Artículos seleccionados sobre petrología y geoquímica del carbón por Ren Deyi
Los minerales del carbón son componentes importantes del carbón. Desde la perspectiva del origen, la composición y características de los minerales en el carbón no solo reflejan los antecedentes geológicos del entorno de acumulación de carbón, sino que a veces también reflejan los diversos procesos geológicos experimentados después de la formación de la veta de carbón, lo que es útil para aclarar el origen. , carbonificación y región de la veta de carbón. Cuestiones teóricas básicas como la evolución histórica geológica (Ward, 2002). Desde la perspectiva de la utilización del carbón, el contenido mineral del carbón afecta directamente el nivel de poder calorífico del carbón y las características de procesamiento y utilización del carbón (Han Dexin, 1996). También es la principal fuente de desgaste, corrosión y contaminación en la metalurgia de coquización. . Además, el contenido, la forma de existencia y la contaminación ambiental de la mayoría de los elementos traza nocivos en el carbón también están relacionados con los minerales del carbón (Vassilev et al., 1994), y los minerales son los principales portadores de elementos traza en el carbón (Tang et al. ., 2004). Gupta et al. (1999) creían que la mayoría de los problemas en la utilización del carbón son causados por los minerales del carbón y no por sus componentes microscópicos orgánicos. Por otro lado, los elementos raros y los elementos radiactivos que cumplen con los requisitos de grado industrial son minerales útiles asociados. Algunos minerales pueden desempeñar un papel catalítico en el proceso de utilización y procesamiento del carbón, mejorando el valor económico y técnico del carbón. Por lo tanto, estudiar la composición, el contenido, la fuente y el estado de ocurrencia de los minerales en el carbón tiene una importancia teórica y práctica importante.
1. Minerales que se encuentran en el carbón
Los minerales del carbón incluyen principalmente minerales estacionales y arcillosos (principalmente caolinita, illita y minerales de capa mixta illita/montmorillonita), minerales de carbonato (siderita, calcita). y dolomita) y minerales de sulfuro (como la pirita) (Ward, 1978, 2002; Harvey et al., 1986; Palmer et al., 1996). Académicos nacionales y extranjeros han llevado a cabo extensas investigaciones sobre las características de la ocurrencia y el origen geológico de los minerales. minerales en el carbón, especialmente estos cuatro tipos de minerales (Martinez-Tarazona et al., 1992; Patterson et al., 1994; Huang Wenhui et al., 1999; Hower et al. Ren, 2001; Ward, 2002; Dai et al. ., 2003), así como diversos minerales traza en el carbón, como monacita, circón, xonotlita, hidrocita, colosita, cromita, etc. (Querol et al., 1997; Rao et al., 1997; Ward, 1989; Diehl et al., 1999; Vasilivert et al., 1998; Li et al.; Ding Zhenhua et al., 2002). Según Finkelman (1981), se han identificado más de 125 minerales en el carbón. ¿Bou? Ka et al. (2000) creían que el carbón puede contener 145 minerales; Tang et al. (2004) resumieron informes de literatura nacional y extranjera y enumeraron 201 minerales cristalinos identificables en el carbón.
Según datos de investigaciones anteriores, los minerales de hidróxido que se encuentran en el carbón incluyen limonita, bauxita, goethita, lepidolita, diáspora, gibbsita y piedra boehmita, wolframita, brucita e hidróxido de calcio. La limonita, la bauxita y la goethita son comunes en el carbón y existen muchos estudios sobre su origen (Dill et al., 1999).
La fibra de vidrio es rara en el carbón y existe principalmente en la turba (Bou?ka et al., 1997); el contenido de diáspora en el carbón es bajo y existe principalmente en vetas de carbón que contienen ganga en capas de ceniza volcánica (Burger et. al., 1971); la gibbsita es rara en el carbón (Bou?ka et al., 2000); minerales como la boehmita, la wolframita, la brucita y el hidróxido de calcio se encuentran en muy poco o muy poco en el carbón (Ward, 1978; Bou). Ška et al., 2000; Tang et al., 2004).
