锗元素是什么

构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等，此外，还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。碳、氢、氧是煤炭有机质的主体，占95％以上；煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的元素，氧是助燃元素。煤炭燃烧时，氮不产生热量，在高温下转变成氮氧化合物和氨，以游离状态析出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，其中以硫最为重要。煤碳燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫（SO2），随烟气排放，污染大气，危害动、植物生长及人类健康，腐蚀金属设备；当含硫多的煤用于冶金炼焦时，还影响焦炭和钢铁的质量。所以，“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。 煤中的有机质在一定温度和条件下，受热分解后产生的可燃性气体，被称为“挥发分”，它是由各种碳氢化合物、氢气、一氧化碳等化合物组成的混合气体。挥发分也是主要的煤质指标，在确定煤炭的加工利用途径和工艺条件时，挥发分有重要的参考作用。煤化程度低的煤，挥发分较多。如果燃烧条件不适当，挥发分高的煤燃烧时易产生未燃尽的碳粒，俗称“黑烟”；并产生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物，热效率降低。因此，要根据煤的挥发分选择适当的燃烧条件和设备。 煤中的无机物质含量很少，主要有水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值。矿物质是煤炭的主要杂质，如硫化物、硫酸盐、碳酸盐等，其中大部分属于有害成分。 “水分”对煤炭的加工利用有很大影响。水分在燃烧时变成蒸汽要吸热，因而降低了煤的发热量。煤炭中的水分可分为外在水分和内在水分，一般以内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低，煤的内部表面积越大,水分含量越高。 “灰分”是煤碳完全燃烧后剩下的固体残渣，是重要的煤质指标。灰分主要来自煤炭中不可燃烧的矿物质。矿物质燃烧灰化时要吸收热量，大量排渣要带走热量，因而灰分越高，煤炭燃烧的热效率越低；灰分越多，煤炭燃烧产生的灰渣越多，排放的飞灰也越多。一般，优质煤和洗精煤的灰分含量相对较低。

锗的用途很广，高纯度锗是一种半导体材料，红外镜头等，广泛运用于航天、军工、电子、化工等领域。

民用方面，有机锗可以做保健品服用，据说可以抗癌等。锗粒可以镶嵌在表链、坐垫、项链、手链等上可以按摩穴位，有一定的保健功效。这些在日韩较流行。

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一、锗的地球化学性质

锗位于元素周期表第四（氪）周期第IV簇，原子系数为32，电子构型为4s24p2，原子量为72.6，包括有五种稳定同位素，它们的相对丰度分别为70Ge（20.55%）、72Ge（27.37%）、73Ge（7.67%）、74Ge（36.74%）和76Ge（7.67%）。在铁陨石、石铁陨石和地壳中，这些稳定同位素存在着明显的同位素分馏（Hirata，1999）。除了自然同位素外，锗已知有9个人工短寿命的同位素：65Ge、66Ge、67Ge、68Ge、69Ge、71Ge、75Ge、77Ge、78Ge。锗同锡、铅一样，次外电子层共18个电子，为典型的铜型离子。它有4个价电子，容易失去价电子而形成稳定的Ge4+；在还原条件下，锗易形成2价离子。Ge2+与Sn2+均是强还原剂，在自然条件下不易存在（刘英俊，1984）。锗的主要地球化学参数列入表5-1。

锗是一个在地质上令人困惑的元素。锗是典型的分散元素，从原始地幔（1.13×10-6～1.31×10-6）→大洋地壳（1.4×10-6～1.5×10-6）→大陆地壳（1.4×10-6～1.6×10-6）（Anderson，1982；Wank，1984；Taylor，1985），锗的丰度几乎没有明显的变化，但取决于地球化学环境，锗还表现出明显的亲石、亲铁、亲铜（亲硫）和亲有机质的特性，诸如伟晶岩、低温硫化物、铁的氧化物和氢氧化物等不同矿物组合以及煤中均含锗（Bernstein，1984；Pokrovski，1999）。

由于锗和硅的原子半径和化学性质相似，这两个元素具有特征的最外层电子结构、相近的原子或离子半径，锗在地壳中的地球化学行为最明显的趋势是替代矿物晶格中的硅。在岩浆结晶分异过程中，锗与硅的分离程度很小，广泛分散在硅酸盐、粘土和碎屑沉积物中。多数情况下，大陆地壳岩石和矿物中含锗（1～2）×10-6，Ge/Si原子比接近1×10-6（Wittman和 Hörmann，1976）。锗以类质同象方式进入各种硅酸盐中的能力是不一样的。在某一特定的火成岩或变质岩中，锗具有富集在岛状硅酸盐、帘状硅酸盐和层状硅酸盐的倾向，而在架状硅酸盐中含量降低。锗较易进入硅氧四面体聚合能力小的硅酸盐矿物的晶格中。锗具有强烈富集在晚期的岩浆结晶分异物和其他结晶时存在大量挥发分的岩石（如伟晶岩、云英岩和矽卡岩）。这些岩石中的黄玉、石榴子石和云母具有相当高的锗含量，可能与Ge4+与 Al3+的类质同象有关。锗在许多低温过程中的地球化学行为类似与硅的“重稳定同位素”。在地壳岩石的化学风化过程及锗被入海口和海洋中生物成因蛋白石吸收的过程中，锗的行为与硅类似，表现在淡水、海水和生物成因的蛋白石中的 Ge/Si原子比约为1×10-6 ，与地壳值接近；在溶液中均以类似的氢氧配合物[Ge（OH）4和 Si（OH）4]存在。

表5-1 锗的地球化学参数表

锗的亲硫性使其富集在某些硫化物中，特别是沉积岩中富闪锌矿、富铜的硫化物矿床的硫化物。在闪锌矿、硫砷铜矿、黝锡矿、硫银锡矿和锡黝铜矿中发现较高含量的锗。所有的这些矿物具有4价锗呈四面体的闪锌矿或纤锌矿衍生结构（Bernstein，1985）。锗在硫化物中与在氧化物中有着不同的结晶化学性质。锗以 Ge4+类质同象进入闪锌矿晶格并在其中发生富集（含量可达3000×10-6 ），是锗在硫化物矿物中结晶化学最大的特点。但也有人认为Ge是以GeS2形式进入闪锌矿内。由于化学性质的相似，有时大量的 Ge 替代硫化物中4价、四面体配位的 Sn。这种替换最多发生在硫银锡矿中，硫银锡矿的含锗量可以超过1%（Moh，1976）。硫砷铜矿（Cu3AsS4）中常发现高含量的锗，可能是由于 Ge（Ⅳ）替代了As（Ⅴ）。锗在硫化物中除以类质同象进入简单硫化物矿物晶格外，还形成等形式的硫锗酸根类质同象进入含锗硫盐类矿物。锗除以分散状态进入许多矿物成分中外，在稀少的情况下还形成了含量超过了 1%而可视为锗的独立矿物（表5-2）。

