貴州省原煤中環境關注的痕量元素含量與分布研究

關四維 張笑一

（貴州師范大學化學與材料科學學院，貴州省貴陽市，550001）

貴州省原煤中環境關注的痕量元素含量與分布研究

關四維 張笑一

（貴州師范大學化學與材料科學學院，貴州省貴陽市，550001）

對貴州省主要產煤區的10個煤礦原煤中8種痕量元素的含量進行測定，并與中國煤和世界煤中各相應元素含量進行對比；分析了樣品中痕量元素的分布特征，初步探究了產生原因。結果表明，貴州煤對所關注痕量元素的富集程度明顯較高，金屬礦帶對煤中痕量金屬元素含量有顯著影響。

有害痕量元素 貴州煤 含量分布

貴州省煤礦屬于國家大型煤炭基地云貴基地的重要組成部分，煤炭分布面積達7萬多平方公里，占全省面積的40%左右。全省已查明儲量的煤炭礦產地331處，保有資源儲量504.27億t，居全國第5位，江南9省之首，目前已形成11個規模達1000萬t以上的煤炭產區。本課題在貴州煤中測定了8種痕量元素：鎘、鉻、銅、鎳、鉛、鉬、釩、氟。貴州省煤炭資源儲量和開采量的規模，將對這些元素在中國南方大氣-水-土壤中的含量以及遷移產生不可忽視的影響。因此，對它們含量及分布特征的研究不僅能為正確評價貴州原煤中的環境關注痕量元素提供基礎數據，而且對進一步研究相關元素在環境中的遷移、轉化和歸宿具有實際意義。

1 樣品分布與采集

圖1 采樣點分布情況

貴州煤炭資源分布較為集中，共有9大煤田，已探明其中西部織納、六盤水和黔北三大煤田占了總儲量的95%左右。根據貴州省主要聚煤區和含煤層分布特征，六盤水礦區和織納礦區已經開采或在建井的煤炭保有儲量占了全省量的80%以上，同時六盤水煤田與織納煤田分別是貴州煉焦用煤與無煙煤的最重要產區。因此本課題主要采集這兩個煤田產煤區的原煤樣品，在10個采樣點的不同作業面共采集煤層煤樣52個。礦區劃分及采樣點分布如圖1所示。

2 樣品處理及痕量含量測定

實驗的目的是對煤樣品中的鎘 （Cd）、鉻（Cr）、銅 （Cu）、鎳 （Ni）、鉛 （Pb）、鉬 （Mo）、釩 （V）、氟 （F）8種痕量元素進行測定。采集后的煤樣在常溫下涼干后用粉碎機粉碎，過100目篩之后混合煤樣，并進行縮分，然后在恒溫箱中干燥至恒重，裝入密封袋。對F進行測定時采用NaOH熔融消解制成分析樣液，其余均為高溫灰化后用酸消解。

Cd、Cr、Cu、Ni、Pb含量的測定采用原子吸收分光光度法，Mo、V含量的測定采用原子發射光譜法，F采用離子選擇性電極的方法進行元素含量的測定。

通過查閱波長表，初選出數條波長，再根據煤中各元素溶樣的基本干擾情況，選擇干擾小、背景低的譜線作為分析波長。

3 結果與分析

3.1 貴州煤中痕量元素含量與水平

由于各個聚煤區的地質情況和煤質變化具有一定的規律性，計算各采樣點不同煤層痕量元素含量算術平均值作為該采樣點數據，以消除采樣可能帶來的誤差。表1中列出了10個采樣點煤樣中所測得各元素含量，以及貴州煤中痕量元素平均含量與中國煤平均含量比值。

表1 貴州煤樣中痕量元素的含量 mg／kg

圖2 貴州煤中痕量元素平均含量與中國煤、世界煤平均含量比較

數據指出，貴州煤樣中氟、鉬、釩含量與全國煤中含量的平均值非常接近，鎘、鉻、鎳則在全國平均水平的3倍以上，銅、鉛含量在全國平均值的兩倍左右。貴州煤中痕量元素含量變化趨勢以及與全國平均值、世界平均值的對比結果見圖2。

由圖2可見，貴州省煤樣中8種有害痕量元素含量平均值與它們在中國煤中的平均含量及世界煤中的平均含量都有基本相同的變化趨勢。這表明，所測痕量元素在貴州煤中的含量，與它們在地球地殼煤層中的含量具有基本一致的分布特征。

但是，由于區域地質狀況的差異，貴州煤中痕量元素的含量也有其區域性的分布特點。

3.2 貴州煤中痕量元素的分布特征

3.2.1 與全國平均值相比的區域分布特征

在煤形成的沉積過程中，元素的共沉積成礦是普遍存在的現象，因此某區域地殼中元素的種類及含量都將對該地區煤中痕量元素的含量產生影響。礦區地質地理環境是影響元素共生和含量的主要因素，煤中痕量元素聚集的主要途徑一般是植物在生命過程中吸收、有機質在腐爛分離時聚集以及泥炭被埋覆后與地下水溶液發生反應而形成的。在有異常富集現象的區域往往有該元素的原生或伴生礦床存在，這從已探明的礦產資源分布中得到了證實。由此通過了解分析煤礦周邊相關礦脈的分布情況，有助于解釋被研究元素含量的變化特點。

研究煤樣中有部分元素含量高于全國平均水平，其中的鎳、銅、鉛在貴州有著廣泛分布且具有開采意義的高品位礦藏。其中含鎳的主要礦脈集中于黔北、黔南以及中部地區，蘊含量相當豐富。因此原煤中鎳含量遠高于全國平均水平且各采樣點區別不大。

