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近年来煤中有益元素的地球化学特征及开发利用受到较多学者的关注。山西煤中常伴生有大量稀有元素、稀散元素和稀土元素等“三稀”元素,随着煤炭燃烧,伴生元素会在煤灰中不同程度地富集,有可能进一步资源化利用。本论文选择山西安家岭、榆树坡和莲盛煤矿的混合煤样和电厂灰样进行实验研究,使用XRF、ICP-MS、TG-DTA、SEM-EDS、XRD等测试技术,对煤和煤灰中的矿物和“三稀”元素等进行分析,探讨它们的地球化学特征及在燃煤过程的迁移转化和影响因素,并研究了电厂灰中稀有元素Li的浸出,对煤灰中有益元素的提取利用具有指导意义。通过富集系数（CC1、CC2、R、EF）可知,三个煤矿煤中Li、Ga和Se元素富集,莲盛煤中元素Cd的含量相对较高。安家岭煤样为轻稀土（L-type）和中稀土（M-type）富集类型,榆树坡和莲盛煤富集中稀土（M-type）和重稀土（H-type）。煤中Li、Ga、REY属于主要赋存于黏土矿物中,少量与有机质结合。它们属于半挥发性元素,与有机质结合的部分随煤的燃烧挥发到大气中,与黏土矿物结合的部分存在于煤灰的玻璃相中。Cd和Se是亲硫性元素,同时与有机质亲和力也较强,属于易挥发元素。整体上,“三稀”元素在煤灰中的赋存状态比例多为玻璃相>莫来石-刚玉-石英相>水溶态+可交换态。与黏土矿物亲和力较强的Li、Ga和REY元素多以玻璃相存在,与有机质亲和力较强且易挥发的元素Be、Ge、Se和Cd,在煤灰中水溶态和可交换态的含量较高。在1000℃煤灰中高岭石消失,有莫来石的生成。石英在1000℃内不发生分解,但会与硅铝酸盐等反应生成玻璃体。煤中黄铁矿被氧化成赤铁矿和含硫氧化物,方解石分解成CaO和CO2,CaO和硫氧化物反应可生成石膏。勃姆石在500℃时脱水形成α-Al2O3,但含量较少未检测到。单因素实验表明不同燃烧条件对“三稀”元素迁移变化的影响不同,但规律性不明显。响应曲面分析结果表明,燃烧条件对莲盛煤中Li迁移的影响顺序为:燃烧温度>氧气含量>燃烧时间。采用助剂焙烧-盐酸酸浸法对电厂灰中稀有元素Li的浸出进行研究,探讨了助剂种类、助剂用量、焙烧温度、盐酸浓度、盐酸用量等对浸出效果的影响。结果表明,单一助剂CaCl2和Na2CO3的焙烧效果较突出,混合助剂Na2CO3+CaCl2比Na2CO3+NaCl的活化效果更好。加入Na2CO3+CaCl2助剂焙烧后,熟料中Li在盐酸浓度4mol/L、固液比1:15、酸浸时间1.5h、酸浸温度150℃时的浸出效果最佳。