煤中有益元素的研究对元素的开发利用有重大意义,本文对大同矿区23个矿区、3个露头的172件样品进行ICP-MS、XRD分析、逐级化学提取等实验,对该地区煤中有益元素的含量分布特征、赋存状态和富集特征进行了研究。(1)揭示了大同矿区煤中有益微量元素的分布规律Li、Ga、Th、Sr、La、Ce、Er、Rb、Sc、U元素在大同矿区煤中的高于中国煤中的含量,Cs、V、Ge、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd元素在大同矿区煤中的含量低于在中国煤中的含量。Li、Ga、Th、Sr、V、U以及稀土元素大同矿区煤中的含量高于在世界煤中的含量,Rb、Cs、V、Ge在大同矿区煤中的含量低于在世界煤中的含量。Li、Ga等有益元素整体在山4号、5号、3-5号、3号煤层中的含量逐渐降低;稀土元素整体的分布规律与之相反;Li、Ga、Th、U、V、Sr、Tm、Yb、Y、Ho、Er、Lu、Tb、Dy、Sc在石炭-二叠系中的含量高于在侏罗系中的含量,其余元素含量分布与之相反;大同矿区整体呈现HREE富集,LREE亏损状态。(2)明确了大同矿区煤中有益微量元素的赋存方式本文通过逐级化学提取实验对煤中有益元素的六种形态进行分析,结果表明:在水溶态中,除Co元素外,其余元素的含量均小于10%;在离子交换态中,除Ni、Rb、Sr、Cs四种元素外,其余元素的含量均低于10%;在碳酸盐结合态中,除V、Co、Ga元素外,其余元素的离子交换态含量不足10%;在硫化物结合态中,Co元素的含量超过了20%,V、Sr、U元素的含量超过了10%,其余元素的含量不足10%;在硅酸盐结合态中,除Co元素外,其余元素的硅酸盐结合态含量均超过了20%;在残留态中,所有元素的残留态含量都较高,Ni、Gs、Rb、Sr、U的残留态含量超过了30%。相关性分析和聚类分析结果表明,Th、U、Ga、Li四种元素主要赋存在粘土矿物和有机质中,部分可能赋存在硫酸盐矿物、碳酸盐矿物中;V、Sr元素主要赋存在粘土矿物和有机质中;Rb、Cs、Ge、Co、Ni元素主要赋存在粘土矿物、有机质中,并有少量赋存在硫化物和碳酸盐矿物中。(3)揭示了大同矿区煤中有益微量元素的富集特征和富集成因大同矿区煤中Ga、Th的富集程度较中国煤富集,其余元素不富集。大同矿区煤中Li、Ga、Th、Y、La、Ce、Er、Yb的富集程度较世界煤富集,其他元素的富集程度为不富集。Li、Ga、Th、U、V、Sr和稀土元素整体在侏罗系地层中较石炭-二叠系地层中含量亏损;Rb、Cs、Ge、Co、Ni在侏罗系地层中较石炭-二叠系地层中含量富集。大同矿区煤中有益微量元素的富集成因主要有沉积物质来源、古地理沉积环境、构造作用、岩浆作用和有机质等。