表5-2 锗的独立矿物

锗在硫化物中的富集还取决于硫逸度和其他金属元素的活度。只有在低至中等硫逸度环境，Ge才能进入ZnS中，并有可能替代Zn和S（Malevskiy，1966）。硫比较丰富时，锗并不直接在ZnS中替代，如果锗浓度足够高，锗将形成自己的硫化物。锗含量较低时，它将在四面体位置替代硫酸盐中的金属。这种替代最明显的是直接替代As和Sn。锗的行为也取决于Cu、Ag以及形成主要的含锗硫酸盐矿物（表5-2）必要元素的活度。因此，在低至中等硫逸度环境，锗将富集在闪锌矿中；在高硫逸度（或高Cu、高Ag）环境，锗将形成自己的硫化物矿物或进入硫酸盐中。有时，甚至在低至中等硫逸度情况下，高的Cu或Ag活度将促进含锗Cu或Ag硫化物的形成。

锗的亲铁性主要表现在铁-镍陨石中富含锗、锗在岩浆作用过程中富集在含铁相中，以及某些沉积铁矿床中含锗量较高。锗在沉积铁矿和含铁硫化物矿床的氧化带中富集，可能与它们自溶液中沉降时铁的氢氧化物结合锗的能力有关。铁矿床中的锗主要富集在针铁矿（可达5310×10-6）和赤铁矿（可达7000×10-6）中（Bernstein，1985）。锗以8次配位状态进入赤铁矿中置换Fe3+，其置换方式为2Fe3+=Ge4++Fe2+，形成锗与铁的固溶体。针铁矿中OH失去一个质子，并且通过Fe3++H+=Ge4+替换，锗以8次配位状态进入针铁矿中。不同地质环境中的磁铁矿中经常富集锗，可能反映在磁铁矿和锗磁铁矿（Fe2GeO4）之间存在固溶体。羟锗铁石FeGe（OH）6中Ge4+-OH和Fe2+-OH共同形成8次配位。

锗的有机亲和力或亲有机指数较高，国内外的许多煤层中均发现有锗的富集。Pokrovski等（1998）的实验表明，在25～90℃条件下，锗与邻苯二酚、柠檬酸和草酸等易形成稳定螯合物。一般认为煤中的锗不形成独立矿物，而包含在煤的大分子组成中。但是，长期以来对于煤中锗具体的有机结合形式则一直争论不休，通常认为有以下形式：①以O-Ge-O和O-Ge-C形式键合（Ryabchenko，1968）；②与煤中大分子的不同官能团通过Ge-C形式键合，或与腐殖酸螯合（Shpirt，1984）；③呈单个的有机化合物形式存在（Saprykin，1965）；④通过表面氧化还原反应和表面吸附形式存在于煤中有机质的表面（Swaine，1990）。

二、天体和陨石中锗的丰度

根据球粒陨石的组成，锗的宇宙丰度估计为1.71Ge原子/10000Si原子（Mason和Moore，1982）。普通球粒陨石中的锗含量相对均一，平均7.6×10-6（Shima，1964），10.6×10-6（Onishi，1956）。Shima（1964）发现锗轻微富集在Abee顽火辉石球粒陨石（29.3×10-6）和Murry碳质球粒陨石（17.3×10-6）中。Allende碳质球粒陨石中含锗15×10-6（Clarke等，1970）。在石铁陨石中，相对于硅酸盐氧化物相，锗通常发现富集在金属相中（Onishi，1956；Shima，1964；EL Wardani，1957）。例如，Brenham石铁陨石中，金属相中锗含量为56×10-6，硅酸盐氧化物中含锗0.85×10-6，陨硫铁中含锗17.3×10-6（Shima，1964）。尽管含量有所变化（＜0.1×10-6～n×100×10-6），锗一般富集在铁陨石中（Wasson，1966）。根据铁陨石中的锗和镍的含量，Scott和Wasson（1975）对铁陨石进行了分类。另外，铁镍陨石中的锗含量通常为n×100×10-6。由于锗的太阳系丰度相比（C1球粒陨石中Ge/Si（原子比）=120×10-6；Anders和Ebihara，1982），地球火成岩中明显贫锗，通常认为地球上的锗大多数残留在铁镍地核和地幔中（Wittman和Hørmann，1976；Chou，1978）。

三、不同地质体中锗的分布

从表5-3中可以看出，基性火成岩和花岗岩中的锗含量并没有明显差异。Goldschmidt（1954）注意到锗在一些霞石正长伟晶岩中富集，其GeO2的含量为（5～10）×10-6。锗也富集在花岗质伟晶岩、云英岩的某些矿物中，特别是黄玉，云母和锂辉石。

硅质沉积岩和变质岩中的锗含量与火成岩中的锗含量比较接近（表5-3）。页岩有时轻微富集锗，特别是含有机质的页岩（E.L Wardani，1959；Burton等，1959；Breger和Schopf，1955）。沉积碳酸盐岩贫锗，平均只有0.09×10-6。在深海沉积物中，锗轻微富集在硅质粘土和锰结核中，钙质粘土和软泥中相对贫锗（表5-3）。

锗在许多煤中的富集，特别是在煤灰中，已众所周知对此进行了广泛研究。无论是在不同地区还是某特定的矿床中，锗含量的变化范围可达几个数量级。美国华盛顿特区附近孤立的褐煤化原木中，锗含量可达0.2%，灰分中含锗7.5%（Stadnichenko等，1953）。Chattanooga页岩内的薄层煤中锗含量为760×10-6，页岩本身最高为18×10-6（Breger和Schopf，1955）。煤中锗分布的大量研究（Breger，1958；Manskaya和Drozdova，1968；Smirnov，1977；Gluskoter等，1977；刘英俊，1984；李春阳，1991；韩德馨，1996；胡瑞忠，1996）表明，锗在煤中的分布主要有四个特点：①煤中锗的含量与煤岩成分有密切的关系，镜煤是锗的最大载体，丝炭组分中含锗极低；锗在不同煤岩组分中含量变化序列是镜煤＞亮煤＞暗煤＞丝炭。②锗在煤层顶、底部有富集现象，锗含量一般从煤层顶、低部向中间急剧降低；只有在煤层很薄时，整个煤层的顶、底板和中部才能都富含锗。③在同一煤层中，一般薄煤层比厚煤层含锗高，随煤层厚度的增加锗含量减少。④一般情况下，煤中锗的含量与灰分成反比，与挥发分成正比。锗在煤中的富集长期被认为集中在有机组分中，只有很少量的锗分布在无机矿物相中（Goldschmidt和Peters，1933；Gluskoter等，1977）。