貴州的銅資源主要分布在黔西北、中部及黔東南地區，其中威寧屬于峨眉山玄武巖銅礦區，有約3萬t銅儲量；在采樣點周邊還存在畢節—貴陽銅礦帶。銅含量較高的樣品采集點位置相對集中，都分布在儲銅區附近，從8、9、10號樣品的銅含量變化趨勢可以看出，越靠近銅資源豐富的地區，煤樣中的銅含量越高。

圖3 貴州省鉛鋅礦帶分布情況

在貴州省松桃、鎮遠、都勻、赫章、水城、普安等少數幾個縣內分布著全省一半以上的鉛鋅礦床（點），呈兩個明顯的成礦帶，文中所選擇的采樣點均位于黔西鉛鋅礦帶及其附近，見圖3，故煤中鉛含量平均值也呈現較高水平。

在這里值得關注的是，5、6、7號采樣點的銅鉛含量與其他點以及平均值相比都較低，這些采樣點正好處于貴州省西部低硫煤產區，煤中全硫含量在0.2%～1%。在全國煤炭資源中，煤的全硫量平均為1.34%，而貴州煤中全硫含量多在2%～4%之間。有研究指出，除溴、鈹、汞以外，煤中的痕量元素主要以無機礦物形式存在，銅、鉛在煤中絕大部分與硫相結合，主要賦存形態為黃銅礦（CuS）。

鎘在貴州西部雖然沒有達到開采水平的礦脈，但其含量仍然會受到鉛鋅礦帶的影響。硫化礦床中常伴生大量其他重金屬化合物，鎘的相關礦物如硫鎘礦 （CdS）、菱鎘礦 （CdCO3）、方鎘礦 （CdO）等在地殼中常與鋅礦、鉛鋅礦、銅鉛鋅礦等伴生共存。因此，貴州西部煤礦區原煤中鎘的含量也普遍較高。總的看來，造成貴州煤中部分痕量重金屬元素含量高于全國平均水平的原因，既與貴州鉛鋅礦帶同聚煤區交織分布有相當密切的關系，也受到貴州煤中含硫量的影響。

此外，貴州分布有廣泛的碳酸鹽紅土，該類型土壤對鉻的富集能力是黃壤的2.5倍，是棕壤的5倍，致使貴州土壤中鉻的含量 （95.5 mg／kg）遠遠高于全國土壤含鉻背景值 （53.9 mg／kg）。通常，地殼煤層中元素含量與土壤環境中元素含量呈正相關，因此，貴州煤樣中鉻的含量也遠高于全國平均水平

3.2.2 與省內平均值相比較的區域分布特征

各采樣點銅、鉬含量的柱形圖如圖4所示，可以看出，靠近畢節—貴陽銅礦帶的2號樣品中銅含量僅為1.632 mg／kg，遠遠低于相鄰的1、3號樣品中銅含量和省內煤銅含量 （34.85 mg／kg）平均水平，鉬元素含量達到14.47 mg／kg，遠高于其他采樣點的含量 （10個采樣點鉬含量平均值僅為2.685 mg／kg），考察其他樣品中的銅鉬含量也發現，未檢出鉬元素的1、9、10號煤樣中銅含量相對其他樣品而言較高。原因可能是銅和鉬均為親硫元素，由于貴州煤中硫元素含量較高，即使盛產低硫煤的織納礦區原煤中全硫含量仍有0.5%～1%，在有硫元素大量存在的情況下，鉬、銅硫化物的形成可能在一定程度上發生相互競爭，致使樣品中銅、鉬元素的含量出現較為明顯的相互抑制特征。

另一個有異常情況出現的是氟元素，煤樣品中氟含量柱形圖見圖5。貴州省原煤中氟含量平均值與全國平均值大致相等，但從圖5所示的各采樣點氟含量可以看出，7號樣品的氟含量大大超過平均水平，究其原因可能是由于緊鄰的大寨鄉有大型螢石礦點，直接導致了7號采樣點氟含量與其他樣品相比偏高。同時氟遷移以水-土間的相間遷移為主，該礦點與7號采樣點均位于巴都河沿岸，而大寨鄉處于上游，在地理位置上螢石礦脈的分布有可能會使下游周邊環境中氟含量增高。

4 結束語

基于有限樣品中痕量元素分布特征，初步揭示了貴州省主要產煤區煤層對元素的富集程度及其與周邊環境的關系。

（1）貴州煤中多數痕量重金屬元素含量高于中國和世界煤中的平均含量，貴州煤對所關注痕量元素的富集程度明顯較高。

（2）金屬礦帶對煤中痕量金屬元素含量有顯著影響，位于金屬礦帶及周邊樣品中所測得痕量元素含量均高于省內其他采樣點該元素含量及其平均含量。

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Study on contents and distribution of environmental concerned trace elements in raw coal in Guizhou province

Guan Siwei，Zhang Xiaoyi
（School of Chemistry and Materials Science，Guizhou Normal University，Guiyang，Guizhou 550001，China）

The measurement of 8 kinds of trace elements in raw coal from 10 mines in main coal areas in Guizhou province and the comparisons on these trace elements between the coal of Guizhou province and other parts of the world are conducted.Based on the analysis of the distribution characteristics of these trace elements，the reasons for the problems are obtained.The study shows that accumulation of the concerned trace elements in Guizhou coal is rather high and the metal belt has significant impact on the content distribution of trace elements in the coal.

harmful trace elements，Guizhou coal，content distribution

P618.114

A

關四維 （1980-），女，貴州貴陽人，碩士，講師，研究方向為環境化學分析。

（責任編輯 張毅玲）