煤型稀有金属矿床:成因类型、赋存状态和利用评价

煤和含煤岩系中稀有金属元素的研究,是当今煤地质学研究的热点问题之一。煤和含煤岩系中高度富集并可以开发利用的稀有金属元素包括锂、钪、钛、钒、镓、锗、硒、锆、铌、铪、钽、铀、稀土元素(包括镧系元素和钇)、贵金属元素等。以煤-锗、煤-镓、煤-铀、煤-铌、煤-稀土元素等煤型稀有金属矿床为例,论述了这些矿床的地质成因、赋存状态和利用评价方法。煤型稀有金属矿床的研究,不仅对研究煤层的地质成因、煤层对比、含煤盆地形成与后期改造、区域地质历史演化和突发地质事件可以提供重要的煤地球化学和煤矿物学证据,而且对煤炭经济循环发展、煤炭利用过程中环境保护,以及对国家稀有金属资源安全也具有重要的现实和社会意义。     

柴达木盆地北缘赋煤带煤中稀有元素分布特征及富集条件分析

为了解柴达木盆地北缘煤矿区煤中稀有元素的赋存特征和成矿条件,以稀有金属元素锗、镓、铀为研究对象,在系统梳理分析研究区煤炭勘查报告的基础上,开展野外地质工作和室内典型样品分析化验。结果显示,柴达木盆地北缘煤矿区煤中锗元素和镓元素的含量相对较高,铀元素的含量相对较低;该地区煤中稀有元素具有物源丰富、运移通道断裂和不整合接触面发育以及储层广泛发育的有利成矿条件,但是造成研究区差异化分布的控制因素不清,有待进一步研究。     

煤系中的锂矿产：赋存分布、成矿与资源潜力

锂作为一种重要的战略性金属矿产,成为近些年来矿产资源勘探领域的热点。锂矿床的类型主要包括卤水型、花岗伟晶岩型和黏土型等。煤和含煤岩系中的战略性金属矿产研究取得了较多的进展,典型的有锗、镓-铝、铀、稀土、铌-锆等煤系共伴生金属矿产类型。煤中锂在过去相当长的时间内未被当作可从煤中开发利用的金属,仅在2008年后才得到较多关注和研究。煤中锂含量超过一定品位时,可形成与煤共伴生的锂矿床,属于沉积型锂矿床,但由于锂的原子序数低、赋存状态多样,是煤中赋存状态研究难度较大的元素之一。基于前人的研究,并结合煤系金属矿床特点,提出煤系中共伴生锂矿床的边界品位为Li₂O含量为0.08%（高温灰基）。我国煤系锂资源主要分布在华北的石炭—二叠系地层,少数分布在南方。迄今发现的品位最高的煤系锂矿床主要有山西晋城地区晚石炭世煤层、内蒙古准格尔官板乌素矿晚石炭世煤层以及重庆草堂矿晚三叠世煤层（Li₂O含量均大于0.2%,高温灰基）,其中锂最重要的载体均为锂绿泥石或含锂的绿泥石。以上3个煤系锂矿床中Li的异常富集均为热液成因。煤系锂矿床中常还共伴生Ga和REY等战略性金属,...     

铜川矿区韩古庄-演池勘探区含煤岩系中镓分布特征

为了评价韩古庄-演池煤田勘探区含煤岩系中镓的资源潜力,统计了该勘探区的煤田地质资料与试验结果数据,对该勘探区石炭-二叠纪含煤岩系中镓的分布特征、影响因素及地质成因进行了分析。结果表明:该勘探区煤层、顶底板及夹矸中的镓富集明显,下部煤层及顶底板、夹矸中镓含量的加权平均值均超过了镓的边界品位,镓含量在垂向上随着煤层层位的降低而递增,且同一煤层底板中镓的含量较顶板和煤中高,平面上东部较西北部高。太原组底部的铝土质泥岩为镓的主要物质来源,石炭-二叠纪期间的成煤环境决定了镓的富集,构造运动为镓的富集创造了有利的沉积环境条件。     

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

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释放，对环境和人体健康构成潜在风险。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与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...     

