晋北长焰煤中有机_无机组分特性及其利用过程元素迁移规律.pdf

中文摘要

山西晋北地区长焰煤资源储量丰富，且富集有Al、Si、Li、Ga等元素，具有资

源化利用潜力。然而，目前对长焰煤的研究主要集中于常量元素的赋存形态和热利

用过程中元素迁移转化规律方面。由于对长焰煤中有机大分子结构、无机矿物组成

结构等方面研究的缺失，导致其资源化潜力与利用过程中元素迁移规律不明。基于

此，本文以晋北典型长焰煤为研究对象，重点研究了其所含元素的分布赋存特性、

结构特征以及材料化利用过程中元素迁移规律，以期为晋北乃至全国长焰煤的清洁

高效利用提供理论指导和技术支撑。主要研究内容和结论如下：

（1）研究了晋北长焰煤的工业成分、化学成分等基本特性，重点考察了Li、

Ga、Mo等13种微量元素的含量和赋存形式。结果表明：（i）与世界煤均值相比，

晋北长焰煤中Li、Ga、Th、Se、As、Cr、Pb富集，而Mn、Ni亏损；（ii）Ga、Se、

Cr主要存在于有机组分中，Li、Th、As、Pb主要存在于无机组分中；（iii）Li、Th、

As主要以硅酸盐结合态存在，Ga、Se、Cr赋存形态主要为有机结合态，Pb主要以

氧化物结合态存在。

（2）基于量化计算与工艺矿物学测试，分析了晋北长焰煤的有机质结构，识

别了共生无机矿物的组成，研究了煤样中有机-无机连生关系，结果表明：（i）煤样

的有机结构以芳香结构萘环为主，N、S分别以吡咯和噻吩的形式存在，并构建了典

型晋北长焰煤的有机大分子结构模型；（ii）晋北长焰煤中SiO和AlO含量高，主

223

要以高岭石、石英等结构稳定的晶相矿物形式存在；（iii）煤样炭质颗粒表面附着有

矿物颗粒，构成了大量孔隙和裂隙，且主要以微孔结构为主。

（3）考察了晋北长焰煤在乳液浮选、锂镓元素提取和碳气凝胶制备过程中微

量元素的迁移规律，结果表明：（i）经葡萄糖苷和失水山梨醇三硬脂酸酯乳液浮选

处理后，75%以上的Li、Ga、Th、Se和Cr迁移至精煤；（ii）经CO气化-盐酸酸浸

2

处理后，80%以上的Li、As、Cr和Pb迁移到酸浸渣；（iii）经脱灰、氧化、碳化制

备碳气凝胶的过程中，70%以上的Li、Ga、Th、Se和As迁移到碳气凝胶。

关键词：长焰煤；结构特性；赋存形态；微量元素；迁移规律

I

ABSTRACT

TheresourcesoflongflamecoalinthenorthernregionofShanxiProvinceare

abundant.ThecoalisaccompaniedbyalargeamountofelementssuchasAl,Si,Li,and

Ga,whichhavethepotentialforresourceutilization.However,currentresearchonlong

flamecoalprimarilyfocusedontheoccurrenceofconstantelementsandthetransformation

ofelementsduringthermalutilization.Duetothelackofresearchonthestructureoforganic

macromoleculesandthecompositionofinorganicmineralsinlong-flamecoal,itsresource

potentialandthemigrationofelementsduringtheutilisationprocessareunknown.Based

onth