淮南煤田石炭-二叠纪煤中锑的赋存状态和地质富集模式研究

Based on our previous work, this project will systematically collect coal and rock samples forming in different coal seams, depositional environment, geological structures and magmatic influences in Huainan Coalfield. A series of cross theories including coal chemistry, coal geology and coal geochemistry will be used, in combination with high-precision instrumental techniques, to investigate the distribution and modes of occurrence of Sb in the study area under different geological conditions, with an emphasis on the effect of depositional environment and metamorphic degree. Further, the response of Sb transfer, enrichment to the geological structure and magmatic activities would be illustrated. By revealing the factors controlling Sb sources, the abnormally Sb enriched geochemical patterns will be constrained, which is essential to complement and deepen current understanding on geochemical theory of trace elements in coal.

本项目在前期工作基础上选择淮南煤田为研究对象，通过采集不同煤层、不同沉积环境、不同煤阶、不同构造作用及岩浆活动影响等条件下的煤岩样品，运用煤化学、煤田地质学、煤地球化学等学科交叉理论，采用高精度分析测试手段，研究不同地质作用条件下煤中锑的分布规律、精细化学结构及赋存状态，探索锑受沉积环境和煤变质程度影响的变化机制，揭示地质构造作用及岩浆岩活动对煤中Sb的迁移、富集等行为的影响，并深入探讨煤中Sb的来源和地质控制因素，建立Sb在煤中异常富集的地质地球化学模式。本研究补充和深化了煤地质学和煤中微量元素的地球化学理论。

锑（Sb）在煤中含量显著富集，煤炭资源的开采和利用会造成Sb在矿区和燃煤区周边生态环境中富集，并导致一定的生物积累和毒性作用。因此，研究Sb在煤中的分布规律、赋存状态以及地质成因可以深入探索煤利用过程中Sb迁移转化机理，实现有效的污染控制和生态环境的持续性发展。本次研究以淮南煤田石炭-二叠纪煤为研究对象，运用煤地球化学、煤岩学、矿物学和岩石学等多学科交叉理论，结合高精度的测试手段，研究Sb在不同煤层、不同成煤时代、不同煤阶以及不同构造作用下煤中的分布规律，深入分析Sb在不同煤中的赋存形态和精细化学结构，着重探索沉积环境和煤变质程度对Sb元素的影响机制，揭示地质构造作用以及岩浆热液侵入对煤中Sb的迁移、富集等行为的影响及其地质成因。通过对淮南石炭-二叠纪煤进行逐级提取实验，确定煤中Sb的主要赋存形态，并发现在部分样品中Sb自高向低以硅酸盐结合态-硫化物结合态-有机质结合态-碳酸盐结合态-离子交换态的形式存在；在淮南煤田石炭-二叠纪煤中Sb的均值达到2.13 μg/g，是中国煤中均值的2.54倍、世界煤均值的2.37倍；而在受岩浆热液影响的煤中Sb的均值可达9.39 μg/g，为中国煤中Sb的平均含量的11.2倍，推断岩浆热液带入的Sb迁移至煤层中，被煤中有机质吸附或以无机矿物形式赋存于煤基质中；基于研究得出的燃煤过程中Sb排放系数，可以进一步计算出燃煤所产生的Sb排放量。以淮南地区为例，淮南地区电厂Sb排放量在2003年为1.02 t，到2007年和2010年该数值达到了3.60 t和5.67 t。本次研究明确了多因素条件下煤中Sb的精细化学结构及化学形态，从根本上探讨了沉积环境、构造作用、岩浆侵入等对煤中Sb的地质控制作用，最终揭示了Sb在煤中的迁移富集机理，建立了煤中Sb的异常富集地质地球化学模式，剖析了典型燃煤电厂燃煤过程中Sb迁移机制。上述研究弥补了煤中Sb元素地球化学特征研究的不足，为燃煤过程中Sb过度排放提供了理论释疑。