陕西府谷矿区南部煤中镓的赋存规律和成矿前景探讨

随着煤中镓(Ga)伴生矿产的发现和利用,鄂尔多斯盆地北部石炭二叠含煤岩系镓元素富集规律和找矿潜力受到广泛关注。本次基于煤质测试数据和煤中镓元素地化异常资料,分析探讨了陕西省陕北石炭二叠系煤田府谷矿区南部煤中镓的分布规律、赋存特征和成矿前景。研究发现,区内煤中镓元素在各煤层均有不同富集,总体平面上北部高南部低、西部比东部更高,垂向上表现为距离山西组、太原组各自沉积基底界面越近煤中镓含量呈增大趋势。主要煤层山西组4#煤层煤中镓元素区域地化特征异常显著,超过边界品位,属富集状态,具有良好的成矿前景。统计分析表明,区内煤中镓富集主要以无机形式存在于含铝的黏土矿物中,但也同有机组分关系密切。最后,分析讨论了区内主要煤层中镓的成矿前景,并基于前人研究,初步划分了其预测资源类型,4#煤层煤中的镓属于富矿类型。     

伊敏五牧场井田锗赋存特征及成矿机理研究

锗元素作为煤中伴生元素,在特定的条件下,可以富集成矿。五牧场井田达到最低工业品位的含锗矿煤层有8_(-4)、10_(-3)、12等7个煤层,选取8-4煤层对其煤岩特征及锗异常分布规律进行了论述。对煤中共生锗矿床的锗品位与灰分、挥发分、硫分的关系进行了研究,结果表明煤中锗品位与灰分呈负相关、与挥发分呈正相关、与硫分呈正相关。     

哈尔乌素煤中伴生镓锂及稀土元素的赋存特征研究

煤中伴生镓、锂和稀土元素均属稀有金属元素及国家新兴战略性矿产资源，基于哈尔乌素露天矿煤中伴生镓、锂及稀土元素含量较高，研究其赋存特征可为矿区矿产资源的合理开发利用及稀有金属元素的定向富集、后续提取技术开发提供基础的理论与技术支撑。结合哈尔乌素6号煤层的煤质特征，通过X射线衍射、Siroquant定量分析、扫描电镜和煤岩分析等方法对煤中矿物组成特征及镓、锂和稀土元素的含量分布与赋存规律进行研究，并从矿物质整体特征、载体物相特征等方面重点探讨煤中伴生镓、锂和稀土元素的矿物特征。结果表明：哈尔乌素煤中的矿物质主要由高岭石、方解石、伊利石、勃姆石组成，占比分别为84.1%、6.9%、5.2%、3.8%;哈尔乌素6号煤层煤中镓、锂及稀土元素纵向分布规律显著，在上台阶样品中含量较高，而在西部层位含量较低；哈尔乌素煤中镓、锂与灰分呈正相关关系，与无机矿物质的亲和程度高；镓、锂的主要载体为高岭石、伊利石等硅酸盐黏土矿物以及勃姆石矿物。     

煤中伴生矿产赋存状态及提取方法综

我国对有价金属元素的需求量日渐增长,从储量较大的煤中提取利用伴生矿产具有重要意义。本文从煤中主要的有价元素镓、锂、铀、锗出发,主要介绍了四种元素的赋存状态、及不同元素的提取方法。其中镓、锂、铀的赋存主要与无机物有关,多赋存于煤中的硅酸盐矿物或者黏土矿物。而锗主要赋存于低煤级中的有机物中。煤中有价元素赋存状态复杂多样,大多同时具有有机亲和性与无机亲和性,需要具有针对性的对不同煤样中不同元素的赋存状态进行研究,从而确定符合该元素的提取方法。     