Vale la pena señalar que, aunque la boehmita puede existir en vetas de arcilla en algunas formaciones carboníferas, se han realizado algunos trabajos de investigación al respecto (Mao Yuan et al., 1994; Liang et al.; Liu et al., 1997), pero no existe información pública en el país ni en el extranjero sobre la aparición y el origen de la boehmita en el carbón. La razón principal es que es poco común en el carbón. ¿Bou? Ka et al. (2000) creen que la boehmita es muy rara en el carbón; Ward (1977, 1984, 2002) cree que puede haber trazas de boehmita en carbones individuales, pero un alto contenido de boehmita en el carbón es inusual. Goodarzi et al. (1985), Harvey et al. (1986), Patterson et al (1994) y Vassilev (1994) estudiaron los minerales en carbones de Canadá, Australia, Estados Unidos y Bulgaria respectivamente, pero no se encontró boehmita. . Tatsuo et al. (1993, 1996) y Tatsuo (1998) encontraron una pequeña cantidad de boehmita en los productos de incineración a baja temperatura del carbón Paleógeno en la cuenca carbonífera de la Bahía de Ishikari, Hokkaido, Japón (sólo 8 de las 85 muestras de carbón recolectadas). El producto de incineración a alta temperatura de la muestra contiene boehmita, siendo el contenido más alto solo . Además, no hay informes públicos de boehmita en el carbón en el país o en el extranjero
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El campo carbonífero de Jungar está ubicado en el borde noreste de la cuenca de Ordos. Tiene 65 kilómetros de largo de norte a sur y 26 kilómetros de ancho de este a oeste. Cubre un área de 1.700 kilómetros cuadrados. Tiene reservas geológicas de carbón probadas de 26,8 mil millones de toneladas. Es la veta de carbón más rica de la cuenca de Ordos y también es una zona de cambio de fase sedimentaria. La piedra caliza está exprimida en la cuenca de Ordos y gradualmente se vuelve terrígena. rocas clásticas Los estratos que contienen carbón en el yacimiento de carbón de Junggar incluyen la Formación Benxi del Carbonífero Superior, la Formación Taiyuan y la Formación Shanxi del Pérmico Inferior, con un espesor total de 110, ~ 160 m. El piso de los estratos que contienen carbón es piedra caliza del Ordovícico Medio. y los estratos superpuestos son estratos que no contienen carbón, como la Formación Shihezi Inferior, la Formación Shihezi Superior, la Formación Shiqianfeng y la Formación Liujiagou. La veta de carbón número 6 en esta área se encuentra en Taiyuan. En la formación, el espesor es generalmente entre 2,7 y 35 m, con un espesor promedio de 30 m y un espesor máximo de 50 m. Es una enorme veta de carbón formada en el fondo del sistema sedimentario del delta (Liu et al., 1997).
De acuerdo con las especificaciones de muestreo GB. 482-1995 y MT 262-91, combinadas con las condiciones reales de la extracción de vetas de carbón en el área minera de Zhungeer, el número, el espesor y las características del No. 6. Las muestras de carbón de vetas de carbón en la mina de carbón de Heidaigou se recolectaron en capas, como se muestra en la Figura 1. La composición mineral de las vetas de carbón de arriba a abajo se estudia mediante análisis de difracción de rayos X (XRD). Las características morfológicas de los minerales fueron. observado usando un microscopio electrónico de barrido (SEM-EDX) con un espectrómetro de energía y un microfotómetro MPV-ⅲ. Los componentes microscópicos y minerales del carbón se contaron cuantitativamente de acuerdo con GB 8899-88. La unidad de los resultados de la prueba es el porcentaje de volumen (vol. .), y la diferencia permitida entre los resultados de las dos pruebas es inferior a 4,5.
Figura 1 Composición mineral de la veta de carbón columnar estratificada No. 6 en el área de estudio
3. Las características del descubrimiento y aparición de la boehmita y su combinación mineral especial
Desde la perspectiva de la composición mineral, la Sección D de la veta de carbón Jungar No. 6 está claramente dividida en cuatro secciones de arriba a abajo. 1 Consta de ZG6-1, la segunda sección consta de ZG6-2, ZG6-3 y ZG6-4, la tercera sección consta de ZG6-5 y la cuarta sección consta de ZG6-6 y ZG6-7. varía ampliamente (Fig. 1).
Las funciones de arriba hacia abajo son las siguientes:
(1) El análisis de difracción de rayos X (Fig. 2a) y las mediciones con microscopio óptico muestran que la composición mineral de ZG6-1 es principalmente estacional, con un contenido como alto como 16,4 (Tabla 1) en forma dispersa (Placa 1-1). Con el tiempo, se produce una grave mineralización del carbón. Según las características morfológicas de la estación, tiene bordes y esquinas afilados y un tamaño de partícula uniforme, en su mayoría de 5 ~ 10 μ m (Lámina I-3). Distribuido principalmente en vitrinita de matriz, minerales arcillosos singénicos y vitrinita homogénea. El contenido de minerales arcillosos (principalmente caolinita) es de 5,5 (Cuadro 1). Los resultados de la prueba SEM-EDX de minerales estratificados y minerales arcillosos se muestran en la Tabla 2.
