雷 巖，劉小兵，李韓雨，王 希，王龍生，梁官考(.國(guó)土資源部中央地質(zhì)勘查基金管理中心，北京 0007；.北京首都開(kāi)發(fā)股份有限公司，北京 000；.內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 0000)

準(zhǔn)格爾煤田煤系共伴生有益礦產(chǎn)綜合勘查評(píng)價(jià)及利用

雷 巖1，劉小兵1，李韓雨2，王 希1，王龍生1，梁官考3
(1.國(guó)土資源部中央地質(zhì)勘查基金管理中心，北京 100037；2.北京首都開(kāi)發(fā)股份有限公司，北京 100031；3.內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

本文論述了中央地質(zhì)勘查基金全額投資的內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾煤田布爾陶亥-田家石畔地段煤炭普查項(xiàng)目在進(jìn)行煤炭地質(zhì)勘查的同時(shí)，重點(diǎn)對(duì)煤層及含煤地層中共伴生有益礦產(chǎn)進(jìn)行了綜合勘查及評(píng)價(jià)，探獲煤炭資源量為378.26億t，估算煤灰中鋁(Al2O3)資源量為15.81億t，煤灰及夾矸中鎵、鋰資源量分別為31.61萬(wàn)t和145.38萬(wàn)t，夾矸中高嶺土資源量為75.30億t。分析了煤系共伴生有益礦產(chǎn)資源綜合利用現(xiàn)狀，指出了共伴生有益礦產(chǎn)資源綜合利用的意義以及存在的問(wèn)題，并對(duì)準(zhǔn)格爾煤田下一步的開(kāi)發(fā)提出了合理化建議。

準(zhǔn)格爾煤田；共伴生礦產(chǎn)；綜合勘查；綜合評(píng)價(jià)；綜合利用；建議

1 項(xiàng)目情況

2011～2014年，由國(guó)土資源部中央地質(zhì)勘查基金管理中心全額投資、全程管理，按照“連片勘查，統(tǒng)一部署”的原則，由11家勘查單位承擔(dān)，內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司總體協(xié)調(diào)，組織實(shí)施了內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾煤田布爾陶亥-田家石畔地段煤炭普查項(xiàng)目。

項(xiàng)目勘查區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)，屬準(zhǔn)格爾煤田中西部，地理極值坐標(biāo)：東經(jīng)110°45′57″～111°16′09″，北緯39°21′01″～ 40°02′08″，總勘查面積1 439.01 km2。

項(xiàng)目野外工作分2011年和2014年兩個(gè)年度實(shí)施，項(xiàng)目總體報(bào)告及11個(gè)分區(qū)子報(bào)告于2015年11月通過(guò)了報(bào)告評(píng)審，報(bào)告估算的煤炭資源量(333+334)為378.26億t，其中333資源量134.78億t，占總資源量比例的36%。

項(xiàng)目在進(jìn)行煤炭地質(zhì)勘查的同時(shí)，重點(diǎn)對(duì)煤層及含煤地層中共伴生有益礦產(chǎn)進(jìn)行了綜合勘查及評(píng)價(jià)，取得了豐碩的成果，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展具有重要意義。通過(guò)綜合勘查確定了勘查區(qū)有綜合利用潛力的有益礦產(chǎn)主要為煤灰及夾矸中鋁、鎵、鋰及高嶺土等(表1)。

表1 準(zhǔn)格爾煤田布爾陶亥-田家石畔地段煤系共伴生有益礦產(chǎn)資源量估算表

數(shù)據(jù)來(lái)源：《內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾煤田布爾陶亥-田家石畔地段煤炭普查總體報(bào)告》。

注：根據(jù)《礦區(qū)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)》，鋁土礦(礦石)資源儲(chǔ)量超過(guò)2 000萬(wàn)t為大型[1]，鎵(Ga)資源儲(chǔ)量超過(guò)2 000 t為大型[2]，鋰(礦物鋰礦Li2O)資源儲(chǔ)量超過(guò)10萬(wàn)t為大型[2]，高嶺土(礦石)資源儲(chǔ)量超過(guò)500萬(wàn)t為大型[1]。

2 煤系共伴生有益礦產(chǎn)綜合勘查及綜合評(píng)價(jià)

