阳泉矿区煤中微细粒矿物对微量元素的控制

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本文以沁水煤田北部阳泉矿区新景煤矿8号煤(XJ-8)和寺家庄煤矿15号煤(SJZ-15)为研究对象,在微量元素的含量和微细粒矿物类型分析的基础上,讨论煤中微细粒矿物对微量元素的控制。通过光学显微镜对显微煤岩组分和煤中矿物的进行分析;使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分别检测煤中常量和微量元素的含量;利用X射线衍射(XRD)对原煤样和低温灰化样品中矿物类型进行分析;通过拉曼光谱(Raman)、带能谱的扫描电子显微镜(SEM-EDS)观察微细粒矿物的形貌特征与部分微量元素;使用激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)对目标矿物进行原位微量元素研究。得到以下认识:(1)通过对XJ-8和SJZ-15的32个煤样进行显微组分分析,确定煤样均以镜质组为主,分别占74.07%和91.97%。煤样的平均随机反射率分别为2.35%和2.28%,属于无烟煤。(2)与中国煤中微量元素含量相比,XJ-8煤中富集的微量元素有Li、Zr、Nb、Hf、Ta、Pb、Th;SJZ-15煤仅在夹矸和底板中微量元素略有富集。XJ-8煤中Li、Zr、Nb、Hf、Ta和Th元素与Al2O3、SiO2和TiO2的氧化物呈正相关,表明其赋存在矿物中且来源于陆源碎屑。煤样和非煤样品(顶板、夹矸)的稀土元素分布模式相似,呈左倾状,轻稀土元素富集,说明煤样与顶底板和夹矸中稀土元素的主要来源具有一致性,表明稀土元素主要受控于陆源碎屑的供应。(3)XJ-8和SJZ-15煤中常见高岭石、珍珠陶土等粘土矿物,偶见钠长石;常见的碳酸盐矿物有方解石;煤中主要的氧化物矿物有石英和三水铝石;硫化物矿物有黄铁矿和白铁矿;主要的磷酸盐矿物有磷灰石;硫酸盐矿物主要是石膏。除上述煤中常见矿物外,个别样品中检测到辉钼矿、硅灰石、钾盐等矿物。矿物的结构和产状具有多样化,包括呈条带状充填在镜质体或丝质体的裂隙中、填充在有机质的胞腔内等类型。(4)原位微区分析结果表明:黄铁矿赋存的微量元素主要有As和Pb,其次有Co、Ni、Cu、Rb、Mo、Ag、Sn和Au。Co2+、Ni3+、Mo2+、Sn2+、Ag+、Au+、Pb2+等离子通常可以取代晶体中的Fe2+离子,As3-替代S2-形成类质同象替代;Cu、Pb、Zn为亲铜元素,Fe2+不易被它们替代,主要以微细粒矿物包裹体形式存在,以方铅矿、黄铜矿、闪锌矿等形式赋存于黄铁矿表面。
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