自燃煤矸石中黄铁矿与次生相在燃烧期间及之后的纳米尺度矿物学演化

《Environmental Science: Processes and Impacts》：Nanoscale Mineralogical Evolution of Pyrite and Secondary Phases during and after Spontaneous Coal Combustion in Coal Reject DepositsOpen Access

　　

自燃煤层燃烧（SCCs）在全球范围内时有发生，并向环境中释放颗粒物、酸性气体（如SO?、NO?）和金属元素。本研究对巴西圣卡特琳娜州乌鲁桑加（Urussanga）在自燃煤层燃烧期间及之后发生的纳米尺度过程进行了表征。采用多种表面和电子显微技术的多分析手段，使研究人员能够识别次生矿物过程及次生矿物的形成。受热改变的黄铁矿和煤矸石经风化形成了次生风化壳，其主要组分包括铁氧化物（赤铁矿、尖晶石类矿物）、非晶态二氧化硅、黏土矿物（伊利石-蒙脱石（I-S）、高岭石）、硫化物（黄铁矿）以及硫酸盐（石膏和黄铁矾-明矾石族矿物）。风化壳中富集了黄铁矿中常见的金属元素，形成了霜花状矿物，或与铁氧化物表现出高度的结构相容性。在不同氧气活度和烃类活性条件下，黄铁矿可转化为磁黄铁矿、米卡石、Fe?(SO?)?和赤铁矿。多孔煤基质使推断的大气降水得以渗入黄铁矿-煤-黏土矿物共生体中。这促进了伊利石-蒙脱石的非化学计量溶解为非晶态二氧化硅，以及黄铁矿在黄铁矿-煤界面受限孔隙空间内风化为纳米厚度的次生铁硫酸盐层。黏土矿物和非晶态二氧化硅的高丰度导致了黄铁矿、TiO?和黄铁矾-明矾石纳米颗粒的包裹/装甲效应，以及黄铁矾在高岭石(001)底面上的异相成核。这些发现表明，煤矸石中的原始矿物（黄铁矿、伊利石-蒙脱石）、热变质产物（磁黄铁矿、米卡石、TiO?）与燃烧后风化产物（非晶态二氧化硅、铁硫酸盐和铁氢氧化物/氧化物）之间存在复杂的相互作用，同时也揭示了自燃煤层燃烧期间及之后环境相关元素的地球化学再分配过程。

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? 2026 作者。由英国皇家化学学会出版

2026

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