為了解和控制含煤地層有益礦產(chǎn)的種類、空間分布規(guī)律、含量及賦存特征，在2013～2014年度施工期間，對(duì)所有鉆孔可采煤層、頂?shù)装?、夾矸及煤系其他可能賦存有益礦產(chǎn)的層段進(jìn)行了系統(tǒng)的采樣和分析測(cè)試。同時(shí)，針對(duì)煤層及夾矸中共伴生有益元素的賦存形態(tài)、地球化學(xué)特征及可選性進(jìn)行了專題研究，選擇3個(gè)鉆孔煤層按照煤巖類型進(jìn)行了采樣(包括煤層夾矸)，對(duì)所采樣品進(jìn)行了掃描電鏡、X光衍射等分析，查清煤層夾矸的主要礦物成分為高嶺石，并初步確定了全區(qū)具有利用前景的礦產(chǎn)為煤及夾矸中共伴生的鋁、鎵、鋰和高嶺土(表2和表3)。

全區(qū)內(nèi)煤、夾矸中鋁、鎵的平均品位不完全符合工業(yè)指標(biāo)要求，鋰沒(méi)有共伴生的工業(yè)指標(biāo)，高嶺土需降鐵、除鈦、脫色后才能符合工業(yè)要求，但是由于上述礦產(chǎn)屬于煤系共伴生有益礦產(chǎn)資源規(guī)模超大，是煤炭開(kāi)采和綜合利用的主要產(chǎn)品，因而綜合開(kāi)發(fā)利用前景廣闊，對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源保障等方面具有重大戰(zhàn)略意義。

2.1 鋁

以往地質(zhì)工作已證實(shí)，內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田石炭-二疊系各可采煤層為高鋁煤。目前已有多種技術(shù)方法對(duì)煤灰進(jìn)行綜合利用，從煤炭燃燒后的高鋁粉煤灰中提取氧化鋁，已經(jīng)利用于工業(yè)生產(chǎn)。

表2 工作區(qū)煤層灰成分中SiO2、Al2O3含量及煤中Ga、Li元素含量

表3 工作區(qū)各煤層夾矸中SiO2、Al2O3、Ga、Li元素含量

2.1.1 煤灰中鋁的分布特征

準(zhǔn)格爾煤田是華北地臺(tái)石炭-二疊紀(jì)時(shí)期沉積形成的大型煤田，不整合于奧陶系地層之上。華北地臺(tái)在中奧陶世末，由于加里東運(yùn)動(dòng)的影響，地殼上升，形成大陸，爾后長(zhǎng)期遭受剝蝕夷平，致使晚奧陶世、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)、早石炭世的沉積缺失。北部造山帶廣泛分布的中元古代花崗巖在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用下形成富鋁的黏土巖和鋁土礦，為晚石炭世接受沉積提供了主要的非炭質(zhì)物源。經(jīng)電鏡掃描等分析，煤層中主要的礦物成分為高嶺石(表4)，而高嶺石主要化學(xué)成分為Al2O3和SiO2，因而煤層中Al2O3含量較高。煤經(jīng)過(guò)燃燒后，Al2O3在煤灰中進(jìn)一步富集。

6號(hào)煤層179個(gè)鉆孔煤灰化驗(yàn)結(jié)果顯示，單孔Al2O3平均含量15%～61%，全區(qū)平均含量39.1%；單孔煤層中平均Al/Si比0.5～4.1，全區(qū)Al/Si比平均1.1。其中單孔Al2O3平均含量大于40%的有78個(gè)鉆孔，主要分布于全區(qū)的東北部。

表4 準(zhǔn)格爾煤田普查區(qū)煤樣的礦物組成及平均含量(%)

9號(hào)煤層154個(gè)鉆孔煤灰化驗(yàn)結(jié)果顯示，單孔Al2O3平均含量15%～54%，全區(qū)煤層平均含量為38.6%；單孔Al/Si比0.4 ～4.8，全區(qū)煤層Al/Si比平均1.0。其中單孔Al2O3平均含量大于40%的有68個(gè)鉆孔，主要分布于全區(qū)的北部。

2.1.2 高鋁煤灰的利用現(xiàn)狀

根據(jù)調(diào)研，已有大唐國(guó)際在托克托縣建設(shè)了50萬(wàn)t氧化鋁生產(chǎn)線，利用其準(zhǔn)格爾煤田配套礦井(龍王溝礦區(qū))的煤炭資源發(fā)電后產(chǎn)生的高鋁粉煤灰生產(chǎn)高精鋁板材，目前已投產(chǎn)。其電廠煤灰樣品中的Al2O3、鎵、鋰的含量分別為36.8%、99g/t、318g/t，比全區(qū)煤灰中Al2O3含量略低。

