“煤系战略性金属矿产成矿理论与分布规律”专题

《煤炭学报》编辑部特邀中国矿业大学（北京）代世峰教授担任客座主编，中国矿业大学王文峰教授、中国矿业大学（北京）赵蕾教授担任客座编辑，在2022第5期组织出版“煤系战略性金属矿产成矿理论与分布规律”专题，专题以煤系中锂、镓、锗、铝、钪、稀土、铌、锆、铀等战略性金属矿产为研究对象，选择优秀论文，介绍其分布规律与成矿理论。

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行业视野: 地质
类别; 37个
关键词; 83位
专家; 17篇
论文; 8496IP
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鄂尔多斯盆地南北缘煤中金属异常富集成因对比

作者(Author)：宁树正, 黄少青, 刘亢, 秦国红, 周云飞, 张莉, 范玉须, 郭爱军, 袁建江

摘要：鄂尔多斯盆地含煤地层中蕴藏丰富的金属元素，是煤中金属分布规律及成因研究的热点区域，尤以盆地南北缘煤中金属最为富集，且表现出不同的规律和特征。通过对南缘有代表性的渭北、黄陇煤田和北缘准格尔煤田进行采样分析，结合收集已有测试数据，对比南北缘煤中金属富集的种类、丰度、煤岩特征及差异、成煤环境差异、物源特征，分析盆地南北缘煤中金属富集成因差异。结果表明，与世界煤相比，盆地北部准格尔煤田煤中 Li，Zr，Hf 富集，Be，Ga，Sr，Nb，Pb，Th 轻度富集，盆地南部黄陇煤田煤中 Sr，Ba轻度富集，渭北煤田煤中 Li 富集，Ga，Zr，Nb，Cs，Hf，Ta，Pb，Th 轻微富集。盆地晚古生代煤显微煤岩组分，南部镜质组含量大于北部，总体上山西组镜质组含量低于太原组，中生代延安组煤镜质组含量最低。煤中矿物以黏土矿物和碳酸盐矿物为主，在盆地南缘煤中发现磷灰石、锐钛矿，还发现有不规则形状的碎屑石英和蠕虫状高岭石，为火山灰输入含煤地层特征;北缘煤中发现丰富的方解石晶体，以裂隙填充及自生形态为主。盆地北部和盆地南部Al2O3 / TiO2(含量比)均在 8~70，表明源岩为中性-长英质物质，Nb/ Y-Zr/ TiO2 分布表明，中性-长英质火山岩向鄂尔多斯盆地南北部提供了大量的陆源碎屑。盆地北部煤样与阴山古陆钾长花岗岩、本溪组铝土矿配分模式相似，表明其源岩为阴山古陆钾长花岗岩和本溪组铝土矿;盆地南部煤样表现出与秦岭古陆中性-长英质火山岩相似的稀土元素配分模式，均为稀土元素分异不明显，表明其物源来自秦岭古陆。盆地北部煤中Sr/Ba(含量比)为0.07~7.78，均值3.49，表明其主要受海水影响;盆地南部渭北煤中Sr/Ba为0.60~6.25，均值2.77，表明其成煤过程也主要受海水影响。盆地南部黄陇煤田煤中Sr/Ba为0.60~1.17，均值0.78，表明其成煤过程主要受淡水影响。北部准格尔煤田煤的主要物源为阴山古陆中元古代钾长花岗岩和本溪组风化壳铝土矿，由于源岩的碎屑物质供给，煤中元素含量总体偏高，成煤过程受一定程度的海水影响，为阴山古陆陆源碎屑供给-泥炭形成环境复合型成矿模式;南部煤田主要物源为秦岭古陆的中性-长英质火成岩，由于源岩的碎屑物质供给，煤中Ga，Li，Bi，Co 等轻度富集，南缘煤的物源主要来自秦岭古陆，基本不受本溪组铝土矿影响，因此该区煤中发现的磷灰石矿物可能与火山成因的物质有关，为秦岭古陆陆源碎屑供给-酸性火山灰复合型成矿模式。

