煤型锗矿床

第一章 内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床
　　第一节 内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床的地质背景
　　胜利煤田发育于内蒙古西北部二连盆地内部由断层控制的胜利盆地内(崔新省和李建伏， 1991， 1993)。盆地内煤层较厚，但面积延展相对较小。胜利煤田长 45km、宽 7.6km，总面积为 342km2[图 1.1(a)]，包括 5个露天矿(西一露天矿、西二露天矿、东一露天矿、东二露天矿和东三露天矿)、 3个井田(一号矿井、二号矿井和东一矿井)和乌兰图嘎煤型锗矿床[图 1.1(b)]。根据 1998年和 2005年内蒙古煤田地质局实施的两次地质勘查的资料，内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床面积仅为 2.2km2 (Du et al.， 2009)。
　　图1.1 胜利煤田和内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床的地质背景，以及胜利煤田矿区的分布和 6号煤的厚度
　　数据来自胜利煤田地质报告及王兰明(1999)、Du等(2009)和 Dai等(2012a)；(a)研究区地质背景； (b)胜利煤田矿区的分布及 6号煤的厚度
　　胜利煤田的沉积层序包括志留系、泥盆系、二叠系、上侏罗统、下白垩统、新近系和第四系地层(图 1.2)。志留系和泥盆系地层的平均厚度超过 2363m，岩性组成包括绢云母石英片岩、黑云母石英片岩、二云母石英片岩。
　　图1.2 内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床的沉积层序(数据来自多个地质报告)
　　二叠系地层的厚度为 680～3550m。其上部主要由砂质泥岩、砾岩、灰岩、粉砂岩和凝灰岩组成，其中粉砂岩中含有灰岩夹层，凝灰岩中含有透镜体；下部主要由灰岩、粉砂岩、流纹岩、泥岩和砾岩组成。
　　上侏罗统地层的厚度超过 3734m，主要由基性和中酸性火成岩组成，包括玄武岩、凝灰岩、火山角砾岩、粗安岩和流纹岩。
　　下白垩统是该区含煤地层，总体上被称为巴彦花群，与下伏的侏罗系地层呈不整合接触，在二连盆地其他地区可见下伏的兴安岭群，但在本区域缺失该地层。巴彦花群包含 4段(崔新省和李建伏 ， 1991， 1993)，目前普遍认为包含 3个组：阿尔善组、赛罕塔拉组和哈达图组(Sha， 2007)。在胜利煤田的含锗区域，阿尔善组被称为腾格尔组( Qi et al.， 2007a)或锡林组，赛罕塔拉组被称为胜利组，本书使用后者。哈达图组在研究区内缺失。锡林组下部(厚度为 70～564m)由砾岩和砂质砾岩组成，并含有薄层的泥岩、粉砂岩和粗砂岩。锡林组中部(厚度为 120.43～310.58m，大多数为 180～200m)由灰色泥岩、粉砂岩、粗砂岩、砂质泥岩和煤层组成。锡林组上部(厚度为 132.9～466m，大多数为 160～180m)主要由泥岩和粉砂岩组成。锡林组含煤两层(11煤和 12煤)，平均厚度分别为 1.54m和2.30m。
　　胜利组下部是主要含煤段，平均厚度为 368m，主要由煤层、泥岩、粉砂岩、砂质砾岩组成。胜利组上部(平均厚度为 120m)主要由绿色砂质砾岩组成，含有粉砂岩和薄煤层的夹层。胜利组的 8个煤层分别为： 5煤(平均厚度为 14.96m)、5下煤(平均厚度为 2.98m)、 6上煤(不可采)、 6煤、6下煤(平均厚度为 1.4m)、7煤(平均厚度为 4.57m)、8煤(平均厚度为 1.47m)和 9煤(平均厚度为 1.33m)。其中 6煤为主采煤层，厚度为 0.8～36.2m，平均厚度为 16.1m。
　　新近系地层平均厚度为 50m，与下伏的胜利组呈不整合接触，主要由砂质砾岩和泥岩组成。
　　第四系地层*厚可达 127m，由砂质砾岩、粉砂岩、砂质泥岩组成。
　　在构造特征上，内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床位于一向北缓倾的单斜构造内，被东北和西南边界处的正断层所控制(王兰明 ， 1999)。矿床南部露头处因受剥蚀厚度较薄，向北则逐渐增厚。从构造条件来看，内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床适合露天开采。矿床西北部为第四系玄武岩，西南部为华力西期花岗闪长岩，东南部为华力西期闪长岩(图 1.1)。
