煤系共伴生礦產資源

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　　煤系共伴生礦產資源是指在煤系地層中與煤炭共生或伴生的其他礦產和元素。

　　煤礦中的共伴生礦產資源主要有兩個方面：

　　(一)煤系地層共伴生礦產資源

　　我國含煤地層和煤層中的共生、伴生礦產種類很多。含煤地層中有高嶺岩(土)、耐火粘土、鋁土礦、膨潤土、硅藻土、油頁岩、石墨、鐵礦、石膏、硬石膏、石英砂岩和煤成氣等；含煤地層的基底和蓋層中有石灰岩、岩鹽、礦泉水等。這些礦產分佈廣泛，儲量豐富。

　　煤系地層共伴生礦產資源多是以煤層夾矸、頂板、底板或單獨成層的方式存在。據不完全統計，目前在含煤地層中高嶺土已查明儲量為16．73億t 遠景儲量為55．29億t，預測資源量為1 10．86億t，礦床規模一般在數千萬t以上，有的達幾億至幾十億t，屬中型至特大型礦床；我困優質耐火粘土幾乎全部產於煤系地層中；煤系鈉基膨潤土的儲量超過了世界已查明的鈉基膨潤土儲量；煤系共伴生的石墨不僅儲量大，而且品位高，已探明的總儲量為1．36億t。但是我同煤系地層中的其它礦產資源在很多地方(尤其是煤炭大省)目前綜合開發利用的程度還很低，在經過煤炭的採動破壞之後，許多其它礦產資源已無法再進行開采利用，這無疑是個巨大的損失。

　　(二)煤中伴生元素

　　煤是一種可以用作燃料或工業原料的礦物。它是古代植物經過生物化學作用和地質作用而改變其物理、化學性質，主要由碳、氫、氧、氮等元素組成的黑色固體礦物。煤中還往往含有許多放射性和稀有元素如鈾、鍺、鎵等，這些放射性和稀有元素是半導體和原子能工業的重要原料。它們主要以有機質或以無機礦物相結合的形式存在於煤中，其中許多在煤中形成富集，有的可形成工業礦床(如富鍺煤、富鈾煤、富釩石煤等)。

　　根據煤中伴生元素的性質和用途，可分為有益元素、有害元素。有益元素主要有鍺、鎵、鈾、釩等，可被利用；有害元素主要有硫、磷、氟、氯、砷、鈹、鉛、硼、鎘、汞、硒、鉻等。硫是煤中常見的有害成分，其他有害元素在煤中含量一般不高，但危害較大。對有害元素如果收集、處理得當，也可變成對人有用的財富。但目前一般僅作在煤炭的使用過程中防止工業危害的處理，而這些有害元素對環境危害處理和資源屬性上的利用多還沒有具體的實施。

　　 我國作為以煤為主要能源的的國家，煤中伴生元素與環境的關係、資源利用上的意義更應該引起重視。目前，已查明煤中的伴生元素以鍺、鎵、鈾、釩等的研究較為詳細。

　　1.鍺。鍺是煤中研究最詳的伴生元素之一。鍺主要富集在中、新生代褐煤和部分的中、低變質煙煤中。煤中鍺的含量達20g／t，即可從煙塵或煤的加E產品中提取回收。英周是最早從煤的煙塵中提取鍺的國家。

　　2.鎵。主要與煤系、煤層中的粘土層伴生，一般在煤層的粘土夾層及圍岩中較為富集。我國富鎵煤層多分佈於西南部晚古生代和中生代含煤岩系中。煤中鎵品位達30g／t即可進行綜合利用。

　　3.鈾。一般以鈾黑和鈾的有機化合物存在於煤中。含煤岩系中的鈾礦，是鈾礦床重要工業類型之一。中國從褐煤到無嫻煤以及早古生代石煤中，均有工業品位(300g/t)的富鈉煤層。

　　4.釩。是中國石煤中的主要伴生元素，一般含量在0．3～1、0％之間，高於釩的綜合利用品位(>O.1％)。

　　5.硫。是煤中常見的有害成分。中國的煤相當部分含硫比較高，全國高硫煤產量約占原煤總產量的1／6強。高硫煤層主要分佈於華北晚石炭世和華南晚古生代地層中，以黃鐵礦硫和有機硫為主。煉焦時煤中硫轉入焦炭，用於冶煉時，易使生鐵產生熱脆性，影響生鐵質量。在燃燒過程中，1t煤可排放出約60kg二氧化硫，是造成環境污染的主要物質來源。

　　6.磷。煤中磷含量低，一般只有千分之幾。煉焦時，磷隨著礦物質轉入焦炭，冶煉時易使生鐵產生冷脆性，影響生鐵質量；燃燒時污染空氣。

　　7.砷。是有毒元素，主要以砷黃鐵礦形式存在於煤中，中國某些煤礦的煤，砷含量在50g／t以上，高者可達200～300g／t。

　　8.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％之問(最高可達2％ )。

　　9.鈹、鉛、鎘、鉻。其化合物都是有毒的，是環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40g／t左右。據某些地方的監測表明，丁業炯塵中的鈹、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、心臟病和癌症的產生均可能與環境中鎘等元素含量增高有關。

