胡志丹

（安徽省地質礦產勘查局312地質隊, 安徽蚌埠 233000）

南桐煤礦位于萬盛主城區(qū), 發(fā)育于烏龜山背斜東西兩翼, 其所含地層屬于二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M, 其中K3（4號）、K2（5號）、K1（6號）為計劃中的開采煤層, 南桐煤礦中5號煤為最薄的煤層, 因該煤層中含有大量的黃鐵礦結合故又被稱之為“礦子硐”煤層, 它位于龍?zhí)督M下部, 屬于相對比較穩(wěn)定的薄煤層。本文主要以南桐礦區(qū)南桐礦二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M5號煤層為研究對象, 研究該煤層中煤樣的煤巖以及煤質特征, 測定了煤中14種微量元素的含量分布, 并了解了這些元素的有機親和性, 在此基礎上推測出5號煤層中微量元素的賦存狀態(tài), 為潔凈煤技術提供了重要的參考。

1 樣品采集及實驗

本次研究的5號煤層煤樣采自南桐煤田南桐礦礦, 采樣嚴格服從煤樣品采取方法（GB/T19222-2003）按照從上往下的方法每層刻槽收集樣品, 包括頂板1個樣品在內共計采集9個樣品。樣品通過研磨后用200目分樣篩篩選, 最后密封保存。運用電感耦合等離子質譜（ICP-MS）的分析方法測出樣品中14種微量元素的含量, 同時運用X射線熒光光譜法（XFS）以及根據(jù)硅酸鹽巖石化學分析方法（GB/T 14506.28-93）測出樣品中常量元素的含量, 以上測試均在中國礦業(yè)大學完成。煤質以及全硫數(shù)據(jù)則是按照煤的工業(yè)分析方法（GB/T 212-2001）得出。

2 實驗分析

2.1 煤質特征

結合南桐礦5號煤樣品的工業(yè)分析結果（表1）, 得出5號煤為中灰、低水、中揮發(fā)分、高硫煤, 其中僅有位于頂板1、底板9分層的灰分產率相對偏高, 分別81.98%和80.60%。因為5號煤的全硫質量分數(shù)基本上都高于1%, 并且考慮到硫賦存狀態(tài)的因素, 因此硫在煤的實際潔凈處理過程中比較難清除。

表1 南桐礦5號煤樣品工業(yè)分析及成分分析統(tǒng)計結果（%）

2.2 礦物成分

結合南桐礦5號煤樣品的礦物成分分析結果（表2）, 得出5號煤層中主要礦物為粘土礦物, 石英、黃鐵礦以及方解石次之, 而鐵白云石、白云石、燒石膏和銳鈦礦含量相對較少。煤層頂板中還含有鈉長石和石膏。

表2 南桐礦5號煤礦物成分分析

2.3 成煤環(huán)境

結合5號煤的煤灰成分含量分析結果, 表明頂板1和煤分層樣4、5、7、8的灰成分比值C高于受海水影響的泥炭沼澤的分界值0.23[7]。雖然檢測得出其他分層樣品的灰成分比值C遠遠低于受海水影響的泥炭沼澤的分界值0.23[7], 但因為這些分層中的黃鐵礦和硫含量較高, 因此依然可以得出5號煤是海陸過渡相沉積環(huán)境。

2.4 微量元素含量分布特征

結合南桐礦5號煤層中14種微量元素的實驗數(shù)據(jù)（表3）, 可以得出煤層剖面上微量元素的含量特征。Co、Ni、W、Sc4種元素含量相對來說低于煤層頂?shù)装逯性睾? 而As、Tl元素在煤分層8以及頂板中的含量相對來說高于其他的煤分層以及煤層底板中的含量。

表3 南桐礦5號煤樣品微量元素測試結果分析（10-6）

通過對比南桐礦5號煤和美國煤、中國煤以及貴州煤中相同元素的含量差別可以總結出如下結論：

軟交換主要是通過將呼叫控制價功能與媒體網(wǎng)關分離開來，實現(xiàn)對電話交換網(wǎng)與IP電話有效溝通的交換技術，結合軟交換技術的應用可以通過合理使用分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的信息傳送能力，促進呼叫控制功能、業(yè)務功能以及媒體承載功能的分離。從廣義上講，軟交換泛指一種特殊的體系結構，涉及到邊緣接入層、核心交換層、網(wǎng)絡控制層和業(yè)務管理層幾個方面，是下一代交換組網(wǎng)構成元素中較為重要的組成部分，在實際應用方面可以促進新老網(wǎng)絡實現(xiàn)融合發(fā)展。將軟交換作為核心構建下一代交換組網(wǎng)的層次結構。