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2022年第05期

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陕西典型矿区煤系关键金属元素富集特征及其成因机制

作者(Author)：李晶, 王园, 袁伟, 庄新国, 李宝庆, 上官云飞, 杨光华, 潘磊

摘要：煤型关键金属矿床的研究现已成为国内外煤地质学和矿床学研究的重要内容，也是当前国际矿产地质界的前沿问题。陕西煤炭资源丰富，含煤岩系涵盖石炭—二叠系(太原组，山西组)、三叠系( 瓦窑堡组) 及侏罗系( 延安组) ，不同煤田及不同时代煤层煤质特征差异较大，部分地区煤中存在关键金属的富集。为了查明陕西煤系关键金属的富集分布特征及成因机制，选取主要煤田10个典型煤矿的含煤岩系为研究对象，系统开展煤的工业分析、全硫分析和微量元素地球化学测试。陕西煤中关键金属富集主要分布于石炭—二叠系煤系，在渭北及陕北石炭—二叠系煤系中普遍存在 Li-Ga-Nb-Ta-REY 关键金属组合的共富集。这些关键金属主要赋存于高岭石、勃姆石、磷酸盐等矿物中，且在靠近煤层夹矸及顶底板的煤系中更为富集。陕西石炭—二叠系煤中关键金属的富集与华北地台沉积基底及本溪组古风化壳密切相关，关键金属元素主要由盆地周缘蚀源区古风化壳黏土质和铝土质碎屑物质经水系搬运进入泥炭沼泽，通过有机质与无机质相互作用而富集;此外，也可能受同沉积火山灰输入及大地构造的部分影响。石炭—二叠系为陕西煤型关键金属矿产的富集层位，煤系 Ga，Li，Nb，Ta 等关键金属普遍达工业利用品位，REY 在金华山煤矿太原组和桑树坪煤矿山西组煤系中也达工业利用品位，具有良好的勘查前景。其中，渭北石炭—二叠纪煤田和陕北石炭—二叠纪煤田府谷矿区可作为陕西煤型关键金属矿产勘探开发的首选靶区。

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稀土-锆（铪）-铌（钽）-镓的活化、迁移和富集机理———以务正道地区上二叠统吴家坪组煤系为例

作者(Author)：李宝庆, 庄新国, 宁树正, 李晶, 汪小妹, 黄少青, 杜红毅, 刘旭, 杨林键

摘要：对务川-正安-道真（务正道）地区桥溪河矿区上二叠统吴家坪组底部煤系进行了系统的矿物学和地球化学测试和分析，以便查明煤系战略性金属的活化、迁移和富集过程，并评价其综合利用潜力。依据矿物组成和高岭石的结晶程度，自上而下确定了四个矿物组合层段（层A、层B、层C和层D）。层A（煤层顶板）的矿物主要由方解石、石英和伊利石组成，层B（煤层）由高岭石、黄铁矿、黄钾铁矾和伊/蒙混层组成，层C（直接底板黏土岩）由有序高岭石组成，层D（间接底板黏土岩）由无序高岭石组成。REY、Zr（Hf）、Nb（Ta）和Ga的含量由高到低依次是：层C+D>层B>层A。层A、B、C和D中的REY分别赋存于磷灰石、独居石、锆石+高岭石、高岭石+磷酸盐矿物中。层A和B中的Nb（Ta）和Zr（Hf）主要赋存于锆石和钛矿物中，层C和D中则主要赋存于锆石中。层A和B碎屑物质主要来源于峨眉山玄武岩和少量的碱性火山灰，层C黏土岩起源于过碱质中酸性火山灰的沉降和蚀变，层D黏土岩起源于碱性基性火山灰的沉降和蚀变。煤系剖面中REY、Zr（Hf）和Nb（Ta）的活化、迁移和富集受控于载体矿物的控制：（1）Zr（Hf）和Nb（Ta）主要赋存于耐蚀变性的锆石或钛矿物中，水/岩作用过程中Zr（Hf）和Nb（Ta）无明显的活化、迁移和分异，故它们的分布受控于火山灰性质（过碱质、中酸性火山灰）和输入量的控制；（2）REY主要来源于火山碎屑或峨眉山玄武岩，水/岩作用过程中容易解离出来而随溶液迁移和沉淀，引起REY含量和REY地化参数的不均匀分布。煤层（层B）和黏土岩（层C+D）可作为REY-Zr（Hf）-Nb（Ta）-Ga的潜在来源，可考虑综合勘探和利用。