表5-3 不同地质体中的锗含量

许多学者都注意到锗在铁的氧化物中的富集现象。Bruton等（1959）发现英格兰Cumberland的两件赤铁矿中锗含量分别为43×10-6和83×10-6。Vakhrushev和Semenov（1969）发现火山-沉积成因磁铁矿-赤铁矿矿床中32件磁铁矿样品平均含锗10.34×10-6，矽卡岩矿床中628件磁铁矿样品平均含锗2.5×10-6。Bekmukhametov等（1973）也发现锗在火山-沉积成因的磁铁矿-赤铁矿矿床中的富集（≤70×10-6），并与矽卡岩中铁的氧化物（锗含量n×10-6）、热液脉型矿床中铁的氧化物（锗含量≤20×10-6）以及沉积褐铁矿（锗含量n×10-6）进行对比。Grigoryev和Zekenov（1965）也发现上述特征，同时发现采自印度尼西亚Banu-Wuhu火山附近海底热泉的Fe-Mn氧化物-氢氧化物颗粒中含锗（11～15）×10-6。在美国犹他州西南华盛顿县的Apex矿区，原生的 Cu-Pb-Zn硫化物矿石大部分被蚀变成褐铁矿、针铁矿、赤铁矿和蓝铜矿，锗在针铁矿（可达5310×10-6）和赤铁矿（可达7000×10-6）中发生超常富集。江苏省江浦县万寿山铁矿中，锗赋存于赤铁矿中，锗含量为（10～168）×10-6，一般为30×10-6，可供利用的矿石平均含锗为35×10-6（中国矿床发现史江苏卷编委会，1996）。

不同成因铁矿床中锗的克拉克值为：岩浆型1.75×10-6、岩浆期后型1.50×10-6、火山沉积型16.5×10-6、沉积型1.5×10-6和风化型2.0×10-6（Smimov，1977）。

具有商业价值的锗目前主要来自碳酸岩和页岩为容矿岩石的闪锌矿矿床中，包括上密西西比河谷地区（闪锌矿中含锗可达420×10-6；Hall和Heyl，1968）和法国Saint-Slavy闪锌矿矿床（闪锌矿含锗可达3000×10-6；Barbanson和Geldron，1983）。其他地区闪锌矿中锗含量研究表明，低温、晚期形成的闪锌矿中具有较高的锗含量。例如，广西环江县北山铅锌硫铁矿矿石平均含锗10×10-6（中国矿床发现史广西卷编委会，1996），凡口铅锌矿矿石中最高含锗58×10-6，锗主要赋存在浅棕色闪锌矿中（谭风琴，1995）。会泽铅锌矿矿石中含锗（10～80）×10-6，锗主要赋存在闪锌矿中。矿石中的闪锌矿主要有两种：铁闪锌矿和（浅色）闪锌矿。铁闪锌矿含铁量较高，呈棕褐—黑色，半金属光泽，与毒砂、黄铜矿、斑铜矿共生。浅色闪锌矿呈浅棕—棕褐色，树脂光泽，与方铅矿、辉硫锑铅矿及辉硫砷铅矿等硫化物共生。浅色闪锌矿的形成温度明显低于铁闪锌矿，是锗的主要载体（韩润生等，2000）。

在扎伊尔Kipushi Zn-Cu-Pb硫化物矿床及纳米比亚Tsumeb Pb-Cu-Zn硫化物矿床中，富锗矿带位于高纯度铜矿石内部。矿床中含有锗的硫化物矿物：硫铜锗矿、锗石和少量灰锗矿。这些矿物也作为显微包裹体分散在许多深成矿石的内部。Kipushi矿床中硫铜锗矿的数量相当丰富（Intiomsle和Oosterbosh，1974）。Tsumeb矿床的锗石储量为28吨（Søhnge，1964）。

Bischoff等（1983）利用发射光谱方法分析了9件北纬21°东太平洋隆起带内热水沉积成因的硫化物、硫酸盐和硅的混合物中的锗含量。富闪锌矿和纤锌矿的样品中锗含量（96～270）×10-6，而其他样品则为＜1.5×10-6～27×10-6。这一结果意味着，锗有可能中度富集在富锌的黑矿型和其他海底热液衍生的块状硫化物矿床中。

四、不同地质作用过程中锗的地球化学

锗在岩浆作用中表现为典型的分散元素，不能产生有工业价值的富集现象。它在普通岩浆岩中呈相当均匀的分布，并且沿着两条途径进入晶格内：一是以六次配位进入矿物置换与Al3+相似的一系列离子；另一是以四次配位状态置换硅而进入硅酸盐矿物中。戈尔德施密特、费尔斯曼等的早期研究认为，锗在岩浆岩中的含量大体上与硅含量呈正比，即锗和硅平行增加富集并在残余熔体中发生最大限度的富集。后来的研究逐渐发现，锗是一个分布很广的元素，几乎在所有岩浆岩及岩浆矿物中都发现锗的存在。锗在所有类型岩浆岩中的丰度大约为1.n×10-6，并且在基性岩和酸性岩之间没有差别。此外，单矿物中的锗含量分析表明，与石英和长石相比，橄榄石和辉石中一般富集锗（刘英俊等，1984）。

锗在岩浆作用过程中的地球化学行为特征主要表现为亲铁和亲石性。在900℃，500×105Pa条件下，锗在铁橄榄石和Fe-FeS体系中高度亲铁（Wei等，1968；Wei，1974）。铁金属中可含高达20%的锗（原子比）（Viaene，1972）。Christopher等（1999）在1200℃、1×105Pa和不同氧逸度条件下，测定了锗在（成分接近钙长辉长无球粒陨石）熔体与硅酸盐相之间的分配系数。实验结果表明，（熔体/硅酸盐相）分配系数变化范围为2.35～1070，随着氧逸度的增加，分配系数呈降低趋势。因此，锗强烈地倾向于分配在含铁-镍相中。Capobianco和Watson（1982）发现，在合成的玄武岩熔体中锗紧密地跟随硅的行为：在105Pa条件下的镁橄榄石结晶过程中，锗选择性进入熔体的程度与硅是一样的。尽管在低压条件下，熔体中的w（Ge）/w（Si）比值几乎为常量，橄榄石结晶时岩浆中锗还是发生了一定程度的富集。Argollo和Schilling（1978）在夏威夷的一套火山岩中发现晚期分异的产物中富集Ge和Si，但两者含量比值在所有岩石中几乎为常量。

因此，富铁镁质的基性岩从早期形成的相对低锗的岩浆中结晶时，由于锗在某些结晶出的矿物中具有相对较高的分配系数，锗发生了一定程度的富集；在晚期的花岗质的岩浆分异过程中，相反的情况占主导地位，由于锗在整个结晶体系中的分配系数降低，且岩浆结晶过程中w（Ge）/w（Si）比值始终保持常量，锗并不表现出明显的富集。这可能是导致基性和花岗质岩石中全岩锗含量基本一致的主要原因。此外可能也与锗具有置换造岩矿物中许多元素的能力有关。

