关四维 张笑一

（贵州师范大学化学与材料科学学院，贵州省贵阳市，550001）

贵州省原煤中环境关注的痕量元素含量与分布研究

关四维 张笑一

（贵州师范大学化学与材料科学学院，贵州省贵阳市，550001）

对贵州省主要产煤区的10个煤矿原煤中8种痕量元素的含量进行测定，并与中国煤和世界煤中各相应元素含量进行对比；分析了样品中痕量元素的分布特征，初步探究了产生原因。结果表明，贵州煤对所关注痕量元素的富集程度明显较高，金属矿带对煤中痕量金属元素含量有显著影响。

有害痕量元素 贵州煤 含量分布

贵州省煤矿属于国家大型煤炭基地云贵基地的重要组成部分，煤炭分布面积达7万多平方公里，占全省面积的40%左右。全省已查明储量的煤炭矿产地331处，保有资源储量504.27亿t，居全国第5位，江南9省之首，目前已形成11个规模达1000万t以上的煤炭产区。本课题在贵州煤中测定了8种痕量元素：镉、铬、铜、镍、铅、钼、钒、氟。贵州省煤炭资源储量和开采量的规模，将对这些元素在中国南方大气-水-土壤中的含量以及迁移产生不可忽视的影响。因此，对它们含量及分布特征的研究不仅能为正确评价贵州原煤中的环境关注痕量元素提供基础数据，而且对进一步研究相关元素在环境中的迁移、转化和归宿具有实际意义。

1 样品分布与采集

图1 采样点分布情况

贵州煤炭资源分布较为集中，共有9大煤田，已探明其中西部织纳、六盘水和黔北三大煤田占了总储量的95%左右。根据贵州省主要聚煤区和含煤层分布特征，六盘水矿区和织纳矿区已经开采或在建井的煤炭保有储量占了全省量的80%以上，同时六盘水煤田与织纳煤田分别是贵州炼焦用煤与无烟煤的最重要产区。因此本课题主要采集这两个煤田产煤区的原煤样品，在10个采样点的不同作业面共采集煤层煤样52个。矿区划分及采样点分布如图1所示。

2 样品处理及痕量含量测定

实验的目的是对煤样品中的镉 （Cd）、铬（Cr）、铜 （Cu）、镍 （Ni）、铅 （Pb）、钼 （Mo）、钒 （V）、氟 （F）8种痕量元素进行测定。采集后的煤样在常温下凉干后用粉碎机粉碎，过100目筛之后混合煤样，并进行缩分，然后在恒温箱中干燥至恒重，装入密封袋。对F进行测定时采用NaOH熔融消解制成分析样液，其余均为高温灰化后用酸消解。

Cd、Cr、Cu、Ni、Pb含量的测定采用原子吸收分光光度法，Mo、V含量的测定采用原子发射光谱法，F采用离子选择性电极的方法进行元素含量的测定。

通过查阅波长表，初选出数条波长，再根据煤中各元素溶样的基本干扰情况，选择干扰小、背景低的谱线作为分析波长。

3 结果与分析

3.1 贵州煤中痕量元素含量与水平

由于各个聚煤区的地质情况和煤质变化具有一定的规律性，计算各采样点不同煤层痕量元素含量算术平均值作为该采样点数据，以消除采样可能带来的误差。表1中列出了10个采样点煤样中所测得各元素含量，以及贵州煤中痕量元素平均含量与中国煤平均含量比值。

表1 贵州煤样中痕量元素的含量 mg／kg

图2 贵州煤中痕量元素平均含量与中国煤、世界煤平均含量比较

数据指出，贵州煤样中氟、钼、钒含量与全国煤中含量的平均值非常接近，镉、铬、镍则在全国平均水平的3倍以上，铜、铅含量在全国平均值的两倍左右。贵州煤中痕量元素含量变化趋势以及与全国平均值、世界平均值的对比结果见图2。

由图2可见，贵州省煤样中8种有害痕量元素含量平均值与它们在中国煤中的平均含量及世界煤中的平均含量都有基本相同的变化趋势。这表明，所测痕量元素在贵州煤中的含量，与它们在地球地壳煤层中的含量具有基本一致的分布特征。

但是，由于区域地质状况的差异，贵州煤中痕量元素的含量也有其区域性的分布特点。

3.2 贵州煤中痕量元素的分布特征

3.2.1 与全国平均值相比的区域分布特征

在煤形成的沉积过程中，元素的共沉积成矿是普遍存在的现象，因此某区域地壳中元素的种类及含量都将对该地区煤中痕量元素的含量产生影响。矿区地质地理环境是影响元素共生和含量的主要因素，煤中痕量元素聚集的主要途径一般是植物在生命过程中吸收、有机质在腐烂分离时聚集以及泥炭被埋覆后与地下水溶液发生反应而形成的。在有异常富集现象的区域往往有该元素的原生或伴生矿床存在，这从已探明的矿产资源分布中得到了证实。由此通过了解分析煤矿周边相关矿脉的分布情况，有助于解释被研究元素含量的变化特点。

