成因机制

河东煤田位于鄂尔多斯盆地东缘,是我国重要的大型煤田,近年来,已有多位学者在研究中发现河东煤田煤中铝、镓、锂等金属的富集矿点。在前人研究基础上,系统收集、梳理煤中金属方面的研究成果,结合保德地区的部分测试数据,阐述了煤(灰)中铝、镓、锂等金属元素在河东煤田的时空分布。河东煤田铝、镓、锂均表现为由南向北含量逐渐升高,总体来看保德地区及附近煤中铝、镓、锂含量均达到了最高;垂向上,河东煤田普遍呈现铝及镓、锂等微量元素含量山西组大于太原组,且在富集元素数量上也展现出山西组富集元素种类多于太原组;河东煤田的物源主要来自于北部的阴山古陆,推测元素搬运距离是控制河东煤田煤中铝、镓、锂等元素含量的主要控制因素之一,距离物源区较近的保德—河曲一带,陆源碎屑搬运距离较短,有利于铝、镓、锂等元素在煤中的富集。

新疆大南湖煤田一井田煤中镓锗元素富集机理研究

大南湖煤田是我国重要的大型煤田,前人研究中发现大南湖煤田煤中关键金属有富集潜力,通过系统收集、梳理煤中关键金属方面的研究成果,结合部分测试数据,阐述了煤中镓、锗等关键金属元素在大南湖煤田的分布及富集机理,镓、锗元素均表现为顶底板含量较低,在中部煤层富集的现象。分析煤中镓锗含量与灰分产率、煤灰中Al_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3)的关系,认为研究区镓元素为无机矿物和有机质共同作用的复合成因,锗元素应当为风化搬运或地下水动力搬运周边物源进而形成,推测大南湖煤田中镓锗主要来自于南部的觉罗塔格造山带。

大同煤田中东部帽帽山太原组煤层及伴生矿产资源评价

理清与煤伴生的各种金属矿、非金属矿、煤中关键金属等,对实现煤炭高效综合利用和清洁能源突破具有重要的理论和现实意义。针对大同煤田中东部帽帽山太原组煤层及伴生矿产资源采用区域调查和煤元素化验等手段,查明了煤田范围内煤质特征、伴生关键金属和伴生高岭石矿的赋存特征。煤中水分较为稳定,工业成分和显微组分均表明,随着热演化时间的增加,煤中有机组分逐渐富集;煤田范围内煤层气含量和煤中关键金属(锗、镓、铀、钍和钒)质量分数较低;煤顶底板赋存的高岭岩满足耐火黏土的一般工业指标,且资源量达33 306万t。

中国煤中金属元素成矿区带

从煤中提取锗、镓等金属已经取得实质性进展,煤逐渐成为多种战略性金属矿产的主要来源,但对煤中金属元素矿产资源尚缺乏系统的矿床学理论支撑.本文在以往煤中金属元素矿产资源研究成果的基础上,结合野外实地调查,总结了煤中锗、镓、锂、稀土资源矿化特征,并以丰富的煤中金属高异常点、区域构造背景及演化、地层沉积环境特征、煤层煤质特征等为依据,将全国煤中锗、镓等金属元素矿产资源划分为7个成矿区带,进而讨论了各成矿区带地质特征,为煤中金属元素矿产资源研究提供地质理论依据.

金属离子螯合剂抑制煤自燃试验研究

煤自燃火灾是井下常见的灾害之一,影响煤自然发火的因素有很多,煤中过渡金属离子就是其中之一,但以往的研究更多是侧重于金属离子螯合剂在热力学等方面的影响,而煤中过渡金属离子形成螯合物后,其对煤自燃影响的相关研究还相对较少,为探究金属离子螯合剂抑制煤自燃的效果,将5种金属离子螯合剂溶解于去离子水中,制备质量分数为5%的金属离子螯合剂溶液。随后将煤样和金属离子螯合剂溶液按照质量比4∶1充分搅拌,得到阻化煤样。采用程序升温-气相色谱试验、孔隙结构试验、红外光谱试验,分析加入螯合剂后指标气体CO的浓度变化,螯合剂螯合过渡金属离子后对孔隙结构的影响与螯合煤中过渡金属离子前后煤中活性基团的含量。结果表明:经金属离子螯合剂处理后的煤样CO首次产生的温度点均有推迟,且产生量较原煤减少,金属离子螯合剂可以达到抑制煤自燃的效果;金属离子螯合剂与煤中过渡金属离子可以形成以配位键连接的螯合物,这些螯合物可减小煤的比表面积与孔隙、孔体积的大小,使煤氧复合反应降低;同时分析红外光谱试验结果发现,形成螯合物的过渡金属离子失去催化能力,难以催化煤中甲基—CH_(3)、亚甲基—CH_(2)-与羧基—COOH的转化反应,使煤中官能团能在常温状态下难以被活化,从而抑制了煤自燃的发生;此外,有机膦酸型金属离子螯合剂相对于氨基羧酸型螯合剂对煤自燃的抑制具有更好的效果。

激光诱导击穿光谱用于煤中多元素同步检测

为了实现煤中碳、氢、硫3种非金属元素的快速同步定量检测,采用激光诱导击穿光谱技术,以波长1064nm的Nd∶YAG固体激光器作为激发源,在空气环境下烧蚀9种煤国家标准样品,选取188.885nm^308.008nm和655nm^660nm波长范围光谱,结合偏最小二乘回归,同步检测煤中C,H,S 3种非金属元素,取得了偏最小二乘回归的校正模型和预测模型数据,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,C,H,S元素的预测质量分数与真实质量分数的决定系数为0.9421,0.9894,0.9840,预测均方根误差分别为2.2772,0.2356,0.1678,平均相对误差分别为2.6348%,7.1185%,8.8600%。该研究证明了激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘回归定量可用于煤中非金属元素的多元素检测。