在伟晶岩形成作用中，与岩浆作用过程相比，锗发生了某些富集。锗在气成-热液作用过程中优先进入硅酸盐成分中，较少地存在于氧化物中，在硫化物内的更少。锗在花岗岩熔体与共存流体相中的分配实验结果亦表明，锗在流体相中的含量很低，DGe（流体/熔体）为0.0003～0.06，表明锗强烈倾向分布在花岗岩熔体相中（T.B.Bai等，1999）。锗相当集中见之于云英岩内，其中锗的含量为（3～10）×10-6。在云英岩、矽卡岩和含锡的高温石英脉矿床中，锗可在黄晶（平均为200×10-6～300×10-6）、石榴子石（0.001%～0.0n%）、电气石（＜10×10-6～100×10-6）中发生富集。锗在这些矿物中的富集可能与Ge4+和Al3+的替代或这些矿物的聚合程度较低有关。

在内生迁移过程中，锗的最大富集发生于热液作用阶段，这主要与锗具有相当的活动性、化合物易挥发性和高溶解性有关。锗的独立矿物、甚至具有工业价值的锗矿床，都属于热液成因。

在热液作用中锗的地球化学行为的典型特征是它表现的亲硫性质，并使之堆积于中温特别是低温条件下的硫化物及硫盐中。锗常存在于含Zn、Sn、Fe、Cu的矿物中。高温热液条件下，锗的亲硫性质表现不强；随着热液温度的降低，同时也是硫浓度的增高，锗愈来愈多地进入硫化物矿物晶格，开始表现其强烈的亲硫性质。

所有原生含锗矿物在地表条件下都是不稳定的，以各种速度发生氧化分解。在一些富锗的热液硫化物矿床的氧化带中，锗常被大量地淋失。大多数情况下，锗呈4价状态被淋滤溶解而进入水溶液中（刘英俊等，1984）。

在海水中，锗含量约0.05×10-9，并且随着深度的变化而减少，Ge/Si（原子比）为0.7×10-6（Wardana，1957；Burton，1959）。除溶解的无机锗外，Lewis等（1985）发现河流入海口或海湾中有甲基锗和二甲基锗存在，其含量与盐度呈线性正相关。河水含锗约（0.03～0.10）×10-9（Heide和Korner，1962），远离工业区和燃煤源的河水中Ge/Si原子比约为0.6×10-6。富含有机质的水体中Ge/Si原子比明显升高（Pokrovski，1998）。水体中的锗含量与许多重要的配位基（如Cl-、HCO3-、H2S、Na+等）含量之间缺乏正相关关系，表明锗不能与这些配位体形成配合物。锗氟配合物稳定性的实验数据表明，只有在酸性（pH＜3）、富氟（＞0.01mol/L）的溶液中，锗氟配合物才是稳定的（很难在地表环境中发现）。大多数热水和地表环境的氧化还原电位太高，以致不能形成二价锗的配合物，如Ge2+、GeOH+或。因此，锗主要以四价锗的氢氧配合物形式，存在于除海水和富有机质地表水外的大多数天然水体中（Pokrovski，1998）。

因为GeO2的高溶解度，转入表生溶液中的锗大部分被迁移较远，在迁移过程中由于一定物理化学条件通过不同方式固定于各种沉积物（尤其是富含有机质的沉积物）中。沉积岩中锗的丰度主要取决于矿物成分。普通沉积物和沉积岩中锗的平均含量为：页岩1.6×10-6，砂岩0.8×10-6，碳酸岩0.2×10-6，深海沉积碳酸盐岩0.2×10-6，粘土2.0×10-6（Turekian和Wedepohi，1961）。富锗硫化物矿床氧化带的胶体形成物和褐铁矿中也常富集锗，个别情况下甚至形成锗的独立氧化物矿物。

变质岩中锗的平均丰度被定为1.7×10-6。主要变质岩类型锗的平均含量为：石英岩1.4×10-6、石英千枚岩1.5×10-6、千枚岩2.5×10-6、片岩1.7×10-6、正片麻岩1.7×10-6、副片麻岩1.5×10-6（巴顿，1959；威宁格，1965；斯奇朗，1968）。

关于变质反应中锗的地球化学行为尚未很好研究，值得指出的是，沉积变质的铁矿石有的已成为具有工业价值的锗原料。在铁矿石中，磁铁矿较赤铁矿富含锗。锗在沉积变质磁铁矿内以六次配位状态进入磁铁矿晶格置换Fe3+，其置换方式为Ge4++Fe2+→2Fe3+。锗由吸附状态进入磁铁矿晶格，大概是在胶体氢氧化铁经受静压变质作用，去水再结晶形成无水氧化铁的过程中形成的。Johan等（1983）发现在闪锌矿内部以显微包裹体形式存在的几个矿物中具有异常高的锗含量。这些矿物赋存在法国Pyrenees中部的几个变质成因的闪锌矿矿床中。这些矿床含有Argutite（四面体GeO2）、锗磁铁矿和少量灰锗矿、carboirite（锗替代硬绿泥石中的硅）和锗铁黑云母（表5-2）。这些矿床中榍石、黝帘石、褐帘石、绿泥石和石英可含有相当数量的锗，远远高于原来报道的这些矿物天然样品中的锗含量。这些矿床中的闪锌矿含锗（60～150）×10-6（Geldron，1983）。

近年来，一些学者基于对硅和锗全球地球化学循环的考虑，较系统地研究了海洋、地表水体、大陆地热体系以及现代洋中脊热水溶液中硅和锗的地球化学行为。

与河流、海洋和大陆岩石中的Ge/Si（原子比）相比较，热液中的Ge/Si（原子比）要高出许多，而且在大多数热水中，Ge浓度和Ge/Si（原子比）随温度的增高而增加。远离工业区和燃煤源的河水中Ge/Si（原子比）约为0.6×10-6（Pokrovski，1998）。太平洋海底黑烟囱的Ge/Si（原子比）为（8～14）×10-6，入海口河水中的Ge/Si（原子比）为0.54×10-6，而循环海水中的Ge/Si（原子比）为0.7×10-6（Mortlock，1993）。冰岛地热系统的Ge/Si（原子比）约为10-5（Arnorsson，1984）。法国MassifCentral热水中的Ge/Si（原子比）为10-4～10-3（Criaud和Fouillac，1984）。富含有机质的水体中Ge/Si（原子比）明显升高（Pokrovski，1998）。海水中含锗约0.05×10-9，并且随着深度的变化而减少（Wardana，1957；Burton，1959）。河水含锗约（0.03～0.10）×10-9（Heide和Korner，1962）。与河水和海水相比，锗在地热水和一些地下水中相对富集。日本地热水中一般含锗（1～15）×10-9，最高可达40×10-9。冰岛地热水中锗含量变化范围为（2～30）×10-9，并且锗含量与水温总体上呈正相关（Arnorsson，1984）。

