煤系共伴生矿产资源

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　　煤系共伴生矿产资源是指在煤系地层中与煤炭共生或伴生的其他矿产和元素。

　　煤矿中的共伴生矿产资源主要有两个方面：

　　(一)煤系地层共伴生矿产资源

　　我国含煤地层和煤层中的共生、伴生矿产种类很多。含煤地层中有高岭岩(土)、耐火粘土、铝土矿、膨润土、硅藻土、油页岩、石墨、铁矿、石膏、硬石膏、石英砂岩和煤成气等；含煤地层的基底和盖层中有石灰岩、岩盐、矿泉水等。这些矿产分布广泛，储量丰富。

　　煤系地层共伴生矿产资源多是以煤层夹矸、顶板、底板或单独成层的方式存在。据不完全统计，目前在含煤地层中高岭土已查明储量为16．73亿t 远景储量为55．29亿t，预测资源量为1 10．86亿t，矿床规模一般在数千万t以上，有的达几亿至几十亿t，属中型至特大型矿床；我困优质耐火粘土几乎全部产于煤系地层中；煤系钠基膨润土的储量超过了世界已查明的钠基膨润土储量；煤系共伴生的石墨不仅储量大，而且品位高，已探明的总储量为1．36亿t。但是我同煤系地层中的其它矿产资源在很多地方(尤其是煤炭大省)目前综合开发利用的程度还很低，在经过煤炭的采动破坏之后，许多其它矿产资源已无法再进行开采利用，这无疑是个巨大的损失。

　　(二)煤中伴生元素

　　煤是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。它是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质，主要由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。煤中还往往含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓等，这些放射性和稀有元素是半导体和原子能工业的重要原料。它们主要以有机质或以无机矿物相结合的形式存在于煤中，其中许多在煤中形成富集，有的可形成工业矿床(如富锗煤、富铀煤、富钒石煤等)。

　　根据煤中伴生元素的性质和用途，可分为有益元素、有害元素。有益元素主要有锗、镓、铀、钒等，可被利用；有害元素主要有硫、磷、氟、氯、砷、铍、铅、硼、镉、汞、硒、铬等。硫是煤中常见的有害成分，其他有害元素在煤中含量一般不高，但危害较大。对有害元素如果收集、处理得当，也可变成对人有用的财富。但目前一般仅作在煤炭的使用过程中防止工业危害的处理，而这些有害元素对环境危害处理和资源属性上的利用多还没有具体的实施。

　　 我国作为以煤为主要能源的的国家，煤中伴生元素与环境的关系、资源利用上的意义更应该引起重视。目前，已查明煤中的伴生元素以锗、镓、铀、钒等的研究较为详细。

　　1.锗。锗是煤中研究最详的伴生元素之一。锗主要富集在中、新生代褐煤和部分的中、低变质烟煤中。煤中锗的含量达20g／t，即可从烟尘或煤的加E产品中提取回收。英周是最早从煤的烟尘中提取锗的国家。

　　2.镓。主要与煤系、煤层中的粘土层伴生，一般在煤层的粘土夹层及围岩中较为富集。我国富镓煤层多分布于西南部晚古生代和中生代含煤岩系中。煤中镓品位达30g／t即可进行综合利用。

　　3.铀。一般以铀黑和铀的有机化合物存在于煤中。含煤岩系中的铀矿，是铀矿床重要工业类型之一。中国从褐煤到无娴煤以及早古生代石煤中，均有工业品位(300g/t)的富钠煤层。

　　4.钒。是中国石煤中的主要伴生元素，一般含量在0．3～1、0％之间，高于钒的综合利用品位(>O.1％)。

　　5.硫。是煤中常见的有害成分。中国的煤相当部分含硫比较高，全国高硫煤产量约占原煤总产量的1／6强。高硫煤层主要分布于华北晚石炭世和华南晚古生代地层中，以黄铁矿硫和有机硫为主。炼焦时煤中硫转入焦炭，用于冶炼时，易使生铁产生热脆性，影响生铁质量。在燃烧过程中，1t煤可排放出约60kg二氧化硫，是造成环境污染的主要物质来源。

　　6.磷。煤中磷含量低，一般只有千分之几。炼焦时，磷随着矿物质转入焦炭，冶炼时易使生铁产生冷脆性，影响生铁质量；燃烧时污染空气。

　　7.砷。是有毒元素，主要以砷黄铁矿形式存在于煤中，中国某些煤矿的煤，砷含量在50g／t以上，高者可达200～300g／t。

　　8.氟、氯、硼。均系强腐蚀性元素，对煤炭加工器械有不同程度的腐蚀作用。英国煤中含氯较高，在0．1～1．0％之问(最高可达2％ )。

　　9.铍、铅、镉、铬。其化合物都是有毒的，是环境保护要求控制的元素。中国湖南石煤中镉的含量较高，一般在40g／t左右。据某些地方的监测表明，丁业炯尘中的铍、镉、铅含量也较高。镉等元素被认为是对人体有极大潜在危害的元素，骨痛病、高血压、心脏病和癌症的产生均可能与环境中镉等元素含量增高有关。

