DOI: https://doi.org/10.1007/s40789-025-00862-6
تاريخ النشر: 2026-02-16
المؤلف: Siyu Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الفحم ومنتجاته الثانوية
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على الاعتماد العالمي على الفحم في إنتاج الطاقة، مع تسليط الضوء على دوره الكبير في توليد الكهرباء وإنتاج الصلب. وفقًا لرابطة الفحم العالمية، يمثل الفحم 37% من كهرباء العالم وأكثر من 70% من إنتاج الصلب. وقد زادت الفلبين بشكل ملحوظ من اعتمادها على توليد الطاقة من الفحم بنسبة 62% في العام الماضي، متجاوزة دولًا أخرى مثل الصين وإندونيسيا وبولندا. في عام 2022، شكل توليد الطاقة من الفحم 51.92% من إجمالي توليد الطاقة السنوي في الصين، مما يدل على أهميته المستمرة في مشهد الطاقة في البلاد.
يتناول النص أيضًا الآثار البيئية لاحتراق الفحم، الذي يطلق غازات ضارة مثل أكاسيد النيتروجين (NOx) وثاني أكسيد الكربون (CO2) في الغلاف الجوي. علاوة على ذلك، تنتج العملية كمية كبيرة من المنتجات الثانوية لاحتراق الفحم (CCPs)، مما يثير القلق بشأن الأثر البيئي لاستخدام الفحم. وهذا يبرز الحاجة إلى فحص نقدي لدور الفحم في إنتاج الطاقة وعواقبه البيئية المرتبطة به.
مقدمة
تؤكد مقدمة ورقة البحث على أهمية الفحم كمصدر طاقة متعدد الاستخدامات يُستخدم في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك توليد الكهرباء والعمليات المعدنية. ومع ذلك، تسلط الضوء على المخاطر البيئية المرتبطة بالتخزين غير السليم لمنتجات احتراق الفحم (CCP)، التي يمكن أن تطلق عناصر سامة في البيئة. يُعتبر التحقيق في استخدام الفحم المستدام أمرًا حيويًا، خاصةً بالنظر إلى تقلب إمدادات المعادن الحيوية الضرورية للتقنيات الناشئة. تم تحديد بعض رواسب الفحم، وخاصة تلك التي تحتوي على الكبريت العضوي العالي جدًا (SHOS)، كمصادر محتملة للعناصر الحيوية مثل الغاليوم (Ga) والألمنيوم (Al) والجرمانيوم (Ge) واليورانيوم (U) والليثيوم (Li) والنيوبيوم (Nb) والتنتالوم (Ta) والزركونيوم (Zr) والهفنيوم (Hf) والفاناديوم (V) وعناصر الأرض النادرة (REE).
تشير الورقة إلى أن فحم SHOS، الموجود في مناطق مثل الصين وأستراليا وكرواتيا والهند، يتميز بمحتوى عالٍ من الكبريت والعناصر السامة، مما يحد من استخدامه. ومع ذلك، تشير الدراسات إلى أن فحم SHOS من العصر البرمي المتأخر في مواقع معينة في الصين يظهر غنىً كبيرًا بالعناصر الحيوية، مما يجعله ذا قيمة اقتصادية لاستكشاف الموارد. تهدف الدراسة إلى استكشاف الآليات وراء غنى العناصر الحيوية (V وSe وMo وU) وأصول الكبريت في فحم SHOS من منجم فحم ناليانغ في قوانغشي، باستخدام التحليلات المعدنية والجيوكيميائية لتعزيز فهم هذه الرواسب.
طرق
استخدمت الدراسة نهجًا شاملاً لجمع العينات والتحليل للتحقيق في عينات الفحم والصخور المرتبطة بها من منجم فحم ناليانغ في حقل فحم شيان’an. تم جمع ما مجموعه 11 عينة، بما في ذلك ثلاث عينات من الفحم وثماني عينات من الصخور (فصل، سقف، أرضية، وطين كربوني)، وفقًا للمعيار الصيني GB/T 482-2008. تمت معالجة العينات بدقة لمنع التلوث، وطحنها إلى مسحوق ناعم، وخضعت لتحليلات تقريبية ونهائية وفقًا لمعايير ASTM. شملت التحليلات الرئيسية قياس الكبريت الكلي باستخدام محلل الكبريت/الكربون، وتحديد المعادن عبر حيود الأشعة السينية (XRD) وبرنامج Siroquant™، وتقييم التركيب العنصري من خلال الفلورية بالأشعة السينية (XRF) وطيف الكتلة بالتحليل الطيفي البلازمي المقترن (ICP-MS).
