煤型稀有金属矿床是近年来煤地质学研究的热点领域,吸引了国内外较多的关注。本文综合运用煤地质学、矿物学、地球化学和冶金学等理论,使用X-射线荧光光谱仪(XRF)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)、低温灰化-X射线衍射结合Siroquant定量分析(LTA-XRD-Siroquant)、偏光显微镜和带能谱的扫描电子显微镜(SEM-EDX)、化学提取等方法,以中梁山煤田晚二叠世龙潭组和渝东南煤田晚二叠世吴家坪组含煤岩系为例,对四川盆地东部晚二叠世含煤岩系稀有金属的丰度、分布规律、富集机理和可提取性进行了研究。1、中梁山煤田晚二叠世龙潭组煤中稀有金属富集特征及机理中梁山煤田晚二叠世煤为中挥发分烟煤、中灰高硫煤,显微组分以镜质组为主,其次为惰质组。中梁山煤田煤中矿物主要为高岭石、黄铁矿、石英、方解石和锐钛矿。许多样品中发现有伊蒙混层矿物、鲕绿泥石、金红石、白铁矿、白云石、铁白云石、石膏、烧石膏和钾长石。另外,在带能谱的扫描电镜中发现磷灰石、水磷铈矿和重晶石等微量矿物。与世界煤中均值相比,中梁山煤中富集Li、V、Co、Cu、Se、Zr、Nb、REY、Cd、Ta、Hf和Hg等微量元素。根据煤中Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu和Zn的丰度、Al2O3/Ti O2比值以及稀土元素分布模式图,中梁山煤田煤的主要物质来源不是前人认为的康滇古陆,而可能是来源于盆地周边的大巴山古陆、汉南古陆和乐山-龙女寺隆起。根据鲕绿泥石、重晶石、水磷铈矿、石英和方解石的赋存状态,中梁山煤田中煤受到了多期次低温热液的影响。K7煤层和K1煤层上分层具有成为提取稀土元素的潜在原料的可能性。2、中梁山煤田晚二叠世龙潭组凝灰岩中稀有金属富集特征及机理中梁山煤田晚二叠世龙潭组凝灰岩中富集Li、Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Cd、Sb、REY、Hf、Ta、Re、Th和U等微量元素,矿物以高岭石、伊利石、黄铁矿、锐钛矿、方解石、石膏和石英为主,另有一些微量矿物如锆石、水磷铈矿、黄钾铁钒和重晶石等。中梁山煤田晚二叠世龙潭组凝灰岩属于基性火山灰成因,具有碱性玄武岩的特征。凝灰岩中磷铝铈石、石膏、黄钾铁钒、重晶石以及部分锐钛矿和锆石是由热液成因形成的。中梁山煤田凝灰岩中Nb、Ti、Ga和REY已分别超过各自规范的最低工业品位,为一新型的煤型稀有金属矿床。3、渝东南煤田晚二叠世吴家坪组K1煤层中稀有金属富集特征及机理渝东南煤田晚二叠世吴家坪组含煤岩系仅含有1层可采煤层,为K1煤层。洞沟煤矿K1煤层为高硫、中低灰、低挥发分烟煤,芦塘煤矿K1煤层为高硫、中低灰半无烟煤,而大坪煤矿K1煤层为高硫、低灰、中挥发分烟煤。渝东南煤田K1煤层显微组分都以镜质组为主,其次为惰质组,由于煤级较高,壳质组在镜下难以鉴别。洞沟煤矿煤中矿物主要为粘土矿物(包括伊利石、高岭石、伊蒙混层和少量的鲕绿泥石)、黄铁矿,其次为黄钾铁矾、石英和钾长石。芦塘煤矿煤中主要矿物为粘土矿物(包括伊利石、伊蒙混层和高岭石)和黄铁矿,部分样品中发现钾长石、方解石、铁白云石、石英和熟石膏。大坪煤矿煤中主要矿物为粘土矿物(包括伊利石、伊蒙混层、高岭石和少许绿泥石)和黄铁矿,其次为烧石膏(熟石膏)和锐钛矿,另含有少量熟石膏。采用带能谱的扫描电镜发现了许多低于X-射线衍射检测限的微量矿物,主要有稀土矿物(水磷铈矿、磷铝铈矿、磷锶铝石、磷钇矿)、锆石、斜锆矿、天青石和铝的氢氧化物矿物。与世界煤中均值相比,渝东南煤田K1煤层中普遍富集Li、Nb、Ta、Zr、Hf、Ga和REY等有益元素,通过稀有金属初步评估,洞沟煤矿、芦塘煤矿和大坪煤矿K1煤层具有综合回收利用以上有益元素的潜力,其赋存状态和可提取性值得进一步研究。与中梁山煤田类似,渝东南煤田K1煤层中主要物质来源也不是康滇古陆,可能来自于聚煤盆地南部的江南古陆。同样,渝东南煤田K1煤层在成煤作用过程中也受到了多期次热液侵入,造成了许多含稀土矿物的形成。同时,渝东南煤田K1煤层还受到了海水的影响。4、探索出了从凝灰岩中浸出稀有金属的浸出工艺参数以中梁山煤田晚二叠世龙潭组凝灰岩为研究对象,采用碱法烧结-水浸-酸浸的方法能有效地浸出煤型稀有金属矿床中的REY、Ga和Nb。实验最佳工艺参数分别为:样品粒度-46μm,样品/烧结剂(Na2CO3)为1:1.5,煅烧温度860°C,煅烧时间为0.5 h,水浸温度90°C,水浸时间2 h,酸浸液固比为20 ml:1 g,酸浸温度40°C,酸浸时间2 h,盐酸浓度4 mol/L。采用碱法烧结-水浸-酸浸能有效地实现REY、Ga和Nb的分离,REY的总浸出率为85.81%,Ga的总浸出率为93.37%,浸出效果较好,而Nb的总浸出率小于1%,主要富集在残渣中。