　　我國煤炭資源分佈具有時空廣泛的特點，從成煤時代看．從早古生代到新生代均有，聚煤區也分佈於我國華北、西北、東北、西南和華南的遼闊領域內。產出於煤系地層的共、伴生礦產具有如此豐厚的物質基礎及漫長的時間條件，種類也就具有豐富多彩的特征。共、伴生礦產與煤一樣，究其成因大多屬同生沉積成因，屬沉積礦產，部分屬後生作用和沉積變質作用成因。占據沉積礦產主要地位的是非金屬礦產，但也包括一些燃料礦產(如天然氣、煤成氣)和金屬礦產，如賦存於煤系地層中的微量、稀有、放射性元素等。由此可見，煤系共伴生礦產具有時代延伸長、分佈廣泛、品種豐富的特點。

　　1.固體共伴生礦產

　　(1)金屬類

　　能供工業上提取某種金屬元素的礦物資源，根據其工業用途及金屬元素性質的不同又可分為：黑色金屬、有色金屬、輕金屬、貴金屬、放射性、稀有及分散元素等。在煤系中常見共伴生的金屬礦產以稀有、分散及放射性元素(以微量元素出現)較常見。如鍺、鎵、鈾、釷等。含煤岩系中的鈾是鈾礦床的重要工業類型之一 煤中釩主要以含鋁硅酸鹽類礦物形式富集於石煤中。某些煤層頂底板和夾矸中，常可見共生的鍺、鎵等元素富集層。少許地區也曾發現某些貴金屬富集於煤層本身或其頂底板中，如金、鉑、銀。鐵礦物以菱鐵礦、赤鐵礦、揭鐵礦較常見。

　　(2)非金屬類

　　能供工業上提取某種非金屬元素或直接利用礦物或礦物集合體的某種工藝性質的礦物資源。根據其工業用途可分為：冶金輔助原料類、化工原料、化肥原料類、工業製造業用礦物原料類、陶瓷及玻璃原料類、建築材料及水泥原料類、工藝美術及寶石類、鑄石材料、研磨材料等等。總之，非金屬礦產類指的是除金屬，燃料礦產和地下水資源外能開發利用的其它有用礦物、岩石、砂礫和能混合加工成工業產品的一切礦物和岩石的總稱。與煤系共伴生的非金屬礦產種類繁多，分佈廣泛，儲量豐富，絕大部分為沉積成因。煤系中常見的種類有：高嶺土、耐火粘土、硅藻土、膨潤土、葉臘石、石墨、硫鐵礦、石膏、硬石膏、石灰岩、白雲岩、石英砂、寶石類(如琥珀)。

　　(3)可燃有機岩

　　指固態的可以燃燒的，由生物有機質沉積形成的岩石，主要成分為碳及碳氫化合物。主要有油頁岩、固體瀝青、高碳質頁岩、地蠟和泥炭(固結一半固結)等。

　　2.液態共、伴生礦產

　　①可燃有機礦產：石油、軟瀝青、煤成油等。

　　②從廣義講，亦可包括可利用地下水、礦泉水、地熱水等。

　　3.氣態共伴生礦產

　　以含煤岩系中有機質在煤化過程中形成的氣態碳氫化合物為主，稱為煤成氣，主要成份為甲烷，含不等量的重烴、少量氮和二氧化碳。賦存在煤層中的煤成氣則稱為煤層氣(煤層甲烷，煤層瓦斯)。煤成氣的開發具有重大的經濟效益，因而已成為國內外能源開發研究的熱點。

　　我國的煤炭儲量十分豐富，不少礦區都有煤共生或伴生的金屬和非金屬礦產資源，共伴生礦產資源的開發利用就是要把採礦、冶煉加工和製造結合起來，既要開采和利用各種礦產品，又要逐步達到能生產含鐵、硅、鋁、礬等物質的各種產品。同時，還要綜合利用煤礦生產過程中的副產品，如煤矸石、洗煤泥、礦井瓦斯等。用煤矸石和洗煤泥建坑口電廠；用煤矸石作燃料和原料生產矸石磚和建材用礦渣水泥；從高硫煤矸石中回收硫精砂；收集和利用礦井瓦斯為城市居民提供新的能源和工業動力燃料；開發利用高嶺岩(土)為造紙、陶瓷、電纜等生產企業提供重要生產原料和添料。開發利用共伴生礦產資源有利於資源的回收和環境保護，從而變廢為寶，獲得經濟、社會和環境的最大效益，提高企業的實力。煤炭企業要走資源綜合開采、深度加工、高效利用、迴圈發展的路子，這是一條從根本上擺脫傳統煤炭工業以大量消耗資源、犧牲環境為代價的發展模式，將與煤共伴生的礦石、煤層氣、瓦斯、礦井水、高嶺岩等多種資源及廢棄物統籌規劃，綜合開采出來，進行加工利用。