　　我国煤炭资源分布具有时空广泛的特点，从成煤时代看．从早古生代到新生代均有，聚煤区也分布于我国华北、西北、东北、西南和华南的辽阔领域内。产出于煤系地层的共、伴生矿产具有如此丰厚的物质基础及漫长的时间条件，种类也就具有丰富多彩的特征。共、伴生矿产与煤一样，究其成因大多属同生沉积成因，属沉积矿产，部分属后生作用和沉积变质作用成因。占据沉积矿产主要地位的是非金属矿产，但也包括一些燃料矿产(如天然气、煤成气)和金属矿产，如赋存于煤系地层中的微量、稀有、放射性元素等。由此可见，煤系共伴生矿产具有时代延伸长、分布广泛、品种丰富的特点。

　　1.固体共伴生矿产

　　(1)金属类

　　能供工业上提取某种金属元素的矿物资源，根据其工业用途及金属元素性质的不同又可分为：黑色金属、有色金属、轻金属、贵金属、放射性、稀有及分散元素等。在煤系中常见共伴生的金属矿产以稀有、分散及放射性元素(以微量元素出现)较常见。如锗、镓、铀、钍等。含煤岩系中的铀是铀矿床的重要工业类型之一 煤中钒主要以含铝硅酸盐类矿物形式富集于石煤中。某些煤层顶底板和夹矸中，常可见共生的锗、镓等元素富集层。少许地区也曾发现某些贵金属富集于煤层本身或其顶底板中，如金、铂、银。铁矿物以菱铁矿、赤铁矿、揭铁矿较常见。

　　(2)非金属类

　　能供工业上提取某种非金属元素或直接利用矿物或矿物集合体的某种工艺性质的矿物资源。根据其工业用途可分为：冶金辅助原料类、化工原料、化肥原料类、工业制造业用矿物原料类、陶瓷及玻璃原料类、建筑材料及水泥原料类、工艺美术及宝石类、铸石材料、研磨材料等等。总之，非金属矿产类指的是除金属，燃料矿产和地下水资源外能开发利用的其它有用矿物、岩石、砂砾和能混合加工成工业产品的一切矿物和岩石的总称。与煤系共伴生的非金属矿产种类繁多，分布广泛，储量丰富，绝大部分为沉积成因。煤系中常见的种类有：高岭土、耐火粘土、硅藻土、膨润土、叶腊石、石墨、硫铁矿、石膏、硬石膏、石灰岩、白云岩、石英砂、宝石类(如琥珀)。

　　(3)可燃有机岩

　　指固态的可以燃烧的，由生物有机质沉积形成的岩石，主要成分为碳及碳氢化合物。主要有油页岩、固体沥青、高碳质页岩、地蜡和泥炭(固结一半固结)等。

　　2.液态共、伴生矿产

　　①可燃有机矿产：石油、软沥青、煤成油等。

　　②从广义讲，亦可包括可利用地下水、矿泉水、地热水等。

　　3.气态共伴生矿产

　　以含煤岩系中有机质在煤化过程中形成的气态碳氢化合物为主，称为煤成气，主要成份为甲烷，含不等量的重烃、少量氮和二氧化碳。赋存在煤层中的煤成气则称为煤层气(煤层甲烷，煤层瓦斯)。煤成气的开发具有重大的经济效益，因而已成为国内外能源开发研究的热点。

　　我国的煤炭储量十分丰富，不少矿区都有煤共生或伴生的金属和非金属矿产资源，共伴生矿产资源的开发利用就是要把采矿、冶炼加工和制造结合起来，既要开采和利用各种矿产品，又要逐步达到能生产含铁、硅、铝、矾等物质的各种产品。同时，还要综合利用煤矿生产过程中的副产品，如煤矸石、洗煤泥、矿井瓦斯等。用煤矸石和洗煤泥建坑口电厂；用煤矸石作燃料和原料生产矸石砖和建材用矿渣水泥；从高硫煤矸石中回收硫精砂；收集和利用矿井瓦斯为城市居民提供新的能源和工业动力燃料；开发利用高岭岩(土)为造纸、陶瓷、电缆等生产企业提供重要生产原料和添料。开发利用共伴生矿产资源有利于资源的回收和环境保护，从而变废为宝，获得经济、社会和环境的最大效益，提高企业的实力。煤炭企业要走资源综合开采、深度加工、高效利用、循环发展的路子，这是一条从根本上摆脱传统煤炭工业以大量消耗资源、牺牲环境为代价的发展模式，将与煤共伴生的矿石、煤层气、瓦斯、矿井水、高岭岩等多种资源及废弃物统筹规划，综合开采出来，进行加工利用。

