mineral matter in coal
简介
煤中伴生的一切无机组分，既包括肉眼和光学显微镜下可识别的矿物，也包括与有机质结合的金属原子和阴离子。
分类 煤中矿物质可按其来源、形成时期分类。
按来源分类 煤中矿物质按其来源可分为植物成因的、碎屑成因的和化学及生物化学成因的等三类。
植物成因的矿物质 作为植物生长所需营养物质的矿物质。其中主要包括Ca、K、Mg、Na、Si、S、P、Fe、Cl等元素的化合物及Ti、B、Cu、Mo、Zn、Co等微量元素。其总量一般不超过植物(干基)的2%。它们难以用物理方法脱除。
碎屑成因的矿物质 由风和水流搬运并沉积到泥炭沼泽中的碎屑矿物和岩屑。煤中常见的碎屑矿物主要有粘土矿物、石英、长石、云母，还有锆石、电气石、磷灰石、石榴子石、独居石、重晶石、锡石、磷钇矿等重矿物，有时含火山碎屑。
化学及生物化学成因的矿物质 在水溶液中直接化学沉淀，或溶液与泥炭有机质反应以及煤中有机质与无机质反应后形成的矿物质。煤中常见的有高岭石、硫化物、菱铁矿和部分石英。在生物生命活动和死亡后遗体降解过程中产生的CO2、O2、H2、H2S、NH3、CH4和酶、有机酸、腐植质等，对矿物的形成有明显的影响。
按形成时期分类 煤中矿物按其形成时期可分为同生和后生两类。
同生矿物 泥炭聚积期和早期成岩作用阶段所形成的矿物。它们之中，既有新形成的自生矿物，也有风和水流带来的碎屑矿物。煤中常见同生矿物主要有高岭石、石英、黄铁矿、菱铁矿等。
后生矿物 煤层形成后，由地下水、热液带来的矿物质由于物理化学条件变化，形成并沉淀在煤的裂隙、空隙、层面上的矿物。煤中常见的后生矿物主要有黄铁矿、石英、高岭石、方解石、菱铁矿等。后生矿物也包括煤层及其围岩受风化而形成的石膏、褐铁矿等矿物。
常见矿物 煤中常见矿物有粘土矿物、氧化物和氢氧化物矿物以及硫化物矿物等。
粘土矿物 煤中含量最高的主要矿物，一般占煤中矿物总量的60%～80%。中国山西西山煤田、平朔煤田，形成于滨海平原的石炭二叠纪煤中，粘土矿物占矿物总量的77%～98%。
煤中粘土矿物以高岭石Al4 〔Si4O10〕〔OH〕8，伊利石KAl2 (AlSiO3) O10 (OH)2为主，而蒙脱石 (Al、Mg)2 〔Si4O10〕 (OH)2·nH2O和伊利石—蒙脱石混层矿物等较少。一般认为，高岭石是在温暖潮湿气候的酸性介质条件下形成的; 蒙脱石主要形成于温暖气候的碱性介质条件下;而伊利石的形成环境要广些。自生伊利石常与富钾的碱性介质有关。
粘土矿物透光色呈无色或因受腐植酸影响而略带褐色。反射光下呈灰色，不显突起，在油浸反射光下为黑色。粘土矿物主要呈微粒状、团块状、透镜状和薄层状产出(参见彩图插页第4页1)。由于粘土矿物的粒径常小于2μm，在光学显微镜下难以确切鉴定，需用差热分析、X—射线衍射分析和电镜分析等方法加以鉴定。
各种粘土矿物的比表面积不同，蒙脱石为600～800万cm2/g，伊利石为600～2000万cm2/g，高岭石为10～50万cm2/g。蒙脱石遇水膨胀，在选煤时能引起煤泥产率增高，造成脱水困难。
氧化物和氢氧化物矿物 在煤中常见的氧化物矿物是石英，也有金红石及玉髓、蛋白石、赤铁矿、磁铁矿等，常见的氢氧化物矿物是褐铁矿。
石英SiO2 煤中主要矿物，在活水泥炭沼泽中形成的半暗煤、暗淡煤中，石英含量高。
煤中石英多以陆源粉砂级石英碎屑为主。中国西南地区晚二叠世煤中常有自生石英的自形晶和半自形晶产出。热液石英脉多出现在一些中、高煤级煤中。石英在透射光下呈无色透明，反光色呈深灰色，突起很高，油浸反光色呈黑色，有时显乳白色内反射，局部呈彩虹色。
