摘要
煤中有益元素的研究对元素的开发利用有重大意义，本文对大同矿区23个矿区、3个露头的172件样品进行ICP-MS、XRD分析、逐级化学提取等实验，对该地区煤中有益元素的含量分布特征、赋存状态和富集特征进行了研究。 （1）揭示了大同矿区煤中有益微量元素的分布规律 Li、Ga、Th、Sr、La、Ce、Er、Rb、Sc、U元素在大同矿区煤中的高于中国煤中的含量，Cs、V、Ge、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd元素在大同矿区煤中的含量低于在中国煤中的含量。Li、Ga、Th、Sr、V、U以及稀土元素大同矿区煤中的含量高于在世界煤中的含量，Rb、Cs、V、Ge在大同矿区煤中的含量低于在世界煤中的含量。 Li、Ga等有益元素整体在山4号、5号、3-5号、3号煤层中的含量逐渐降低；稀土元素整体的分布规律与之相反；Li、Ga、Th、U、V、Sr、Tm、Yb、Y、Ho、Er、Lu、Tb、Dy、Sc在石炭-二叠系中的含量高于在侏罗系中的含量，其余元素含量分布与之相反；大同矿区整体呈现HREE富集，LREE亏损状态。 （2）明确了大同矿区煤中有益微量元素的赋存方式 本文通过逐级化学提取实验对煤中有益元素的六种形态进行分析，结果表明：在水溶态中，除Co元素外，其余元素的含量均小于10%；在离子交换态中，除Ni、Rb、Sr、Cs四种元素外，其余元素的含量均低于10%；在碳酸盐结合态中，除V、Co、Ga元素外，其余元素的离子交换态含量不足10%；在硫化物结合态中，Co元素的含量超过了20%，V、Sr、U元素的含量超过了10%，其余元素的含量不足10%；在硅酸盐结合态中，除Co元素外，其余元素的硅酸盐结合态含量均超过了20%；在残留态中，所有元素的残留态含量都较高，Ni、Gs、Rb、Sr、U的残留态含量超过了30%。 相关性分析和聚类分析结果表明，Th、U、Ga、Li四种元素主要赋存在粘土矿物和有机质中，部分可能赋存在硫酸盐矿物、碳酸盐矿物中；V、Sr元素主要赋存在粘土矿物和有机质中；Rb、Cs、Ge、Co、Ni元素主要赋存在粘土矿物、有机质中，并有少量赋存在硫化物和碳酸盐矿物中。 （3）揭示了大同矿区煤中有益微量元素的富集特征和富集成因 大同矿区煤中Ga、Th的富集程度较中国煤富集，其余元素不富集。大同矿区煤中Li、Ga、Th、Y、La、Ce、Er、Yb的富集程度较世界煤富集，其他元素的富集程度为不富集。Li、Ga、Th、U、V、Sr和稀土元素整体在侏罗系地层中较石炭-二叠系地层中含量亏损；Rb、Cs、Ge、Co、Ni在侏罗系地层中较石炭-二叠系地层中含量富集。大同矿区煤中有益微量元素的富集成因主要有沉积物质来源、古地理沉积环境、构造作用、岩浆作用和有机质等。
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