锗含量与许多重要的配位基（如 Cl-、、H2S、Na+等）含量之间缺乏正相关关系，表明锗不能与这些配位体形成配合物。锗氟配合物稳定性的实验数据表明只有在酸性（pH＜3）富氟（＞0.01mol）的溶液（很难在地热环境中发现）中锗氟配合物才是稳定的。大多数热水和地表环境的氧化还原电位太高，以致不能形成二价锗的配合物，如 Ge2+、GeOH+或。因此，锗主要以四价锗的氢氧配合物形式，存在于除海水和富有机质地表水外的大多数天然水体中（Pokrovski，1998）。在 25～350℃、酸性至碱性溶液、饱和蒸气压条件下，四面体GeO2的溶解度及溶液中锗的赋存状态的实验研究结果表明，锗的溶解度与温度呈明显的正相关；在 20～350℃、pH 值 0～8 条件下，溶液中的锗主要以形式存在；在pH＞8～9 时，离子的数量明显增加。理论计算结果表明锗的氢氧配合物与温度和pH的关系与硅的氢氧配合物类似，但是，生成焓和热容的明显差别，将导致与含锗硅酸盐平衡的溶液中温度与 Ge/Si（原子比）出现较大变化。例如，计算结果表明，当温度从25℃升高至 500℃，与含锗硅灰石（Ca（Si，Ge）O3）平衡的溶液中 Ge/Si 比值增加了一个数量级。从理论上揭示了地热流体中 Ge/Si（原子比）与温度的关系（Pokrovski，1998）。

Koga（1967）注意到新西兰Tanpo火山带地热系统中某些热液蚀变岩石中锗强烈亏损，硅华中具有相当高的锗含量。与新鲜原岩相比，Arnorsson（1984）发现冰岛活动的高温地热系统中某些蚀变玄武岩中锗含量降低；活动地热田中5件硅泉华中锗含量为＜0.1～1.6×10-6，平均0.8×10-6，其Ge/Si比值小于共存热水中的Ge/Si值；5件钙华样品中锗含量＜0.1～2.5×10-6，平均0.9×10-6，钙华自pH为6～7的温水中沉积，并含有一些不定形硅。

尽管煤中锗主要是以有机化合物的形式存在，但天然水体中的有机锗是稳定的，不参与锗的地球化学循环（Murnane et al.，1989、1990）。随着人们对热水体系中锗的地球化学行为和锗的溶解度研究的不断深入，再加上煤中锗研究资料的逐步积累，越来越多的证据表明，在多种成矿因素的耦合作用下，富含无机锗的（热水）溶液与煤层相互作用是导致煤中富集锗的主要因素。

一、帮卖盆地存在古热水活动

中新世时，受喜马拉雅运动第二幕的影响，在青藏高原东南缘随同扬子板块发生大角度旋转的过程中，各地块间通过走滑来调节旋转并发生不均一的挤出。由于澜沧江断裂带的左旋走滑运动和保山地块的向南挤出，在保山地块内部和沿澜沧江断裂带形成了一系列的新第三纪陆相走滑拉分盆地。这些盆地具有一个共同的特征：在平行于澜沧江断裂带走向方向上形成一系列的同生走滑正断层；在垂直于走滑断裂的方向上，由于拉分作用形成一系列的近东西向正断层，构成一个堑垒相间的构造格局。帮卖盆地（临沧锗矿床）就形成于这一特定的、以拉张和断陷为特征的构造背景中（王国芝，2001）。中寨N1b2上部煤层与下部煤层成明显的角度不整合接触，大寨N1b2煤层的陡倾斜产状，N1b2煤中无机矿物的成熟度自底板向顶板逐渐降低，以及N1b2煤层下伏巨厚的花岗碎屑岩（N1b1），这些事实都充分说明，在N1b2煤层的形成过程中，该区经历了强烈的构造运动（戚华文，2000）。拉张、断陷的构造环境为古热水活动提供了活动空间。

地震层析资料研究表明，临沧锗矿床的垂直投影位于腾冲亚低速柱（地幔热柱）的边缘（涂光炽等，2000）。此亚低速柱能将大量热能带入地壳，使地壳温度升高。这一特殊的大地构造位置既保证了古热水活动所需的热量供给，可能也是该区现仍属地热异常区的主要原因。

临沧锗矿床中第一含煤段（N1b2）中硅质岩和含碳硅质灰岩热水沉积成因的确定，为帮卖盆地存在古热水活动提供了最直接的证据。已有研究表明，锗在热水溶液中的溶解度随水温升高而明显增加（Pokrovski，1998）；大陆地热体系和现代洋中脊热水溶液中的锗含量大大高于普通海水和其他地表水体，且Ge含量与Ge/Si（原子比）与水温呈明显的正相关（Criaud和 Fouillac，1984；Arnorsson，1984；Pokrovski，1998）。临沧锗矿田现在仍属地热异常区，区内有不少温泉出露。临沧锗矿田内现代温泉水中锗含量为（3.5～44.1）×10-9（张琳等，1996），较河水中锗含量（0.03～0.10）×10-9 （Arnorsson，1984）富集约 35～441倍，且锗含量随水温的升高而增加（图 5-44）。层状硅质岩中锗含量（5.55～356）×10-6 ，平均78.4×10-6；薄层含碳硅质灰岩中的锗含量为（40.5～93.8）×10-6，平均 66.7×10-6 ，分别是地壳克拉克值的 49 和 41 倍，表明形成硅质岩和含碳硅质灰岩的热水确实携带了大量锗。

图5-44 临沧温泉中锗含量与水温的关系

二、基底花岗岩与锗成矿

帮卖盆地的基底和周缘广大地区，除花岗岩外，无其他岩石类型分布（胡瑞忠，1996）。该区新鲜花岗岩的锗含量普遍偏高，（1.9～5.0）×10-6，大大高于同类岩石的克拉克值（1.4×10-6），二云母花岗岩的锗含量（平均3.9×10-6）远高于黑云母花岗岩（平均2.5×10-6）（表5-24）。二云母花岗岩中长石和云母分别含锗3.4×10-6和3.5×10-6，高于黑云母花岗岩中长石和云母的锗含量（2.1×10-6和3.0×10-6）。由于长石在花岗岩中占的比例最大，估计花岗岩中50%～60%的锗赋存于长石中（张琳等，1996）。长石和云母均极易被风化或热水淋滤而释放出其中的锗。分析结果（表5-28）表明，花岗

表5-28 临沧锗矿区花岗岩及其单矿物中的锗含量

岩经过风化后锗有显著带出，且二云母花岗岩的带出量（50.4%）远高于黑云母花岗岩（32.0%）。对大陆地热体系的研究表明，热液蚀变岩石中的锗强烈亏损（Koga，1967；Arnorsson，1984）。因此，与地表条件下的水-岩作用（花岗岩风化过程）相比，在热水溶液与花岗岩相互作用的过程中，花岗岩中的锗应当更容易转入流体相中，而被搬运和迁移。也就是说，花岗岩具备提供大量锗的能力。

