太原西山煤田煤系锂镓赋存特征及工业前景——刘汉斌

Abstract:In order to study occurrence characteristics of lithium and gallium and cut off grade in Taiyuan Xishan coalfield,the distribution characteristics and determinant of lithium and gallium in the coal-bearing strata of the Xishan coalfield were discussed. The relationship between lithium and gallium content of coal and gangue and Al2 O3 ,kaolinite and granularity was analysed,and intrinsic storage capacity and industrial prospects in the coal-bearing strata of the Xishan coalfield were discussed. Research show that the lithium content in coal from Xishan coalfield is higher than the average value of lithium in coal from the country,and the content of gallium in coal is higher than the average value of Shanxi coal. The contents of lithium and gallium in coal gangue are significantly higher than those in coal seams,but they are lower than the recommended recovery index for lithium and gallium in coal. Vertically,the lithium content of coal in the Shanxi group is higher than that in the Taiyuan group,but this feature is not evident in the clips. Besides,the content of lithium and gallium shows a good positive correlation with Al2 O3 content in coal,and mainly exsited in the coarse-grained material,while it is less in the fine-grained material. The intrinsic resources of lithium and gangue in the coal-bearing strata of the Xishan coalfield are 23 900 tons and 71 000 tons respectively. However,under current economic and technological conditions,lithium does not have industrial development value. The coal seam in the lower Shanxi Formation in the ancient Jiaojia Xingjiashe mining area and the No. 8 coal field in the Malan mining area has a
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刘汉斌等:太原西山煤田煤系锂镓赋存特征及工业前景
2018 年第 5 期
potential industrial value as it is close to the boundary grade between coal and medium saggers. It has significance for the development and utilization of coal and coal gangue in Xishan Coalfield. Key words:Xishan coalfield;lithium;gallium;occurrence characteristics
本文在前人研究的基础上,基于全煤田的角度, 分析了西山煤田煤系地层锂镓分布特征和决定因 素,讨论了煤和煤矸石锂、镓含量和 Al2 O3 、高岭石、 粒度的关系,并且基于目前的研究数据计算和分析 了西山煤田煤系锂镓的内蕴资源量和工业前景。
1 分布特征
1． 1 煤中锂 锂被认为 是 “ 21 世 纪 的 能 源 金 属” 、 “ 金 属 味
授,从事固体废弃物资源化利用工作。 E-mail:cfangqin@ 163． com 引用格式:刘汉斌,马志斌,郭彦霞,等. 太原西山煤田煤系锂镓赋存特征及工业前景[ J] . 洁净煤技术,2018,24(5) :26-32.
LIU Hanbin,MA Zhibin,GUO Yanxia,et al. Occurrence characteristics and industrial prospects of lithium and gallium in coal in Taiyuan Xishan coalfield[ J] . Clean Coal Technology,2018,24(5) :26-32.
