煤中重矿物组合定量分析及其与微量元素关联性的研究

我国是世界煤炭生产和消费大国，燃煤颗粒物和有害微量元素的排放对环境已造成了严重污染，各种矿物组分，特别是重矿物在燃烧过程中的物理化学变化，对煤炭的安全有效利用和污染物排放有着重大影响。本项目利用煤岩学、矿物学、地球化学和燃烧学学科交叉优势，通过系统的试验和理论研究，发明一种煤中重矿物组合定量方法，定量揭示煤中重矿物组合特征，重矿物精细分布规律和定量变化规律，有害微量元素与重矿物定量关联关系，单一煤层沉积过程中微量元素变化与重矿物组合变化规律；不同燃烧工况下重矿物组合演化规律，重矿物组合对微量元素重新配置的控制作用及其热力学和动力学行为，重矿物组合与燃煤电站锅炉灰沉积关系和沉积机制；丰富和拓展煤地质学，同时为煤炭的高效、安全和清洁利用提供科学依据。

本项目主要研究煤中重矿物及微量元素定量分析的问题，发明了基于低温灰化联合分密度浮沉的煤中重矿物组合特性定量研究方法，该方法首先利用低温灰化技术将煤中矿物和有机质分离，利用浮沉实验实现煤中重矿物富集，发展和利用X射线精修拟合法精确定量重矿物含量。定量揭示了国内外多种煤中矿物组合特征，重矿物精细分布规律和定量变化规律，对比分析了国内外多种典型煤样中矿物组合特性差异，阐述了不同成煤作用对煤中重矿物富集和组合特征的控制作用；利用场发射扫描电镜结合能谱分析（FE-SEM/ EDX）有效识别了煤中罕见重矿物，分析了煤中重矿物微观特征，系统研究了煤中黄铁矿晶体类型和分布规律。结合电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）、原子荧光光谱仪（AFS）等先进测试手段测定了煤、低温灰、及不同矿物组分中微量元素含量，获取了煤中微量元素分布规律，揭示了煤中重矿物与微量元素富集的定量关系，阐明了单一煤层中微量元素变化与重矿物组合变化规律，分析了典型煤中微量元素与矿物的亲和关系，相关研究成果发表在International Journal of Coal Geology等本领域权威期刊上。对典型燃煤电厂灰样及渣样的矿物特性和微观形貌进行分析，分析了燃煤电厂飞灰、渣样和粘污样品中矿物组合特征，系统调查了锅炉热交换器表面的灰沉积特性，揭示燃煤电厂沾污结渣特性及形成机理，分析了煤中矿物在燃烧过程中迁移转化规律，建立了煤燃烧过程中煤中重矿物组合演化对锅炉结焦、粘污定量描述方法，为燃煤锅炉安全高效运行奠定基础，相关成果发表于Fuel， International Journal of Coal Geology等本领域权威期刊上。项目的开展丰富和拓展了煤地质学，同时也为煤燃烧装置的安全运行和污染物排放控制提供理论依据。项目通过四年的研究，共发表文章22篇，其中SCI收录论文13篇，EI收录论文22篇， 参加国际会议10人次，国内学术会议18人次。培养研究生8名。