另外，準(zhǔn)格爾旗已著手在大路工業(yè)園區(qū)建立煤電鋁一體化的科學(xué)發(fā)展路徑，提出利用高鋁煤炭資源優(yōu)勢(shì)，按照“高鋁煤炭→火電→粉煤灰提取氧化鋁→電解鋁→鋁加工”一體化循環(huán)發(fā)展方向，大力提高高鋁煤炭資源循環(huán)利用，放大資源經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前，除大唐外，擬建項(xiàng)目還有中鋁20萬(wàn)t氧化鋁、神華50萬(wàn)t氧化鋁、乾恒興90萬(wàn)t鋁基新材料等。

2.1.3 煤灰中鋁的資源評(píng)價(jià)

綜上所述，全區(qū)的煤灰中Al2O3含量已達(dá)準(zhǔn)格爾地區(qū)利用煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工業(yè)要求，煤灰中鋁的利用亦符合當(dāng)前大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綜合利用政策的導(dǎo)向。煤灰中Al2O3普遍高于40%，雖與一水硬鋁石沉積型鋁礦床的工業(yè)指標(biāo)相比Al/Si較低，但從電廠粉煤灰中提取鋁不需要建立礦山，也沒(méi)有樣品粉碎環(huán)節(jié)，僅多增加一道除硅工藝，成本低廉，同時(shí)還可以解決粉煤灰堆放和固體廢棄物排放的環(huán)境影響問(wèn)題，具有綜合利用效益。若參照鋁土礦床現(xiàn)行的工業(yè)利用標(biāo)準(zhǔn)，Al2O3≥40%為鋁的邊界品位，經(jīng)估算，全區(qū)的Al2O3資源潛力達(dá)15.81億t，遠(yuǎn)超大型鋁土礦規(guī)模，同時(shí)可綜合利用共伴生的鎵、鋰等礦產(chǎn)。

2.2 高嶺土

2.2.1 全區(qū)高嶺土分布特征

如前所述，煤系地層沉積時(shí)，北部造山帶廣泛分布的中遠(yuǎn)古代花崗巖在長(zhǎng)期的風(fēng)氧化作用下形成富鋁的黏土巖，據(jù)對(duì)煤層夾矸和頂?shù)装宓V物組成進(jìn)行的電鏡掃描結(jié)果，其主要的黏土礦物為高嶺石，含量在夾矸中可達(dá)70%～100%。

依據(jù)高嶺土礦床類型劃分，全區(qū)夾矸中高嶺土屬于沉積型硬質(zhì)高嶺土。本次勘查對(duì)區(qū)內(nèi)煤層夾矸中黏土礦產(chǎn)成分、Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2等含量等進(jìn)行了分析。

6號(hào)煤層有128個(gè)鉆孔的煤夾矸分析了Al2O3含量。單孔夾矸中Al2O3平均含量17%～47%，平均33.9%，其中有91個(gè)鉆孔夾矸中Al2O3平均含量超過(guò)30%；單孔夾矸中Fe2O3平均含量0.2%～8.7%，平均1.7%，單孔夾矸中TiO2的平均含量0.4%～1.8%，平均1.0%。有13個(gè)鉆孔夾矸中Fe2O3+TiO2<2%，且TiO2含量小于0.6%，完全符合高嶺土工業(yè)指標(biāo)要求。

9號(hào)煤層有91個(gè)鉆孔的煤夾矸分析了Al2O3含量。單孔夾矸中Al2O3平均含量19%～46%，平均34.6%，其中有76個(gè)鉆孔夾矸中Al2O3平均含量超過(guò)30%；單孔夾矸中SiO2平均含量21%～62%，平均45%。單孔夾矸中Fe2O3平均含量0.2%～8.2%，平均1.8%，單孔夾矸中TiO2平均含量0.3%～2.7%，平均1.1%。僅有4個(gè)鉆孔夾矸中Fe2O3+TiO2<2%，且TiO2含量小于0.6%，完全符合高嶺土工業(yè)指標(biāo)要求。

2.2.2 夾矸中高嶺土利用及資源評(píng)價(jià)

參照沉積型硬質(zhì)高嶺土礦床工業(yè)指標(biāo)，全區(qū)絕大部分夾矸中高嶺土Al2O3已達(dá)到要求，F(xiàn)e2O3+TiO2總量或TiO2含量部分不符合要求，在生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)一步除鐵和鈦。

目前，已有蒙西高嶺土項(xiàng)目落地準(zhǔn)格爾旗，利用煤層夾矸中高嶺石生產(chǎn)高嶺土，一期15萬(wàn)t煅燒高嶺土生產(chǎn)線已建設(shè)完成，是目前國(guó)內(nèi)最大的煅燒高嶺土生產(chǎn)項(xiàng)目。

