包郵煤型稀土礦床/煤型關鍵金屬礦床叢書

作者：代世峰//王西勃//趙蕾//趙利信//沈

出版社：科學出版社出版時間：2022-09-01

開本： 16開 頁數： 295

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版權信息
本書特色
內容簡介
目錄
節選

煤型稀土礦床/煤型關鍵金屬礦床叢書版權信息

ISBN：9787030716699
條形碼：9787030716699 ; 978-7-03-071669-9
裝幀：一般膠版紙
冊數：暫無
重量：暫無
所屬分類：
工業技術
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能源與動力工程

煤型稀土礦床/煤型關鍵金屬礦床叢書本書特色

本書可供煤地質學、礦床學、地球化學、礦物學、冶金學等相關專業的科研人員、工程技術人員及高等院校師生參考。

煤型稀土礦床/煤型關鍵金屬礦床叢書內容簡介

本書論述了煤中稀土元素的豐度、富集成因、富集類型及其影響因素，討論了煤中稀土元素(Ce、Eu、Y、La和Gd)異常的原因與判識方法，以西南地區晚二疊世煤、堿性火山灰層及華北聚煤盆地（特別是鄂爾多斯盆地東緣)晚古生代煤和煤系為主要研究對象，揭示了火山灰、熱液流體和地下水對稀土元素富集的影響機制，提出了稀土元素的富集成因模式，并對煤和煤系中稀土元素的開發利用價值進行了評估。同時，本書對煤及煤系中與稀土元素共伴生的鈮、鉭、鋯、鈴、鎵的豐度、賦存狀態和富集成因進行了討論。本書可供煤地質學、礦床學、地球化學、礦物學、冶金學等相關專業的科研人員、工程技術人員及高等院校師生參考。