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贵州盘县晚二叠世煤系天文轨道约束的战略性金属富集

作者(Author)：沈玉林, 张云飞, 杨天洋, 胡江晨, 金军, 慕熙玮, 黄文, 李发跃, 赵勇, 张一杰

摘要：贵州盘县地区晚二叠世煤系内发现各战略性金属含量在层序格架内的分布具周期性富集的规律，并伴随着自然伽马高异常的特征。由于记录海平面变化的层序构成与对气候敏感的然伽马测井记录均受天文轨道的影响，所以战略性金属垂向周期性的分布可能与天文轨道周期性变化相关。基于沉积学、层序地层学、旋回地层学等理论与研究方法，对研究区的战略性金属富集周期与天文轨道周期之间的联系展开研究。结果表明，研究区晚二叠世煤系可识别出 16.5 个长偏心率周期与13个战略性金属富集周期，2者存在一定的耦合关系;依据研究区晚二叠世煤系的化学风化趋势和前人的华南化学地层成果可将古气候划分为6个阶段，其与战略性金属垂向分布存在一定的联系;战略性金属含量的周期性演化也同时受制于古环境变化及地球内部活动。古气候、古环境与海平面的变化均受天文轨道调控，因此天文轨道对与3者紧密联系的战略性金属富集起到约束作用。战略性金属周期性富集可归因于天文轨道的周期性活动，后者通过调控地球表面接收到的太阳辐射量，造成古气候与海平面的波动，从而引发古环境变迁，甚至在某种程度上影响了地球内部活动，既控制着前者的物质来源，又制约沉积物中黏土矿物和有机质含量发生改变，最终使前者呈不同程度吸附于2种载体上。

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广西上林合山组炭质泥岩中锂和稀土元素的成因及富集机制

作者(Author)：曹泊, 秦云虎, 朱士飞, 傅雪海, 徐辉, 宗师

摘要：锂和稀土元素是我国重要的工业原料和战略性矿产资源，沉积型锂矿床成为国内外研究的热点，具有成为新型锂矿床的潜力。本文以广西上林县上二叠统合山组底部炭质泥岩为主要研究对象，通过反光显微镜、带能谱扫描电镜、X射线衍射、X射线荧光光谱、电感耦合等离子质谱等测试方法，分析了炭质泥岩的矿物学及元素地球化学特征，研究了炭质泥岩中锂和稀土的赋存状态和物质来源，讨论了炭质泥岩中锂和稀土元素富集的影响因素。结果表明，上林上二叠统合山组底部炭质泥岩中重稀土（HREO = 0.024 %）接近了我国离子吸附型重稀土的边界品位，部分样品中锂（Li > 1000 μg/g）达到了国外黏土型锂矿边界品位，找矿潜力巨大；高锂的炭质泥岩中高岭石是锂的主要载体矿物，低锂的炭质泥岩中锂可能主要赋存在伊蒙混层中，稀土元素可能以离子吸附形式存在于黏土矿物（尤其是高岭石）中；炭质泥岩的沉积物主要来源于哀牢山-松马缝合带的二叠纪酸性岩浆岩，部分来自于峨眉山大火成岩省酸性岩浆岩，其中酸性岩浆岩中的云母是锂的主要来源，副矿物（独居石、磷灰石等）是稀土的主要来源；物源区强烈化学风化，是炭质泥岩中锂和稀土富集的主要因素，还原的浅水碳酸盐台地沉积环境是合山组底部炭质泥岩中锂和稀土元素的富集成矿的重要因素。

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百色盆地古近纪煤中战略性金属铯富集的控制因素

作者(Author)：严晓云, 王倩, 张蕊, 梁阳, 赵蕾

摘要：在特定的地质条件下，煤中可以富集战略性金属元素并形成煤系战略性金属矿床。煤系战略性金属矿产的研究已成为当前煤地质学研究的主要方向之一。沉积源区物质的输入是影响煤中战略性金属元素富集的主要影响因素之一。运用 X 射线衍射分析(XRD)、带能谱的扫描电镜 (SEM-EDS)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)等技术对广西百色盆地那读组下百岗段主采煤层样品进行了矿物学和元素地球化学研究，并探讨了物源区供给对该煤田煤中战略性金属铯富集的控制作用。结果表明:百色盆地古近纪煤中的矿物以伊利石、高岭石和石英为主，主要来源于盆地周缘三叠系碎屑岩风化产物;盆地西部煤层与东部煤层相比，具有相对高的黏土矿物含量;仅在盆地东部的州景4号和5号煤层中检测到了碳酸盐矿物方解石。与世界低煤阶煤均值相比，百色盆地古近纪煤中富集元素铷(Rb)、锑(Sb)和铯(Cs);但盆地西部的煤层中较为富集元素Rb和Cs，盆地东部的煤层较为富集元素Sb，Cs和U，并且Cs 的富集不仅存在于煤中，也存在于顶底板和夹矸中，且顶底板和夹矸中Cs的含量要远高于煤中的，通过相关性分析Cs主要与黏土矿物相关，通过扫描电镜观察到黏土矿物多为陆源碎屑成因，表明沉积源区输入的陆源碎屑物是Cs异常的主要因素。百色盆地东部煤层和西部煤层的矿物组成和元素组成上的差异，可能与盆地西部和盆地东部煤层物源区性质，以及沉积环境上的差异有关。