研究煤样中有部分元素含量高于全国平均水平，其中的镍、铜、铅在贵州有着广泛分布且具有开采意义的高品位矿藏。其中含镍的主要矿脉集中于黔北、黔南以及中部地区，蕴含量相当丰富。因此原煤中镍含量远高于全国平均水平且各采样点区别不大。

贵州的铜资源主要分布在黔西北、中部及黔东南地区，其中威宁属于峨眉山玄武岩铜矿区，有约3万t铜储量；在采样点周边还存在毕节—贵阳铜矿带。铜含量较高的样品采集点位置相对集中，都分布在储铜区附近，从8、9、10号样品的铜含量变化趋势可以看出，越靠近铜资源丰富的地区，煤样中的铜含量越高。

图3 贵州省铅锌矿带分布情况

在贵州省松桃、镇远、都匀、赫章、水城、普安等少数几个县内分布着全省一半以上的铅锌矿床（点），呈两个明显的成矿带，文中所选择的采样点均位于黔西铅锌矿带及其附近，见图3，故煤中铅含量平均值也呈现较高水平。

在这里值得关注的是，5、6、7号采样点的铜铅含量与其他点以及平均值相比都较低，这些采样点正好处于贵州省西部低硫煤产区，煤中全硫含量在0.2%～1%。在全国煤炭资源中，煤的全硫量平均为1.34%，而贵州煤中全硫含量多在2%～4%之间。有研究指出，除溴、铍、汞以外，煤中的痕量元素主要以无机矿物形式存在，铜、铅在煤中绝大部分与硫相结合，主要赋存形态为黄铜矿（CuS）。

镉在贵州西部虽然没有达到开采水平的矿脉，但其含量仍然会受到铅锌矿带的影响。硫化矿床中常伴生大量其他重金属化合物，镉的相关矿物如硫镉矿 （CdS）、菱镉矿 （CdCO3）、方镉矿 （CdO）等在地壳中常与锌矿、铅锌矿、铜铅锌矿等伴生共存。因此，贵州西部煤矿区原煤中镉的含量也普遍较高。总的看来，造成贵州煤中部分痕量重金属元素含量高于全国平均水平的原因，既与贵州铅锌矿带同聚煤区交织分布有相当密切的关系，也受到贵州煤中含硫量的影响。

此外，贵州分布有广泛的碳酸盐红土，该类型土壤对铬的富集能力是黄壤的2.5倍，是棕壤的5倍，致使贵州土壤中铬的含量 （95.5 mg／kg）远远高于全国土壤含铬背景值 （53.9 mg／kg）。通常，地壳煤层中元素含量与土壤环境中元素含量呈正相关，因此，贵州煤样中铬的含量也远高于全国平均水平

3.2.2 与省内平均值相比较的区域分布特征

各采样点铜、钼含量的柱形图如图4所示，可以看出，靠近毕节—贵阳铜矿带的2号样品中铜含量仅为1.632 mg／kg，远远低于相邻的1、3号样品中铜含量和省内煤铜含量 （34.85 mg／kg）平均水平，钼元素含量达到14.47 mg／kg，远高于其他采样点的含量 （10个采样点钼含量平均值仅为2.685 mg／kg），考察其他样品中的铜钼含量也发现，未检出钼元素的1、9、10号煤样中铜含量相对其他样品而言较高。原因可能是铜和钼均为亲硫元素，由于贵州煤中硫元素含量较高，即使盛产低硫煤的织纳矿区原煤中全硫含量仍有0.5%～1%，在有硫元素大量存在的情况下，钼、铜硫化物的形成可能在一定程度上发生相互竞争，致使样品中铜、钼元素的含量出现较为明显的相互抑制特征。

另一个有异常情况出现的是氟元素，煤样品中氟含量柱形图见图5。贵州省原煤中氟含量平均值与全国平均值大致相等，但从图5所示的各采样点氟含量可以看出，7号样品的氟含量大大超过平均水平，究其原因可能是由于紧邻的大寨乡有大型萤石矿点，直接导致了7号采样点氟含量与其他样品相比偏高。同时氟迁移以水-土间的相间迁移为主，该矿点与7号采样点均位于巴都河沿岸，而大寨乡处于上游，在地理位置上萤石矿脉的分布有可能会使下游周边环境中氟含量增高。

4 结束语

基于有限样品中痕量元素分布特征，初步揭示了贵州省主要产煤区煤层对元素的富集程度及其与周边环境的关系。

（1）贵州煤中多数痕量重金属元素含量高于中国和世界煤中的平均含量，贵州煤对所关注痕量元素的富集程度明显较高。

（2）金属矿带对煤中痕量金属元素含量有显著影响，位于金属矿带及周边样品中所测得痕量元素含量均高于省内其他采样点该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

关四维 （1980-），女，贵州贵阳人，硕士，讲师，研究方向为环境化学分析。

（责任编辑 张毅玲）