煤型稀土礦床/煤型關鍵金屬礦床叢書目錄

目錄
叢書序
前言
**章緒論 1
**節稀土元素的基本地球化學性質 1
第二節稀土元素的工業價值與儲量 2
第二章煤中稀土元素 5
**節煤和煤灰中稀土元素的含量 5
第二節煤中稀土元素的評價方法 11
一、稀土元素氧化物含量 12
二、前景系數 12
三、REO與Coutl綜合評價 13
第三節煤中稀土元素的富集成因類型 14
第四節煤中稀土元素的配分模式 14
第五節煤中的稀土元素異常 19
一、鈰(Ce)異常 19
二、銪(Eu)異常 24
三、釔(Y)異常 31
四、釓(Gd)異常 32
五、鑭(La)異常 34
第六節煤中稀土元素的含量和組成變化 34
第七節煤中稀土元素的賦存狀態 38
一、煤中稀土元素的無機賦存狀態 38
二、煤中稀土元素的有機賦存狀態 41
第八節煤層圍巖和基底巖石中稀土元素的含量異常 44
一、中國華南地區含煤盆地中凝灰巖型稀土礦化作用 44
二、俄羅斯遠東地區煤中的熱液型稀土礦化作用 47
第九節煤中稀土元素的提取 61
第三章內蒙古準格爾煤型稀土礦床 62
**節地質背景 62
第二節準格爾煤田黑岱溝礦 63
一、樣品采集 63
二、煤的基本特征 63
三、礦物學特征 64
四、煤的地球化學特征 65
五、煤和夾矸中的稀土元素 65
六、稀土元素的富集機理 66
第三節準格爾煤田哈爾烏素礦 67
一、樣品采集 67
二、煤的基本特征 67
三、礦物學特征 67
四、煤的地球化學特征 69
五、稀土元素的賦存狀態 69
六、稀土元素的富集機理 72
第四節準格爾煤田官板烏素礦 73
一、樣品采集 73
二、煤的基本特征 73
三、礦物學特征 73
四、煤的地球化學特征 73
五、稀土元素的賦存狀態與富集機理 73
第五節關鍵金屬利用潛力評價 81
第四章內蒙古大青山煤型稀土礦床 85
**節地質背景 85
第二節大青山煤田阿刀亥礦 86
一、樣品采集 86
二、煤的基本特征 86
三、礦物學特征 88
四、煤的地球化學特征 88
五、稀土元素的賦存狀態 88
第三節大青山煤田大炭壕礦 93
一、樣品采集 93
二、煤的基本特征 93
三、礦物學特征 93
四、煤的地球化學特征 93
五、稀土元素的富集機理 97
第四節大青山煤田海柳樹礦 98
一、樣品采集 98
二、煤的基本特征 98
三、礦物學特征 99
四、煤的地球化學特征 100
五、稀土元素的富集機理 100
第五節關鍵金屬利用潛力評價 102
第五章俄羅斯Pavlovka煤型稀土礦床 105
**節地質背景 105
第二節稀土元素的含量及富稀土元素煤的類型 106
第三節稀土元素的分布特征 109
第四節稀土礦物的特征 115
一、含LREE的磷酸鹽礦物 115
二、含HREY的磷酸鹽礦物 115
三、含LREY的磷鋁酸鹽(Ca、Ba、Sr)礦物 115
四、含(F、Cl)的LREY礦物 115
五、未知的REY礦物 116
第五節稀土元素的賦存狀態 117
第六節稀土元素的富集機理 118
第七節富稀土元素的煤作為釔和重稀土元素的一種新來源 120
第六章美國肯塔基煤型稀土礦床 121
