煤中鈹元素的研究進展

陳柯婷　陳萍　李洋　劉震

摘 要：在綜合分析國內外研究資料的基礎上，對煤中鈹的含量、賦存狀態、分布規律、測定方法以及對環境的影響作了簡單的描述，全國煤中鈹的含量為1.9mg/kg左右，但在不同時代不同地區中煤的含量有所差異。關于煤中鈹的賦存狀態的報道很少，至今也沒有直接方法來測定煤中鈹的賦存狀態。煤中鈹含量的測定方法多種多樣，現階段主要以ICP-MS、原子吸收法以及分光光度法為主。

關鍵詞：煤中鈹；含量；賦存狀態；分布規律；測試方法；環境污染

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.055

鈹是最輕的堅硬的灰白色金屬，它能吸收大量的熱量，因此用于太空船、導彈火箭等，是重要的戰略原料。在地殼中的豐度為2.4?g/g[1]。鈹是目前確認的有毒致癌元素，其鹵族化合物和氧化物都有很大的毒性。一般而言，可溶性的鈹毒性大，難溶性的鈹毒性小，靜脈注入時毒性最大，呼吸道次之，經口或皮膚毒性最小。土壤中過高含量的鈹進入植物體中形成磷酸鹽，導致植物缺磷而影響生長。煤和石油的開發利用是大氣中鈹污染的主要來源，目前地球大氣圈中每年的鈹進入量在3000t以上，遠高于該元素同期的工業生產總量（約500t），煤中鈹已對大氣環境和人體健康造成了嚴重的影響。在美國5潔凈空氣修正案6（CAAA，1990）所列出的189種污染物中，包括鈹及其化合物。中國5大氣污染物綜合排放標準6（GB16297-1996）中，鈹及其化合物的最高允許排放濃度為0.012mg/m3，是所有11種無機元素中最低的[2]。因此，研究煤中鈹的分布賦存特征，無論對于煤地球化學基礎理論研究，還是煤炭的潔凈利用，都有非常重要的意義。

1 中國煤中鈹的含量研究

趙繼堯等[3]統計中國1123個樣品中的鈹含量為0.1～6mg/kg，算術平均值為2mg/kg。白向飛[4]根據中國煤中資源數據庫統計中國1018個樣品中鈹的含量為0～16mg/kg，按各聚煤期煤炭資源量加權求得的算術平均值為1.79mg/kg。如表1所示，唐修義等[5]通過對全國各成煤時代的煤樣品進行分析統計，得出鈹的含量為0.5～8mg/kg，算術平均值為1.9mg/kg。

2 煤中鈹的賦存狀態

目前有關煤中鈹的賦存狀態的報道很少，現在也還沒有直接方法用于研究煤中鈹的賦存狀態。Finkleman[6]把與有機質締合列為鈹在煤中的最有可能的賦存狀態，但不能排除鈹與粘土礦物結合，在實驗室的浮沉實驗中總是存在于相對密度輕的顆粒中，此外，鈹的含量與灰分產率呈反比關系，早在1970年Eskenazy所做吸附實驗表明：在pH為3～7的情況下，泥炭和煤中的羥基和羧基基團能和溶液中的鈹離子產生離子交換；含羥基和羧基基團多的腐殖組組分比含這些基團少的半絲質體能吸附更多的鈹。

張軍營[7]認為在富含腐殖酸的低煤級煤中，鈹賦存在有機組分中。樊金串等[8]選取了山西西曲焦煤、河西肥煤、新白洞弱粘煤和挖金灣弱粘煤四種煤樣，作元素含量聚類分析，發現鈹在西曲煤中與灰分的相關性較好，而其他三種煤中的鈹表現出較好的有機親和性，這與鈹的離子半徑小，與氧的結合能力強，易形成配陰離子有關。

在元素周期表上，鈹和鋁位于對角線上，鈹的標準電極電勢與鋁近似，鈹能在粘土礦物晶格上類質同象取代鋁或被其吸附[7]，但Demir等根據因子分析結果認為可能有少量的鈹與煤中后生硫化物共生。

3 煤中鈹的分布規律研究

中國不同成煤時代煤中鈹含量分布差異較小。相對而言，如表2所示早石炭世、早-中侏羅世及早第三紀煤中鈹含量較低，尤其是西北聚煤區早-中侏羅世煤中鈹含量較低，而華北、華南晚二疊世、晚三疊世、東北晚侏羅-早白堊世煤中鈹含量稍高[9]。

注：摘自白向飛等[9]。

4 煤中鈹的測定方法

鈹有多種分析測試方法，主要有電感耦合等離子體-原子發射光譜法、原子吸收分光光度法、熒光測定法和分光光度法。近幾年來，鈹的分析方法有了一些新的進展，新的試劑、新的方法不斷運用。如離子交換熒光-流動注射法、ICP-MS法等。

5 研究煤中鈹的環境意義

接觸鈹及其化合物可致急性被病和慢性被病。自從1933年德國學者Weber首次報告急性鈹病，美國學者Hardy首次于1946年報告慢性鈹病以來，至1980年國外公開報道已登記的鈹病病例超過了一千例[10]。加強鈹防護，降低作業環境空氣中鈹濃度，不僅可以控制急性鈹病的發生，而且也能大部分控制典型和嚴重的慢性鈹病發生。鈹是環境污染物之一，我們要加大對鈹的研究，以便于人們了解鈹及化合物的客觀規律和對人類生存環境的影響，從而減少鈹對環境污染程度。

6 結語

由于對煤中鈹的研究進展緩慢，其作為有害元素對環境的污染是在所難免的，我國對鈹的研究不夠深入，需要進一步深化研究煤中鈹的含量、賦存狀態、成因、分析方法以及對環境的危害，為今后的合理利用和減輕環境危害提供科學依據，使我國在更大程度上的煤炭開發和利用過程中盡量減少對環境和生態的影響。

參考文獻：

[1]Wedepohl K H.1995.The composition of the continental crust. Geochim et Cosmochim Acta，59：1217-1232.

[2]GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標準》[S].13.

[3]趙繼堯，唐修義等.中國煤中微量元素的豐度.中國煤田地質，2002，14（增刊）：5-13.

[4]白向飛.中國煤中微量元素分布賦存特征及遷移規律試驗研究[D].北京：煤炭科學研究總院，2003.

[5]唐修義，黃文輝等.中國煤中微量元素[M].北京：商務印書館，2004：85-89.

[6]Finkelman R B.Modes of occurrence of potentially hazardous elements in coal：levels of confidence[J].Fuel Process Technol，l994，39（01）：21-34.

[7]張軍營.煤中潛在有毒害微量元素富集規律及其污染性抑制研究[D].北京：中國礦業大學（北京校區）.

[8]樊金串等.煤中微量元素間依存關系的聚類分析[J].煤料化學學報，2000（02）.

[9]白向飛，李文華.中國煤中鈹的分布賦存特征研究[J].燃料化學學報，2004，32（02）.

[10]楊敏等.慢性鈹病的流行病學[J].冶金勞動衛生，1981，7（05）：298.