因全區(qū)高嶺土主要賦存于煤層夾矸中，煤礦開(kāi)采時(shí)和原煤一起輸送至地面，經(jīng)洗選與煤分離后單獨(dú)堆放，屬煤礦開(kāi)采的廢棄物，無(wú)采礦成本，可在焙燒過(guò)程中增加除鐵、除鈦工序后，制成高嶺土成品。若以Al2O3>30%為工業(yè)指標(biāo)，暫不考慮Fe2O3+TiO2總量及TiO2含量，經(jīng)初步估算，全區(qū)夾矸中高嶺土資源潛力高達(dá)75.30億t。

2.3 鎵

鎵是典型分散元素，在自然界難以形成獨(dú)立的鎵礦床，而主要從鋁土礦及閃鋅礦礦床開(kāi)采中綜合回收。全球煤中的鎵的含量的均值為5.8 μg/g，我國(guó)煤中鎵的含量的均值為6.5 μg/g。而煤灰中鎵的含量的均值為33 μg/g。世界上有些煤田煤中鎵的含量比較高，一些煤的煤灰中鎵的含量最高達(dá)幾百μg/g，因此，富鎵煤的燃燒副產(chǎn)品具有提取鎵的潛力。

2.3.1 煤及夾矸中鎵的平面分布

6號(hào)煤層全區(qū)分布，根據(jù)188個(gè)鉆孔煤樣鎵的化驗(yàn)分析結(jié)果，單孔煤層中的全煤基鎵的平均含量2.8～37.7 μg/g，全區(qū)全煤基鎵的平均含量16 μg/g，其中ZK31-33、ZK35-33兩個(gè)鉆孔全煤基鎵的平均含量大于30 μg/g，主要分布于全區(qū)的西南邊緣。

根據(jù)158個(gè)鉆孔煤層夾矸鎵的化驗(yàn)分析結(jié)果，單孔煤層夾矸中鎵的平均含量7.6～68 μg/g，全區(qū)鎵的平均含量為30 μg/g，達(dá)到了煤中鎵的工業(yè)利用標(biāo)準(zhǔn)，煤層夾矸中鎵的含量的分布與煤層中鎵的含量的分布具有一定的相似性。

9號(hào)煤層全區(qū)分布，根據(jù)162個(gè)鉆孔煤樣鎵的化驗(yàn)分析結(jié)果，單孔煤層中的全煤基鎵的平均含量從低于檢測(cè)限至40.5 μg/g，全區(qū)全煤基鎵的平均含量為18 μg/g，其中有13個(gè)鉆孔煤層中全煤基鎵的平均含量大于30 μg/g，主要分布于全區(qū)的東北部和中部。

根據(jù)120個(gè)鉆孔煤層夾矸鎵的化驗(yàn)分析結(jié)果，單孔煤層夾矸中鎵的平均含量6.5～57 μg/g，全煤組夾矸中鎵的平均含量33 μg/g，大于30 μg/g，煤層夾矸中鎵的含量的分布與煤層中鎵的含量的分布具有一定的相似性。

2.3.2 煤灰中鎵的進(jìn)一步富集

經(jīng)對(duì)樣品測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，煤經(jīng)過(guò)燃燒鎵二次富集后，6號(hào)、9號(hào)煤層煤灰中的鎵的平均含量分別為86 μg/g、91 μg/g，最高分別達(dá)331 μg/g、300 μg/g。根據(jù)全國(guó)礦產(chǎn)儲(chǔ)量委員會(huì)1987年的規(guī)定，各類含鎵礦床中鎵的工業(yè)利用標(biāo)準(zhǔn)：鋁土礦共伴生鎵為20 μg/g，而煤為30 μg/g。全區(qū)鎵在煤層及夾矸中均有一定程度的富集，部分達(dá)到含鎵礦床的利用標(biāo)準(zhǔn)，煤灰中鎵也將進(jìn)一步富集，因此，富鎵煤燃燒副產(chǎn)品具有提取鎵的巨大潛力。

2.4 鋰

2.4.1 鋰礦床類型及煤中鋰

據(jù)相關(guān)資料，近年來(lái)國(guó)內(nèi)發(fā)現(xiàn)許多煤中有超常富集的共伴生鋰資源，有的已達(dá)到共伴生鋰礦工業(yè)品位。因此，煤中的共伴生鋰成為一種新型的鋰礦床，從煤中提取鋰也將擁有廣闊的發(fā)展前景，也是礦床學(xué)和地球化學(xué)的一個(gè)全新研究方向。陳冀渝曾簡(jiǎn)要介紹了從粉煤灰中提取碳酸鋰的方案[3]。因此，鋰在煤中的賦存狀態(tài)及其提取研究將對(duì)研發(fā)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必須的稀有的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源具有重要的指導(dǎo)意義，這也將成為今后的重要研究方向。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)估計(jì)，我國(guó)多數(shù)煤中鋰的含量在6×10-6～40×10-6之間，平均19×10-6。山西平朔安太堡、貴州六枝和水城個(gè)別煤樣檢測(cè)到鋰的含量分別為86.79×10-6、105×10-6；煤中的鋰與地殼中的鋰豐度相近；略小于黏土巖中鋰的豐度。