　　第二节 内蒙古乌兰图嘎富锗煤和胜利煤田贫锗煤的基本特征
　　一、内蒙古乌兰图嘎富锗煤的基本特征
　　根据《煤层煤样采取方法》( GB/T 482—2008)，从胜利煤田乌兰图嘎煤型锗矿床 6煤的剖面上采集了 13个分层样，从底到顶依次编号为 C6-1～C6-13。剖面累计厚度为 820cm，C6-6和 C6-7之间及 C6-12和 C6-13之间分别含有一层夹矸，厚度分别为 10cm和 3cm。
　　表1.1中列出了内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床 6煤 13个分层样的工业分析、元素分析、形态硫、高位发热量和腐植体*大反射率的数据。腐植体*大反射率、挥发分(干燥无灰基)和高位发热量(空气干燥基)的加权平均值分别为 0.45%、36.32%和 23.92MJ/kg。
　　表1.1 内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床 6煤 13个分层样的工业分析、元素分析、形态硫、高位发热量和腐植体*大反射率
　　煤样的水分含量高(平均值为 8.92%)。根据《煤炭质量分级第 1部分：灰分》 (GB/T 15224.1—2018)，灰分小于 16.00%的煤为低灰煤；根据《煤炭质量分级第 2部分：硫分》( GB/T 15224.2—2010)规定，全硫含量在 1.51%～3.00%的煤为中高硫煤。依此，内蒙古乌兰图嘎富锗煤属于低灰、中高硫煤。该煤中硫铁矿硫和有机硫的平均含量分别为0.78%和 0.77%(表 1.1)。由于原煤中含有石膏，硫酸盐硫含量较高，平均值为 0.31%。
　　与 Zhuang等(2006)的研究相比，本章研究的富锗煤的灰分平均值( 8.77%)偏低而全硫含量(1.86%)偏高，说明矿床在水平方向上的变化较为明显。
　　二、胜利煤田贫锗煤的基本特征
　　32个低锗样品( 30个煤分层样、 1个顶板样和 1个底板样)采自西一露天矿(图 1.1)的 6煤。采样地点位于内蒙古乌兰图嘎富锗煤东北方向约 1.2km处(图 1.1)。从顶到底的样品编号分别为 W6-1～W6-30，顶、底板样品分别编号为 W6-R和 W6-F。另外，采集的样品还包括贫锗煤矿的一个丝炭样品，为了进行对比研究，也采集了内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床的一个丝炭样品和一个黄铁矿样品。
　　表1.2中列出了胜利煤田贫锗煤分层样的工业分析、元素分析、形态硫和腐植体*大反射率数据，以及用于对比的内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床富锗煤的相应参数。胜利煤田的贫锗煤水分高(加权平均值为 27.59%)，为中硫煤(全硫加权平均值为 1.66%；全硫含量 1%～3%为中硫煤；Chou， 2012)。除煤层下部的 3个分层样 W6-21(31.61%)、W6-23(48.96%)和 W6-27(49.16%)外(表 1.2)，灰分产率总体较低(加权平均值为 11.99%)，沿煤层剖面没有明显变化。与内蒙古乌兰图嘎富锗煤( Dai et al.， 2012a)相比，贫锗煤具有更高的水分，灰分产率和有机硫含量也相对较高；全硫和硫铁矿硫含量略低。贫锗煤和富锗煤的挥发分产率接近。贫锗煤的腐植体*大反射率(加权平均值为 0.39%)略低于富锗煤 (0.45%；Dai et al.， 2012a)。
　　表1.2 胜利煤田贫锗煤分层样的工业分析、元素分析、形态硫和腐植体*大反射率及厚度
　　第三节 内蒙古乌兰图嘎富锗煤和胜利煤田贫锗煤的岩石学特征
　　一、内蒙古乌兰图嘎富锗煤的岩石学特征
　　(一)显微组分组成