**節東肯塔基州煤中稀土元素的富集模式 121
一、地質背景 121
二、煤巖學特征 122
三、礦物學特征 123
四、稀土元素的賦存狀態 124
五、稀土元素的富集機理 125
第二節美國肯塔基州電廠燃煤產物中稀土元素的分布 127
一、地質背景 127
二、煤的基本特征 128
三、飛灰的巖石學特征 134
四、煤的地球化學特征 135
五、稀土元素的分布特征 136
第七章重慶磨心坡煤型稀土礦床 142
**節地質背景 142
第二節煤的基本特征 143
一、樣品采集 143
二、煤質特征 144
第三節煤巖學特征 144
第四節礦物學特征 145
一、煤及頂底板、夾矸中的礦物 145
二、常量元素與礦物組成的關系 146
三、礦物的賦存狀態 147
四、煤中陸源碎屑的來源 155
第五節煤的地球化學特征 158
第六節煤中REY及U-Re-Se-V-Cr富集的熱液成因 163
第七節稀土元素利用潛力評價 167
第八章四川華鎣山煤型稀土礦床 169
**節地質背景 169
第二節樣品采集 171
第三節煤的基本特征 171
第四節煤巖學特征 172
第五節礦物學特征 174
一、礦物含量 174
二、礦物的賦存狀態 175
第六節煤的地球化學特征 183
一、常量元素 183
二、微量元素 184
第七節稀土元素的分布特征 188
第八節稀土元素的富集機理 188
一、物源區供給 188
二、堿性流紋質火山灰輸入 189
三、多期次熱液流體侵入 190
第九節稀土元素利用潛力評價 191
第九章西南地區晚二疊世煤系凝灰巖型鈮-鋯-稀土-鎵礦床 193
**節晚二疊世凝灰巖的成因與分類 193
一、晚二疊世凝灰巖的成因 193
二、晚二疊世凝灰巖的分類 193
第二節滇東晚二疊世煤系凝灰巖型鈮-鋯-稀土-鎵礦床的特征 194
一、地質背景 194
二、樣品采集 196
三、礦物學特征 200
四、黏土礦物對低溫熱液流體溫度的指示 214
五、元素地球化學特征 217
六、稀土元素的地球化學特征 229
七、鈮-鋯-稀土-鎵利用潛力評價 231
第三節四川華鎣山晚二疊世煤系凝灰巖型鈮-鋯-稀土礦床 235
一、地質背景 235
二、樣品采集 237
三、礦物學特征 237
四、元素地球化學特征 243
五、鈮-鋯-稀土的賦存狀態 247
六、稀土元素的地球化學特征 248
七、關鍵金屬利用潛力評價 250
第十章煤型鈮-鋯-稀土-鎵礦床的成礦模式 252
**節控礦因素 252
一、空降火山灰 252
二、多期次熱液流體 254
第二節火山灰原始巖漿的形成時代與來源 255
一、火山灰原始巖漿的形成時代 255
二、火山灰原始巖漿的來源 255
第三節低溫熱液流體的性質 262
一、低溫熱液流體溫度的礦物學約束 262
二、低溫熱液流體性質的氫氧同位素約束 262
三、低溫熱液流體性質的地球化學約束 270
第四節成礦過程 274
一、峨眉山Nb-Ta礦化的正長巖漿演化為流紋質火山灰的過程 274
二、關鍵金屬元素在熱液活動階段重新組合沉淀 275
第五節成礦模式 276
參考文獻 277

