煤主要由矿物和有机质组成,但在其形成过程中矿物受到了有机质的影响,使得它们的物理化学性质与非煤源的矿物存在一定差异。为了探究此科学问题,本文利用扫描电子显微镜和X射线衍射分析了大同煤田石炭-二叠纪煤层及夹矸中常见的矿物种类和它们的赋存特征。在此基础上,以大同煤田煤层样、夹矸样、煤中剥离出的黄铁矿以及非煤源的高岭石和黄铁矿为研究对象,通过X射线荧光、X射线衍射和红外光谱等研究方法以及燃烧实验等,对比研究了煤源高岭石与非煤源高岭石的晶形差异,探究了有机质含量与晶形的关系;通过双比重瓶法、磁化率测试和黄铁矿的热解实验,对比研究了煤源黄铁矿与非煤源黄铁矿在密度、磁性及热稳定性方面的差异,并运用有机质萃取实验结合红外光谱法、煤样的热解实验,阐明了有机质对煤中黄铁矿的影响。主要得到以下成果和认识:(1)揭示了大同煤田石炭-二叠纪煤层及夹矸中常见的矿物种类和它们的赋存特征。大同煤田煤中的矿物主要为硅酸盐矿物、硫化物矿物、碳酸盐矿物、氧化物矿物,另外还有少量的卤化物矿物及硫酸盐矿物,其中硅酸盐中的高岭石为含量最高的矿物,其次为硫化物中的黄铁矿。高岭石以梭状、条带状和蠕虫状分布于煤中;黄铁矿则主要呈自形粒状、鱼子状、结核状、滚圆球形状、他型及裂隙充填状。煤层夹矸中的矿物主要为硅酸盐中的高岭石,主要呈片状和蠕虫状分布。(2)明确了煤源与非煤源高岭石的物性差异。煤源高岭石的烧失量均大于非煤源高岭石的烧失量,表明煤源高岭石中有机质的含量高于非煤源高岭石。煤源高岭石的OI结晶指数和Hi指数均高于非煤源高岭石,表明煤源高岭石的结晶度高于非煤源高岭石。相关性分析表明,有机质含量与高岭石结晶度有很好的相关性,可能是有机质的存在为高岭石的生长结晶提供了更加有利的环境。在煤源高岭石中,有机质含量越高、高岭石与有机质结合的程度越紧密、高岭石颗粒越小,则煤源高岭石的结晶度越好。(3)揭示了煤源与非煤源黄铁矿的物性差异特征。煤源黄铁矿的密度(3.5253 g/cm~3~3.6729 g/cm~3)远小于非煤源黄铁矿(4.8435 g/cm~3~4.9226 g/cm~3),碳峰的强度高于非煤源黄铁矿,S/Fe原子比小于非煤源黄铁矿,这可能是有机质对煤源黄铁矿产生了影响。煤源黄铁矿在500℃时磁性达到最大,非煤源黄铁矿在550℃时磁性达到最大,此温度高于煤源黄铁矿磁性最大点的温度,但最大失重量要低于煤源黄铁矿。煤源黄铁矿发生热解时的温度低于非煤源黄铁矿,最大失重量大于非煤源黄铁矿,这些都说明了有机质可能参与了煤源黄铁矿的作用。(4)探究了煤中黄铁矿与煤有机质间的相互作用,揭示了煤源与非煤源矿物的物性差异机理。原煤样的THF萃取液中全部为有机质,并且含有更高的硫成分,除此之外,在有机质中还发现有较高含量的噻吩类杂环化合物,这说明了黄铁矿可能与有机质之间存在一定的作用。热解实验表明掺入黄铁矿的混合煤样的最大失重量大于原煤,即黄铁矿的存在加快了煤的热解,对煤的热解产生一定的催化作用;而且混合煤样中黄铁矿热解时的温度比纯黄铁矿分解时的温度低,表明了有机质对黄铁矿的分解也有一定的促进作用。但通过对比煤源黄铁矿与非煤源黄铁矿对煤热解产生的影响,得出了原煤样最大失重率大于混合煤样,最大失重温度小于混合煤样,即煤源黄铁矿具有更强的催化能力。