煤中共伴生鋰尚無(wú)相應(yīng)的工業(yè)指標(biāo)，孫玉壯等參照《稀有金屬礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》(DZ/T0203—2002)，將共伴生氧化鋰( Li2O) 的綜合回收參考性工業(yè)指標(biāo)(≥0.2%)作為煤灰中鋰回收利用的指標(biāo)，折合Li的含量為950 μg/g。

2.4.2 全區(qū)煤及夾矸中鋰分布特征

6號(hào)煤層全區(qū)分布，根據(jù)184個(gè)鉆孔煤樣鋰的化驗(yàn)分析結(jié)果，單孔全煤基鋰的平均含量2.7～354 μg/g，全區(qū)煤層鋰的平均含量93 μg/g。全區(qū)單孔6號(hào)煤層鋰的平均含量大于150 μg/g的鉆孔有27個(gè)，主要呈分散狀分布于全區(qū)的北部。

6號(hào)煤層夾矸中鋰的含量的化驗(yàn)結(jié)果顯示，單孔6號(hào)煤層夾矸中鋰的平均含量65～578 μg/g，全區(qū)夾矸中鋰的平均含量為224 μg/g。煤層夾矸中鋰的含量分布與煤層中鋰的含量分布有一定的相似性。

9號(hào)煤層全區(qū)分布，根據(jù)159個(gè)鉆孔煤樣鋰的化驗(yàn)分析結(jié)果，單孔全煤基鋰的平均含量1.0～442 μg/g，全區(qū)煤層鋰的平均含量100 μg/g。全區(qū)單孔9號(hào)煤層鋰的平均含量大于150 μg/g的鉆孔有31個(gè)，集中分布在全區(qū)的西北部和東北角。

9號(hào)煤層夾矸中鋰的含量的化驗(yàn)結(jié)果顯示，單孔9號(hào)煤組夾矸中鋰的平均含量65～1 220 μg/g，全煤層夾矸鋰的平均含量270 μg/g。其中有85個(gè)鉆孔夾矸中鋰的平均含量大于150 μg/g，集中分布在全區(qū)的西北部。

2.4.3 煤灰中鋰的進(jìn)一步富集

經(jīng)對(duì)樣品測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，煤經(jīng)過(guò)燃燒鋰二次富集后，6號(hào)煤層、9號(hào)煤層煤灰中的鋰的平均含量為478 μg/g、489 μg/g，最高達(dá)1 759 μg/g、1 578 μg/g，達(dá)到了綜合回收參考性工業(yè)指標(biāo)要求。

3 煤系共伴生礦產(chǎn)綜合利用

3.1 綜合利用路線及綜合評(píng)價(jià)思路

全區(qū)煤的共伴生礦產(chǎn)主要賦存于煤及煤層夾矸中，將隨著煤礦的開(kāi)采而運(yùn)至地面。夾矸以矸石的形式排至矸石堆放場(chǎng)，而隨著煤的燃燒發(fā)電(煤化工、煤制氣)形成煤灰，成為固體廢棄物。無(wú)論是煤灰還是矸石，均是煤開(kāi)采利用過(guò)程中的副產(chǎn)物，原地堆放不僅占用大量土地資源，而且可能造成污染。

因此對(duì)全區(qū)共伴生礦產(chǎn)的利用，主要以煤灰和夾矸的綜合利用為主線進(jìn)行評(píng)價(jià)(圖1)。對(duì)煤灰的利用，主要考慮提取Al2O3，發(fā)展煤電鋁鎵鋰一體化，綜合回收利用鎵、鋰；夾矸則主要考慮對(duì)高嶺土進(jìn)行利用，同時(shí)提取鎵、鋰。

圖1 共伴生礦產(chǎn)綜合利用流程圖

鋁作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需和短缺的大宗戰(zhàn)略性礦產(chǎn)，鎵、鋰作為新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必須的稀有戰(zhàn)略性礦產(chǎn)，高嶺土作為經(jīng)濟(jì)意義較大的礦產(chǎn)，在全區(qū)煤灰、矸石中進(jìn)行的綜合回收和開(kāi)發(fā)利用，將對(duì)于保護(hù)礦山環(huán)境，提高礦產(chǎn)資源保障程度，保證國(guó)家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