从锗矿体的空间分布特征来看，临沧锗矿床中的锗矿体主要分布在靠近盆地西缘（以二云母花岗岩为基底）的褐煤中，盆地东部（以黑云母花岗岩为基底）无锗矿化，锗矿化与二云母花岗岩的关系比较密切。作为局限盆地内部的沉积物，含矿煤、无矿煤、花岗碎屑岩以及硅质岩、含碳硅质灰岩中微量元素、稀土元素的对比研究亦表明其大多数微量元素和稀土元素主要来自二云母花岗岩。因此，无论锗是以怎样的方式进入成煤盆地，花岗岩可能为该区锗矿化提供了主要锗源。

三、锗进入成煤盆地的方式

微量元素主要通过四种方式进入煤层：①植物吸收了基底土壤中的微量元素而进入泥炭，聚集于煤层中；②微量元素呈真溶液或胶体溶液运移，由供给区通过地下水或地表水带入泥炭；③微量元素以机械搬运的形式运移到泥炭中；④微量元素从煤层围岩中以化学运移的方式进入煤层（王运泉等，1994）。前人对临沧锗矿床的研究表明，临沧锗矿的锗源与盆地西源的二云母花岗岩有关，但对锗进入成煤盆地的方式争论较大，可以概括为成煤植物吸收锗、花岗岩风化带入和热水活动带入三种观点。

汪本善（1963）在解释我国东部某些煤中锗的聚集时，发现一些高等植物中锗含量为（3～16）×10-6，平均10×10-6，因此认为植物在其生长过程中，通过吸收养分逐渐汲取了地下水中的锗，当植物被埋葬后，由于细菌分解产生的腐殖酸结合了植物体中的锗。张淑苓等（1986）亦认为临沧锗矿床煤中锗与植物富集有关。后来的研究发现，过量的锗会抑制植物的生长，甚至产生毒害作用（Sankhla，1967；高亚辉等，1997）。因此，植物不可能富集大量的锗。当植物体死亡后每100g有机质生成烟煤51g，对于褐煤可能更大一些（卢家烂等，2000）。因此，可以根据植物体中的锗含量，从理论上计算出成煤植物转变成褐煤后煤中锗的含量。张琳等（1996）分析了临沧锗矿田现代土壤和植物中的锗含量（表5-29），并对成煤植物富集锗的可能程度进行了理论计算，结果表明，即便成煤过程中锗

表5-29 临沧锗矿区现代土壤和植物中的锗含量（wB/10-6）

一点也不损失，成煤植物死亡后形成的褐煤中锗的含量最高仅为0.06×10-6。这一结果远远低于笔者获得的无矿煤的平均锗含量（0.664×10-6）。卢家烂等（2000）认为成煤植物富集对锗矿化的贡献应小于4%。因此，成煤植物富集并不是临沧锗矿床煤中锗矿化的决定性因素。

庄汉平（1996）、卢家烂等（2000）认为临沧锗矿床煤中锗的矿化与风化沉积作用有关。由于在温暖潮湿的气候条件下，花岗岩风化淋滤出Ge、W、U。淋滤出的Ge、W、U以高价离子或配离子形式随地表流水进入成煤盆地，被褐煤中的腐殖质吸附而转入煤层，形成高锗褐煤；上部含煤段煤中无锗矿化与气候的周期性变化导致的锗源减少有关。从临沧锗矿床的勘探剖面图及地层柱状图中可以看出，三个含煤段的最大沉积厚度基本相似，也就是说至少在这三个含煤段的形成过程中，风化作用的强度变化不大。因此，在近似相同的陆源输入背景下，花岗岩风化带入的观点无法解释锗矿化只赋存在含有热水成因层状硅质岩和薄层含碳硅质灰岩的第一含煤段（N1b2）中，而在上部缺乏热水沉积岩的两个含煤段（N1b4和N1b6）中并无锗矿化。

事实上，锗具有明显富集在有机质中形成有机化合物的强烈倾向，低成熟度的褐煤中的腐殖酸等有机质完全有能力将周围水体中的锗固定下来。煤（尤其是低成熟度的褐煤）是锗发生富集极有利的围岩（胡瑞忠，1996）。临沧锗矿床的砂岩中不发生锗的富集，与砂岩缺少有机质有关（庄汉平，1996）。上部缺乏热水沉积岩的两个含煤段（N1b4和N1b6）的褐煤中无锗矿化的事实，暗示着上部两个含煤段的褐煤在形成及其后的演化过程中，并未与任何高锗流体发生过相互作用；同时也表明，花岗岩风化过程中的残留产物或淋滤液并不是临沧锗矿床煤中锗发生富集的主要控制因素。

如前所述，以硅质岩和含碳硅质灰岩为标志的热水活动与第一含煤段（N1b2）的煤层形成的时间大致相同。因此，当这种富含锗的热水溶液进入成煤盆地后，由于锗强烈的亲有机特性，锗将被煤中的腐殖酸等有机质吸附而在煤中富集、成矿（胡瑞忠，1996）。热水活动-沉积作用的重要特征之一是与地壳、地质构造演化阶段有关，在时间上呈幕式发育（陈先沛，1986；周永章，2000）。第一含煤段（N1b2）的形成时期正是中新世喜马拉雅运动最强烈的时期，也是帮卖盆地的扩张期，拉张的构造环境为热水活动提供了循环通道。其后，随着构造活动的减弱，盆地进入成盆期、收缩期，基底同生断裂及其中的热水活动已基本停止，导致上部两个含煤段中缺失热水沉积岩，因而也未发生锗矿化。

四、热水沉积成矿的证据

勘探资料表明，富锗煤矿段与同沉积断裂、热水成因硅质岩在空间上的高度耦合；硅质岩作为中寨锗矿体的顶板或夹层，在空间上与锗矿体紧密接触。靠近热水成因硅质岩附近的煤中，锗含量急剧升高。这些事实说明，当富硅、富锗热水进入成煤盆地时，由于锗具有强烈富集在有机质中的倾向，锗将被煤中的腐殖酸等吸附而转入煤层，并在煤中发生富集、矿化。与此同时，有机亲合性小的元素（例如Si）残留下来，形成热水沉积的标志物。

与N1b4含煤段中的无矿煤相比，临沧锗矿N1b2含煤段中的含矿煤的特征微量元素比值（尤其是U/Th、Nb/Ta和Ga/Ge）与硅质岩更为接近，无矿煤的微量元素特征比值与花岗碎屑岩比较接近（表5-30、图5-45）。因此，形成硅质岩的热水可能是临沧锗矿床煤中锗的主要搬运介质。

