[发明专利]一种定量评价高温模拟过程中煤中元素迁移率的方法

说明书

本发明公开一种定量评价高温模拟过程中煤中元素迁移率的方法，适用于煤地质与地球化学领域。煤中含有丰富的元素，取元素含量较高的低阶煤，借助高温模拟实验系统对低阶煤进行不同温度条件下的模拟实验，取模拟前、后煤样分别进行主量元素和痕量元素含量测试，计算各元素迁移率，建立元素迁移率随温度变化的关联模型，并对元素迁移进行预测。本发明通过高温模拟实验还原煤的演化过程，可量化评估元素在煤级演化过程中的迁移，步骤简单明确，评价结果可靠，该方案可用于指导煤中关键战略元素的勘探和有害元素的治理，对煤中元素迁移富集规律的研究具有重大的理论和实践意义。

技术领域

本发明属于煤地质与地球化学领域，具体涉及一种定量评价高温模拟过程中煤中元素迁移率的方法。

背景技术

煤不仅是一种重要的能源矿产，还是许多战略元素赋存的场所。近年来，越来越多的研究表明，煤中富集的锂、镓、锗、铀等战略金属储量巨大，且具备工业开发的价值。此外，煤中还可能富集砷、氟、硫等有害元素，这些有害元素在煤炭开发利用过程中进入大气或水体后，会严重影响人们的健康和生活。基于此，对煤中元素赋存和迁移进行研究、开发成为当前国际煤地质领域的研究热点之一，此研究有助于煤炭资源更为高效、合理、洁净的利用。

目前，我国已经在内蒙古乌兰图嘎煤和云南临沧煤中发现了超大型富锗矿床，在内蒙古准格尔煤中发现了超大型富锂和镓的矿床，在新疆伊犁煤中发现了富铀矿床。由此可知，对煤中元素迁移富集规律的研究将具有重大理论和实践意义。

中国专利CN11474082A公开了一种煤中元素迁移规律的研究装置，煤或者煤矸石可在反应箱中按照特定PH值、特定温度、以及特定时间进行反应，之后通过对固体样品中微量元素含量的检测，可以分析各微量元素在煤或者煤矸石中的迁移速率；虽然该装置可以对煤中痕量元素在酸、碱性环境中的迁移开展模拟实验，但其不涉及煤级高温演化过程中元素变化方面的应用，未公开煤在高温和流体影响下发生煤级跃迁过程中元素迁移率的定量评价方法。而煤与其他岩石的典型不同之处在于，煤在沉积过程中随温度增大，煤级会发生演化，这在很大程度上会影响煤中元素的迁移和富集。然而，煤在地质历史时期的演化过程以百万年为单位，现实中难以对这一过程进行有效研究。因此，基于时间-温度补偿原则，提出一种基于高温物理模拟的元素迁移定量评价方法很有必要。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中提出的问题提供一种定量评价高温模拟过程中煤中元素迁移率的方法，在高温模拟实验的基础上，结合各种现代测试手段，可定量计算主量元素和痕量元素在不同温度下煤级演化过程中的迁移率，并可利用元素迁移率与温度的拟合曲线预测拟合温度范围内元素在特定温度下的迁移率。

本发明的技术方案为：一种定量评价高温模拟过程中煤中元素迁移率的方法，主要包括以下步骤：

步骤一、收集国内各煤矿区煤地质、煤地球化学测试资料，统计各煤矿区主采煤层的主量元素和痕量元素含量，以低阶煤矿区为高温模拟实验区；

步骤二、从选定的低阶煤矿区采集10个以上煤块，用碎煤机将采集的所有煤块粉碎并混合均匀，筛选样品并取4-10目的粗大颗粒待用；

步骤三、随机取适量粗大颗粒并均分为2*n等份，随机选择其中的n份煤样标记为A系列，另外的n份标记为B系列，其中，n为不小于3的自然数；

步骤四、烘干n份A系列煤样，分别标号为A₁、A₂、…、A_n，将这n份煤样分别置于高温反应釜中，用真空机抽真空至-0.1MPa，向A₁、A₂、…、A_n这n份煤样中分别加入等量去离子水，以恒定的升温速率将这n份煤样在高温反应釜中分别升温至T₁、T₂、…、T_n后稳定48小时，分别收集这n份高温反应后的煤样，新的煤样标记为C系列，对应标号为C₁、C₂、…、C_n；