3.2 煤灰中共伴生礦產(chǎn)的綜合利用

煤中共伴生礦產(chǎn)在經(jīng)過(guò)煤的燃燒后，都進(jìn)行了二次富集，如前所述，Al2O3的平均含量已達(dá)39%以上，最高達(dá)61%，鎵的平均含量達(dá)86～91 μg/g，最高330 μg/g，鋰的平均含量達(dá)478～489 μg/g，最高1 759 μg/g。按照《鋁土礦、菱鎂礦地質(zhì)勘查規(guī)范》(DZ/T 0202—2002)，一水硬鋁石沉積型鋁土礦床工業(yè)指標(biāo)Al2O3邊界品位≥40%，Al/Si比為1.8～2.6，煤灰中Al2O3的含量已達(dá)到資源利用的要求，且已有投產(chǎn)的利用本地區(qū)煤灰生產(chǎn)Al2O3的工業(yè)項(xiàng)目，因此不考慮鋁硅比，直接使用各鉆孔不同煤層煤灰中Al2O3平均含量40%圈定Al2O3的資源潛力。在利用煤灰提鋁的同時(shí)，鎵、鋰作為有益的共伴生元素，完全具備綜合利用條件和資源潛力。鎵的含量暫以煤灰中0.01%為邊界品位(鋁土礦共伴生鎵利用的邊界品位為20 μg/g)，鋰的含量暫以950 μg/g為邊界品位，在已圈定的Al2O3資源潛力范圍內(nèi)進(jìn)行資源潛力估算。

根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾煤田布爾陶亥-田家石畔地段煤炭普查總體報(bào)告》，以此估算6號(hào)煤層、9號(hào)煤層的Al2O3資源潛力為15.81億t，鎵金屬資源潛力為16.82萬(wàn)t，鋰金屬資源潛力為26.60萬(wàn)t。

因大唐國(guó)際已在托克托縣建成50萬(wàn)t氧化鋁生產(chǎn)線并投產(chǎn)，而且國(guó)內(nèi)已有鋁土礦中共伴生鎵的提取工藝，但是由于全區(qū)賦鋁礦物為高嶺石，因此在利用煤灰生產(chǎn)氧化鋁的過(guò)程中提取鎵、鋰的工藝與鋁土礦中提取鎵的工藝有所區(qū)別，所以需要重新研究這種情況下鎵、鋰的提取工藝，以便在利用煤灰生產(chǎn)氧化鋁的過(guò)程中增加提取鎵、鋰的生產(chǎn)工藝。

與鉬相比，鉬的邊界品位是0.03%，是煤共伴生鎵工業(yè)品位的10倍，是全區(qū)圈定煤灰中鎵資源潛力品位的3倍，鉬市場(chǎng)價(jià)格在30萬(wàn)元/t左右，而鎵的價(jià)格是100萬(wàn)元/t，最高曾達(dá)到600萬(wàn)～700萬(wàn)元/t；同樣與鉬相比，鋰的價(jià)格在38萬(wàn)元/t左右，而全區(qū)煤灰中圈定鋰資源潛力的品位950 μg/g(Li2O≥0.2%)，遠(yuǎn)高于鉬的邊界品位。如果可以在生產(chǎn)氧化鋁的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鎵、鋰的回收，就可以大大提高煤灰綜合利用的經(jīng)濟(jì)效益，減少環(huán)境壓力，具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 夾矸中共伴生礦產(chǎn)的綜合利用

全區(qū)煤夾矸中的主要黏土礦物為高嶺石，參照DZ/T 0206—2002行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，沉積型硬質(zhì)高嶺土的工業(yè)指標(biāo)：Al2O3>30%，F(xiàn)e2O3+TiO2<2%，其中TiO2<0.6%。準(zhǔn)格爾煤田6號(hào)煤層、9號(hào)煤層夾矸中的Al2O3符合要求，但Fe2O3+TiO2、TiO2超標(biāo)，需采取有效措施降鐵、除鈦、脫色。

高嶺土原礦根據(jù)其品質(zhì)優(yōu)劣，價(jià)格在40～250元/t之間，高嶺土粉價(jià)格580～1 600元/t，煅燒高嶺土價(jià)格1 500～2 500元/t。

鎵在6號(hào)煤層、9號(hào)煤層夾矸中的平均含量分別為30 μg/g、33 μg/g，已達(dá)到煤中共伴生鎵的綜合利用品位；鋰在6號(hào)煤層、9號(hào)煤層中的平均含量為224 μg/g、270 μg/g，最高1 220 μg/g，暫以200 μg/g為邊界品位考慮綜合利用。