表5-30 临沧锗矿床不同岩石类型的特征微量元素对比值表

热水沉积物的稀土元素组成以富集HREE为特征，如果煤中锗是由热水带入的，那么随着煤中锗的富集或热水影响程度的增加，含锗煤的稀土元素应该更接近热水沉积物的稀土元素组成。从表5-31中可以看出，随着煤中锗含量的增加，含矿煤的LREE/HREE逐渐降低，（La/Yb）N、（Gd/Yb）N与中寨热水成因硅质岩的稀土参数越来越接近。低锗煤（＜100×10-6）、无矿煤的稀土元素球粒陨石标准化分配模式与基底二云母花岗岩的稀土分配模式相似，表明它们的稀土元素主要来自于基底的二云母花岗岩；高锗煤（＞1000×10-6）的稀土元素球粒陨石标准化分配模式与热水成因硅质岩的稀土分布模式相似（图5-46）。

图5-45 临沧锗矿不同类型岩石微量元素比值

表5-31 临沧锗矿床不同岩石类型的稀土元素地球化学参数平均值

这表明高锗煤在与无矿煤、低锗煤类似的物源补给的基础上，又叠加了由形成硅质岩和含碳硅质灰岩的热水所带来的微量元素（包括稀土元素、锗及其他元素）。因此，煤中锗矿化过程中HREE的相对富集，既是成煤过程中存在热水活动的直接证据，同时，也是判断锗进入成煤盆地方式的重要依据。稀土元素的研究亦表明临沧锗矿床煤中锗可能主要由热水带来。

大寨剖面中煤中锗含量与煤的RO，max的具相同的变化趋势；第一含煤段（N1b2）含矿煤的RO，max平均值高于第二含煤段（N1b4）无矿煤（图5-47）。这些事实表明临沧锗矿床中的含矿煤较无矿煤经历了相对更高温度的影响，并与模拟实验所获得的低成熟度的褐煤对锗的吸附量随温度的升高而升高的结论相吻合（戚华文，2000）。因此，临沧锗矿床煤中锗可能主要是由热水活动带入。

五、富锗溶液与煤相互作用

在解释黑色页岩、泥炭、煤和石油中某些微量元素的含量异常高时，通常认为有机质对金属元素的富集有三种机理：生物作用、配合作用和还原作用（Disnar等，1992）。

图5-46 中寨不同岩石类型的稀土元素球粒陨石标准化分配模式

图5-47 临沧锗矿煤中锗含量与镜质体反射率的关系

1.生物作用

Goldschmidt（1930）以及Goldschmidt和Peters（1933）发现，Ge等微量元素在煤中的含量出乎寻常地高，Goldschmidt（1937）对此现象做了如下解释：①Ge等微量元素与Fe和Mn的氢氧化物共沉淀；②以金属硫化物形式沉淀；③作为活生物的微量营养元素和无用（ballast）元素被活生物吸收，又随着植物有机体的腐烂而聚集起来。他特别强调第三个解释，并提出了金属元素被植物从底土水中吸取，随后在植物的细枝和叶内迁移和沉淀的详细机理，这一机理称为戈尔德施密特的元素富集原理。

2.配合作用

由于腐殖质具有含质子的和其他活泼杂原子的官能团，故腐殖质具有酸性及配位体性质，从而可促使矿物质降解（Ong等，1970；Huang和Keller，1972；Baker，1973，1986）及金属被配合和运移（Stumm和Morgan，1970；Schnitzer和Khan，1972；Karlsson等，1988；Boldrin等，1989）。

3.还原作用

有机质的还原能力与有机质和金属元素的氧化还原对的标准电位密切相关。表5-32列出了部分有机质和无机质的氧化还原对的标准电位。Szilagyi（1973）用外推法求得腐殖

表5-32 部分有机质和无机质的氧化还原对的标准电位

酸的标准还原电位（Eh0）为0.7V（扣除了还原电位Eh的变化），腐殖酸的Eh随所用有机质的量和水介质的pH而变化。这一估算得到了下列事实的证实：在室温条件下，腐植酸可以把Fe3+还原为Fe2+，而不能把U6+还原为U4+，这与这两个氧化还原对各自较高和较低的标准还原电位相一致（Fe3+/Fe2+和U6+/U4+的标准还原电位分别为0.771V和0.334V）。Brucher（1961）在研究腐殖质对U4+的吸附作用时发现部分铀被氧化为。

O.R.Kulinenko（1977）认为如果煤中锗主要是由成煤植物积累的，那么煤层厚度越大，单位面积上的锗含量应该越大，但实际计算结果并非如此。后来的研究逐渐发现：①锗是植物生长的毒性元素，即使植物灰分中的锗含量也很低（Sankhla等，1967）；②并非所有的煤层都含锗，锗含量较高的煤层毕竟是少数；③在同时代由同种环境下生长的同类植物群所形成的煤，其锗含量极不相同；④矿化煤层中的锗含量与煤层厚度呈反比关系；⑤矿化煤层中锗含量在剖面上的分布具有一定的规律性；⑥煤中锗含量与围岩渗滤性有关，高渗透性的围岩有利于锗富集（Smimov，1977）；⑦富锗含煤段主要分布在断裂带的附近（Левицки，1995；胡瑞忠，1996；王兰明，1999）。汪本善（1963）利用不同煤岩类型和组分、不同的腐殖酸进行了锗的吸附实验，实验结果表明按照吸附量的从大到小依次为丝碳、半暗煤、暗煤和镜煤；碱性条件（pH值8～10）有利于腐殖酸自溶液中吸附锗。Ratynskiy等（1966）发现，与褐煤的吸附量相比，含有大量镜煤的硬煤（hard coal）事实上自水溶液中吸收少得多的锗。后来的研究也证实镜煤是煤中吸附性最小的组分之一。因此，锗特别富集在镜煤组分和褐煤（植物木质部分衍生的产物）中，表明锗的富集发生在成煤过程中镜煤形成以前的泥炭或褐煤化阶段（Manskaya和Drozdova，1968）。由于这些现象和事实的相继发现，目前人们几乎已公认，煤中锗主要不是从成煤植物中继承而来，而主要是在成煤（包括泥炭化阶段）期间或其后从外界获取的（Bernstein，1984；胡瑞忠，1996）。

从锗的氧化还原电位（表5-28）来看，锗的氧化还原对的Eh0明显比褐煤等有机质的Eh0低，说明褐煤等有机质并不能把Ge4+还原。此外，Gatellier（1990）、胡凯等（1993）及刘金钟等（1993）较详细地研究了低成熟度的褐煤对Au3+的还原作用，结果在煤粒中获得分散的微粒金。已利用低成熟度褐煤（Ro=0.34%）做各种还原实验（Baranger和Disnar，1990）。下述简化的机理具有一般性：［MOred］+Mn+→［MOox］+pH++M（n-p）+