中国煤型锗矿床中的关键金属和有害元素:赋存特征与富集成因

煤型锗矿床是全球工业用锗的主要来源,其中富集的关键金属和有害元素值得密切关注。论述了我国内蒙古乌兰图嘎和云南临沧煤型锗矿床中富集的关键金属和有害元素的含量、赋存特征和富集成因。乌兰图嘎锗矿床富集的关键金属有Ge,W以及贵金属元素Au,Pt和Pd,富集的有害元素包括Be,F,As,Sb,Cs,Hg和Tl。临沧锗矿床富集的关键金属有Ge,W,Nb和U,富集的有害元素包括Be,As,Sb,Cs等。锗矿床中富集的Ge,W和U主要存在于有机质中。乌兰图嘎煤中的有害元素As,Hg,Sb和Tl主要与黄铁矿有关,还有部分As存在于有机质中,Be,F和Cs分别与碳酸盐矿物/黏土矿物、黏土矿物和伊利石有关。临沧煤中的Nb,As和Sb具有有机-无机的混合亲和性,Be存在于有机质和硫酸铍矿物中,Cs的主要载体为伊利石。乌兰图嘎锗矿床中关键金属组合Ge-W和有害元素组合As-Hg-Sb-Tl的富集是不同的热液流体侵入泥炭或煤层造成的,而临沧锗矿床中富集的元素组合Ge-W和Be-Cs-Nb-U为含N 2的碱性热液和含CO 2的火山热液混合后对花岗岩基底强烈淋溶的结果。     

煤中稀土元素分布特征及其开发利用前景

我国是稀土资源大国和生产大国,供应着世界上90%以上的稀土消费市场,传统稀土资源虽然丰富,但是储量也在日益减少,寻找更多的稀土矿产资源将具有重要的战略意义。国内外煤地质学家以稀土富集煤层为主线,对煤层、夹矸和顶底板进行系统采样,通过煤工业分析、电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析、仪器中子活化分析法(INAA)、X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜-能谱(SEM-EDX)、反光显微镜等测试方法和手段,开展煤中稀土元素含量和聚集规律研究。本文对世界各地煤中稀土元素含量、分布特征、赋存状态、影响因素及相关问题进行调研。结果表明,煤中稀土研究主要环绕已发现的稀土异常富集煤层资源利用和工业开发、煤灰中再次富集稀土元素的能力、煤层夹矸及顶底板与煤层中稀土元素的富集能力对比,以及煤型稀土矿床成因机制等几类问题。煤中稀土既不会以纯稀土金属元素存在,也不会以单元素独立存在。因为稀土资源短缺,国际上许多国家正在加强研究,试图寻找到新的获取稀土的新途径。美国在2012年启动了一项从煤及其燃烧产物中提取稀土的重大研究项目,并且已经取得了一些重要进展,值得我们密切关注。我国煤资源丰富,煤种多样,一些地区煤层中含有丰富的稀土元素和其他伴生有益元素,需要我们加强理论研究,并进一步对其勘探和开发利用进行评价。如果取得突破,将极大提升我国稀土资源量水平,增加煤炭利用价值,强化我国稀土大国地位。由此可见,煤及其燃烧产物中稀土元素的研究具有重大战略意义和经济潜在意义,对我国煤地质学和煤中元素地球化学学科也将起到促进作用。目前寻找到更多富稀土元素的煤层并确定其资源规模是首要任务,开展从煤中提取稀土元素技术是今后开发利用的关键。     

湖北省断峰山铌钽矿床地质特征及成因

断峰山铌钽矿床位于幕阜山岩体西北缘,区内稀有金属矿成矿条件较好。通过对区域地质背景和矿区地质特征、构造特征、伟晶岩特征、矿体特征进行分析,结合伟晶岩分异、交代作用和矿化阶段特点,对该矿床成因、找矿方向进行了初步分析。研究表明:该矿床为岩浆—交代作用形成,矿床类型为花岗伟晶岩型铌钽矿床。分析结果对于区域铌钽矿床后续找矿勘探工作有一定的参考价值。     