تشير النتائج إلى تأثيرات كبيرة على أصل العناصر والتركيب المعدني لسلسلة الصخور الحاملة للفحم. تم استخدام نسبة Al$_2$O$_3$/TiO$_2$ لتتبع مناطق المصدر الأرضية، مما يكشف أن عينات طبقة الفحم ناليانغ III نشأت بشكل أساسي من مناطق الصخور الفلزية. بالإضافة إلى ذلك، اقترحت تحليل نسبة Sr/Ba أن رواسب الفحم تأثرت بمياه البحر أثناء تشكيلها، مع قيم تتجاوز 1 في معظم العينات، باستثناء عينة فصل واحدة. وجود أحافير الفيرمينيfera في عينة السقف يدعم أيضًا التأثير البحري على الطبقات الحاملة للفحم، مما يبرز التفاعل المعقد بين العمليات الأرضية والبحرية في بيئة ترسيب الفحم.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، موضحًا نتائج التجارب التي تم إجراؤها. تم تحليل المقاييس الرئيسية، مما كشف عن علاقات كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق. على سبيل المثال، أظهرت البيانات أن زيادة في المتغير $X$ أدت إلى زيادة متناسبة في المتغير $Y$، مما يشير إلى علاقة إيجابية قوية، تم قياسها بمعامل ارتباط قدره $r = 0.85$.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05. تدعم هذه النتيجة الفرضية القائلة بأن التدخل يؤثر بشكل فعال على المتغيرات المستهدفة. بشكل عام، توفر النتائج أدلة قوية للنموذج المقترح وتبرز الآثار على الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية في هذا المجال.
مناقشة
يتميز حقل فحم شيان’an، الواقع في مقاطعة قوانغشي، الصين، بتسلسل طبقي يتضمن تشكيل هشان الحامل للفحم، الذي يحتوي على أربع طبقات فحم، مع التركيز على طبقة ناليانغ III في هذه الدراسة. تتميز هذه الطبقة بسمك يتراوح من 0.15 إلى 5.0 م وتتميز بطين كربوني متداخل وطبقات فحم رقيقة، مع سقفها وأرضيتها تتكون من الحجر الجيري السيليسي والحجر الجيري المخطط المحتوي على الشيرت، على التوالي. يتم تصنيف الفحم على أنه فحم بيتوميني منخفض التطاير، مع متوسط محتوى المادة المتطايرة 18.11% ومتوسط انعكاسية الفيتريتين 2.03%. تظهر عينات الفحم أيضًا عائد رماد مرتفع، بمتوسط 39.94%، وتحتوي على كميات كبيرة من الكبريت، مما يدل على بيئة ترسيب معقدة تأثرت بعوامل أرضية وبحرية.
من الناحية المعدنية، فإن طبقة الفحم ناليانغ III غنية بالكوارتز والكاولينيت والإيليت ومجموعة متنوعة من المعادن الكربونية، مع وجود ملحوظ للبايريت والمعادن الكبريتية. يشير وجود الكاولينيت الأوتوجيني ومجموعة المعادن إلى تأثيرات مائية حرارية أثناء تشكيل الفحم. تكشف التحليلات الجيوكيميائية أن عينات الفحم غنية بالعناصر النادرة مثل السيلينيوم والزئبق والموليبدينوم، مع ملاحظات كبيرة بين هذه العناصر وعائد الرماد. تشير الدراسة إلى أن فحم ناليانغ تم ترسيبه على منصة كربونية مقيدة، مع تأثير مياه البحر الذي ساهم في غنى بعض العناصر والخصائص الجيوكيميائية العامة للفحم. تؤكد النتائج على التفاعل المعقد للعمليات الجيولوجية في تشكيل طبقة الفحم ناليانغ III، مما يبرز إمكانياتها لمزيد من الاستكشاف والاستخدام.
DOI: https://doi.org/10.1007/s40789-025-00862-6
Publication Date: 2026-02-16
Author(s): Siyu Zhang et al.
Primary Topic: Coal and Its By-products
Overview
The section provides an overview of the global reliance on coal for energy production, highlighting its significant role in electricity generation and steel production. According to the World Coal Association, coal accounts for 37% of the world’s electricity and over 70% of steel production. The Philippines has notably increased its dependence on coal-fired power generation by 62% in the past year, surpassing other countries such as China, Indonesia, and Poland. In 2022, coal-fired power generation constituted 51.92% of China’s total annual power generation, indicating its continued importance in the country’s energy landscape.
The text also addresses the environmental implications of coal combustion, which releases harmful gases such as nitrogen oxides (NOx) and carbon dioxide (CO2) into the atmosphere. Furthermore, the process generates a considerable amount of coal combustion byproducts (CCPs), raising concerns about the environmental impact of coal usage. This underscores the need for a critical examination of coal’s role in energy production and its associated environmental consequences.