　　煤矸石的開發利用。據統計，我國煤矸石堆積量達到35億噸，每年預計增加2億噸以上，綜合開發利用煤矸石可化害為利、變廢為寶，既減少礦井矸石排放占用土地，消除和減少煤矸石對大氣和地表水的污染，又可以為社會提供很多有益的產品。目前，全國煤矸石年利用率達到當年排放量的45％以上，主要利用煤矸石作燃料、原料和材料，大力興辦煤矸石電廠、矸石磚廠、水泥廠、建材廠和化工廠。到2002年，全國煤矸石電廠總裝機容量達300萬千瓦，發電量為160億千瓦時，煤矸石利用量約為8000萬噸。2005年，煤矸石電廠總裝機達400萬千瓦，年發電200億千瓦時，利用煤矸石2．4億噸。利用煤矸石建矸石磚廠，年產矸石磚60億～80億塊，年利用煤矸石12億～ 16億噸。利用煤矸石建水泥廠，年產礦渣水泥1．7億噸，年利用煤矸石2．0億噸。與此同時，利用煤矸石電廠、矸石磚廠、建材廠的小型脫硫裝置和工藝，還可以解決二氧化硫的排放問題。此外，從煤矸石提取結晶硅、鈦、鋁等其他化工產品。回收硫鐵礦。我國煤系硫鐵礦資源極其豐富，據不完全統計，煤系伴生、共生硫鐵礦儲量達40億噸，占全國硫鐵礦保有儲量一半多。回收煤系硫鐵礦是減少污染和防治酸雨的根本途徑，從高硫煤洗矸和共生礦中回收硫鐵礦，經濟上是有利的。我國從1983年開始開展回收硫鐵礦工作，利用重選法分選，粗粒用跳汰，細粒用螺旋選礦機和搖床。其所用設備結構簡單，生產能力大，選別效果好，硫的回收率均在40％以上，一般達60％～ 70％，回收硫鐵礦的工藝流程較簡單、技術上可行、生產效率也高。同時，隨著國家環保政策的貫徹執行，SO,的控制已提到議事El程上來，高硫煤屬於國家限制煤種，京津唐等沿海經濟發達城市禁止含硫量大於0．8％ 的煤炭入市，大量的高硫煤逐漸失去市場，降硫回收硫鐵礦也符合國家的產業政策。

　　煤礦瓦斯的開發利用。瓦斯是植物殘骸在成煤過程中伴生的產物，它的主要成份是甲烷(CH4)，具有易燃性和可爆性，熱值高達35．8MJ／m3，遏高溫(650℃ ～750℃)時會引起瓦斯爆炸，造成巨大的災害。如果在開采前或開采過程中把礦井瓦斯有效地開發利用，不僅可以避免瓦斯事故，還可以化害為利，用它作生活燃料和工業原料，既經濟又清潔。同時，也是重要的化工原料，可製造合成氨、甲醇、乙炔、尿素、炭黑等基本化工原料產品。我國現有煤層氣總儲量達300000億～350000億立方米，相當於450億噸標煤。2002年，全國煤炭企業利用瓦斯量不足8億立方米，而向大氣排放量高達60多億立方米，礦井瓦斯利用率5％左右。從目前來看，瓦斯抽放是開發利用煤礦瓦斯的一條有效的技術途徑。我國瓦斯抽放始於1950年撫順礦務局，之後包頭、陽泉、晉城、鐵法等礦區採用地面鑽孔抽放鄰煤層瓦斯均獲得成功。開發利用煤礦瓦斯，已成為我國現有能源構成的重要補充。

　　高嶺岩(土)的開發利用。煤系高嶺岩(土)是我國特有的高嶺土資源，主要分佈在我國北方的華北、東北、西北地區的石炭二疊系煤系中，探明儲量約有16．73億噸。從二十世紀八十年代始，我國開始開展煤系高嶺岩(土)的煅燒工作，九十年代始規模生產，生產工藝流程為：原礦一水洗一破碎一磨粉一制漿一磨剝一干燒一打散一煅燒一打散一分級一產品。由於工藝複雜及產礦供應量，我國每年產高嶺土不足20萬噸。世界高嶺土貿易量年約為700萬噸，80％用於造紙。15％用於陶瓷，其他占5％。我國用於造紙用顏料的高嶺土等礦物量年需70萬～80萬噸，由於高嶺土短缺，以進口方式或其他礦物顏料代替，高嶺土進口平均價格每噸為700多美元／t。國內燒煅土(白度≥9O％)市場價格從2500元／t～5500元／t，產品等級價差較大。由於高嶺土在國內外市場短缺，開發利用高嶺土礦產資源有利於資源的合理利用，同時也是煤炭企業發展壯大，加快非煤產業發展的戰略項目之一。