华北煤中金属矿产的种类和分布特征

华北赋煤区煤中广泛存在与煤炭成因有紧密联系的多种金属矿产,通过煤系矿产的调查研究,笔者讨论了华北煤中金属矿产的种类和分布特征。结果表明：① 煤中金属矿产是一种新型的金属矿产类型,具有分布稳定,资源储量大的特点,往往能形成大型或超大型金属矿床。根据这类矿产的赋存特征、品位含量等因素,以及与煤系的共伴生关系,将矿床类型划分为煤型大宗金属矿床、煤型稀有金属矿床和煤型放射性矿床3种矿床类型。② 华北地区煤中金属成矿有其特定的时空分布,成矿期也仅限于石炭二叠纪成煤期,在其他成煤期仅呈现金属元素异常,而未能形成矿床。煤中锂仅在准格尔煤田黑岱沟、管板乌素6号煤层及平朔安太堡矿区石炭二叠纪煤中含量达到工业品位。煤中镓异常富集到成矿床规模的也仅在鄂尔多斯盆地东侧大同、平朔、西山、柳林、阳泉等地的石炭二叠纪煤层中。高铝煤主要分布在内蒙古、山西等地的石炭二叠纪煤层煤中,在平面上煤灰中Al2O3的含量总体呈北高南低趋势,可能与北部阴山物源区的搬运距离有关。煤中铁分布在桌子山煤田西南部（西来峰断裂以西）的个别煤矿区,含煤沉积与“西北型”的羊虎沟群相当,分布范围局限,资源储量也很有限,但它代表的是一种新的煤中金属类型。     

中国煤中金属元素矿产资源研究现状与展望

煤中金属元素矿产资源的研究是煤地质学领域的关注热点和前沿方向,对于我国煤炭行业转型具有重要的战略意义。为了系统梳理我国煤中金属元素矿产资源现状,促进煤中金属元素矿产资源的综合调查利用,拓展传统煤炭地质行业的发展方向,在系统收集梳理相关地质资料、采样测试、综合研究的基础上,通过研讨总结提出了煤中金属元素矿产资源的概念,总结了我国煤中镓、锗、锂等主要金属元素矿产资源分布特征,并且从物源条件、沉积环境以及后期构造热演化等条件入手,分析了我国煤中镓、锗、锂资源的时空分布规律,受成煤期沉积背景、构造条件等限制,我国煤中锂、镓富集区主要分布在华北石炭—二叠纪和华南二叠纪两个成煤期,煤中锗主要分布在东北早白垩纪和滇西新近纪成煤期,含煤盆地物源和区域性断裂的控制使煤中锗、镓、锂金属元素呈区域性分布的特点,并结合当前煤中金属元素矿产资源前沿研究存在的问题,对我国煤中金属元素矿产资源的下一步研究方向进行了展望,提出要重点加强煤中金属元素测试技术和富集成矿机理的研究,对我国煤中金属元素矿产资源的综合开发利用具有指导意义。     

我国煤系锗镓资源前景及研究方向

2023年7月3日，商务部和海关总署发布公告称，决定自2023年8月1日起对镓、锗相关物项实施出口管制。我国锗镓资源储量和产量均居世界前列，但随着需求端的不断增长，锗镓资源的储量优势正在不断下降，因此，需要寻找新的锗镓资源储量，稳固我国的资源优势。在特定的地质作用下，煤系中可以高度富集镓、锗、稀土等战略性关键金属。在战略金属资源供应日趋紧张的大环境下，煤系战略性金属矿床能够成为战略性金属资源的重要来源。我国煤系锗富集异常点主要分布于海拉尔-二连盆地、鄂尔多斯盆地周缘、郯庐大断裂一带及滇西-滇中盆地等区域，其余地区煤系锗富集异常点均为零星分布。我国煤系镓主要富集在阴山南麓准格尔煤田和山西省北部石炭系-二叠系煤田，准东煤田侏罗系煤层中镓富集异常点出现成片分布情况，其余地区的不同成煤时代煤层中镓富集异常点零星分布，如四川盆地周边、重庆市南武矿区和南桐矿区、贵州省西南矿区二叠系煤层、山东省滕县煤田、河南省登封煤田石炭系煤层、宁夏回族自治区磁窑堡矿区侏罗系煤层等。煤系锗镓矿产成矿机理、提取工艺和综合勘探与综合开发利用的研究具有广泛前景，研究重点应该集中在资源成矿条件、成矿机制和成矿模式、多种金属...     