（1）煤中Se、Li、Be、W、Th、Sc6種元素含量高于美國煤、中國煤以及貴州煤中這些元素的平均含量, 尤其以元素Se的富集特征最為顯著, 富集系數(shù)高達467.45, 屬于煤中極其富集元素;Li的富集系數(shù)為6.25, 屬于煤中富集元素。

（2）As元素在5號煤中的含量低于美國煤中的平均含量卻高于中國煤和貴州煤中的平均含量。As富集系數(shù)為9.17,屬煤中富集元素。

（3）Co、Mo、Ni這3種元素的平均含量高于美國煤和中國煤中的含量卻低于貴州煤中的平均含量。其中Co、Ni富集系數(shù)不大, 不富集, 而Mo的富集系數(shù)為9.89, 屬煤中富集元素。

（4）Pb、Sb、Bi、Tl這4種元素在5號煤層中的平均含量全部低于美國煤、中國煤和貴州煤中的平均含量。其中Sb富集系數(shù)為5.23, 屬煤中富集元素。

3 討論

結合煤中常量元素與微量元素以及工業(yè)分析指標的相關性系數(shù)（表4）, 利用煤中微量元素的分布規(guī)律以及煤中礦物的化學組成特征, 再結合數(shù)理統(tǒng)計方法分析并且推測5號煤中14種微量元素的賦存狀態(tài)。

表4 微量元素與工業(yè)分析指標及常量元素相關性系數(shù)

Be：劉東娜、趙峰華等在研究大同煤田時發(fā)現(xiàn)Be主要以有機結合態(tài)賦存, 主要賦存于惰質組中[11]。Be在5號煤層中含量相對較高, 其含量值與灰分以及其他常量元素呈負相關關系, Be在5號煤中的賦存狀態(tài)以有機結合態(tài)為主。

Li：通常情況下Li元素與Al元素有較大的相關性, 并且Li主要以硅酸鹽的形式存在于自然界中。在5號煤的研究中, Li元素含量與灰分具有正相關關系, 與Al元素有較強的相關性, 相關系數(shù)為0.859, 與Si元素的相關系數(shù)也達到0.724。同時研究發(fā)現(xiàn)Li元素在5號煤層分層中的含量遠遠低于煤層底板中的含量, 并且Li在煤層剖面上的分布特征表明Li在煤層中的賦存狀態(tài)主要為鋁硅酸鹽礦物形式。

Co：以往研究認為Co有親硫和親鐵性。而劉東娜、趙峰華等在研究大同煤田時得出Co以有機結合態(tài)賦存的結論。這表明Co的賦存狀態(tài)多樣。通過對5號煤層研究發(fā)現(xiàn)Co與灰分呈現(xiàn)正相關關系, 相關系數(shù)達到0.961, 同時Co還與其他常量元素都呈現(xiàn)出正相關關系。研究還發(fā)現(xiàn)Co在5號煤分層中的含量小于煤層頂?shù)装宓暮? 由此得出5號煤層中Co賦存狀態(tài)以碳酸鹽形式為主。

As：既是兩性元素, 又是親銅元素, 通常情況下更傾向與硫形成化合物。趙峰華研究貴州高砷煤時總結出As與有機硫具有正相關關系, 然而As在有機顯微組分中卻以非晶體的形式存在, 并且可以形成砷酸鹽或亞砷酸鹽。Yudovich and Ketris認為As可能有黃鐵礦、砷化物和有機物3種主要賦存形態(tài)[12]。Belkin等在研究中發(fā)現(xiàn)As可以以7種不同的形式賦存于煤層中。在南桐煤礦5號煤中As元素含量比較高, 與灰分的相關性系數(shù)為0.574, 與常量元素Fe的相關性系數(shù)為0.788。研究還發(fā)現(xiàn)在5號煤中As在剖面上的含量與黃鐵礦的含量有關, 黃鐵礦含量高則As元素含量高, 說明5號煤中As元素以黃鐵礦形式存在。

Se：據(jù)以前相關研究記載Se既可以以有機態(tài)形式賦存于煤中, 也可以無機態(tài)形式賦存于煤中。南桐煤礦5號煤中Se元素與灰分呈負相關關系, 與常量元素除Fe以外均呈負相關, 尤其與St,d的相關性系數(shù)較大。由此可以判斷Se元素在5號煤中主要以有機結合態(tài)賦存, 部分以黃鐵礦形式賦存。