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煤型稀土礦床/煤型關鍵金屬礦床叢書節選

**章緒論① 　　**節稀土元素的基本地球化學性質　　稀土元素(rare earth elements)位于元素周期表第ⅢB族，是原子序數從57至71的鑭系元素和原子序數為39的元素釔(Y)的總稱，英文簡寫為REY或REE+Y，其中鑭系元素包括鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)，鉅(Pm)由于具有放射性，通常不將其作為研究對象。因為釔與鑭系元素的化學性質相似，它的離子半徑又與鏑和鉺接近，并且釔的離子電荷等于鈥的離子電荷，所以，通常將釔與鑭系元素放在一起，統稱為稀土元素(Dai et al.， 2016a)。　　稀土元素的化學性質穩定，它們在化合物中的價態主要呈+3價，但部分稀土元素可呈+2價(銪)或+4價(鈰)。在氧化條件下，稀土元素往往可以形成化學性質相似的三價稀土氧化物。它們的氧化還原電位較負[–2.52V(鑭)到–2.25V(镥)，釔的氧化還原電位為–2.37V]，電負性與鈣接近；電離能較低，**到第三電離能比其他過渡元素低，并且**電離能接近堿土金屬(李梅等， 2009; 葉信宇等， 2019)。另外，稀土元素具有典型的金屬特性，多數呈銀灰色，有光澤，晶體結構多呈六方*密堆積或立方面心堆積，質地較軟。稀土元素在潮濕空氣中不易保存，易溶于鹽酸、硝酸和硫酸，難溶于氫氟酸和磷酸，不與堿反應(李梅等， 2009; 葉信宇等， 2019)。　　稀土元素主要存在于巖石圈中，且多數分布在花崗巖、偉晶巖、正長巖及與它們相關的一些礦床中。稀土元素的總量約占地殼的0.016%，豐度約153μg/g，其在地殼中的豐度要大于一些其他常見元素。但是，單個稀土元素在地殼中的分布并不均勻，含量相差較大，其中鈰的含量*高。稀土元素在上地殼(UCC)中的豐度如表1.1所示。　　表1.1 稀土元素在上地殼中的豐度 (單位：μg/g) 　　注：數據引自Taylor和McLennan(1985)。　　稀土元素具有獨*的地球化學性質：①它們是一組性質極為相似的元素，在各種地質作用中表現出相似的地球化學行為；②它們的分異特征能夠指示地質作用和地球化學作用過程，具有良好的示蹤作用；③除經受巖漿熔融外，稀土元素的地球化學性質很穩定；④稀土元素在地殼中分布廣泛(韓吟文等， 2003)。總之，稀土元素在地質過程中性質穩定，可用作沉積環境和煤層堆積過程的地球化學指示劑，具有指示物源、重塑沉積環境等地質作用。　　第二節稀土元素的工業價值與儲量　　稀土元素獨*的磁性、發光性及其他特殊的化學性質，使得它們在材料制造領域和現代工業產品(從家用產品到國防產品)生產中發揮著十分重要的作用。例如，在手機、計算機、遙控開關、液晶顯示器、微波爐、攝像機、空調、新型混合材料、電動和磁力機車、發電站、核反應器、激光器、火箭等產品中，稀土元素都不可或缺。同時稀土元素在電子和光學工業、油氣開采、石油冶煉、汽車工業、信息和納米技術、醫學和環境保護等領域具有不可替代的作用。它們也被廣泛應用于特殊合金、工業陶瓷、催化劑、超導體、優質玻璃、光纖和蓄電池的制造中(Seredin and Dai， 2012)。　　稀土元素已經成為現代技術的“基石”，被譽為現代材料發展的“工業味精”，特別是在可替代能源和節能技術方面發揮著極其特殊的作用(Seredin and Dai， 2012)。稀土元素是具有超強功率新磁鐵(恒定磁鐵)Nd(Pr，Dy，Tb)FeB和(Sm)Co的重要組分之一。新磁鐵可以將任何類型的能量(風能、潮汐能、熱能等)有效地轉化為電能，在工業發電機中發揮著不可替代的作用。此外，稀土元素正被廣泛地應用于混合動力和電動汽車上，與新磁鐵一起用于LaNiH電池和許多其他基于稀土元素的設備中。釔、銪和鋱的磷化物是節能燈和LED指示燈的主要組成部分。釔是超導電線的基本組成部分之一(Seredin and Dai， 2012)。　　根據美國地質調查局(USGS)2019年的*新統計(表1.2)，2017年和2018年世界各國稀土總產量分別為13.178萬t和18.42萬t。世界稀土總儲量為11613萬t，其中，中國4400萬t，巴西和越南各2200萬t，俄羅斯1200萬t，其他國家的儲量均小于1000萬t。　　續表　　注：NA(not available)表示不明確。　　按照自然資源部稀土資源開采總量控制指標統計。　　目前稀土主要來源于碳酸巖型稀土礦床和風化殼離子吸附型稀土礦床。這兩種類型的礦床主要在中國開采，并且多年來中國一直供應著世界工業生產對稀土的廣泛需求。只有不到5%?的稀土為其他來源，如鈰-鈮-鈣-鈦礦(俄羅斯希比內)及獨居石和磷釔礦(印度、馬來西亞)等。通常富含氟碳鈰礦和獨居石的碳酸巖型礦床中稀土元素含量高(1%～10%)，儲量大(從100萬t到上千萬噸)，但僅是輕稀土的來源。　　