煤和含煤岩系中潜在的伴生矿产资源

煤是一种有机岩石和矿物，具有很高的还原阻隔性和吸附阻隔性。在一定的地质条件下，可以富集一些有益的金属元素，达到成矿规模。本文根据国内外的一些研究资料，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、地质成因和利用可能性。煤中稀有金属元素的富集或矿化研究是煤地球化学和矿床地球化学的重要内容之一，值得进一步加强。

任德义煤岩学和煤地球化学论文选

煤中微量元素的组成中含有一些珍贵的有益元素，其中一些元素已富集整合成具有相当规模的伴生矿床，越来越受到人们的重视。如新疆的哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、伊犁、吐哈等侏罗纪含煤盆地，在煤层顶板砂岩层和部分煤层中发现了大型铀矿床，部分已形成生产能力。另一个例子是在云南临沧、内蒙古乌兰图嘎矿区和俄罗斯沿海边境地区发现的中新生代大型褐煤锗矿床。这些沉积物的主要特征可以在很多文献中找到[1 ~ 8]。

近年来，在煤中发现了高度富集的镓、铌、铼、钪等稀有金属元素、稀土元素和银、金、铂族元素等贵金属元素。煤中的许多高含量微量元素是潜在的重要战略矿产资源或经济上可回收的煤加工的副产品。加强对其勘探，深入研究其赋存和富集规律，有利于充分合理利用与* * *伴生的煤炭资源和矿产资源，发展循环经济。

本文根据文献和已知资料，对铌、镓、铼、钪等元素简述如下。

一.铌

铌是一种稀有金属，耐腐蚀性强，熔点高。它的合金超级耐热，超轻。可作为导弹、火箭、航天发动机的重要材料，也是重要的超导材料，是世界上需求量很大的稀有金属。地壳中铌的克拉克值为265438±0μg/g，根据Ketris和Yudovich [9]，全球煤中铌的平均含量为3.7μg/g/g..俄罗斯学者середин建议将煤中的铌含量作为伴生有用矿物进行评价[6]。

煤中铌的异常可能是同生的，主要是与风化壳同生的煤往往富含铌。在表生带条件下，铌可与有机酸结合，如含黄腐酸溶液中的含铌矿粉，可使溶液中铌含量在4、5个月内达到1mg/L，比天然水中高几百倍。

其次，当煤层中存在被酸性火山碎屑岩蚀变的透辉石时，铌也会在与其相邻的煤中富集。Hower等人报道美国肯塔基东部火泥煤层中的tonstein脉石层上下两层铌含量极高，分别达到55 ~ 88 μ g/g和76 ~ 150 μ g/g [10]。

煤中铌的异常也可能受到含金属热液的影响。Seredin报道[11]俄罗斯远东的一种地堑式始新世褐煤，经过富铌碳酸化热液改造，使煤中铌含量达到60μg/g/g。

世界上有些煤富含铌。俄罗斯库兹涅茨煤田二叠纪煤中铌的含量可达30～50μg/g，煤灰中铌的含量可达180～360μg/g。米努廷斯克石炭-二叠纪煤田埃塞克斯煤田30号煤层中铌的含量为90μg/g，煤灰中铌的含量为580μg/g/g..波兰齐塔夫煤田90m和22m厚的两层中新世褐煤中富集铌，煤灰中铌含量超过200μ g/g [6，12，13]。

广西合山上二叠统煤中铌的平均含量为50μg/g，其中流花岭矿4号煤层厚1.1m的上层煤中铌的含量为126μg/g，换算成煤灰中铌的含量为689μ g/g [14]。据戴等研究，贵州织金煤田上二叠统34号煤层铌含量平均为64μg/g，大方煤田上二叠统3号煤层铌含量平均为80 μ g/g [15 ~ 17]。

Spears和郑[18]对英国主要煤田的分析表明，伊利石是煤中铌的主要载体。刘大猛等人[19]对山西安太堡矿进行了分析，得出了类似的结论。俄罗斯库兹涅茨煤田煤中铌主要富集在烧绿石和钽铁矿中。Palmer等人[20]通过六步化学提取法证实了所研究的煤中66%的铌是有机物。Querol等人[21]研究了土耳其Beypazary的新近纪含硫褐煤，发现煤中主要成分为有机铌。可见铌在不同煤中的赋存状态因地而异。

