煤炭利用引起的污染物排放已造成人类生存环境严重污染。矿物质及痕量元素是煤炭利用过程中污染物排放的主要来源，矿物种类及痕量元素赋存形态对煤炭利用过程中颗粒物及有毒害重金属排放关系密切。掌握煤中矿物组合特性及痕量元素分布规律，建立煤中痕量元素与矿物定量关系，准确评估矿物及痕量元素赋存形态对煤炭高温利用过程中重金属排放的影响，对预测煤炭利用过程中重金属排放和建立痕量元素排放模型具有重要的指导作用，对实现污染物减排意义重大。　　为了获取煤中矿物组合特性及痕量元素分布规律，定量揭示煤中矿物组合特性及痕量元素与矿物亲和关系，本文从煤中矿物与痕量元素入手，以煤地质学、矿物学及微量元素地球化学为理论依据，提出了一种基于煤低温灰化联合三溴甲烷分密度浮沉的煤中矿物分离新方法。并借助X射线衍射矿物定量分析、场发射扫描电镜及能谱分析、高分辨等离子电感耦合质谱仪等手段，对煤中矿物组合特性、单颗粒矿物显微形貌、痕量元素分布等特性进行了系统表征，获取了煤中矿物组合特性及其与痕量元素亲和关系。而后交叉融汇矿物学和燃烧学的理论与方法，分析了煤中痕量元素赋存形态对其在高温利用过程中释放特性的影响，考察了高砷煤中不同形态砷的释放特性，阐述了煤中不同赋存形态砷的挥发行为，建立了黄铁矿结合态砷在高温下释放模型，探讨了煤燃烧及气化颗粒物生成机理，描述了砷在颗粒物中的富集行为。　　通过对8种不同变质程度中国煤的分选实验研究，获取了几种典型烟煤、无烟煤、和褐煤的矿物组合特性。煤中主要无机组分为石英和高岭石，不同煤田煤种中矿物相组成有差别。煤中轻灰（<2.89g/cm3）所占比例大，重灰（>2.89g/cm3）含量极少。煤中轻灰和低温灰矿物相组分基本相同，重灰组分与相应轻灰和低温灰相差甚远。煤中常见的重矿物包括黄铁矿、绿泥石、铁白云石、和菱铁矿；个别煤样中可识别的偶见重矿物包括锆石、闪锌矿、勃母石、和重晶石。煤中黄铁矿形态丰富，可辨识的微观形貌包括片状、块状、苺球状、球形、细屑颗粒、圆柱状、晶体、五角十二面体、规则的六面体、十四面体、立方体、十二面体、规则的八面体以及絮状聚合黄铁矿。　　对煤中主要矿物中痕量元素的分布特性归纳结果表明，在高岭石中富集的元素有Li、Rb、Be、Cs、Ga、Sr、U、Zr。在方解石中富集的元素有Th、Hf。与黄铁矿亲和的元素有Cu、Zn、Cd、Pb、Sb、Tl、Mo、Sn、As、Ni。可能在菱铁矿中富集的元素有Ba、Cr、Sr、和Eu，其中Ba还存在于重晶石和硬石膏中。与绿泥石或铁白云石亲和的痕量元素包括 Co、In、Bi。Gd可能存在于重晶石中。U、V可能与针绿矾有较强的亲和关系。　　对典型煤样痕量元素与矿物亲和关系及高温利用过程中痕量元素释放特性的研究表明，煤中与黄铁矿亲和痕量元素（Pb、Cu、Zn）在高温下易挥发，煤中与硅铝酸盐等粘土矿物亲和的痕量元素（Li、V、Ga、Rb、Zr）在高温条件不挥发残留在底灰中。对富集黄铁矿和砷的重灰样品深入研究表明，砷在煤中与黄铁矿密切亲和，FE/SEM-EDX对重灰中矿物颗粒逐粒分析获得了煤中砷与黄铁矿伴生的直接证据。黄铁矿结合态和有机结合态砷在高温下易挥发，砷酸盐或粘土矿物结合的砷高温下与硅铝酸盐一起历经熔融过程残留在煤焦/灰中。黄铁矿在高温还原性气氛或惰性气氛下演化过程主要包括黄铁矿—磁黄铁矿—硫铁矿—铁。黄铁矿结合态砷的挥发行为主要包括三个过程：砷在熔融黄铁矿上的传输，脱离黄铁矿熔融体在气液界面间的挥发，以及在煤焦孔隙间的扩散。　　应用滴管炉对煤燃烧/气化过程含砷颗粒物的研究表明，燃煤颗粒物排放呈三模态分布，三模态分布不受温度影响，但温升促进了超细模态颗粒物的生成；煤气化后产生颗粒物呈双模态分布；双模态分布特性不受温度影响，但温升抑制了细模态颗粒物的生成，细模态颗粒物表面碳颗粒是由煤烟灰在下游冷凝烟气中在颗粒物表面沉积所致；高砷煤燃烧/气化后As在细颗粒中富集明显，主要富集在粒径为0.1-0.2μm细颗粒中，气化细颗粒中As的形态包括As2O5、As、AsO、和Ca3(AsO4)2。