式中，［MOred］、［MOox］分别为初始有机质（还原态）和最终有机质（氧化态）。褐煤还原金属离子的反应机理是释放质子（H+）的过程。25℃、含锗溶液与不同成熟度的煤相互作用后，溶液的pH值明显升高（戚华文，2000）。这也丛另一个侧面说明有机质对锗（Ge4+）的作用并非还原作用。目前已利用腐殖体/全煤、连续化学提取、粒度分析、重液分离、电子探针、质子探针、透射电镜和红外光谱等多种分析方法，对煤中锗的赋存状态进行了研究。大量的研究表明，主要被包含在腐殖体或镜煤的大分子结构中，尚未发现单质锗或锗的独立矿物存在。

锗是典型亲有机的元素，已有实验研究表明，Ge4+能以6配位形式与羧酸类、酚类中的氧原子形成稳定的有机配合物，Ge-O键长为（1.85～1.94）×10-10m（Pokrovski，1998）。次火山热变质煤中锗、硫的分布特征研究亦表明，煤中有机质对热液中的锗主要起“吸附”作用（刘金钟，1992）。腐殖酸与锗形成配合物之后的红外光谱发生了变化，如原在1700cm-1峰基本消失，1250cm-1有所减弱，而1600cm-1峰增大、1400cm-1峰略有增强，表明—COOH转变成—COO-；锗与—COO-结合形成腐殖酸锗配合物（张淑苓，1988）。煤与含锗溶液相互作用的过程中，其主要机理可能主要是有机质（腐殖酸中的官能团等）对锗的配合作用，并且锗可能主要与煤中的含氧官能团形成有机配合物。

六、小结

临沧锗矿床煤中锗可能来自于基底的二云母花岗岩，主要是由与煤层形成近同时的、形成硅质岩和含碳硅质灰岩的热水带入。由同沉积断裂活动所导致的热水活动携带大量锗进入成煤盆地，溶液中的锗被煤中的腐殖酸等吸附形成有机配合物，最终导致临沧锗矿床的形成。临沧超大型锗矿的成矿过程可以概括为：在靠近盆地基底的第一含煤段形成时，盆地基底的同生断裂中存在锗热水活动。热水在断裂系统的循环过程中主要从高锗含量的基底花岗岩中浸取锗，然后沿盆地基底NNW向和近EW向同生断裂的交叉部位涌出。涌出当时断陷盆地水体底部之热水溶液中的锗一分为三：随硅质岩一同沉淀下来，形成富锗硅质岩；被盆地中已沉积的煤或泥炭（在通道附近或其顶板附近）所优先获取，从而使锗在通道或其顶板附近的煤中优先富集；残留在水体中，被下一层煤或泥炭的底板优先获取。第一含煤段形成时，由于富硅（锗）热水活动的脉动性，而形成了该含煤段中富锗煤与热水沉积硅质岩互层产出的局面。盆地中其余三个含煤段形成时，基底同生断裂及其中的热水活动已停止。因此，临沧锗矿在剖面上表现出矿化煤与硅质岩互层产出，无硅质岩的含煤段亦无矿化的分布特征。

主要是碳 C。

煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。

煤作为一种燃料，早在800年前就已经开始。煤被广泛用作工业生产的燃料，是从18世纪末的产业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用，煤被广泛地用作工业生产的燃料，给社会带来了前所未有的巨大生产力，推动了工业的向前发展，随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。

煤炭除了作为燃料以取得热量和动能以外，更为重要的是从中制取冶金用的焦炭和制取人造石油，即煤的低温干馏的液体产品—煤焦油。

扩展资料：

煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一，进入二十一世纪以来，虽然煤炭的价值大不如从前，但毕竟目前和未来很长的一段时间之内煤炭还是我们人类的生产生活必不可缺的能量来源之一。

煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等，此外，还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。

中国是世界上最早利用煤的国家。辽宁省新乐古文化遗址中，就发现有煤制工艺品，河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。

煤炭的用途十分广泛，可以根据其使用目的总结为三大主要用途：动力煤、炼焦煤、煤化工用煤，主要包括气化用煤，低温干馏用煤，加氢液化用煤等。

参考资料来源：百度百科-煤炭

煤是可以燃烧的含有机质的岩石。它的化学组成主要是碳、氢、氧、氮等几种元素。此外，还可能含有硫、砷、氯、汞、氟等有害成分以及锗、镓、铀、钡等有用元素。

煤是古代植物深埋地下，在一定的温度和压力的条件下，经历漫长的时代和复杂的化学变化而形成的。如果将煤切成纸一样的薄片放到显微镜下，可以看到植物的细胞组织。在煤矿近旁的石头里，常可见到树枝和树叶的化石。辽宁省抚顺煤矿的一些煤块里偶尔夹有杏黄色的琥珀——昆虫和树脂的化石。这些化石都记载了煤的身世和历史。

煤的各类很多。按煤的含碳量分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤的四大类。一般民用的无烟煤。乌黑而平凡的煤，经过化学加工，可生产出煤气、煤焦油、化肥、农药、合成染料、塑料、糖精、医药品和合成橡胶等产品。

世界煤炭地层分布很不平衡，大多集中在温带和亚寒带，其中北半球一条分布带是从英国奔宁山麓向东横越法国、德国、波兰、俄罗斯，直到我国的华北和东北；另一条则横亘于北美中部。在南半球，煤田仅分布于澳大利亚和南非的温带地区。就煤炭储量而论，以俄罗斯最为丰富，约占世界总储量的43.5%。煤层最厚的是加拿大西部不列颠哥伦比亚省加合特河煤田，地质储量为100亿吨，已探明的储量达14.6亿吨，煤层总厚度达300米。

我国煤炭资源也很丰富，地质储量约为1.4万亿吨，煤田主要分布于华北的山西和内蒙古等省、A我，其中仅山西省储量就达400亿吨，东北抚顺的煤田地层厚达120米。

近几年，地质学家又在南极大陆发现了世界上最大的煤矿，估计蕴藏量要比其他地方煤储量总和还要多几倍。

固体的煤为什么可以液化变成类似于石油的液体呢？这是煤和石油的成分决定的。煤和石油同属化石燃料，煤是由几千万年乃至几亿年前地球上生长的某些树木埋藏在地层中，在漫长的地质年代里，经过地温、地压等的作用，逐渐变化而来的。石油是由低等的动物经过与煤相似的过程变成的。煤和石油的主要组成元素都是碳和氢，但石油的主要成分是碳氢构成的烃类小分子，而煤的成分主要是碳氢构成的较大的有机分子，其相对分子质量大约是石油的10倍；煤中氢碳的比值小，大约是石油的一半。通过一定的技术措施，增加煤炭中氢的含量，使煤和石油中碳与氢的比值基本相同时，固体的煤就有可能变成类似于石油的液体燃料。这就是煤炭液化的基本思想，而煤炭液化的关键就是如何将氢加入到煤炭中。