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矸石是采煤挖掘过程中产生的固体废物,而这些矸石在矿区堆积形成矸石山,矸石山自燃已是矿山污染的标志,因此对自燃矸石的研究刻不容缓。本文以西山矿区杜儿坪井田的自燃矸石为研究对象,采取X射线衍射、偏光显微镜、扫描电镜以及XRF、HG-AFS、ES、ICP-MS、ICP-OES等方法,分析研究自燃矸石的矿物学和常量、微量、稀土元素的地球化学特征,讨论燃烧前后矸石发生的变化。结果如下:(1)燃尽的矸石普遍呈红色、灰色,表面附着白色盐类以及黄色含硫物质,XRD图谱显示未燃样品中主要矿物有石英、高岭石以及一些粘土矿物,而燃烧样品中主要矿物是石英和硬石膏;偏光显微镜对样品进行镜下观察发现未燃样品中有石英、高岭石、伊利石等矿物,燃烧样品中有石英、蒙脱石;扫描电镜对样品进行镜下观察发现未燃样品中有石英、黄铁矿、菱铁矿、铝硅酸盐、锐钛矿、方解石、锆石、重晶石、毒重石、熟石膏,燃烧样品中有石英、高岭石、硅酸钙、石膏、三水铝石等,燃烧前后高岭石的变化表明样品遭受500℃以上的高温作用,且矿物种类减少,矿物结构较单一,次生矿物以石膏为主,表明样品遭受酸性水的淋溶作用。(2)常量元素C、N与矸石的有机质有关,燃烧后含量明显减少,P元素主要赋存在磷酸盐中,燃烧后磷含量几乎没多大变化,氯的减少与燃烧和淋溶作用有关。(3)矸石的Sr/Ba和B/Ga比值表明DY1601-DY1605为陆相淡水沉积,DY1606和DY1607为陆相半咸水沉积,V/Cr(1.26-1.71)、U/Th(0.20-0.44)、Ni/Co(2.10-3.66)、δU(0.75-0.93)、(Cu+Mo)/Zn低表明样品均为含氧环境,与2#、3#和8#煤层夹矸的以上值对比后推测矸石可能来源于山西组。与UCC对比发现矸石中富集大多数有毒有害元素,燃烧以后Cr、Ge、Sn、Pb、Bi以及In减少,Ni和Zn增加;与中国大部分煤CC、华北C-P煤NCC和美国大部分煤AC对比发现燃烧后Cu、Zn、Sr、Mo从亏损变成了富集,虽然一些元素在燃烧前后都有富集,但是它们的含量有所变化;微量元素含量对比发现燃烧后Be、Sc、Cs、Th、In含量几乎没什么变化,V、Ni、Cu、Zn、Rb、Ba、Mo、Sb、Tl含量增加,Cr、Co、Ga、Ge、As、Se、U、Nb、Cd、Sn、Ta、W、Pb、Bi含量减少,有毒有害元素Cr、As、Se、Cd、U、Pb含量都减少,减少的元素可能已进入大气、土壤和水体。(4)由于风化、燃烧和淋溶作用使得矸石的轻稀土含量增加,重稀土含量减少,铕负异常指示它经受了氧化环境,根据铈异常推测未燃样品来源于2#煤层夹矸。矸石稀土元素的球粒陨石标准化曲线均向右倾斜,具有明显的铕负异常,表明它们的物源一致,且都来源于陆源碎屑岩,轻稀土比重稀土的分馏程度要高;矸石稀土元素的上陆壳标准化曲线观察到燃烧前后轻稀土含量增加,Gd-Lu含量减少,燃烧样品的配分模式较一致,除了DY1602样品具有铕负异常外,其他样品都具有铕正异常,而且DY1605的铕正异常最明显。燃烧后δCe值增加,其中DY1602的δCe值最大(δCe=1.04),因此氧化作用影响δCe值。