【摘 要】
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稀土元素作为关键材料为国家安全、能源生产、环境保护和经济增长提供重要支撑。近年来有较多研究显示一些煤或煤灰样品中的稀土元素浓度接近甚至高于传统稀土矿石中的稀土含量,使得煤炭成为潜在的稀土资源来源而备受关注。本文以六盘水煤田盘州矿区17号煤为研究对象,通过煤质分析及筛分-浮沉试验,综合运用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、扫面电镜-能谱分析(SEM
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(青年基金),41802190,黔西南普安矿区上二叠统底部煤层中锂的富集机理研究; 国家自然科学基金项目(地区基金),51964009,稀土元素在煤炭有机质中的富集与分异机理研究——以贵州西部晚二叠世煤为例; 贵州省自然科学技术基金项目,黔科合J字[2015]2048号,黔西南晚二叠世煤的微量元素洗选迁
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稀土元素作为关键材料为国家安全、能源生产、环境保护和经济增长提供重要支撑。近年来有较多研究显示一些煤或煤灰样品中的稀土元素浓度接近甚至高于传统稀土矿石中的稀土含量,使得煤炭成为潜在的稀土资源来源而备受关注。本文以六盘水煤田盘州矿区17号煤为研究对象,通过煤质分析及筛分-浮沉试验,综合运用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、扫面电镜-能谱分析(SEM-EDS)和激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)等测试方法研究了原煤及7个密度分级样品中稀土元素的含量、赋存及预富集特征。结果表明,原煤中稀土元素含量达到220.67μg/g,显著高于文献报道的世界煤及中国煤中稀土元素平均含量,显示出一定的潜在利用价值。分级煤样中稀土含量随着密度增大而增大,重力分对稀土元素具有一定的预富集作用,在>1.8 g/cm3的分级样中REY的含量达到最大为426.27μg/g(稀土氧化物含量达0.1%)。分析稀土元素含量与煤样灰分的相关性发现,轻稀土、中稀土、重稀土的有机亲和性呈递增趋势,即不同稀土元素的赋存特性存在差异。XRD测试发现煤中主要矿物为高岭石,其次是石英和方解石,且高岭石在各个密度级含量占比均达到60%以上(矿物基),在>1.8 g/cm3的分级样中高岭石矿物含量达95.2%(矿物基),说明重力分选也可使煤系高岭土作为伴生资源得到预富集。结合XRD及XRF测试结果,发现煤中稀土含量与Al、Si元素含量和高岭石矿物含量均呈显著相关,说明稀土元素可能主要赋存于高岭石中。利用LA-ICP-MS对煤中高岭石矿物进行微区元素定量测定,结果显示稀土元素与Al、Si含量并无明显相关性,说明煤中稀土元素主要以吸附形式不均匀地赋存于高岭石中。对原煤进行逐级浸出研试验究,发现稀土元素主要富集在硅酸盐/铝硅酸盐结合态中。对煤矸石进行不同温度的焙烧预处理试验,发现最佳活化温度为900℃,浸出试验结果显示,煤矸石在研磨-焙烧活化预处理下稀土浸出率最高,达56.38%。试验结果可为该煤中伴生稀土资源和煤系高岭土资源的综合利用提供科学参考。
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