第 24 卷第 5 期
2018 年 9 月
洁净煤技术
Clean Coal Tech来自百度文库ology
Vol． 24 No． 5 Sep. 2018
研究论文
太原西山煤田煤系锂镓赋存特征及工业前景
刘汉斌1,2 ,马志斌1 ,郭彦霞1 ,程芳琴1
(1. 山西大学 资源与环境工程研究所,山西 太原 030006;2. 山西省煤炭地质局,山西 太原 030006)
Occurrence characteristics and industrial prospects of lithium and gallium in coal in Taiyuan Xishan coalfield
LIU Hanbin1,2 ,MA Zhibin1 ,GUO Yanxia1 ,CHENG Fangqin1
(1. Institute of Resources and Environmental Engineering,Shanxi University,Taiyuan 030006,China; 2. Shanxi Coal Geological Bureau,Taiyuan 030006,China)
0 引 言
太原西山煤田位于华北板块中部吕梁山东麓太 原西山地区, 是 全 国 重 要 的 煤 炭 生 产 基 地, 南 北 长 75 km,东西长约 30 km,总面积 1 885 km2 ,由西山矿 区、古交矿区、清交矿区组成,其中邢家社井田、马兰 井田位于古交矿区,杜儿坪井田位于西山矿区。 全 煤田含可采煤层 20 层,主采煤层为山西组的 2 号煤 和太原组 8 号煤。 煤中锂、镓作为煤系地层中一种 重要 的 共 伴 生 矿 产, 近 年 受 到 了 众 多 学 者 的 重 视[1-6] 。 煤系地层的锂、镓等稀散元素主要赋存于 煤层及煤层夹矸中,煤系锂、镓的开发和利用不仅可 增加国家稀散元素战略储量,还可延长煤炭的产业 链,提高煤炭的附加值,实现煤炭、煤矸石的清洁高 效利用。 西山煤田作为国家重要的煤炭生产基地, 煤炭产量巨大,同时也产生大量的煤矸石。 因此理 清西山煤田煤田煤炭地层锂和镓的赋存特征和分布 规律具有重要的工业意义和经济价值。
表 1 西山煤田煤中锂含量与分布 Table 1 Lithium content and distribution in coal of
Xishan coalfield
分布区域
含量 / ( μg·g-1 )
精” 、“ 新能源 金 属” , 广 泛 应 用 于 原 子 反 应 堆、 新 能 源电池等领域,是现代高新科技的支撑,锂资源具有 重大的战略意义[13] 。 煤中锂自 20 世纪 30 年代发 现以来,国内学者对不同地区、不同成煤时代煤中的 锂 含 量 和 赋 存 特 征 进 行 了 研 究[14-21] , 孙 玉 壮 等[15-17] 在内蒙古准格尔煤田和山西宁武煤田平朔 矿区煤系地层中发现了煤中锂的超常富集。 西山煤 田煤中锂的分析测试数据见表 1。
摘 要:为研究太原西山煤田中锂镓元素的赋存特征及其工业边界品位,分析了西山煤田煤系地层锂 镓分布特征和决定因素,讨论了煤和煤矸石锂、镓含量与 Al2 O3 、高岭石、粒度的关系,并分析了西山 煤田煤系锂镓的内蕴资源量和工业前景。 研究认为,西山煤田煤中锂含量高于与全国煤中锂的平均 值,煤中镓含量大于山西煤中镓平均值,但均小于煤中锂、镓的建议回收指标。 煤层夹矸中锂、镓含量 显著高于煤层,且大于煤中锂、镓的边界品位。 垂向上,山西组煤的镓含量高于太原组。 西山煤田煤 中锂、镓和煤中 Al2 O3 含量呈正相关关系,且较多地赋存于粗颗粒夹矸中,而在细颗粒夹矸中含量较 少。 夹矸中镓含量和高岭石含量呈正相关关系,但锂含量和高岭石关系不明显。 西山煤田煤系地层 锂、镓的内蕴资源量分别为 2． 39 万 t 和 7． 10 万 t,在目前经济技术条件下,西山煤田煤中锂不具有工 业开发价值,古交邢家社矿区山西组下部煤层和马兰矿区 8 号煤夹矸中镓接近煤和夹矸中镓的边界 品位,具有潜在的工业价值。 关键词:西山煤田;锂;镓;赋存特征 中图分类号:P595;P618． 11 文献标志码:A 文章编号:1006-6772(2018)05-0026-07
收稿日期:2018-05-08;责任编辑:张晓宁 DOI:10. 13226 / j. issn. 1006-6772. 18050801 基金项目:国家重点研发计划资助项目(2017YFB0603101) ;山西省煤基低碳科技重大专项资助项目( MC2016-05) 作者简介:刘汉斌(1986—) ,男,山西吕梁人,博士研究生,从事煤炭地质研究与管理工作。 E-mail:liuhanbin203@ 163． com。 通讯作者:程芳琴,教
西山煤田煤系锂、镓的研究始于 20 世纪 80 年 代。 卫宏等[7] 分析了西山煤田煤层中镓元素的赋 存特征以及镓含量与氧化铝、宏观煤岩类型的关系, 初步确定了镓的边界工业品位范围。 刘新花等[8] 根据勘查资料,分析了西山煤田古交矿区煤中镓的 分布状况和影响因素,认为煤中镓主要赋存于黏土 矿物中,镓含量与灰分、硫分以及煤层厚度有关。 孙 蓓蕾等[9] 、蒲伟等[10] 分析了西山煤田马兰矿 8 号煤 及其夹矸、2 号煤夹矸的微量与稀土元素地球化学 特征,发现夹矸中锂镓含量显著大于煤层中。 杨亚 丽等[11] 分析了杜儿坪井田煤层中夹矸的地球化学 特征,发现杜儿坪矿 2、3、8 号煤层夹矸中锂、镓都超 过了工业品位。 秦勇等[12] 基于煤样测试数据,报道 了西山煤田古交矿区煤中镓的资源储量,认为西山 煤田煤中镓主要存在于古交矿区山西组地层中。 随 着煤炭综合勘查、综合开发利用理念的提出以及锂 镓分析提取技术的进步和对矿区生态环境的重视, 如何提高煤炭的附加值,实现煤炭清洁高效开发利 用,消纳已有煤矸石,建设绿色矿山已成为矿区生态 环境治理的共识,从煤田的角度全面系统准确评价 煤中锂镓赋存特征和工业前景尤为必要。