具有離子可交換性的風化殼離子吸附型稀土礦床可提供所有的稀土元素，但是該類型礦床的稀土元素含量低(0.03%～0.25%)、儲量小(3000～12000t)(Bao and Zhao， 2008; Chi and Tian， 2008)。盡管如此，由于提取工藝簡單，關鍵稀土元素占比大，這些礦床已被成功開采。然而，這些風化殼離子吸附型礦床正在枯竭，Roskill和澳大利亞工業礦產公司(IMCOA)估計這種類型的稀土資源只能供應15～20年(Chegwidden and Kingsnorth， 2011)。在這種情況下，世界各國正面臨尋找新的稀土來源的問題，尤其是那些關鍵稀土。　　受稀土供應危機的影響，世界各國加大了對已開采礦山的開發強度(如美國的Mountain Pass礦，南非的Steenkampskraal礦，吉爾吉斯斯坦的KutessayⅡ礦)，同時也加大了對先前已發現但未進行深入研究礦床的勘探力度。現如今，世界范圍內已探明超過300座稀土礦床，這些礦床主要是巖漿巖型和熱液型礦床。中稀土元素和重稀土元素富集的礦床引起了特別關注，這些礦床的稀土元素氧化物(REO)含量達0.07%～1.5%，儲量從幾千噸到上百萬噸(表1.3)。　　表1.3 中稀土礦床和重稀土礦床中REO的含量和儲量　　盡管近些年投入了大量的人力和財力，但是稀土供應危機依然很難在短期內緩解。未來幾年，加大對多個礦床(Mount Weld礦，澳大利亞；Mountain Pass礦，美國；Steenkampskraal礦，南非)的勘探開發力度，可能會解決輕稀土的供應問題。但是，許多稀土礦床受基礎設施缺乏(格陵蘭、加拿大北部、俄羅斯和澳大利亞)，研究程度低，開采條件復雜，技術和環境限制(U、Th等放射性元素含量高)等一系列問題的制約，依然無法完全滿足世界工業生產對中稀土和重稀土的需求。　　第二章煤中稀土元素② 　　**節煤和煤灰中稀土元素的含量　　在2000年以前，煤中稀土元素并未受到廣泛的關注。1933年，Goldschmidt和Peters (1933)首次對煤中的稀土元素進行了研究。Eskenazy(1987a， 1987b， 1999)、Finkelman和Brown(1991)、Seredin(1996)和Hower等(1999a)也對煤中的稀土元素進行了研究。近些年來，全球眾多技術領域對稀土元素旺盛的需求以及稀土資源的供應匱乏，使得許多國家都在尋找新的稀土資源，而煤作為提取稀土元素的原料，已經引起了廣泛的關注。煤中之所以能夠富集稀土元素，是因為在泥炭堆積階段，酸性或堿性火山灰及富稀土元素的熱液流體等經常會導致一些煤層中稀土元素的含量增高，其氧化物的含量往往可達0.1%～1.5%(灰基)(Dai and Finkelman， 2018)。　　表2.1列出了世界硬煤、世界低階煤、世界煤、美國煤、中國煤和世界煤煤灰中稀土元素的含量。Ketris和Yudovich(2009)基于單個稀土元素的含量，估算出世界煤中稀土元素的總含量約為68.5μg/g，大約是大陸上地殼中稀土元素含量(168.4μg/g；Taylor and McLennan， 1985)的2/5。美國煤中稀土元素的總含量(62.1μg/g；Finkelman， 1993)接近世界煤中的總含量。中國煤中稀土元素的總含量(135.9μg/g；Dai et al.， 2012a)約是世界煤與美國煤的兩倍。中國煤和美國煤的稀土元素配分模式類似于大陸上地殼的稀土元素配分模式(圖2.1)。　　表2.1 世界硬煤、世界低階煤、世界煤、美國煤、中國煤　　圖2.1 美國煤、中國煤、世界低階煤及世界硬煤中稀土元素均值的標準化配分模式圖　　經上地殼(Taylor and McLennan， 1985)進行標準化；美國煤、中國煤、世界煤(世界硬煤和世界低階煤)的稀土元素數據分別引自Finkelman(1993)、Dai等(2008a)、Ketris和Yudovich(2009)世界煤煤灰和美國煤煤灰的稀土元素總含量(分別為404μg/g與517μg/g)約是大陸上地殼稀土元素總含量的2.4倍和3倍。REO通常用來估算礦石中稀土元素的含量。通過對單個稀土元素含量進行換算，得出美國煤煤灰與世界煤煤灰的REO均值分別為483μg/g與621μg/g，接近某些風化殼離子吸附型礦床(隴南：840μg/g；華山：700μg/g；Bao and Zhao，2008)以及熱液成因的大噸位、低品位礦床的REO均值(美國Round Top Mountain: 690μg/g)。因此，基于大量樣品分析得出的煤灰中稀土元素的含量均值與傳統礦床相當。例如，中國古生代的一些高階煤具有較高的灰分產率(18%～50%)，煤層厚度為0.6～28.7m，煤灰中富集稀土元素，并且相對富集輕稀土元素(LaN/LuN＞1)[圖2.2(a)]，煤灰的REO含量為0.11%～0.23%，稀土元素的前景系數(Coutl)為0.5～0.9，LaN/LuN為1.1～2.9，所有這些參數都類似于一些傳統礦床[圖2.2(b)]。所以，應當考慮將燃煤產物作為稀土的來源。

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