煤田地质与勘探

作者：王小令, 王绍清, 赵云刚, 穆瑞峰, 邵燕,

关键词：高碱煤, 碱性金属, 水溶态, 有机结合态, 地质意义,

目的和方法煤中碱性金属影响煤加工利用，通过水洗、浮选、重液分离等可去除大部分水溶态和矿物中的碱性金属，而与有机质结合的碱性金属难以脱除。为探究高碱煤中碱性金属的有机赋存形式，选取不同镜惰比的新疆准东煤田高碱煤样，通过逐级化学提取，结合23Na CP/MAS NMR和TEM-EDS等实验手段，系统分析煤中碱性金属的含量、分布规律和赋存状态。结果(1)准东煤中碱性金属以水溶态和离子交换态为主，其中Na+和Ca2+因含量显著高于其他碱性金属离子，更易通过离子交换与煤分子相互作用。(2)水溶态和离子交换态碱性金属主要通过与煤有机质中的含氧官能团(羰基、羧基、酚羟基)通过吸附结合。量子化学计算结果表明，Na+主要通过与羧酸根或羰基结合形成羧酸Na或配位结构(−C=ONa+)；大部分Ca2+以化学吸附形式与有机分子结合，表现出较强的离子键作用。随镜质组含量的增加，离子交换态Na从28.3%增加到30.9%，离子交换态Ca从62.3%增加到70.1%，表明镜质组更易与碱性金属结合。(3)碱性金属离子随地下水流动发生迁移，在含氧官能团附近吸附，吸附能力受控于煤的显微组分，这种显微组分−官能团−吸附能力的级联控制，是碱性金属离子差异性富集的根本原因。结论碱性金属Na、Ca的有机赋存规律提供了明确的地质意义，为预测煤层垂向碱性金属富集层位提供了重要的煤岩学依据；同时，碱性金属离子占据含氧官能团的吸附位点，对煤层气吸附产生不利影响。未来需重点探究碱性金属离子对煤层气竞争吸附的分子抑制机制，为高碱煤的合理清洁开发利用提供理论依据。

来源：2025年第12期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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