Occurrence characteristics of Sr in coal from Tashan Coal Mine in Datong,Shanxi Province
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摘要:
大同煤田石炭−二叠系煤层中广泛分布有印支期和燕山期火成岩,使煤层发生接触变质作用。以往的研究表明塔山井田5222巷煤中微量元素Sr异常富集,接触变质煤和正常煤中Sr含量最大值分别为 3 067 μg/g和 2 729 μg/g,平均含量为 1 165 μg/g,是世界煤中Sr平均含量的10.6倍,但其赋存特征尚不清楚。通过对塔山井田5222巷煤和辉绿岩岩墙进行系统采样,综合运用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)、带能谱的扫描电子显微镜(SEM-EDS)对样品进行Sr元素和主量元素含量测定及矿物学分析,结合元素相关性分析和逐级化学提取等方法,研究了煤中Sr的赋存状态。煤中Sr与P2O5的显著相关性和逐级化学提取试验得出,Sr可能主要与含磷矿物(磷灰石)和硅酸盐矿物(黏土)结合;扫描电镜分析得出这2类矿物紧密交互共生,磷灰石的种类包括呈六方柱形的氟磷灰石和嵌入在黏土矿物中呈细小分散粒状的羟基磷灰石。
Abstract:Datong Coalfield was intruded by igneous intrusions in both the Indosinian (Late Permian to the end of the Triassic) and the Yanshan (Late Jurassic to the Early Cretaceous) periods, which caused contact metamorphism of the coal seam. Previous studies have shown that Sr is significantly enriched in coal from the 5222 tunnel of the Tashan coal mine. The maximum concentration of Sr in thermally-altered and unaffected coal is
3067 μg/g and2729 μg/g respectively, and the average concentration of Sr is1165 μg/g, which is 10.6times of the world average level in hard coal. However, the modes of occurrence of Sr in the Tashan coal still remain unclear. Samples in the 5222 tunnel including coal and intrusive rock were systematically collected. Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and X-ray fluorescence spectrometry (XRF) were applied to elucidate Sr concentration variations in the sample; correlation analysis, scanning electron microscope with energy spectrum (SEM-EDS), and sequential chemical extraction procedure (SCEP) were carried out to reveal the occurrence modes of Sr, as well as the characteristics of Sr-bearing minerals. The results demonstrated that Sr exhibits a strong correlation with P2O5 in coal; Sr mainly occurs in phosphate (apatite) and clay minerals that are intimately associated; apatite was distinguished as fluorapatite in the shape of hexagonal columns and hydroxyapatite in the shape of fine scattered particles embedded in the clay minerals.-
Keywords:
- Tashan coal mine /
- coal /
- Sr /
- apatite /
- modes of occurrence
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表 1 塔山井田微量元素Sr含量与主量元素含量
Table 1 Sr concentration and major element content from Tashan coal mine