因煤層開(kāi)采時(shí)，夾矸以副產(chǎn)物的形式已采至地面，堆放至矸石場(chǎng)，對(duì)高嶺土的綜合利用而言，無(wú)開(kāi)采成本，僅需降鐵、除鈦即可滿足高嶺土工業(yè)指標(biāo)，目前，已有利用全區(qū)夾矸煅燒高嶺土的生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目，說(shuō)明高嶺土已達(dá)工業(yè)利用價(jià)值。若在這個(gè)過(guò)程中將其中的鎵、鋰提取出來(lái)綜合利用，則可以提高經(jīng)濟(jì)效益。

若以高嶺土的工業(yè)指標(biāo)為Al2O3>30%，不考慮Fe2O3、TiO2因素，圈定夾矸中高嶺土資源量，鎵按照30 μg/g為邊界品位，鋰按照200 μg/g為邊界品位進(jìn)行資源潛力估算，全區(qū)6號(hào)煤層、9號(hào)煤層夾矸中的高嶺土資源潛力為75.30億t，鎵金屬資源潛力為14.79萬(wàn)t，鋰金屬資源潛力為118.78萬(wàn)t。

準(zhǔn)格爾煤田6號(hào)煤層、9號(hào)煤層夾矸中的高嶺土因TiO2超標(biāo)，需采取有效措施除鈦，且全區(qū)煤和夾矸中伴生的鈦可利用性較好，因此推動(dòng)了煤灰、矸石中伴生TiO2的綜合利用。由于沒(méi)有煤或夾矸中伴生TiO2的礦床類型，所以只能參照DZ/T0208—2002行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，含金紅石的原生礦邊界品位為1%，最低工業(yè)品位為1.5%。而準(zhǔn)格爾煤田矸石的X光衍射結(jié)果表明有金紅石存在，因此可以使用該工業(yè)指標(biāo)。煤灰中6號(hào)煤層、9號(hào)煤層伴生TiO2平均含量為1.48%、1.50%，6號(hào)煤層、9號(hào)煤層矸石中伴生TiO2平均含量為0.98%、1.12%，均符合上述工業(yè)指標(biāo)要求，且煤灰、矸石無(wú)開(kāi)采費(fèi)用，生產(chǎn)成本較開(kāi)采原生金紅石礦床更低，更有利于伴生TiO2的綜合利用。

3.4 共伴生礦產(chǎn)資源綜合利用存在的問(wèn)題

準(zhǔn)格爾旗地區(qū)煤炭資源豐富，是自治區(qū)乃至全國(guó)的煤炭能源基地和煤化工基地，電力資源充足，且當(dāng)?shù)卣延邪l(fā)展煤電鋁一體化的發(fā)展規(guī)劃。無(wú)論是從煤灰中提鋁，還是利用夾矸中高嶺土均有項(xiàng)目在建設(shè)，甚至有的已投產(chǎn)。但對(duì)于綜合利用煤灰中的鎵、鋰或者夾矸中的鎵、鋰還鮮有報(bào)道，提取、綜合回收利用的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件尚不明確，有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論及建議

準(zhǔn)格爾煤田煤炭共伴生的有益礦產(chǎn)資源豐富，僅全區(qū)勘查就已獲得378.26億t的煤炭資源量，另外東部區(qū)已大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，在建和已建的大于1 000萬(wàn)t產(chǎn)能的礦井6座，是自治區(qū)乃至全國(guó)的大型煤炭、化工和電力基地，有綜合利用前景的有益礦產(chǎn)包括鋁、鋰、鎵和高嶺土等，資源潛力巨大，綜合利用成果顯著，因此亟需開(kāi)展后續(xù)煤炭綜合勘查及資源綜合開(kāi)發(fā)利用研究。

但因本次勘查階段沒(méi)有安排專門的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行深入研究，目前僅限于了解有益礦產(chǎn)的空間分布形態(tài)(包括垂向及平面)，大致了解鎵、鋰與高嶺石中鋁的含量成正相關(guān)性，尚未獲得其他有關(guān)選冶和提取方法方面的成果。另外，針對(duì)高鋁煤中鋁、鎵、鋰的可利用性沒(méi)有具體的指標(biāo)或規(guī)范可以依據(jù)，資源量難以估算，也需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

