余鹏鲲：煤灰中找关键金属，大科研造福人民还看中国

【文/观察者网专栏作者 余鹏鲲】

9月23日，我国权威科学期刊《科学通报》公众号以学术海报的形式推送了一篇名为《中国煤中金属元素成矿区带》的文章。这篇文章由来自中国煤炭地质总局、中国煤炭地质总局勘查研究总院、江苏矿产地质设计研究院、中国煤炭地质总局浙江煤炭地质局、中国煤炭地质总局第一勘探局、中国煤炭地质总局航测遥感局的研究人员共同完成。该文大约一个月前收录在《科学通报》数据库中，并于近期正式出版。

这项研究由中国地质调查局地质调查项目（DD20160187）资助完成，意在为煤中金属元素的矿产资源研究提供地质理论依据。

研究可能将颠覆人们对煤的传统观念，某些地区的煤可能既是一种燃料，其煤灰又是一种中高品质的矿石。甚至如论文所说的那样“有些金属元素在煤中，特别是在煤灰中的含量有时会达到甚至高过这些金属常规矿床的品位”。

为何部分地区的煤灰可以作为提炼金属的矿物

试想一下，如果能从煤灰中提炼出大量的锗、镓、铝、锂、钒、钛、钨、钡乃至于稀土元素等金属将极大的减少开采对环境造成的破坏。同时我国目前对许多金属矿物的消耗量长期维持在一个惊人的水平，有了短期内不会被开采殆尽的煤矿作为补充，不仅可以延缓这些金属矿的枯竭速度，而且有利于在进口海外矿石的时候掌握主动权。

这里有一个问题，为什么部分地区的煤灰可以作为提炼金属的矿物呢？

煤炭是由植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用转变而成的，在形成的过程中碳含量不断增加，最终形成碳元素的含量占绝大多数的有机矿物。这样形成的煤本身并不具备开采金属的利用价值。

但是煤是一种可燃物，而且优质煤的燃烧温度很高。在燃烧过程中碳及绝大多数的有机物都被燃烧并转化为气体了，这样金属元素就和一定量的其他非金属元素富集到煤灰中来。而煤灰稀疏多孔，颗粒也比较小，这就为接下来冶金工业的筛选和化学反应提供了方便。

显然并不是所有的煤灰都有提炼金属的价值，普通煤灰中含有的主要的金属元素是铝、铁、钙、镁，其中钙和镁的工业需要量较小，而铝和铁的工业需要量虽大，但煤灰中铝和铁的含量与对应的矿石相比却并不占优势。

哪些地区的煤灰中可能找到工业建设需要的关键金属呢？

这次的研究把煤中金属元素矿产资源成矿区带作了一个划分，划分出七个煤中锗、镓、锂、稀土成矿带，成矿带的地理分布如下所示：

我国煤中金属元素矿产资源成矿区带划分

从图中我们不难发现只有少数地区的煤灰中可能富集有锗、镓、锂和稀土，这就要从地质构造的方面去寻找原因了。

这些金属进入煤中的因素大致可分为三种：

一种是水的搬运作用，即携带这些关键金属微粒的地表水或地下水在流经煤层时，因为自身的PH值合适，携带的这些关键金属沉积了下来而杂质金属矿物则被溶解带走了。

典型的例子是川滇桂煤中镓-锂、稀土成矿带，其物源区玄武岩在湿热气候条件下风化，硅铝酸盐中的钠、钾、钙、镁等元素以离子态被带出，接下来铝、硅部分溶解，在煤系地层形成一系列的黏土矿物，随铝进入溶液的镓离子使煤系黏土矿物中的镓、锂含量增加，形成了一系列镓、锂异常点。

可喜的是煤中锂异常在扶绥煤田、南桐煤田、南武煤田均有发现，本次检测的最大值分别达到了355, 170.8，257.2 μg/g。专家们结合该地区的地质构造做出判断，该区域煤可能具有较大的镓、锂金属开发价值。

一种是因为热液作用，所谓热液就是火山地热地区以水为主体，含有多种具有强烈化学活性的挥发性成分的高温水溶液。某些地区在煤层生成时期的被含有大量的关键金属矿物的热液，而热液中含有的化学物质也可能与其他金属矿物发生反应而带走，造成关键金属矿物的进一步富集。