样品 Sr含量/(μg·g−1) 含量/% SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O MnO TiO2 P2O5 FeO T1 1 649 9.61 6.56 1.27 2.41 5.86 0.14 0.13 0.022 0.15 0.332 0.57 T2 1 452 6.73 6.40 0.48 0.63 1.63 0.07 0.16 0.009 0.11 0.297 0.2 T3 2 318 6.44 6.07 0.33 0.43 1.35 0.07 0.07 0.006 0.13 0.425 0.25 T4 3 067 6.86 7.17 0.03 0.05 0.18 0.05 0.02 bdl 0.07 0.484 0 T5 85 6.66 6.13 0.53 0.24 0.61 0.03 0.05 0.008 0.12 0.027 0.35 T6 1 839 4.59 4.86 0.04 0.05 0.21 0.03 0.02 bdl 0.03 0.335 bdl T7 2 618 5.43 5.26 0.04 0.05 0.27 0.04 0.04 bdl 0.04 0.430 bdl T8 108 3.47 3.22 0.13 0.10 0.58 0.02 0.03 0.004 0.10 0.030 0.1 T9 57 2.80 3.09 0.49 0.29 1.22 0.02 0.02 0.010 0.04 0.191 0.4 T10 24 2.85 2.74 1.84 0.27 1.74 0.01 0.02 0.020 0.06 0.009 0.94 T11 2 110 4.72 4.83 bdl 0.04 0.22 0.04 0.02 bdl 0.04 0.373 bdl T12 36 5.11 4.53 0.04 0.07 1.15 0.01 0.03 bdl 0.03 0.016 bdl T13 36 4.16 3.85 2.08 0.19 1.25 0.02 0.04 0.015 0.07 0.012 0.7 T14 30 6.97 6.20 0.06 0.06 1.00 0.02 0.03 0.004 0.06 0.013 bdl T15 2 729 8.20 8.24 0.08 0.07 0.29 0.03 0.03 bdl 0.34 0.455 bdl T16 485 3.44 4.31 0.59 0.13 2.48 0.02 0.03 0.007 0.04 0.080 0.36 10 号 612 — — — — — — — — — — — 11 号 712 — — — — — — — — — — — 12 号 619 — — — — — — — — — — — 注:bdl表示低于检测下限,数据引自文献[21]。 表 2 煤中主量元素与Sr相关系数( r 值)
Table 2 Correlation coefficients between major elements and Sr in coal samples
变量 正常煤中Sr 接触变质煤中Sr SiO2 0.538 −0.012 Al2O3 0.652 0.650 Fe2O3 −0.472 −0.414 MgO −0.581 −0.090 CaO −0.683 −0.074 Na2O 0.890 0.182 K2O 0.119 −0.211 MnO −0.622 0.421 TiO2 0.434 −0.503 P2O5 0.961 0.982 FeO −0.533 −0.536 表 3 煤样中不同赋存状态Sr的占比
Table 3 Proportion of Sr with different occurrence states in coal samples
% 样品编号 水溶态 离子交换态 碳酸盐结合态 硅酸盐结合态 黄铁矿结合态 有机结合态 T1 0.19 1.30 13.04 41.30 14.80 29.37 T2 0.23 0.98 5.62 56.57 8.11 28.49 T3 0.47 0.55 5.77 34.83 14.05 44.33 T4 0.08 0.08 2.31 32.21 40.86 24.46 T5 1.01 1.72 4.65 66.51 6.62 19.49 T6 0.09 0.08 1.83 65.59 15.00 17.41 T7 0.03 0.03 0.40 81.00 8.17 10.37 T8 0.87 4.36 1.69 44.59 3.56 44.93 T9 0.18 0.27 2.07 74.50 5.90 17.08 T11 0.05 0.04 1.32 85.21 4.18 9.20 T15 0.13 0.17 5.00 36.00 23.02 35.68 T16 0.25 1.16 6.50 70.63 1.82 19.64 接触变质煤均值 0.39 0.93 6.28 46.28 16.99 29.23 正常煤均值 0.23 0.87 2.69 65.36 8.81 22.04 表 4 T4、T15中主量元素含量
Table 4 Content of major elements in T4 and T15
% 样品编号 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O MnO2 TiO2 P2O5 T4-1 6.0 4.6 0.53 0.21 1.5 0.05 0.04 138 0.11 3.2 T4-2 6.0 4.5 0.48 0.19 1.0 0.06 0.04 116 0.11 3.0 T4-3 6.1 4.6 0.18 bdl 0.15 0.04 0.04 39 0.11 3.0 T4-4 1.0 0.25 0.06 bdl 0.17 0.02 bdl 13 0.05 0.36 T15-1 7.2 6.2 0.17 bdl 0.19 0.01 0.02 30 0.14 4.4 T15-2 7.3 6.4 0.17 bdl 0.13 0.03 0.03 10 0.14 4.4 T15-3 7.2 6.2 0.17 bdl 0.10 0.05 0.02 22 0.13 4.3 T15-4 0.82 0.22 0.12 bdl 0.11 0.04 bdl 18 0.06 0.21 注:bdl表示低于检测下限。 -
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