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重庆中梁山煤田凝灰岩中战略性金属的浸出试验

作者(Author)：邹建华, 王慧, 刘述平, 陈虹雨, 刘峰, 田和明, 李甜

摘要：西南地区晚二叠世含煤岩系底部广泛分布一层由基性火山灰经热液流体蚀变的凝灰岩。凝灰岩中富集稀土元素(REY)、Nb和Ga等战略性金属，称之为一种新型的煤型战略性金属矿床。然而，凝灰岩中战略性金属的可提取性如何，尚不清楚，制约了这些金属的开发利用。本次研究以重庆中梁山煤田晚二叠世凝灰岩为对象，采用(NH4)2SO4、H2SO4、NaOH、HCl和HF等试剂对凝灰岩中REY、Nb、Ga、Al2O3和SiO2进行分步连续浸出。结果表明，(NH4)2SO4能浸出约30%的REY，表明凝灰岩中离子吸附型REY占比大于30%，其余的战略性金属均以矿物相形式存在。(NH4)2SO4-H2SO4-NaOH-HCl-HF分步连续浸出可有效提取凝灰岩中的REY、Ga、Nb等战略性金属。REY、Ga、Nb、Al2O3、SiO2的总浸出率分别为86.52%、67.32%、54.7%、87.87%和98.97%。浸出后的残渣以硫铁矿为主，也可以被综合利用。整个分步连续浸出的较优条件为：(1) (NH4)2SO4浓度：15 g/l，浸出温度：20°C，浸出时间：12 h，液固比：1；(2) H2SO4浓度：60%，浸出温度：130°C，浸出时间：3 h，液固比：3；(3) NaOH浓度：45%，浸出温度：130°C，浸出时间：2.5 h，液固比：3；(4) HCl浓度：150 g/l，浸出温度：90°C，浸出时间：2 h，液固比：3；(5) HF浓度：15 g/l，浸出温度：75°C，浸出时间：2 h，液固比：4。

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煤型关键元素矿床的资源综合利用与潜在环境风险———以云南临沧某锗提炼厂为例

作者(Author)：陈健, 李洋, 江佩君, 李秀丽, 齐啸威, 刘文中, 陈萍

摘要：煤和煤系资源的综合高效清洁利用是“双碳”目标达成的必要和有效途径。煤型关键元素矿床在富集有益元素的同时，常高度富集有害元素，且关键元素提取过程的有害物质，从而对环境和人体健康构成风险。煤型锗、镓-铝、钒-硒矿床已在我国成功开发利用，然而，煤型关键元素矿床资源的综合利用率低，尾矿环境危害大。以云南临沧某锗提炼厂为例，聚焦尾矿中的关键元素资源和有害元素潜在环境风险，进而为煤型关键元素矿床的开发利用提出建议。结果表明：尽管临沧锗提炼厂尾矿中关键元素Be、Cr、Nb、Mo、Sb、Cs和W较世界褐煤煤灰富集，但均低于煤型矿床的边界品位，鉴于尾矿固体废物处置成本和资源综合利用收益，Be和Cs可作为关键元素与锗协同提取或从尾矿中再提取综合利用。与世界土壤相比，临沧锗提炼厂尾矿中Be、As、Mo、Sb和U富集，而Cr、Cu、Zn、Se和Pb稍富集，存在一定环境风险。鉴于煤型关键元素矿床低品位和难提取的特点和开发提取现状，煤型关键元素矿床的绿色可持续开发利用应加强煤及煤系地层多关键元素矿床的成矿机理和成矿条件研究，构建煤系多资源、多关键元素协同勘探和协调开采技术体系，建立煤及煤系地层多关键元素综合提取与高值化利用关键技术和煤基废物有害元素的环境风险评价技术保障体系。

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