山西省晋城矿区太原组煤中锂的富集机理.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW137山西省晋城矿区太原组煤中锂的富集机理一李健1,2,3)，张绍韡1,2,3)，王红冬1,2,3)，解锡超1,2,3)，鲁馨1,2,3)，肖珍1,2,3)1)山西省地质矿产研究院有限公司，太原，030001；2)煤与煤系气地质山西省重点实验室，太原，030001；3)三气共采山西省技术创新中心，太原，030001注：本文为国家重点研发计划项目（编号：2021YFC2902004），国家自然科学基金项目（编号：41802193，41902180）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.059作者简介：李健，男，1987 年生，硕士，高级工程师，主要从事煤地质学研究；Email：。关键词：关键词：煤中锂；富集机理；晋城矿区煤炭是一种特殊的沉积有机岩石，其形成过程复杂，在其形成过程中的特殊地质和地球化学条件下，可以富集战略性金属，并且在丰度上可以和传统的金属矿床相当，在规模上可以形成大型或超大型金属矿床（代世峰等，2022）。为揭示山西省晋城矿区太原组煤中锂的富集机理，选择典型煤矿进行了系统采样测试，探讨煤中锂的赋存特征与物源特征，以期为寻找和开发煤中战略性金属矿产资源提供理论指导。1研究区概况晋城国家规划矿区位于山西省东南部太行山西侧，沁水盆地南部，地理坐标为35.36N36.04N，111.79E113.26E，东、南、西南以煤层露头线为界，北、西北与潞安矿区和安泽矿区相接，面积 7401 km2。晋城矿区的含煤地层主要位于上石炭统的太原组和下二叠统的山西组，是在奥陶系古风化壳上发育的一套近海海陆交互相含煤沉积。太原组一般含煤 10 层，其中 15 号煤层为稳定煤层，9 号煤层为较稳定煤层。2样品采集与测试研究样品采自位于山西省沁水煤田晋城矿区的天安宏祥煤矿、晋圣凤红煤矿与科兴云泉煤矿。按照 煤层煤岩采样方法（GB/T 482-2008）要求，对太原组主采 9 号煤层与 15 号煤层进行系统样品采集，共计 59 个样品，其中煤样 43 个，顶底板与夹矸样 16 个。依据 GB/T 212-2008煤的工业分析方法进行煤质测试，利用 X 射线荧光光谱（XRF）测定常量元素含量，利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定微量元素含量。3结果与讨论3.1煤中常量元素的地球化学特征晋城矿区太原组煤中常量元素以 SiO2和 Al2O3为主，MgO、Fe2O3、CaO、TiO2含量次之，K2O、Na2O、P2O5、MnO2含量较低。除 9 号煤中 MgO 与CaO 外，煤中常量元素的含量均值均低于中国煤。3.2煤中锂的含量分布特征依据 Dai 等（2015）提出的富集系数（CC）方案判断煤中锂的富集程度。研究显示，晋城矿区太原组 9 号煤中轻度富集锂，平均含量为 41.76 g/g，富集系数为 3.48；15 号煤中富集锂，平均含量为104.85 g/g，富集系数为 8.74。从垂向分布看，晋城矿区太原组煤中锂的赋存呈现“下高上低”的趋势。从平面分布看，晋城矿区 15 号煤中锂呈现“南高北低”的趋势。3.3煤中锂的赋存特征晋城矿区太原组主采煤层夹矸和顶底板中锂的含量明显高于煤中锂的含量（图 1）。图1 晋城矿区太原组煤层与夹矸顶底板中锂平均含量对比地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1138煤中锂含量与灰分产率、SiO2含量、Al2O3含量相关性较好，相关系数分别为 0.81、0.90 和 0.91，硅、铝元素在煤中主要赋存于黏土矿物中，且煤中锂的垂向分布与煤中黏土矿物分布具有较好的一致性，因此推断晋城矿区太原组煤中锂主要赋存于硅铝酸盐中，以黏土矿物为主要载体。3.4煤中锂的富集机理晋城矿区太原组 15 号煤层下部与煤层上部样品的稀土元素分配模式明显不同。煤层上部样品的稀土元素分配模式（图 2）呈现中-重稀土富集的特征，与北秦岭造山带（Zhao et al.，2019）类似，煤层下部样品的稀土元素分配模式（图 3）基本呈现轻中稀土富集的特征，与阴山古陆（Zhao et al.，2019）类似。图 2 晋城矿区 15 号煤层上部稀土元素分配模式图 3 晋城矿区 15 号煤层下部稀土元素分配模式晋城矿区太原组主要发育于陆表海近岸带的陆屑障壁-泻湖体系，物源主要来自秦岭-大别造山带与华北克拉通自身。该时期的秦岭-大别地区经历过强烈的隆升，在华北克拉通南部形成了南高北低的古地形，并为该时期华北克拉通内部提供物源，碎屑物质输入的界线向北至少到达沁水盆地南部地区（朱晓青，2013）。来自物源区的含锂矿物或锂溶液在流水作用下搬运至研究区，由于沼泽水介质条件改变，使锂与黏土矿物结合，在成煤作用下富集于煤层之中。4结论（1）晋城矿区太原组煤中锂富集程度较高，垂向上呈现“下高上低”的趋势，平面上呈现“南高北低”的趋势。晋城矿区太原组煤中锂主要赋存于硅铝酸盐中，以黏土矿物为主要载体。来自物源区的含锂矿物或锂溶液在流水作用下搬运至研究区，由于沼泽水介质条件改变，使锂与黏土矿物结合，在成煤作用下富集于煤层之中。参考文献/References代世峰,刘池洋,赵蕾,刘晶晶,王西勃,任德贻.2022.煤系中战略性金属矿产资源:意义和挑战.煤炭学报,47(5):17431749.朱晓青.2013.华北克拉通中部晚古生代以来的构造演化.南京大学位论文.Dai Shifeng,Seredin V V,Ward C R,Hower J C,Xing Y W,Zhang W G,Song W J,Wang P P.2015.Enrichment of U-Se-Mo-Re-V in coalspreserved within marine carbonate successions:geochemical andmineralogical data from the Late Permian Guiding Coalfield,Guizhou,China.Mineralium Deposita,50(2):159186.Zhao Lei,Dai Shifeng,Nechaev V P,Nechaeva E V,Graham I T,French D,Sun Jianhua.2019.Enrichment origin of critical elements(Li and rareearth elements)and a Mo-U-Se-Re assemblage in Pennsylvaniananthracite from the Jincheng Coalfield,southeastern Qinshui Basin,northern China.Ore Geology Review,115:103184.LI Jian，ZHANG Shaowei，WANG Hongdong,XIE Xichao,LU Xin，XIAO Zhen：Enrichment mechanism of lithium inthe coal from Taiyuan Formation,Jincheng mining area,Shanxi ProvinceKeywords：basin-mountain coupling；West Kunlun