煤中重稀土元素的赋存状态与控制机理

The modes of occurrence of rare earth elements (REE) in coal are of significance in supplying information for coal-forming basins and regional tectonic evolution. Heavy rare earth elements (HREE) are usually regarded as strategic elements because they are more expensive and valuable in use. Their modes of occurrence in cola are different from light rare earth elements (LREE). The study of HREE is thus has both theoretic and practical significance. REE-rich coals from southwestern China and Inner Mongolia will be taken as typical cases for the present study. The aims are to investigate the modes of occurrence of HREE and their carriers in the coals. A couple of geological factors will also be studied, including volcanic ashes, magma activities, hydrothermal solutions, sediment sources, coal basin evolution, coal-forming depositional environment, coal facies, organism, weathering and oxidation, and coal rank advance. The affinity of HREE to macerals will also be studied, as well as the influence of origins of the HREE on their modes of occurrence. The geological and geochemical factors will be revealed, in order to clarify the modes of the occurrence and control mechanism, and thus to supply evidence for rare metal ores in coal-bearing sequences.

煤中稀土元素的赋存状态可以提供聚煤盆地和区域地质构造演化等方面的重要信息。重稀土元素因相对轻稀土元素有更高的经济和利用价值常被视为战略性元素，它们在煤中常表现出不同于轻稀土元素的赋存状态，因此煤中重稀土元素的赋存状态和控制机理的研究具有重要的理论和现实意义。课题将以我国西南地区和内蒙古典型矿区富稀土煤为主要研究对象，研究重稀土元素在煤中的赋存状态和在载体矿物以及有机质中的分布特征，查明火山灰、岩浆和热液活动、物源供给、聚煤环境、煤相、生物有机质、风化氧化、煤阶演化等诸地质控制因素，研究重稀土元素与不同显微组分的亲和性，追溯稀土元素的不同来源对其赋存状态的影响，揭示各种影响重稀土元素赋存状态的地质和地球化学因素的内在联系，从而阐明煤中重稀土元素的赋存状态和控制机理，为煤共（伴）生稀有金属矿床的研究提供煤地质学的依据。

以我国西南和华北煤盆地典型矿区富稀土元素的煤为主要研究对象，运用煤岩学、地球化学、矿物学和煤地质学理论，研究了稀土元素在煤中的赋存状态和在载体矿物以及有机质中的分布特征，揭示了火山灰和热液活动是导致稀土元素富集的两种主控因素。对华北沁水盆地晋城和大青山煤田煤的研究发现，煤中的轻、重稀土元素的赋存状态差异显著。煤中轻稀土元素（La、Ce、Pr和Nd）主要赋存在磷酸盐矿物中，重稀土元素（Sm到Lu）表现出与有机质的高度亲和性。以沁水盆地高阶煤为例，研究了煤中矿物（氨伊利石、高岭石、叶腊石、锂绿泥石、鲕绿泥石、硬水铝石、稀土元素矿物等）的赋存状态、地质成因和演化特征，揭示了高煤阶煤中矿物演化序列及其机理。发现晋城煤中REE和Li的异常富集可能是燕山期造山运动期间岩浆活动有关的热液活动造成的。大青山煤田大炭壕煤的中稀土元素富集通常由酸性热液流体活动导致，重稀土元素富集则往往与同生阶段的碱性环境有关。而在我国西南地区，碱性火山灰是西南地区煤系中REE、Nb、Ta等金属富集的主控因素之一。对含煤岩系中稀土元素的来源和赋存机制的研究，为煤系关键金属矿床的成矿机理提供了理论依据。项目负责人在International Journal of Coal Geology、Ore Geology Reviews、Minerals等主流学术刊物上发表第一作者SCI论文5篇，其中1篇入选ESI高被引论文，出版专著1部。在项目执行期间，项目负责人当选国际有机岩石学会（TSOP）理事（2017-2019）、国际Dal Swaine奖励委员会主席（2018-2019）、中国煤炭学会青年工作委员会秘书长（2020年起）。以本课题的重要成果积累为基础，负责人获得国家自然科学基金优秀青年基金项目资助（2021-2023）。项目培养了3名硕士研究生。