　　煤矸石的开发利用。据统计，我国煤矸石堆积量达到35亿吨，每年预计增加2亿吨以上，综合开发利用煤矸石可化害为利、变废为宝，既减少矿井矸石排放占用土地，消除和减少煤矸石对大气和地表水的污染，又可以为社会提供很多有益的产品。目前，全国煤矸石年利用率达到当年排放量的45％以上，主要利用煤矸石作燃料、原料和材料，大力兴办煤矸石电厂、矸石砖厂、水泥厂、建材厂和化工厂。到2002年，全国煤矸石电厂总装机容量达300万千瓦，发电量为160亿千瓦时，煤矸石利用量约为8000万吨。2005年，煤矸石电厂总装机达400万千瓦，年发电200亿千瓦时，利用煤矸石2．4亿吨。利用煤矸石建矸石砖厂，年产矸石砖60亿～80亿块，年利用煤矸石12亿～ 16亿吨。利用煤矸石建水泥厂，年产矿渣水泥1．7亿吨，年利用煤矸石2．0亿吨。与此同时，利用煤矸石电厂、矸石砖厂、建材厂的小型脱硫装置和工艺，还可以解决二氧化硫的排放问题。此外，从煤矸石提取结晶硅、钛、铝等其他化工产品。回收硫铁矿。我国煤系硫铁矿资源极其丰富，据不完全统计，煤系伴生、共生硫铁矿储量达40亿吨，占全国硫铁矿保有储量一半多。回收煤系硫铁矿是减少污染和防治酸雨的根本途径，从高硫煤洗矸和共生矿中回收硫铁矿，经济上是有利的。我国从1983年开始开展回收硫铁矿工作，利用重选法分选，粗粒用跳汰，细粒用螺旋选矿机和摇床。其所用设备结构简单，生产能力大，选别效果好，硫的回收率均在40％以上，一般达60％～ 70％，回收硫铁矿的工艺流程较简单、技术上可行、生产效率也高。同时，随着国家环保政策的贯彻执行，SO,的控制已提到议事El程上来，高硫煤属于国家限制煤种，京津唐等沿海经济发达城市禁止含硫量大于0．8％ 的煤炭入市，大量的高硫煤逐渐失去市场，降硫回收硫铁矿也符合国家的产业政策。

　　煤矿瓦斯的开发利用。瓦斯是植物残骸在成煤过程中伴生的产物，它的主要成份是甲烷(CH4)，具有易燃性和可爆性，热值高达35．8MJ／m3，遏高温(650℃ ～750℃)时会引起瓦斯爆炸，造成巨大的灾害。如果在开采前或开采过程中把矿井瓦斯有效地开发利用，不仅可以避免瓦斯事故，还可以化害为利，用它作生活燃料和工业原料，既经济又清洁。同时，也是重要的化工原料，可制造合成氨、甲醇、乙炔、尿素、炭黑等基本化工原料产品。我国现有煤层气总储量达300000亿～350000亿立方米，相当于450亿吨标煤。2002年，全国煤炭企业利用瓦斯量不足8亿立方米，而向大气排放量高达60多亿立方米，矿井瓦斯利用率5％左右。从目前来看，瓦斯抽放是开发利用煤矿瓦斯的一条有效的技术途径。我国瓦斯抽放始于1950年抚顺矿务局，之后包头、阳泉、晋城、铁法等矿区采用地面钻孔抽放邻煤层瓦斯均获得成功。开发利用煤矿瓦斯，已成为我国现有能源构成的重要补充。

　　高岭岩(土)的开发利用。煤系高岭岩(土)是我国特有的高岭土资源，主要分布在我国北方的华北、东北、西北地区的石炭二叠系煤系中，探明储量约有16．73亿吨。从二十世纪八十年代始，我国开始开展煤系高岭岩(土)的煅烧工作，九十年代始规模生产，生产工艺流程为：原矿一水洗一破碎一磨粉一制浆一磨剥一干烧一打散一煅烧一打散一分级一产品。由于工艺复杂及产矿供应量，我国每年产高岭土不足20万吨。世界高岭土贸易量年约为700万吨，80％用于造纸。15％用于陶瓷，其他占5％。我国用于造纸用颜料的高岭土等矿物量年需70万～80万吨，由于高岭土短缺，以进口方式或其他矿物颜料代替，高岭土进口平均价格每吨为700多美元／t。国内烧煅土(白度≥9O％)市场价格从2500元／t～5500元／t，产品等级价差较大。由于高岭土在国内外市场短缺，开发利用高岭土矿产资源有利于资源的合理利用，同时也是煤炭企业发展壮大，加快非煤产业发展的战略项目之一。