楊瑞東，鄭祿林，程偉，高軍波，陳軍，孫百川，張衍

1) 貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽，550025; 2) 貴州大學(xué) 喀斯特地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽，550025; 3) 貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴陽，550025

通過對(duì)黔北桐梓、金沙煤礦調(diào)查及取樣、樣品分析測(cè)試，發(fā)現(xiàn)桐梓、金沙煤層普遍具有稀土和鋰元素高富集特征，其中稀土和鋰元素含量明顯高于我國煤中稀土平均值(138 μg/g)和鋰平均值(31.8 μg/g)(王登紅，2019； 代世峰等，2020)，而且稀土和鋰含量比我國山西、內(nèi)蒙古等地富稀土、鋰等煤含量還要高，黔北煤中稀土、鋰等金屬元素含量如此之高在全國實(shí)屬罕見，而且在這些煤礦廢水中發(fā)現(xiàn)稀土元素超富集現(xiàn)象，其對(duì)研究煤層中稀土元素浸出機(jī)理提供了天然的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。因此，揭示該區(qū)域煤中高富集稀土、鋰等金屬元素的富集特征、富集原因，廢水中金屬元素浸出機(jī)理是本次研究目的。

圖1 黔北桐梓、金沙煤結(jié)構(gòu)特征Fig. 1 The coal composition in Tongzi and Jinsha County, northern Guizhou Province

1 研究方法

黔北煤田資源豐富，桐梓縣煤炭?jī)?chǔ)量4.7 Gt，金沙縣煤炭?jī)?chǔ)量4.5 Gt。黔北金沙、桐梓二疊系含煤巖系厚86～257 m，含煤1～55層，煤層厚度1.69～28.54 m，可采煤層1～12層，可采煤層厚度1.07～14.81 m。金沙、桐梓可采煤層5層，可采煤層厚度5～10 m。主要煤層為2～9，10,14,15,16,20,23,27煤層(圖1)。對(duì)金沙主采煤層9號(hào)、15號(hào)煤層和桐梓15號(hào)煤層進(jìn)行采樣，在澳實(shí)(廣州)礦物實(shí)驗(yàn)室采用四酸消解法電感耦合等離子體發(fā)射光譜(美國Agilent 5110)與質(zhì)譜(美國Agilent 7900)方法(ME-MS61r)測(cè)定超痕量元素和稀土元素含量、熔融法電感耦合等離子體質(zhì)譜(美國Agilent 7900)方法(ME-MS81)測(cè)定稀土元素的含量。共采集15件煤樣，測(cè)試煤樣品9件。

2 研究結(jié)果

調(diào)查發(fā)現(xiàn)桐梓、金沙上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M9、15煤層富含鋰、稀土元素，金沙和桐梓煤礦煤中稀土元素總量范圍分別為137～723 μg/g和181～862 μg/g，煤中鋰元素含量范圍分別為55～72 μg/g和113～253 μg/g(表1)，其中稀土元素含量和鋰元素含量比貴州普安煤層(楊瑞東等，2017)更高，而且明顯高于我國煤中稀土平均值(138 μg/g)和鋰平均值(31.8 μg/g)(代世峰等，2020)，具有顯著富集鋰和稀土元素的特征。

表1 黔北桐梓、金沙煤中金屬元素含量(μg/g)Table 1 Li and REY content (μg/g ) in coal in Tongzi and Jinsha, northern Guizhou Province

同時(shí)，貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院對(duì)煤礦廢水測(cè)試，發(fā)現(xiàn)廢水中超富集稀土元素，在桐梓煤礦水中稀土元素含量可高達(dá)10000 μg/L，金沙煤礦水中稀土元素含量高達(dá)5500 μg/L。

在桐梓、金沙煤中發(fā)現(xiàn)大量的鈣質(zhì)膜、黃鐵礦等(圖1)，金屬元素富集可能與方解石、黃鐵礦等礦物有關(guān)，這與煤受到后期熱液作用有關(guān), 與峨眉山玄武巖風(fēng)化形成的富稀土黏土物質(zhì)加入有關(guān)(汪龍波等，2020)。在金沙、桐梓煤礦廢水中稀土元素含量明顯偏高，這與煤中稀土元素含量較高有關(guān)，說明煤中稀土元素容易浸出，也暗示金沙和桐梓煤礦中可能存在吸附型稀土組分，因此，很有必要對(duì)其開展研究，探討稀土元素浸出機(jī)理，這對(duì)煤中金屬元素提取技術(shù)研究具有重要意義。

3 結(jié)論

(1) 發(fā)現(xiàn)桐梓、金沙上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M煤層富含鋰、稀土元素，金沙和桐梓煤礦煤中稀土元素總量范圍分別為137～723 μg/g和181～862 μg/g，煤中鋰元素含量范圍分別為55～72 μg/g和113～253 μg/g，其含量遠(yuǎn)高于我國煤中稀土平均值(138 μg/g)和鋰平均值(31.8 μg/g)。該區(qū)域煤層及圍巖具有關(guān)鍵金屬元素礦床找礦前景。

(2) 桐梓、金沙煤礦廢水中超富集稀土元素，不僅與煤中稀土元素富集相關(guān)，也可能與煤中金屬元素為吸附型有關(guān)，或者與特殊的環(huán)境條件(pH、溫度、氧化環(huán)境等)有利于金屬元素浸出有關(guān)。因此，桐梓、金沙煤礦廢水場(chǎng)地，為煤中稀土元素浸出機(jī)理研究提供有利的研究場(chǎng)所。

參 考 文 獻(xiàn) / References

代世峰, 趙蕾, 魏強(qiáng), 宋曉林, 王文峰, 劉晶晶, 段飄飄. 2020. 中國煤系中關(guān)鍵金屬資源: 富集類型與分布. 科學(xué)通報(bào), 65(33): 3715～3729.

王登紅. 2019. 關(guān)鍵礦產(chǎn)的研究意義、礦種厘定、資源屬性、找礦進(jìn)展、存在問題及主攻方向. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 93(6): 1189～1209.

汪龍波, 高軍波, 楊瑞東, 戴玉皇, 徐海, 葉瓊. 2020. 黔西北上二疊統(tǒng)宣威組底部富鈮多金屬層地球化學(xué)特征研究. 地質(zhì)論評(píng)，66(6):1696～1709.

楊瑞東，程偉，高軍波，陳軍，陶振鵬，魏懷瑞，沈明聯(lián)，李士彬. 2017. 黔西南煤層中鈮、鈾、釩和鋰元素富集與潛在資源評(píng)價(jià). 貴州地質(zhì)， 34(2):77～81.

YANGRuidong,ZHENGLulin,CHENGWei,GAOJunbo,CHENJun,SUNBaichuan,ZHANGYan:RareearthandlithiumelementsenrichmemtfoundinLatePermiancoalsinTongzi—Jinshaarea,NorthernGuizhouProvince