淮南深部A组煤有害微量元素分布赋存及沉积环境特征

摘要

煤炭作为我国重要的一次能源，储量大，其中淮南矿区煤炭资源丰富。近年来淮南煤田浅部资源随着开采强度的加强而不断减少，淮南矿区已经进入深部A组煤的开采阶段。煤中含有多种有害微量元素，煤中元素的地球化学研究对判断成煤环境，合理利用煤炭资源和有益伴生矿物的综合开发具有重要意义。本次研究以淮南深部A组煤作为研究对象，采用工业分析仪、自动测硫仪、X射线荧光光谱仪（XRF）、X射线衍射分析仪(XRD)、光学显微镜、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)以及逐级化学提取等方法及手段，结合煤地质学、矿物学、微量元素地球化学以及数理统计分析相结合，系统研究了淮南深部A组煤中煤质特征、矿物特征以及微量元素的地球化学特征。主要研究结果如下: (1)淮南深部A组煤属于特低灰、特低全水分、中高挥发分、低硫煤。A组煤中所含矿物主要包括黏土矿物:高岭石(Kln)、地开石(Dic);非黏土矿物:石英(Qtz)、方解石(Cal)、黄铁矿(Py)以及菱铁矿(Sd)等;通过XRD结合显微镜观察发现A组煤中分布最多的矿物是黏土矿物高岭石(Kln)和地开石(Dic)，黏土矿物主要以团块状分散于有机质中，或充填在诸如丝质体或镜质体的空腔中;以无规则形状存在的石英(Qtz)充填在各种矿物晶体之间;黄铁矿在煤样品中分布较少，在顶底板和夹矸中发现有少量的黄铁矿，主要以不规则的结核状以及团块状充填于其他裂隙之间。淮南深部A组煤中常量元素氧化物主要为SiO2和Al2O3，其次为Fe2O3;C值(CaO+MgO+Fe2O3)/(SiO2+Al2O3)平均值为0.39，表明A组煤在泥炭聚集过程中主要受海水的影响;Al2O3/TiO2值范围为7.89～72.25，其均值为23.08，表明淮南深部A组煤主要是长英质沉积岩。 (2)淮南深部A组煤样中含量最高的元素是Sr，含量最低的元素是有害微量元素Hg;与中国上陆壳中各种微量元素平均含量相比，淮南深部A组煤中B、Hg、Ge、As、Se、Mo、Cd、Sb、Pb的含量较高，富集系数均大于1;与淮南B组煤相比，B、Ga、U、As、Se、Cd、Mo、Sb、Pb在A组煤中含量较高;与华北煤相比，A组煤中Co、As、Se、Cd、Cu、Sb、Sr、Zn的含量高于华北煤;与中国煤相比，A组煤中B、Ga、Ge、Sb、Sr、As、Se、Cd、Cu、Pb和Hg等元素的含量平均值大于中国煤的平均值。 (3)结合相关分析和逐级化学提取实验结果表明，淮南深部A组煤中微量元素质量分数最高的赋存形态为残渣态，其次是铁锰氧化物结合态，这两者质量分数之和达到55％～98％;Ni、Mo、Cd、Co、Ge、Hg、Cu、Pb和Zn主要赋存于硫化物矿物中，Mn和Sr主要赋存于碳酸盐矿物中，V、Cr、Se、B、Ga、Ba、Sb、和As主要赋存于硅铝酸盐等黏土矿物中，U和Th主要以无机结合态存在于A组煤中。 (4)由环境敏感性元素示踪物源及沉积环境结果显示，淮南煤田深部A组煤的沉积环境为弱氧化—还原环境，气候条件为温暖湿润向干旱演化，水体为海相咸水沉积环境，稳定的咸水沉积环境以及由于受海水影响等因素使A组煤中的微量元素富集程度不同。