戴世峰等人[22]和周艺平[23]报道了Nb在中国西南部碱性火山灰蚀变粘土岩的煤和泥岩中高度富集。碱性泥岩不仅可以作为等时标志层，而且可以根据含煤岩系中碱性泥岩的层位和厚度的空间分布规律，寻找古火山口的位置，对寻找与碱性火山岩建造有关的稀有元素具有重要意义。

二、镓(Ga)

镓是一种典型的分散元素，用于光纤通讯设备、计算机和彩色电视显示器。镓的克拉克值为16μ g/g [24]。自然界中很难形成独立的镓矿床，但主要从铝土矿和闪锌矿床中回收。煤中镓的全球含量为5.8μg/g，而煤灰中镓的平均含量为33 μ g/g [9]。我国煤中镓的平均含量为6.5 μ g/g [7]。

世界上一些煤田煤中镓的含量较高，有些煤的灰分中镓的含量高达几百微克/克/克，因此，富镓煤的燃烧副产物具有提取镓的潜力。根据国家矿产储量委员会1987的规定，各种含镓矿床中镓的工业利用标准为铝土矿20μg/g，煤30μg/g。

周艺平和任友良[25]的研究表明，我国西南地区上二叠统煤灰中镓的含量可达63.7～401.5μg/g，主要以有机态存在，低于上二叠统煤灰中镓的含量

内蒙古准格尔煤田黑岱沟特厚煤层的6号煤是煤中镓富集的典型例子[26，27]。本煤层Ga平均含量为44.6μg/g，部分层位可达76 μ g/g，微区分析表明Ga的主要载体为煤中的勃姆石，部分分布于有机质中[26，27]。而且煤中还异常富集al，导致该煤层燃煤产物中Al2O3浓度较高，飞灰中Al2O3含量超过50%。因此，黑岱沟6号煤层是一个与煤共生的镓铝矿床。黑岱沟南、北的哈尔乌素和关班乌素煤中虽然富含镓，但尚未达到工业级。随着近年来煤炭产量的增加，黑岱沟富含镓铝的煤炭资源量逐年减少，应引起有关部门的高度重视，保护好这一稀有的煤炭资源。此外，该地区燃烧6号煤层的电厂排放的粉煤灰常年堆积，形成了富含al和Ga的人工堆积物。该人工矿床中铝、镓的分布、赋存和迁移特征值得进一步研究。

俄罗斯明辛斯克煤田切尔诺戈尔产煤区“两俄英尺”煤层中的煤含镓30微克/克，煤灰含镓375微克/克。俄罗斯远东拉科夫斯克产煤区中新统含锗煤含镓30 ~ 65μ g/g，煤灰含镓100 ~ 300μ g/g。美国肯塔基州西北部石炭系煤层“阿莫斯”的低灰煤中，煤灰含镓140 ~ 500μ g/g [28]。

Affolter(1998)的研究表明，美国肯塔基州某大型电厂原煤灰分为70μg/g，炉渣含量为

可见，以细粉煤灰为主的煤燃烧副产物已成为世界上从矿物中综合回收镓的第三大主要来源。

三。铼

铼是一种具有超强耐热性的稀有金属，是新一代航空航天发动机的材料、战略矿产资源、高效催化剂和制造新型医疗器械的材料。铼是一种极其分散的元素，地壳中铼的克拉克值仅为0.6 ng/g [24]。作为伴生金属使用时，要求矿物中铼的含量不低于2 ng/g，在哈萨克斯坦列兹卡兹甘含铜砂岩型铜矿床中，铼局部达到工业级。俄罗斯середин [6]建议，当煤中铼含量超过1μg/g时，可评价为有益的伴生铼矿产资源。

根据年度报告клер和неханов 1981，乌兹别克斯坦安格连的侏罗纪煤含有0.2 ~ 4 μ g/g的铼，根据валиев等人(1993)的研究，这些铼来自低灰分煤(Ad=3.2

西班牙北部赫布劳德盆地碳酸盐岩中的褐煤含铼9微克/克。这种“褐煤”富含沥青质和灰分，特征与油页岩接近。

铼经常富集在铀矿床的煤中。哈萨克斯坦下伊犁4m厚铀-煤矿床还原带上部的富铀带，铼平均含量为9.5μg/g；煤层过渡带下部铼的平均含量为4.2μg/g/g，煤作为还原屏障，可以还原和富集溶液中的高铼酸盐。