Tabla 1 Composición de carbón y roca de la veta de carbón n.° 6 en Zhungeer Coalfield
Nota: bdl es inferior al límite de detección.
Figura 2 Patrón XRD de muestras en capas de la veta de carbón No. 6 en el área de estudio
(2) Los componentes de ZG6-2, ZG6-3 y ZG6-4 son principalmente boro anormalmente enriquecido. El contenido de boehmita es 11,9, 13,1 y 11 respectivamente (Tabla 1). Un contenido tan alto de boehmita existe en el carbón, que no se ha informado en el país ni en el extranjero. Además, los contenidos de caolinita en estas tres capas son 4,3, 3,6 y 4 respectivamente. 4 respectivamente. La boehmita existe en forma criptocristalina en esta veta de carbón. Sus estados de aparición son diversos, pero se distribuye principalmente en la matriz de vitrinita en forma de bloques, y algunos en forma de bloques individuales o bloques irregulares (Lámina I-4 ~). 6), algunos tienen forma de bloques o cuentas continuas, y otros están distribuidos en las cuevas de las plantas formadoras de carbón (Lámina I-7). El tamaño de las partículas de boehmita distribuida en grumos varía mucho, oscilando entre 1 y 300 μm. Bajo un microscopio polarizador, la principal diferencia entre la boehmita y los minerales arcillosos es que la boehmita es densa, mientras que los minerales arcillosos están sueltos (Figura 1-8). El color de reflexión de la boehmita es más claro que el de los minerales arcillosos, y las protuberancias de la boehmita son más altas (Figura I-6), mientras que los minerales arcillosos no sobresalen (Figura I-8). En estas vetas de carbón ricas en boehmita, las combinaciones minerales asociadas con la boehmita también son especiales. Estos minerales incluyen rutilo, forsterita, circón, siderita, galena, calcopirita y selenita-galena. El contenido de rutilo en ZG6-2 es alto (1,6). El rutilo aparece en forma de monocristales o gemelos en forma de rodillas, con un fenómeno de estructura en bandas (Lámina II-1, 2). Hay dawsonita en ZG6-2 y ZG6-3. La dawsonita se rellena principalmente en la cavidad celular de los filamentos y aparece como partículas redondas con un tamaño de partícula de 1 a 2 micras (Láminas I-7 y II-3). ZG6-3 contiene galena, calcopirita y selenio galena. Estos tres minerales tienen forma redonda (Lámina ⅱ-4), con una estructura interna especial y muchos agujeros. Parecen tener signos evidentes de mineralización por organismos inferiores como bacterias y algas (Lámina ⅱ-5). Hay circones en ZG6-2 y ZG6-3, y los rastros de fractura indican que provienen de la fuente (Láminas II-6 y 7). Además, hay una pequeña cantidad de siderita en el rico horizonte de boehmita (Lámina ⅱ-8). Debido al bajo contenido de rutilo, dawsonita, circón y siderita, el análisis de difracción de rayos X no pudo detectar la morfología y el material del cristal, principalmente mediante microscopio polarizador y microscopio electrónico de barrido con espectrómetro de energía (SEM-EDX).
(3) La composición mineral de ZG6-5 es principalmente caolinita, con un contenido de 11. Contiene una pequeña cantidad de boehmita (3.3) y trazas de pirita.
(4) Los minerales de ZG6-6 y ZG6-7 son principalmente caolinita, representando 22 y 19. Contiene trazas de pirita, calcita y calcita, pero no boehmita (Fig. 2e y F).
4. Estudio preliminar sobre el origen de la boehmita y sus minerales asociados
La boehmita es un producto de la meteorización de rocas de silicato, a menudo combinadas con gibbsita y piedra de diáspora, caolinita, calcedonia, mica amónica. y otros minerales son simbióticos. Además, también puede ser un producto hidrotermal de baja temperatura, simbiótico con zeolita (Kondakov et al., 1975; Hrinko, 1986; Liang et al.; Banki, 1998; Cheng Dong et al., 2001). Sin embargo, en las vetas de carbón ricas en boehmita, a excepción de la caolinita, no se encontraron los minerales biogénicos mencionados anteriormente y no se encontró evidencia de minerales hidrotermales de baja temperatura o actividad hidrotermal.
