本文立题为“难选煤中矿物质洗选解离的地质地球化学控制研究”,以煤地质学为基础,以不同沉积环境形成的难选煤为研究对象,以煤化工的煤炭浮选工艺为依托,利用地学领域常规和最先进的光学显微镜、扫描电镜+能谱（SEMEDX）、高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）、矿物综合分析系统（TIMA）、X射线衍射波谱（XRD）、X射线荧光光谱（XRF）和电感耦合等离子体质谱法（ICPMS）等手段和方法,研究煤炭洗选过程中矿物质的赋存形态、嵌布类型与解离度特征和地质控制因素的关系。研究结果可以为煤炭的分级利用提供指导,充分掌握煤中矿物解离度,精煤、尾煤中矿物嵌布类型,对实现煤炭绿色、高效利用意义重大。选取山西沁水煤田晋城矿区云泉9、15煤,沁源矿区孟子峪9+10煤,阳泉矿区新景3、8、15煤,内蒙古胜利煤田乌兰图嘎矿区6-1煤和云南干河矿区4煤剖面,在垂向剖面上按宏观煤岩类型划分分层,各分层显微组分和矿物质地化组合类型有明显的差异。煤层发育过程中的氧化还原程度、水底动能强度、陆源碎屑输入、海水的周期性进退和低温热液的侵入是造成分层煤岩特征和煤地球化学特征差异的主要原因。煤的地球化学特征垂向变化反映成煤环境的差异,复杂的地质因素造成煤中矿物质赋存形态和嵌布特征的差异性,进而影响煤炭浮选后矿物质解离特性和脱除效果。三角洲、障壁岛—潟湖和潟湖—潮坪环境中发育的煤层,其矿物质的赋存和嵌布受到陆源碎屑的输入和海水侵入的双重影响,煤分层中矿物赋存形态和嵌布特征具有差异性;扇三角洲和湖泊环境形成的煤其矿物质赋存和嵌布类型较为单一。受到低温热液影响的煤层,矿物以典型的裂隙充填状赋存,微量元素含量比沉积、陆源输入成因的微量元素含量高出几十倍甚至上百倍,对于受热液影响的煤层,矿物质脱除富集及利用方面具有战略价值和意义。研究区煤中矿物的赋存和嵌布特征受控于多种地质因素。根据煤层剖面地质地球化学特征划分海侵作用期次,发现煤中矿物质在洗选过程中的解离特性在地质因素控制中受海水影响明显,煤炭发育过程中水体侵入会使得煤中的矿物与煤基质嵌布更为紧密,进而不易脱除。根据煤中矿物的嵌布粒度、粒度均匀度、嵌布均一度和共生组合关系等特征,划分五种影响矿物解离度的嵌布类型,并用TIMA软件计算主要矿物的解离度。煤中矿物质的脱除率与解离特性的关系并不能用金属选矿理论的单体解离度来解释,需要同时考虑矿物单体解离度和矿物组合类型,即矿物嵌布方式。浮选后矿物的脱除效果与矿物解离度匹配的很好,与矿物关系密切的微量元素脱除率也高。密度越接近煤,并且嵌布粒度细小,亦或是被有机质紧密包裹的矿物,即使解离度达到解离甚至完全解离,轻矿物也会被气泡带至液面进入精煤。对于煤中微量元素的浮选迁移规律和脱除率的影响因素较多,元素的赋存形态、载体矿物的脱除率、元素可溶性、浮选介质与离子交换能力等都与元素的地球化学特征有关。利用高分辨率透射电镜（HR-TEM）发现原煤、精煤和尾煤中纳米矿物的赋存特征有特殊性。在原煤中寻找纳米矿物是困难的,并且其空间结构特征、纳米矿物组合特征和分布特征无法表现规律性。煤炭洗选不改变煤本身结构和化学组成,所得精煤和尾煤中纳米矿物含量较多。从纳米矿物含量角度来说,煤炭浮选对纳米矿物起到“富集”作用。精煤中纳米矿物的形态主要有纤维状、块状、片状等,纤维状和片状黏土矿物主要分布在煤基质边缘,由多个大小不一的纳米级片层叠合而成,密集叠加处与煤有机质有明显的差别,形态不一,排列无规律;块状纳米矿物不规则分布。尾煤中的纳米矿物呈球状、块状、立方体状等,形状规则,颗粒轮廓明显。大多数纳米矿物具有良好的晶型,单一化学成分和至少二维以上的纳米粒级。在研究区洗选产品中发现有球状纳米矿物,其直径平均为10nm,有着非常规则的圆球形貌,单体边缘光滑,不与周围矿物发生任何交代现象。参考成因条件,初步判断煤中Fe-Ni球状纳米矿物可能为宇宙尘。尾煤中发现有粒径小于150nm的球粒纳米矿物,从化学成分分析,主要含有Al、Si、Mn、Cr和Fe元素,要比其他地质体中发现的火山成因微球粒粒径小得多,均为大小均一,与宇宙尘成因的纳米球粒相比,火山成因的纳米球粒不是呈单颗粒独立赋存,而是同种纳米颗粒紧密排列、堆积在一起。对这类纳米矿物的探索研究丰富了煤的矿物学内容。