青藏高原北部成煤地质背景及煤系矿产资源特征

为摸清青藏高原北部煤系矿产资源的种类和分布状况,开展了青藏高原北部成煤地质背景和煤系矿产资源特征研究。通过实地调查、典型样品测试及资料综合分析,总结出青藏高原北部主要成煤时代为早石炭世、晚石炭世、晚二叠世、晚三叠世及早中侏罗世,煤系可划分为昆仑山、积石山、唐古拉山、土门-巴青、昌都-芒康等5个赋煤带;主要的煤系矿产有煤炭、煤系气、天然气水合物、煤中锗镓以及煤系石膏、高岭土、优质灰岩等。在成煤环境、煤化作用、构造演化等的共同作用下,尕马羊曲地区形成煤-煤中锗共生矿床;开心岭-乌丽地区形成煤-煤系气-天然气水合物共生能源矿床;唐古拉山地区的巴贡组（T3bg）、那益雄组（P3n）、杂多群（C1zd）、加卖弄群（C2j）均具有形成煤-煤层气-煤系页岩气共生能源矿床的资源潜力。     

内蒙古石灰窑铌钽矿床地质特征及控矿因素

铌和钽是非常重要的稀有金属,不仅在军事工业和科学技术领域,而且在民用领域有着广泛的用途,在国民经济建设中起着极为重要的作用。我国最近在内蒙古锡林浩特石灰窑地区发现了一大型铌钽稀有金属矿床,该矿床的发现对我国稀有金属资源勘查与开发具有重要的指导意义。详细分析了该矿床地质特征和控矿因素,主要获得如下认识:(1)矿床类型属岩浆后期交代蚀变碱性花岗岩型稀有金属矿床,矿体形态明显受岩体控制;(2)矿床主要产于花岗岩体的隆起和浅部部位,主要受岩浆岩侵位、断裂构造产状特征和围岩蚀变等因素控制。可为铌钽等稀有金属矿在矿区外围及深部找矿,以及在我国寻找同类型矿床提供地质依据。     

元素锗镓铀在大同煤田北部煤中的赋存特征

根据大量勘探期钻孔地质资料,分析了大同煤田北部石炭二叠纪煤中锗(Ge)、镓(Ga)、铀(U)等元素的分布赋存特征。结果显示研究区煤中Ge,Ga,U平均含量分别为2.01,18.3,31.4μg/g,与国内其他矿区煤中对应元素含量平均值相比,Ge相对分散、Ga较富集、U特别富集,并且山西组煤中Ga,Ge含量大于太原组煤。研究区煤中Ge,Ga,U总体上表现为矿物亲和性,其中Ga主要存在于黏土矿物中、受陆源碎屑控制;Ge主要存在于硅酸盐矿物中;U多赋存在含Ca,F的矿物中,但分布很不均匀,通常在同一钻孔的不同煤层中富集,可能与垂向裂隙中的富U流体有关,并且山西组4号煤层(山4)中U的富集可能与黏土矿物的吸附有关,而频繁的海水淋漓作用可能是太原组8号煤层中U特别富集的原因之一。     

关于稀有金属的综合对策

现在已进入相当十八世纪的产业革命新时期,各产业部门都在积极进行研究开发工作。在这种形势下,有用矿物资源出现了新的用途。例如,在超大规模集成电路技术方面,镓已用于核磁共振医疗器;在线性电车技术方面,铌已用于超高性能磁石;在激光发光粒子技术方面,也开始应用稀土元素。预测到2000年,被利用的稀有金属的种类和数量将更加扩大,其中镓的需要量将增加100倍,铌将增加40倍,稀土元素将增加     

我国钽铌等稀有金属矿概况及找矿启示

系统总结了我国钽铌等稀有金属矿的勘查进展、禀赋特点、典型矿床矿物组成及找矿标志,得出以下结论：①作为新兴战略矿产资源,钽铌等稀有金属矿产资源无法满足国内需求,“十三五”期间我国将加大对稀有金属矿产的勘查力度;②钽铌等稀有金属矿床具有分布集中,单一矿床少、共伴生矿床多,品位低、储量大,物质组成复杂等特点;③不同地区、不同类型的钽铌等稀有金属矿床有不同的找矿标志,但几乎所有钽铌等稀有金属矿床与钠长石化密切相关,大部分矿床具有放射性异常,小岩体在找矿过程中具有重要意义;④在钽铌等稀有金属矿勘查过程中应加强物质组成研究,进行综合勘查,重视综合利用及经济评价。上述结论有助于避免地质找矿的盲目性,减少呆滞矿,对于我国拟开展的“三稀（稀有、稀土和稀散元素）”矿产调查工作具有一定的借鉴价值。