Mo：通常認為Mo在煤中以硫化物形式賦存, 但是研究發(fā)現(xiàn)5號煤中Mo元素與灰分呈現(xiàn)負相關關系, 與Fe的相關系數(shù)也為負值并且與St,d的相關系數(shù)相對比較小, 據(jù)此推斷5號煤中Mo在煤中的賦存狀態(tài)為有機結合態(tài)。

Ni：通常認為Ni以無機態(tài)、有機態(tài)以及水溶態(tài)等形式賦存于煤中。研究得出5號煤樣品中Ni元素與水分以及灰分呈現(xiàn)出正相關關系。推測Ni可能主要以碳酸鹽形式賦存。

Sb：目前認為Sb在煤中以有機態(tài)或無機態(tài)賦存形式, 一般容易富集在揮發(fā)分和灰分中,是重要有害大氣污染物之一。5號煤中Sb與灰分呈現(xiàn)出負相關關系,而與其他元素的相關性相對較小?？梢哉J為在5號煤中主要以有機結合態(tài)賦存于煤中。

W：5號煤樣品中W元素與水分、灰分以及常量元素全部呈現(xiàn)出正相關關系。其中與Al和Si的相關系數(shù)分別為0.901和0.903, 據(jù)此推測W在煤中的賦存狀態(tài)主要為鋁硅酸鹽吸附態(tài), 部分以碳酸鹽礦物形式存在。

Tl：通常認為Tl一般以無機態(tài)形式賦存, 具有親硫性。在5號煤樣中的含量遠低于地殼含量, 其與灰分呈正相關, 與Fe的相關系數(shù)為0.713, 分層中的含量與黃鐵礦在剖面上含量分布相似。因此可推測5號煤中Tl主要以硫化鐵形式存在。

Pb：陳建等在研究中得出Pb主要以鋁硅酸鹽吸附態(tài)形式賦存[14]。5號煤中Pb與灰分呈正相關, 并與S和Fe的相關系數(shù)分別為0.704和0.751。據(jù)此推斷5號煤中Pb在煤中的賦存狀態(tài)以硫化鐵形式為主, 部分為鋁硅酸鹽形式。

Bi：5號煤中Bi元素與灰分呈現(xiàn)負相關關系, 與其他常量元素也具有負相關關系。因此可以推斷Bi元素在5號煤中賦存狀態(tài)主要為有機結合態(tài), 部分以鋁硅酸鹽礦物形式賦存。

Th：在表生狀態(tài)下容易水解, 屬于親石元素。Th與灰分呈正相關,與Al和Si元素的相關性較大。因此可以推斷該元素以鋁硅酸鹽形式在5號煤中賦存。

Sc：在5號煤中Sc屬于局部富集元素, 并且一般在煤層頂?shù)装逯懈患Ｆ湓?號煤中與灰分呈正相關, 與Mg、K、Fe正相關系數(shù)很大, 故Sc應主要賦存于碳酸鹽礦物中。

4 結論

（1）煤中Se、Li、Be、W、Th、Sc6種元素含量高于美國煤、中國煤以及貴州煤中這些元素的平均含量, 尤其以元素Se的富集特征最為顯著, 富集系數(shù)高達467.45, 屬于煤中極其富集元素;Li的富集系數(shù)為6.25, 屬于煤中富集元素；As元素在5號煤中的平均含量高于貴州煤和中國煤中平均含量, 低于美國煤中平均含量, As富集系數(shù)為9.17,屬煤中富集元素；Co、Mo、Ni等3種元素在5號煤中平均含量高于中國煤和美國煤, 低于貴州煤中平均含量, 其中Co、Ni富集系數(shù)不大, 不富集, 而Mo的富集系數(shù)為9.89, 屬煤中富集元素；Pb、Sb、Bi、Tl等4種元素在5號煤中平均含量均低于貴州煤、中國煤和美國煤中的平均含量, 其中Sb富集系數(shù)為5.23, 屬煤中富集元素。

（2）5號煤中Li、W、Th、Sc、As、Co、Ni、Pb、Tl不具有機親和性, 而Be、Mo具有相對較強的有機親和性, Se、Sb、Bi只具有一般有機親和性。

（3）5號煤中Be、Mo、Se、Sb、Bi主要以有機結合態(tài)賦存；Li、W、Pb、Th等主要以鋁硅酸鹽形式賦存；As、Tl等主要以硫化鐵形式賦存；Sc、Co和Ni主要以碳酸鹽形式賦存。