滇西三江煤中锗成矿带是其中的典型代表，该区域中的临沧煤-锗矿床是我国锗的重要来源之一，近期在大田河煤矿区又发现一处具有较好工业价值的煤-锗矿床。

还有一种是淋滤作用，水流渗入煤层的过程中会把煤层中的易溶成分溶解带走。这种作用将使得含钙、硅、铁、硫的矿物不断减少，而铝、镓、锂等矿物留了下来，天山煤中镓成矿带和阴山南麓煤中镓-锂成矿带的形成中淋滤作用都有典型的体现。

传统能源领域研究仍大有可为

在能源工业中，新能源因为其来源广泛、可再生和环境污染小的优点，一直是研究的焦点和热点。但是这项研究却提醒我们传统能源领域仍然大有所为。

由于新能源存在能量密度低、分布分散、能量波动大、开发成本高等因素，以化石燃料为代表的传统能源目前是而且在长期内仍然会是中国能源的主要来源之一。

今年1月21日中国生态环境部大气环境司司长刘炳江表示，2018年中国重点区域继续实施煤炭消费总量控制，煤炭占一次能源消费比例首次低于60%。这是我国一次能源消费中煤炭首次跌破60%，但仍然高达59%。

2017-2018年我国能源消费结构

传统能源的优势在于其稳定性和成本低，这也是化石能源占到中国绝对多数一次能源消费的重要原因，其最大的缺点则是对环境污染比较大。因此对开拓新能源的可能性进行探索是很有必要的，与此同时关于保障化石能源供应、降低消耗量、充分利用、节约开采成本及降低环保达标处理费用等研究仍然具有重大的意义，值得开展相应的研究。

以此次地质调查研究为例，富含金属矿物的煤灰无论是排放到大气中还是填埋到土壤中都会对环境产生一定的污染，而除尘和处理煤灰都会耗费不少的成本。现在发现许多地区的煤灰中具有开采关键金属的价值，在未来很有可能抵消一部分环境达标处理的成本，甚至还有盈余。

大科研造福人民还得看中国

煤灰中提炼出金属的可能性固然诱人，但并非仅仅是一个技术问题，社会大形势的变化也非常重要。中国宏观调控的布局方式最有利将宏大的基础科研与人民生产生活的实际应用结合在一起。

2014年国务院办公厅印发《能源发展战略行动计划（2014－2020年）》，明确了2020年我国能源发展的总体目标、战略方针和重点任务，开始提出要逐步减少煤炭消费总量。

2014年中国煤炭消费总量下降2.9%，为15年来首次实现负增长。同样是在2014年，京津冀地区开始对于散煤的整治运动。国务院办公厅印发《2014-2015年节能减排低碳发展行动方案》的通知，要求在大气污染防治重点区域地级以上城市大力推广使用型煤、清洁优质煤及清洁能源，限制销售灰分高于16%、硫分高于1%的散煤。

2000-2017年煤炭产量及增速

随着越来越多的地区一起参与到整治运动中来，散煤消费呈现出逐年降低的趋势。而且散煤消费量的下降还要比整体煤炭消费量的下降快得多。

一方面是煤炭资源的集中规模化利用，另一方面是煤炭开发的重心从保证数量和质量以保障社会的需要转变为清洁高效的利用煤炭资源。在此一推一拉之下，我们也就不难理解在为何在煤炭产量增长潜力不大的2016年中国地质调查局要立项这个针对中国煤炭资源的调查项目。

这个项目资助列表里除了这个煤中金属元素的矿产资源研究，还支持了包括木里煤田聚乎更矿区侏罗系天然气水合物成藏要素的分析、2014年以来我国煤矿新增地下空间资源研究、中国稀缺炼焦煤资源分布特征等一大批特殊用煤资源潜力调查评价研究。更重要的是证明了中国人民和政府善于统筹布局大型基础科研为美好生活服务，让我们更有理由为即将到来的祖国生日而自豪。

本文系观察者网独家稿件，未经授权，不得转载。