在現(xiàn)有的工業(yè)指標(biāo)下，全區(qū)煤層中鋁、鎵、鋰及高嶺土均達(dá)不到獨(dú)立礦床利用的標(biāo)準(zhǔn)，因此需要轉(zhuǎn)換觀念，結(jié)合區(qū)內(nèi)煤炭資源未來(lái)主要的利用方向，從環(huán)境保護(hù)和廢物排放及利用的角度出發(fā)，在本地區(qū)已有的煤灰制鋁、矸石制高嶺土工業(yè)化流程的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)鋁、高嶺土、鎵、鋰的共同利用，因此對(duì)下一步綜合利用建議如下所述。

1)進(jìn)行煤灰(火電廠煤的燃燒，煤制氣煤的燃燒)中鎵、鋰元素賦存形態(tài)的研究，開(kāi)展煤灰中鎵、鋰元素提取的選礦試驗(yàn)，嘗試確定合理的提取工藝；進(jìn)行煤中鎵、鋰元素利用的經(jīng)濟(jì)性和可行性研究及評(píng)價(jià)，為制定和修改該類型礦床工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

2)開(kāi)展煤電鋁鎵鋰一體化研究，在現(xiàn)有的電廠煤灰制取氧化鋁工藝流程的基礎(chǔ)上，研究在制鋁過(guò)程中或是在提取鋁后的廢液中提取鎵、鋰元素的可能性，爭(zhēng)取優(yōu)化煤灰中提取鋁的工藝流程，實(shí)現(xiàn)多種元素逐級(jí)分步提取，實(shí)現(xiàn)鋁、鎵、鋰元素共同利用。

3)開(kāi)展矸石制取高嶺土鎵鋰工藝研究，進(jìn)一步研究煤層夾矸中鎵、鋰元素的賦存形態(tài)，嘗試優(yōu)化已有煅燒煤層高嶺石夾矸制取高嶺土的工藝流程，實(shí)現(xiàn)高嶺石夾矸利用過(guò)程中的鎵、鋰元素綜合利用，同時(shí)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和夾矸提取鎵、鋰元素的可行性研究，為今后煤炭綜合勘查、綜合評(píng)價(jià)和綜合利用奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為制定該類型礦產(chǎn)工業(yè)指標(biāo)提供依據(jù)。

[1] 國(guó)土資源部.關(guān)于印發(fā)《礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)》的通知[EB/OL].(2008-04-17).http：//www.mlr.gov.cn/kqsc/clps/bzgf/201003/t20100306_709014.htm.

[2] 國(guó)土資源部.關(guān)于發(fā)布《鈾礦地質(zhì)勘查規(guī)范》等19項(xiàng)地質(zhì)礦產(chǎn)推薦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通知[EB/OL].(2008-04-17).http：//www.mlr.gov.cn/kqsc/clps/bzgf/201003/t20100306_709010.htm.[3] 陳冀渝.用粉煤灰提取碳酸鋰[J].粉煤灰，2003(6)：42.

Evaluation and utilization of the comprehensive exploration of coexisting and accompanying minerals in coal-bearing rock series in Jungarian coal field

LEI Yan1，LIU Xiaobing1，LI Hanyu2，WANG Xi1，WANG Longsheng1，LIANG Guankao3
(1.Central Geological Exploration Fund Management Center，Ministry of Land and Resources,Beijing 100037，China；2.Beijing Capital Development Holding(Group) Co.，Ltd.，Beijing 100031，China；3.Inner Mongolia Geology Engineering Co.，Ltd.，Hohhot 010010，China)

The project of coal prospecting in Bu’ertaohai-Tianjiashipanzone，Jungarian coal field，Inner Mongolia Autonomous Region，sponsored by the Central Geological Exploration Fund Management Center，was reviewed in this paper.Carrying out the general geological coal survey，we focused on exploration and evaluation of the coexisting and accompanying minerals reservedin coal-bearing rock series.It was found that the resources of following minerals are as：coal 37.826 billion ton，alumina (Al2O3) in coal ash 1.581 billion ton，gallium，lithium in coal ash and coal gangue 316.1 thousand，1453.8 thousand ton respectively，kaolin in coal gangue 7.53 billion ton.In this paper was discussed also the current status of comprehensive utilization of these minerals，pointed out its significance and existing problems，and proposed a solution for further development of Jungarian coal field.

Jungarian coal field；coexisting and accompanying mineral；comprehensive exploration；overall evaluation；comprehensive utilization；proposal

2016-10-20 責(zé)任編輯：劉艷敏

中央地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目“組織實(shí)施費(fèi)”(2013年)資助

雷巖(1974-)，男，北京人，本科，研究員，高級(jí)會(huì)計(jì)師，主要從事中央地質(zhì)勘查基金發(fā)展和國(guó)外礦產(chǎn)資源勘查開(kāi)發(fā)研究工作，E-mail：2043397867@qq.com。

F203

A

1004-4051(2017)08-0075-06