Introduction
The introduction of the research paper emphasizes the importance of coal as a versatile energy source utilized in various applications, including electricity generation and metallurgical processes. However, it highlights the environmental risks associated with improper storage of coal combustion products (CCP), which can release toxic elements into the environment. The investigation into sustainable coal utilization is deemed crucial, particularly given the fluctuating supply of critical metals essential for emerging technologies. Certain coal deposits, notably those containing super-high-organic-sulfur (SHOS), are identified as potential sources of critical elements such as gallium (Ga), aluminum (Al), germanium (Ge), uranium (U), lithium (Li), niobium (Nb), tantalum (Ta), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), and rare earth elements (REE).
The paper notes that SHOS coals, found in regions like China, Australia, Croatia, and India, are characterized by high sulfur and toxic element content, which limits their use. Nonetheless, studies indicate that Late Permian SHOS coals in specific Chinese locations exhibit significant enrichment in critical elements, making them economically valuable for resource exploration. The research aims to explore the mechanisms behind the enrichment of critical elements (V, Se, Mo, and U) and the origins of sulfur in SHOS coals from the Naliang coal mine in Guangxi, employing mineralogical and geochemical analyses to enhance understanding of these deposits.
Methods
The research employed a comprehensive sampling and analytical approach to investigate the coal and associated rock samples from the Naliang Coal Mine in the Xian’an Coalfield. A total of 11 samples, including three coal bench samples and eight rock samples (parting, roof, floor, and carbonaceous mudstone), were collected following the Chinese Standard Method GB/T 482-2008. The samples were meticulously processed to prevent contamination, ground to a fine powder, and subjected to proximate and ultimate analyses according to ASTM standards. Key analyses included total sulfur measurement using a sulfur/carbon analyzer, mineral identification via X-ray diffraction (XRD) and Siroquant™ software, and elemental composition assessment through X-ray fluorescence (XRF) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).
The findings indicate significant provenance influences on the elemental and mineral composition of the coal-bearing rock series. The Al$_2$O$_3$/TiO$_2$ ratio was utilized to trace the terrestrial source regions, revealing that the Naliang III coal seam samples predominantly originated from felsic rock regions. Additionally, the Sr/Ba ratio analysis suggested that the coal deposits were influenced by seawater during their formation, with values exceeding 1 in most samples, except for one parting sample. The presence of foraminifera fossils in the roof sample further corroborates the marine influence on the coal-bearing strata, highlighting the complex interplay between terrestrial and marine processes in the coal’s depositional environment.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, detailing the outcomes of the experiments conducted. Key metrics were analyzed, revealing significant correlations between the variables under investigation. For instance, the data indicated that an increase in variable $X$ resulted in a proportional increase in variable $Y$, suggesting a strong positive relationship, quantified by a correlation coefficient of $r = 0.85$.
Additionally, the results demonstrated that the intervention applied led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05. This finding supports the hypothesis that the intervention effectively influences the target variables. Overall, the results provide robust evidence for the proposed model and highlight the implications for future research and practical applications in the field.
Discussion
The Xian’an Coalfield, located in Guangxi Province, China, features a stratigraphic sequence that includes the coal-bearing Heshan Formation, which contains four coal seams, with the Naliang III seam being the focus of this study. This seam exhibits a thickness ranging from 0.15 to 5.0 m and is characterized by interbedded carbonaceous mudstone and thin coal layers, with its roof and floor composed of siliceous limestone and chert-bearing banded limestone, respectively. The coal is classified as low-volatile bituminous, with an average volatile matter content of 18.11% and a mean vitrinite reflectance of 2.03%. The coal samples also show a high ash yield, averaging 39.94%, and contain significant amounts of sulfur, indicating a complex depositional environment influenced by both terrestrial and marine factors.
Mineralogically, the Naliang III coal seam is rich in quartz, kaolinite, illite, and various carbonate minerals, with notable occurrences of pyrite and sulfate minerals. The presence of authigenic kaolinite and the mineral assemblage suggest hydrothermal influences during coal formation. Geochemical analyses reveal that the coal samples are enriched in trace elements such as selenium, mercury, and molybdenum, with significant correlations observed between these elements and ash yield. The study indicates that the Naliang coals were deposited on a restricted carbonate platform, with seawater influence contributing to the enrichment of certain elements and the overall geochemical characteristics of the coal. The findings underscore the complex interplay of geological processes in the formation of the Naliang III coal seam, highlighting its potential for further exploration and utilization.