Según la investigación de Wang Shuangming et al (1996), en las primeras etapas de la formación de la veta de carbón No. 6 en el campo de carbón de Junggar (correspondiente a las vetas de carbón con números ZG6-7). y ZG6-6), la topografía del campo de carbón de Junggar era noroeste. Es más alta hacia el sur y más baja hacia el sur. El material clástico terrígeno proviene principalmente del granito feldespático de potasio mesoproterozoico ampliamente distribuido en el antiguo continente Yinshan en dirección noroeste. Por lo tanto, en ZG6-7 y ZG6, la etapa intermedia de la formación de la veta de carbón (los números de veta de carbón correspondientes son ZG6-5, ZG6-4, ZG6-3, ZG6-2), la parte noreste de la yacimiento de carbón comenzó a elevarse. y la bauxita de la Formación Benxi quedó expuesta. La yacimiento de carbón está ubicada en la zona baja del antiguo continente Yinshan en la parte occidental del norte y en el área elevada de la Formación Benxi en la parte oriental del norte, donde continúa la acumulación de carbón. La tendencia del antiguo cauce del río era noreste (Wang Shuangming et al., 65438 Con base en la importancia ambiental representada por los valores de isótopos de oxígeno y carbono de la piedra caliza Carbonífera, se concluyó que la piedra caliza Carbonífera se formó en una zona). Ambiente marino normal La temperatura del agua antigua cuando se formó la Formación Taiyuan La temperatura promedio era de 29 ~ 32 ℃, lo que indica que el clima en el área era cálido en ese momento (Liu Huanjie et al., 1991; Cheng Dong et al., 2001). Según el estudio de Lin (1984) y Cheng Dong (2001) sobre el paleomagnético del Carbonífero en esta área, la paleolatitud del Carbonífero Tardío en el yacimiento de carbón de Junggar fue de aproximadamente 14 N. Este clima tropical húmedo favorece la formación de gibbsita en la corteza erosionada de la Formación Benxi (Cheng Dong et al., 2001). La gibbsita es un producto de oxidación en ambiente abierto. La gibbsita y una pequeña cantidad de minerales arcillosos se transportan en forma de coloides a distancias cortas hasta la turbera de Jungar bajo la acción del flujo de agua. Según la investigación de Wang Shuangming (1996), la cuenca carbonífera de Jungar está a sólo 50 kilómetros de la corteza erosionada. Con la acumulación continua de turba, cuando la veta de carbón correspondiente es ZG6-1, el levantamiento de la Formación Benxi con tendencia noreste desciende y el suministro de escombros terrígenos cambia al granito de feldespato potásico mesoproterozoico con tendencia noroeste del antiguo continente Yinshan. Además de una gran cantidad de minerales estacionales, ZG6-1 se compone principalmente de minerales arcillosos. En la diagénesis temprana de la acumulación de turba, la solución coloide de gibbsita en las capas ZG6-5, ZG6-4, ZG6-3 y ZG6-2 se deshidrataron para formar boehmita bajo la compactación de los sedimentos suprayacentes. A juzgar por la forma de aparición de la boehmita, la mayor parte de la boehmita está floculada, lo que también refleja su origen coloidal. Liu Changling et al. (1985) creían que la formación de boehmita está relacionada principalmente con el ambiente débilmente ácido y débilmente oxidante a débilmente reductor durante la etapa diagenética. Es más probable que se forme boehmita en pantanos de turba. La bauxita de la Formación Benxi en Hequ, Shanxi, es rica en boehmita, y la composición mineral pesada de la bauxita Jinyu es circón, rutilo, galena, etc. Esto es similar a los resultados de la veta de carbón rica en boehmita (Liu Changling et al., 1985), y también es evidencia de que la boehmita en la veta de carbón No. 6 proviene de la bauxita de la Formación Benxi. La formación de un alto contenido de boehmita en el carbón No. 6 es diferente de la de boehmita o de la boehmita en la caolinita de medida de carbón. Liu et al. (1997) señalaron que la formación de boehmita o boehmita en caolinita que contiene carbón se debe principalmente a la presencia de caolinita en el medio (pH
Tabla 2 Boehmita y sus minerales asociados SEM- Resultados de la prueba EDX
Nota: Min es el valor mínimo; Max es el valor máximo; AM es la media aritmética; Bdl es inferior al límite de detección
Carbón del Paleozoico tardío en el estudio. La aparición de boehmita de contenido medio a alto no es un simple evento geológico aislado. Su aparición única, su origen y las combinaciones de minerales asociados están estrechamente relacionados con los cuerpos geológicos circundantes, la formación y evolución de las vetas de carbón y la paleogeografía. y paleoclima cuando se formaron las vetas de carbón.
