黔北桐梓—金沙一帶發現晚二疊世煤富集稀土、鋰金屬元素

楊瑞東，鄭祿林，程偉，高軍波，陳軍，孫百川，張衍

1) 貴州大學 資源與環境工程學院，貴陽，550025; 2) 貴州大學 喀斯特地質資源與環境教育部重點實驗室，貴陽，550025; 3) 貴州大學礦業學院，貴陽，550025

通過對黔北桐梓、金沙煤礦調查及取樣、樣品分析測試，發現桐梓、金沙煤層普遍具有稀土和鋰元素高富集特征，其中稀土和鋰元素含量明顯高于我國煤中稀土平均值(138 μg/g)和鋰平均值(31.8 μg/g)(王登紅，2019； 代世峰等，2020)，而且稀土和鋰含量比我國山西、內蒙古等地富稀土、鋰等煤含量還要高，黔北煤中稀土、鋰等金屬元素含量如此之高在全國實屬罕見，而且在這些煤礦廢水中發現稀土元素超富集現象，其對研究煤層中稀土元素浸出機理提供了天然的實驗場所。因此，揭示該區域煤中高富集稀土、鋰等金屬元素的富集特征、富集原因，廢水中金屬元素浸出機理是本次研究目的。

圖1 黔北桐梓、金沙煤結構特征Fig. 1 The coal composition in Tongzi and Jinsha County, northern Guizhou Province

1 研究方法

黔北煤田資源豐富，桐梓縣煤炭儲量4.7 Gt，金沙縣煤炭儲量4.5 Gt。黔北金沙、桐梓二疊系含煤巖系厚86～257 m，含煤1～55層，煤層厚度1.69～28.54 m，可采煤層1～12層，可采煤層厚度1.07～14.81 m。金沙、桐梓可采煤層5層，可采煤層厚度5～10 m。主要煤層為2～9，10,14,15,16,20,23,27煤層(圖1)。對金沙主采煤層9號、15號煤層和桐梓15號煤層進行采樣，在澳實(廣州)礦物實驗室采用四酸消解法電感耦合等離子體發射光譜(美國Agilent 5110)與質譜(美國Agilent 7900)方法(ME-MS61r)測定超痕量元素和稀土元素含量、熔融法電感耦合等離子體質譜(美國Agilent 7900)方法(ME-MS81)測定稀土元素的含量。共采集15件煤樣，測試煤樣品9件。

2 研究結果

調查發現桐梓、金沙上二疊統龍潭組9、15煤層富含鋰、稀土元素，金沙和桐梓煤礦煤中稀土元素總量范圍分別為137～723 μg/g和181～862 μg/g，煤中鋰元素含量范圍分別為55～72 μg/g和113～253 μg/g(表1)，其中稀土元素含量和鋰元素含量比貴州普安煤層(楊瑞東等，2017)更高，而且明顯高于我國煤中稀土平均值(138 μg/g)和鋰平均值(31.8 μg/g)(代世峰等，2020)，具有顯著富集鋰和稀土元素的特征。

表1 黔北桐梓、金沙煤中金屬元素含量(μg/g)Table 1 Li and REY content (μg/g ) in coal in Tongzi and Jinsha, northern Guizhou Province

同時，貴州大學資源與環境工程學院對煤礦廢水測試，發現廢水中超富集稀土元素，在桐梓煤礦水中稀土元素含量可高達10000 μg/L，金沙煤礦水中稀土元素含量高達5500 μg/L。

在桐梓、金沙煤中發現大量的鈣質膜、黃鐵礦等(圖1)，金屬元素富集可能與方解石、黃鐵礦等礦物有關，這與煤受到后期熱液作用有關, 與峨眉山玄武巖風化形成的富稀土黏土物質加入有關(汪龍波等，2020)。在金沙、桐梓煤礦廢水中稀土元素含量明顯偏高，這與煤中稀土元素含量較高有關，說明煤中稀土元素容易浸出，也暗示金沙和桐梓煤礦中可能存在吸附型稀土組分，因此，很有必要對其開展研究，探討稀土元素浸出機理，這對煤中金屬元素提取技術研究具有重要意義。

3 結論

(1) 發現桐梓、金沙上二疊統龍潭組煤層富含鋰、稀土元素，金沙和桐梓煤礦煤中稀土元素總量范圍分別為137～723 μg/g和181～862 μg/g，煤中鋰元素含量范圍分別為55～72 μg/g和113～253 μg/g，其含量遠高于我國煤中稀土平均值(138 μg/g)和鋰平均值(31.8 μg/g)。該區域煤層及圍巖具有關鍵金屬元素礦床找礦前景。

(2) 桐梓、金沙煤礦廢水中超富集稀土元素，不僅與煤中稀土元素富集相關，也可能與煤中金屬元素為吸附型有關，或者與特殊的環境條件(pH、溫度、氧化環境等)有利于金屬元素浸出有關。因此，桐梓、金沙煤礦廢水場地，為煤中稀土元素浸出機理研究提供有利的研究場所。

參 考 文 獻 / References

代世峰, 趙蕾, 魏強, 宋曉林, 王文峰, 劉晶晶, 段飄飄. 2020. 中國煤系中關鍵金屬資源: 富集類型與分布. 科學通報, 65(33): 3715～3729.

王登紅. 2019. 關鍵礦產的研究意義、礦種厘定、資源屬性、找礦進展、存在問題及主攻方向. 地質學報, 93(6): 1189～1209.

汪龍波, 高軍波, 楊瑞東, 戴玉皇, 徐海, 葉瓊. 2020. 黔西北上二疊統宣威組底部富鈮多金屬層地球化學特征研究. 地質論評，66(6):1696～1709.

楊瑞東，程偉，高軍波，陳軍，陶振鵬，魏懷瑞，沈明聯，李士彬. 2017. 黔西南煤層中鈮、鈾、釩和鋰元素富集與潛在資源評價. 貴州地質， 34(2):77～81.

YANGRuidong,ZHENGLulin,CHENGWei,GAOJunbo,CHENJun,SUNBaichuan,ZHANGYan:RareearthandlithiumelementsenrichmemtfoundinLatePermiancoalsinTongzi—Jinshaarea,NorthernGuizhouProvince