黔北桐梓—金沙一带发现晚二叠世煤富集稀土、锂金属元素

杨瑞东，郑禄林，程伟，高军波，陈军，孙百川，张衍

1) 贵州大学 资源与环境工程学院，贵阳，550025; 2) 贵州大学 喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室，贵阳，550025; 3) 贵州大学矿业学院，贵阳，550025

通过对黔北桐梓、金沙煤矿调查及取样、样品分析测试，发现桐梓、金沙煤层普遍具有稀土和锂元素高富集特征，其中稀土和锂元素含量明显高于我国煤中稀土平均值(138 μg/g)和锂平均值(31.8 μg/g)(王登红，2019； 代世峰等，2020)，而且稀土和锂含量比我国山西、内蒙古等地富稀土、锂等煤含量还要高，黔北煤中稀土、锂等金属元素含量如此之高在全国实属罕见，而且在这些煤矿废水中发现稀土元素超富集现象，其对研究煤层中稀土元素浸出机理提供了天然的实验场所。因此，揭示该区域煤中高富集稀土、锂等金属元素的富集特征、富集原因，废水中金属元素浸出机理是本次研究目的。

图1 黔北桐梓、金沙煤结构特征Fig. 1 The coal composition in Tongzi and Jinsha County, northern Guizhou Province

1 研究方法

黔北煤田资源丰富，桐梓县煤炭储量4.7 Gt，金沙县煤炭储量4.5 Gt。黔北金沙、桐梓二叠系含煤岩系厚86～257 m，含煤1～55层，煤层厚度1.69～28.54 m，可采煤层1～12层，可采煤层厚度1.07～14.81 m。金沙、桐梓可采煤层5层，可采煤层厚度5～10 m。主要煤层为2～9，10,14,15,16,20,23,27煤层(图1)。对金沙主采煤层9号、15号煤层和桐梓15号煤层进行采样，在澳实(广州)矿物实验室采用四酸消解法电感耦合等离子体发射光谱(美国Agilent 5110)与质谱(美国Agilent 7900)方法(ME-MS61r)测定超痕量元素和稀土元素含量、熔融法电感耦合等离子体质谱(美国Agilent 7900)方法(ME-MS81)测定稀土元素的含量。共采集15件煤样，测试煤样品9件。

2 研究结果

调查发现桐梓、金沙上二叠统龙潭组9、15煤层富含锂、稀土元素，金沙和桐梓煤矿煤中稀土元素总量范围分别为137～723 μg/g和181～862 μg/g，煤中锂元素含量范围分别为55～72 μg/g和113～253 μg/g(表1)，其中稀土元素含量和锂元素含量比贵州普安煤层(杨瑞东等，2017)更高，而且明显高于我国煤中稀土平均值(138 μg/g)和锂平均值(31.8 μg/g)(代世峰等，2020)，具有显著富集锂和稀土元素的特征。

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

同时，贵州大学资源与环境工程学院对煤矿废水测试，发现废水中超富集稀土元素，在桐梓煤矿水中稀土元素含量可高达10000 μg/L，金沙煤矿水中稀土元素含量高达5500 μg/L。

在桐梓、金沙煤中发现大量的钙质膜、黄铁矿等(图1)，金属元素富集可能与方解石、黄铁矿等矿物有关，这与煤受到后期热液作用有关, 与峨眉山玄武岩风化形成的富稀土黏土物质加入有关(汪龙波等，2020)。在金沙、桐梓煤矿废水中稀土元素含量明显偏高，这与煤中稀土元素含量较高有关，说明煤中稀土元素容易浸出，也暗示金沙和桐梓煤矿中可能存在吸附型稀土组分，因此，很有必要对其开展研究，探讨稀土元素浸出机理，这对煤中金属元素提取技术研究具有重要意义。

3 结论

(1) 发现桐梓、金沙上二叠统龙潭组煤层富含锂、稀土元素，金沙和桐梓煤矿煤中稀土元素总量范围分别为137～723 μg/g和181～862 μg/g，煤中锂元素含量范围分别为55～72 μg/g和113～253 μg/g，其含量远高于我国煤中稀土平均值(138 μg/g)和锂平均值(31.8 μg/g)。该区域煤层及围岩具有关键金属元素矿床找矿前景。

(2) 桐梓、金沙煤矿废水中超富集稀土元素，不仅与煤中稀土元素富集相关，也可能与煤中金属元素为吸附型有关，或者与特殊的环境条件(pH、温度、氧化环境等)有利于金属元素浸出有关。因此，桐梓、金沙煤矿废水场地，为煤中稀土元素浸出机理研究提供有利的研究场所。

参 考 文 献 / References

代世峰, 赵蕾, 魏强, 宋晓林, 王文峰, 刘晶晶, 段飘飘. 2020. 中国煤系中关键金属资源: 富集类型与分布. 科学通报, 65(33): 3715～3729.

王登红. 2019. 关键矿产的研究意义、矿种厘定、资源属性、找矿进展、存在问题及主攻方向. 地质学报, 93(6): 1189～1209.

汪龙波, 高军波, 杨瑞东, 戴玉皇, 徐海, 叶琼. 2020. 黔西北上二叠统宣威组底部富铌多金属层地球化学特征研究. 地质论评，66(6):1696～1709.

杨瑞东，程伟，高军波，陈军，陶振鹏，魏怀瑞，沈明联，李士彬. 2017. 黔西南煤层中铌、铀、钒和锂元素富集与潜在资源评价. 贵州地质， 34(2):77～81.

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