Agradecimientos: Gracias al profesor Zeng del Instituto de Geología y Geofísica de la Academia de Ciencias de China y al profesor Zhong Ningning de la Universidad de China por su cuidadosa orientación y de gran ayuda.
Por su contribución al examen.
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Descripción del gráfico
Placa ⅰ
Tiempo (SEM) a 1. ZG6-1.
2. ZG6-1 está severamente mineralizado (inmersión en aceite, polarización simple de reflexión, 320 ×).
3. Los bordes y esquinas en ZG6-1 son obvios y el tamaño de partícula es uniforme (SEM).
4. Boehmita masiva regular (SEM) en ZG6-2.
5.Boehmita masiva irregular en ZG6-2 (SEM).
6. Boehmita masiva irregular en ZG6-3 con altas protuberancias (inmersión en aceite, reflexión de polarización simple, 320 ×).
7. Boehmita y fosfato de aluminio en ZG6-3 rellenos en la cavidad del filamento (SEM).
8. Los minerales arcillosos en ZG6-5 no tienen protuberancias (inmersión en aceite, reflexión de polarización simple, 320 ×).
Lámina ⅱ
Cristal de rutilo 1. ZG6-2 (inmersión en aceite, polarización única reflectante, 320 ×).
2. Gemelos de rutilo en forma de rodilla en ZG6-2.
3. Observación con microscopio electrónico de barrido de ZG6-3 llenando la cavidad celular.
4. El selenio galena (SEM) producido en ZG6-3 tiene forma redonda.
5. Estructura interna (MEB) de calcopirita ZG6-3.
6.Circón en ZG6-2 (SEM).
7.Circón en ZG6-3 (SEM).
8. Siderita en ZG6-3 (SEM).
Dai Shifeng et al.: Descubrimiento de boehmita anormalmente enriquecida en la yacimiento de carbón de Jungar en el borde noreste de la cuenca de Ordos.
Lámina ⅰ
Artículos seleccionados sobre petrología y geoquímica del carbón de Ren Deyi
Dai Shifeng et al.: Hidroaluminio anormalmente enriquecido en la yacimiento de carbón de Jungar en el noreste Borde de la Cuenca de Ordos El descubrimiento de la piedra.
Lámina ⅱ
Artículos seleccionados sobre petrología y geoquímica del carbón de Ren Deyi
El carbón de la cuenca minera de Jungar, en la cuenca nororiental de Ordos, es extremadamente rico en boehmita Descubrir .
Dai Shifeng 1, 2, Ren Deyi 1, 2, Li Shengsheng 2, Chen Linqiu 3
( 1. Laboratorio clave de recursos de carbón CUMT, 100083; 2. Universidad de China Recursos Mineros y Tecnológicos y Departamento de Ciencias de la Tierra, Beijing, 100083; 3. Illinois Geological Survey, IL61820, EE. UU.)
Resumen: utilizando análisis de difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y microscopía óptica con espectrómetro de energía, etc., en Una boehmita extremadamente abundante y sus minerales asociados fueron descubiertos por primera vez en la veta de carbón extragruesa número 6 en el yacimiento de carbón de Qiongge en la cuenca nororiental de Ordos. El contenido de boehmita llega a 13,1 y los minerales asociados incluyen mayenita, circón, rutilo, goethita, galena, calcopirita y selenio galena. El conjunto de minerales pesados es similar al de la bauxita de la Formación Benxi en el norte de China. El alto contenido de boehmita en el carbón proviene principalmente de la bauxita de capa delgada de la Formación Benxi en la cuenca de carbón del noreste. La solución de piedra coloidal de gibbsita migra de la bauxita al pantano de turba. La boehmita se forma por compactación y deshidratación de la solución de piedra coloidal de gibbsita durante el período de acumulación de turba y la diagénesis temprana.
Palabras clave: carbón; boehmita; Paleozoico tardío; yacimiento de carbón de Jungar
(Este artículo fue escrito por Dai Shifeng, Ren Deyi y Li Shengsheng y se publicó originalmente en Acta Geologica Sinica. en 2006 Año Volumen 80 Número 2)