根据юровский 1968的报告，顿涅茨克煤田南普利Volney Yang的精煤(Ad=8%)含有4μg/g铼。

煤中铼的含量采用高分辨率电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定，但国内大部分样品中未检出铼。然而，河北开滦、山东济宁和山西晋城太原组煤、贵州兴仁上二叠统煤层和江西安源上三叠统煤样中铼的含量为0.106 ~ 0.39 μ g/g，尽管这些值低于伴生矿评价所要求的值。新疆早、中侏罗世铀矿床煤中铼值得重视。

四。钪

钪是一种非常耐热的稀有金属，制造轻合金非常昂贵。目前主要从钨、钛、铀等金属的废渣中提取(钪含量为80 ~ 100μ g/g)，产量相当低。середин提出，当煤灰中钪的含量超过100μg/g时，可以评价为煤燃烧的有益副产品[6]。根据Ketris和Yudovich的报告，全球煤中钪的平均含量为3.9μg/g，煤灰中钪的平均含量为23 μ g/g [9]。

最近的研究表明，在一些产煤区的煤灰中钪的含量相当高。库兹涅茨煤田切尔尼戈夫露天煤矿、卡尔坦露天煤矿和南吉尔盖伊煤矿煤灰中钪含量为100～200μg/g[31]。煤的юровский重液分离后发现，库兹涅茨煤田切尔诺戈尔产煤区低密度精煤中钪含量为400μg/g，因此在选煤阶段可以提取富含钪的精煤。俄罗斯明辛斯克煤田部分煤层煤灰中钪的含量为95～175μg/g，低密度煤中钪的含量达到400μg/g/g..俄罗斯Kansk-Achinsk侏罗纪煤田Beryozov煤炭产区1上部煤层含钪230μg/g，其灰分中钪含量达到870μ g/g [32]。

美国肯塔基州西北部的阿莫斯煤层很薄(

广西合山上二叠统煤田钪的平均含量为42.2μg/g，而何穗煤矿4号煤层中部煤灰中钪的含量为221 μ g/g [14]。

煤中元素含量异常高且可能回收的其他副产品包括钒、锑、铯、钼、钨、铍、钽、稀土、锆、铪等。

勘探和评价与煤伴生的有益矿产资源具有重要意义。这项工作在煤炭资源勘查中的缺失是难以弥补的。做这项工作时，需要注意以下事项。

(1)优化最佳有益元素测试方法，保证测试结果的可靠性。

(2)由于煤中与* * *伴生的有益元素往往富集在煤层的局部层位和特定空间，因此要注意采样点的合理布置，以掌握其富集和整合的规律。

(3)利用煤中有益金属元素的最好方法是从粉煤灰中提取。因此，研究煤燃烧及其他加工利用过程中有益元素的习性，以及煤副产品中有益元素的富集程度及其回收的可能性就显得十分重要。

(4)煤中与* * *伴生的有益矿物往往是多金属的，除有益元素外，往往还有潜在的有害元素。因此，必须进行全面的技术、经济和环境评估，以确保在开发过程中尽可能减少潜在有害因素对环境和人类健康的影响。

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煤和含煤地层中潜在的共生和伴生矿产资源——一个值得关注的问题

任德义、戴世峰

(煤炭资源与安全开采国家重点实验室，CUMT(北京)，北京100083；

CUMT地球科学与测绘工程学院(北京)，北京100083)

摘要:煤是一种具有高还原阻隔和吸附阻隔性能的有机岩和矿床，在特定的地质条件下，能富集一些有用的金属元素，达到成矿规模。综合国内外文献，讨论了煤及含煤地层中有用金属铌、镓、铼、钪的丰度、赋存状态、地质成因及利用的可能性。稀有金属元素富集或成矿作用的研究是煤地球化学和矿床地球化学的主要课题之一，因而有待进一步加强。

关键词:煤炭；含煤地层；稀有金属；共生和伴生矿床

(本文由任德义、戴世峰合著，原载于《中国煤炭地质》2009年第21卷第10期)。