根據(jù)煤中伴生元素的性質(zhì)和用途,可分為有益元素、有害元素和指相元素3類。
在煤中富集品位較高、達到或超過工業(yè)品位、可作為工業(yè)礦床開發(fā)利用或綜合利用的元素近20種。目前能進行工業(yè)性生產(chǎn)的有鍺、鎵、鈾、釩等。
①鍺。V.W.戈爾德施米特于1930年首次從煤灰的分析中發(fā)現(xiàn)鍺,鍺是煤中研究最詳?shù)陌樯刂?。中國?0余?。▍^(qū))找到了富鍺煤層,有的含鍺平均品位達228克/噸,單樣品位達3500克/噸。鍺主要富集在中、新生代褐煤和部分的中、低變質(zhì)煙煤中。一般在古陸邊緣或沉積盆地邊緣的煤系上、下部煤層中,以及煤層近頂、底板部位,鍺有局部富集的趨勢。鍺主要以鍺腐殖酸鹽形式存在于煤的有機質(zhì)中,鏡煤是鍺的載體。煤中鍺的含量達20克/噸,即可從煙塵或煤的加工產(chǎn)品中提取回收。英國是最早從煤的煙塵中提取鍺的國家。?、阪墶V饕c煤系、煤層中的粘土層伴生,一般在煤層的粘土夾層及圍巖中較為富集。美國肯塔基州有的煤層煤灰中平均含鎵540克/噸;德國魯爾煤田,煤灰中鎵含量達1000克/噸;中國富鎵煤層多分布于西南部晚古生代和中生代含煤巖系中,含量20~40克/噸,達 345克/噸。煤中鎵品位達30克/噸即可進行綜合利用?!、垅櫋R话阋遭櫤诤外櫟挠袡C化合物存在于煤中。含煤巖系中的鈾礦,是鈾礦床重要工業(yè)類型之一。美國、德國、法國、蘇聯(lián)均找到了此種類型的礦床;中國從褐煤到無煙煤以及早古生代石煤中,均有工業(yè)品位(300克/噸)的富鈾煤層,有的已進行工業(yè)性生產(chǎn)?!、茆C。是中國石煤中的主要伴生元素,與有機質(zhì)有成因聯(lián)系,主要以含鋁硅酸鹽類礦物形式富集于石煤中。石煤中五氧化二釩的平均含量,大部分在0.3~1.0%之間,一般高于釩的綜合利用品位(>0.1%),相當部分達到和超過釩礦床工業(yè)品位的要求(>0.5%)?!∮泻υ孛?或石煤)中的有害元素,現(xiàn)已查明的有硫、磷、氟、氯、砷、鈹、鉛、硼、鎘、汞、硒、鉻等10多種,除硫外,其他元素在煤中含量一般不高,但危害大。
①硫。是煤中常見的有害成分。中國的煤相當部分含硫比較高,全國高硫煤產(chǎn)量約占原煤總產(chǎn)量的1/6強。高硫煤層主要分布于華北晚石炭世和華南晚古生代地層中,以黃鐵礦硫、有機硫和硫酸鹽硫形式存在,但以黃鐵礦硫和有機硫為主。煉焦時煤中硫轉(zhuǎn)入焦炭,用于冶煉時,易使生鐵產(chǎn)生熱脆性,嚴重影響生鐵質(zhì)量。在燃燒過程中,1噸煤可排放出約60千克二氧化硫,是造成城鎮(zhèn)環(huán)境污染的主要物質(zhì)來源。
②磷。煤中磷多在煤的礦物質(zhì)中,含量極微,一般只有千分之幾到萬分之幾。煉焦時,磷隨著礦物質(zhì)轉(zhuǎn)入焦炭,冶煉時易使生鐵產(chǎn)生冷脆性,嚴重影響生鐵質(zhì)量;燃燒時污染空氣。因此,一般煉焦用煤要求磷含量在0.02%以下。
③砷。是有毒元素,主要以砷黃鐵礦形式存在于煤中,按釀造和食品工業(yè)燃料用煤要求,砷含量不能超過8克/噸,而中國某些煤礦的煤,砷含量在50克/噸以上,高者可達200~300克/噸。
④氟、氯、硼。均系強腐蝕性元素,對煤炭加工器械有不同程度的腐蝕作用。英國煤中含氯較高,在0.1~1.0%之間(可達2%)。中國近期也在個別礦點發(fā)現(xiàn)高氯煤層。
⑤鈹、鉛、鎘、鉻。其化合物都是有毒的,是環(huán)境保護要求控制的元素。中國湖南石煤中鎘的含量較高,一般在40克/噸左右。據(jù)某些地方的監(jiān)測表明,工業(yè)煙塵中的鈹、鎘、鉛含量也較高。鎘等元素被認為是對人體有極大潛在危害的元素,骨痛病、高血壓、心臟病和癌癥的產(chǎn)生,均可能與環(huán)境中鎘等元素含量增高有關(guān)。
研究趨勢
研究煤中伴生元素的發(fā)展趨勢為:①加強煤及煤中伴生元素、共生礦產(chǎn)的綜合研究。煤中不但有各種伴生元素,而且在含煤地層中還共生有多種礦產(chǎn)資源。已查明的有各種耐火粘土、膨脹性粘土、高鋁粘土、高嶺土(見)膨潤土、硅藻土、、硫鐵礦、、石墨、石英巖、等。以上礦產(chǎn)均與煤和在成因上有一定聯(lián)系,分布于含煤巖系及其鄰近巖層中,具有一定的層位,形成一定規(guī)模的礦體。因此,可以將煤與煤中伴生元素、共生礦產(chǎn)結(jié)合起來,開展綜合找礦與勘探、綜合研究評價、綜合生產(chǎn)利用。②加強煤中有害元素與環(huán)境關(guān)系的研究。煤中有害元素對環(huán)境所造成的危害是多方面的。煤中某些元素所謂“有害”或“有益”,是對其性質(zhì)而言,如果綜合利用得當,有害元素可以變?yōu)橛幸嬖兀环粗?,有益元素也可以成為有害元素。因此,對煤中有害元素應?cè)重于綜合利用的研究,從根本上消除有害元素的擴散造成的危害,以達到變害為利,變廢為寶,一舉兩得的實