　　本书中的显微组分分类标准和术语依据 Taylor等(1998)和国际煤岩与有机岩石学会 (ICCP)1994分类系统(ICCP， 2001; Sykorová et al.， 2005)。内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床富锗煤的显微组分组成见表 1.3。在大部分分层样中，惰质组含量高于腐植组。惰质组和腐植组含量的加权平均值分别为 52.5%和 46.8%，类脂组含量很低，加权平均值仅为 0.6%。
　　表1.3 内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床富锗煤的显微组分组成(无矿物基) (单位：%)

《煤型锗矿床=Coal-hosted Germanium Deposit》内容包括中国两个超大型煤型锗矿床(即内蒙古乌兰图嘎和云南临沧煤型锗矿床)的地质形成背景，矿床基本特征，矿床的岩石学、地球化学和矿物学的特征和机理，提出了煤型锗矿床中锗的成矿模式。另外，还对富锗煤的燃烧产物的元素组成特征和矿物学特征进行了研究。

目录
丛书序
前言
第一章 内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床 1
第一节 内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床的地质背景 1
第二节 内蒙古乌兰图嘎富锗煤和胜利煤田贫锗煤的基本特征 3
一、内蒙古乌兰图嘎富锗煤的基本特征 3
二、胜利煤田贫锗煤的基本特征 4
第三节 内蒙古乌兰图嘎富锗煤和胜利煤田贫锗煤的岩石学特征 6
一、内蒙古乌兰图嘎富锗煤的岩石学特征 6
二、胜利煤田贫锗煤的岩石学特征 14
第四节 内蒙古乌兰图嘎富锗煤和胜利煤田贫锗煤的矿物学特征 27
一、内蒙古乌兰图嘎富锗煤的矿物学特征 27
二、胜利煤田贫锗煤的矿物学特征 34
第五节 内蒙古乌兰图嘎富锗煤和胜利煤田贫锗煤的地球化学特征 45
一、内蒙古乌兰图嘎富锗煤的地球化学特征 45
二、胜利煤田贫锗煤的地球化学特征 62
第六节 内蒙古乌兰图嘎煤型锗矿床中锗的分布特征和富集机理 76
第二章 云南临沧煤型锗矿床 78
第一节 云南临沧煤型锗矿床的地质背景 78
第二节 云南临沧富锗煤的基本特征 79
第三节 云南临沧富锗煤的岩石学特征 81
第四节 云南临沧富锗煤的矿物学和地球化学特征 85
一、矿物和化学组成对比 95
二、基底花岗岩的矿物学和地球化学特征 97
三、砂岩和泥岩的矿物学和地球化学特征 102
四、石英-碳酸盐交代岩和碳酸盐交代岩的矿物学及地球化学特征 104
五、煤的矿物学和地球化学特征 106
第五节 云南临沧煤型锗矿床中锗的分布特征和富集机理 117
第三章 煤型锗矿床中锗等元素的赋存状态 119
第一节 富锗煤中微量元素的亲和性 119
一、精细研磨和酸洗脱灰的效果 119
二、酸处理对富锗煤中微量元素含量的影响 124
三、多级酸淋滤分析酸对元素脱除的作用 131
四、富锗煤中微量元素的亲和性分析 134
第二节 微量元素在富锗煤显微组分中的分布 140
一、密度梯度离心实验样品的显微组分组成 140
二、富锗煤的显微组分分离 140
三、微量元素在显微组分中的分布 144
第三节 富锗煤中微量元素的微区分析 161
一、电子探针分析样品的煤岩学特征 161
二、煤和低温灰中微量元素的含量 161
三、电子探针面分析 163
四、电子探针点分析 167
第四节 富锗煤中元素异常富集的结构成因 175
一、核磁共振分析 176
二、红外光谱分析 181
三、锗与有机质的结合方式 184
第四章 电厂燃煤产物中的锗 187
第一节 燃煤电厂概况和样品采集 187
第二节 富锗煤中的常量和微量元素 188
一、常量元素氧化物 188
二、微量元素 190
三、稀土元素 191
第三节 高锗燃煤产物中的常量和微量元素 192
一、常量元素氧化物 196
二、微量元素 196
三、稀土元素 198
第四节 电厂燃煤产物的矿物学特征和微量元素的赋存状态 200
一、入料原煤的矿物学特征 200
二、电厂燃煤产物的特征 201
三、燃煤产物中微量元素的赋存状态 209
第五章 结论 213
一、内蒙古乌兰图嘎富锗煤矿床和胜利煤田贫锗煤矿床的特征 213
二、云南临沧煤型锗矿床的特征 214
三、煤型锗矿床中锗等异常富集微量元素的分布和赋存特征 214
四、煤型锗矿床的成矿模式 215
五、富锗煤燃煤产物的特征 215
参考文献 217
附录一 230
附录二 232