金红石TiO2 常见于中国西南地区晚二叠世煤中，也见于中国华北石炭二叠纪煤和新疆、东北中生代煤中。在煤中，金红石呈发育不完善的柱状晶体或它形粒状集合体，散布于基质镜质体中，或与粘土矿物共生。其反光色呈浅灰色，具突起，强非均质性，内反射色为浅黄色到褐红色。
此外，煤中偶见锐钛矿、板钛矿、钛磁铁矿、铬铁矿、铌铁矿、锡石和针铁矿等矿物。
硫化物矿物 煤中常见的硫化物矿物是黄铁矿，其次是白铁矿，还有胶黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、硫镍钴矿、雄黄、雌黄等共30余种。硫是煤中主要有害杂质，燃煤产生的二氧化硫不仅腐蚀金属设备、影响煤加工产品的质量，还是成为酸雨等环境的污染源。
黄铁矿FeS2 煤中无机硫的主要来源，有可能用物理方法脱除。黄铁矿属等轴晶系，在薄片中为黑色不透明，辅以斜射光时，反射出金黄色，可与惰质体相区别。其反光色呈亮黄白色，突起很高，有时不易磨光，表面常有麻点。
煤中黄铁矿大多呈微粒状、自形晶和莓球状产出(参见彩图插页第12页11)，形成于厌氧的还原环境中。煤中也有具生物组构的黄铁矿，以黄铁矿化的高等植物遗体较常见，也有黄铁矿化的藻类遗体、硫酸盐还原菌等微生物以及黄铁矿化的多种门类的海相动物化石。具生物组构的黄铁矿可用以阐明成煤植物和聚煤环境。圆球状和团块状黄铁矿是莓球状等同生黄铁矿在深埋过程中，受热液改造而成。脉状黄铁矿不多见，是充填裂隙的后生矿物。
白铁矿FeS2 斜方晶系，其反光色具明显的多色性，呈浅黄白色，微带绿色至浅黄褐色，突起稍低，反射正交偏光下具强非均质性，呈深绿、黄绿、蓝绿等偏光色，以此与黄铁矿相区别。
煤中白铁矿呈放射状，同心圆环状集合体产出，外形多为近圆形。
闪锌矿、黄铜矿、方铅矿、硫镍钴矿等其它硫化物矿物在煤中少见，多呈微粒状、粒状它形集合体和不规则状产出，其成因大多与热液作用有关，由于粒度小，需用电子探针等方法鉴定。
碳酸盐矿物 煤中常见的是方解石和菱铁矿，还有白云石、文石和铁白云石等。
方解石CaCO3 在煤中以脉状充填裂隙的后生方解石为主，有时也充填植物细胞腔，偶见同生的方解石自形晶。中国晚古生代一些煤中有海相钙质动物化石及其碎片。煤层中的灰岩或泥灰岩透镜体、夹层及碳酸盐煤核，可用以阐明煤层的聚积环境。
在普通反射光下，方解石表面光洁平整，微突起，呈乳灰色、烟灰色，常有乳白色、棕色、珍珠色内反射色。脉状方解石解理发育，常见聚片双晶。
菱铁矿FeCO3 大多是弱碱性、弱还原泥炭沼泽中成岩阶段的自生矿物。常见于中国中、新生代内陆盆地煤中。
煤中菱铁矿呈放射状或同心圆状结核分布在基质镜质体中，多为扁圆形。由于夹有腐植质，透光色常呈褐黄色，反光色呈深灰色，具突起，正交偏光下，非均质性强。
其它矿物 ①石膏等硫酸盐矿物发育在煤层氧化带煤的裂隙和空洞中，世界上发现的煤中硫酸盐矿物有20多种。②磷灰石见于早古生代石煤中，也见于煤层的粘土岩夹矸层及热变煤的热液脉中。③中、新生代陆相沉积盆地的含铀煤产地的煤中，有铀石和沥青铀矿。④德国、英国和乌克兰顿涅茨煤田有些石炭纪煤层，由于含煤岩系上覆二叠纪盐矿床渗下氯化物，煤中盐含量高，被称为“含盐煤”。⑤个别煤中有硒铅矿等硒化物矿物。
煤中矿物的种类、成分、数量、粒度及其与有机质结合状态，是影响煤的可选性和煤炭加工利用特性的重要因素。对煤中矿物及有害、有益伴生元素的研究是地质勘探中煤质评价的主要任务之一。