煤中微量元素地球化学行为的周期律研究

元素周期律是自然界物质运动一个重要规律。也是人们认识自然界、研究各类现代科学一个必不可少的工具。项目申请者于2008年初首次发现，煤中微量元素的分布和赋存，在统计上也存在一个元素周期律。这一原创性的发现，对煤地球化学研究有着潜在的理论价值和实践意义。本次项目申请就是在已有发现的基础上，从元素周期律的角度，结合现代化学、煤地质学、煤地球化学、煤化学、煤的燃烧与气液化和数学地质等多学科的研究思路和方法，以"综合性的大科学思维方式"，首次将煤中微量元素的宏观地化行为与其微观粒子内部结构特征相联系，尝试着用一种新的学术思想来发现、研究、总结和归纳煤中微量元素在分布、赋存、迁移、集散等过程中所体现出来的新的煤地化规律和变化特征，并力图从煤的大分子结构和微量元素本身的原子结构以及其赋存的矿物结构中，找到这些规律存在的内在根据，从而尝试着创立一种新型的科学假说或学说，以实现煤中微量元素地球化学理论创新。

本次研究从煤地球化学、煤化学以及煤热解的角度，并运用数学遍历思想，以山西太原西山、陕西渭北、河南义马和山东兖州等矿区的煤为研究对象，通过对研究区煤中几十种微量元素和有机官能团的结合规律、煤中微量元素酸脱除率的变化规律，以及煤热解中微量元素挥发率和富集率的变化规律进行分析，并对山西太原西山晚古生代8号煤层中肥、焦、廋、贫四个煤种分离出来的镜煤样品经脱灰处理后的微量元素和煤中有机官能团分别进行测定，得出如下主要成果和认识：.（1）煤中微量元素和有机官能团的结合规律、煤中微量元素酸脱除率的变化规律，以及煤热解中微量元素挥发率和富集率的变化规律均与元素的周期性变化十分吻合，亦即符合元素周期律。河南义马煤和山东兖州煤中的微量元素挥发率的变化趋势不仅符合元素周期律，而且热解温度愈高，其挥发率变化规律与元素周期律吻合（或相似）程度也愈高；山西太原西山镜煤的有机官能团对微量元素亲和性和憎厌性的变化趋势均符合元素周期律。但不同类型的官能团和微量元素之间的关系对元素周期律的响应程度（即相似程度）不同。.（2）运用数学的遍历思想，初步解决了煤微量元素的地球化学行为、煤化学行为对元素周期律响应程度（即相似程度或吻合程度）定量计算问题，从而完成了从微量元素煤地球化学、煤化学行为的周期性变化规律之定性描述到定量描述这一根本性的转变，并由此提出了元素周期律相似度、理想值等一系列具科学意义的新的概念。为进一步揭示微量元素地球化学行为、煤化学行为周期性变化规律的科学意义和应用价值奠定了坚实的基础。.（3）本次研究还进一步确认，只要存在各种化学分异过程（不只是地球化学分异过程），微量元素的地球化学或其他化学行为的周期性变化规律就不会只发生在煤中，也会出现在自然界一切地质体和自然体中（如岩浆岩、沉积岩、变质岩、天体、生物体等），它们是门捷列夫元素周期性律在这些过程中的一种特殊表现形式，且可用数字图像直观表示，因而，也是自然界的一个普适性科学规律。.此外，本次研究还对煤中稀土元素的独特的地球化学行为进行了多方面的研究，并发表了多篇相关文章，为下一步申请国家基金课题“煤镧系元素地球化学效应研究”打下了坚实的基础；还持续对上一个国家基金项目中的煤中铀的地球化学行为进行了追踪性的研究，其研究成果已在国际高端刊物发表。.目前，已在国内外重要学术期刊和核心期刊上发表论文9篇，其中被SCI收录3篇，EI收录4篇。