煤主要是植物殘體形成的固體可燃礦物，既有有機物也有無機物，幾乎含有地殼中常見礦物的各種元素。目前，已經發現了60多種與煤有關的元素。這些伴生元素的含量雖然不高，但大部分的平均含量都超過了地殼中這種元素的平均含量(克拉克值)。煤中微量元素或微量元素壹詞起源於19世紀中葉。因為只有用光譜分析法測定煤中的元素組成時，才能定性地確定微量或微量化學元素的存在，所以稱之為微量或微量元素。
煤中微量元素的積累取決於原始成煤物質的元素組成、成煤環境的特征以及成煤期及其後經歷的各種物理、化學和地球化學作用。根據煤中伴生微量元素與成煤過程的關系，微量元素的來源是多種多樣的。壹些微量元素以成煤植物的生存狀態存在，然後被帶入煤中。壹些元素在成煤植物死亡後積累在泥炭沼澤中，並因外力(如風、水、大氣降水等)帶入礦物雜質中。).成煤物質形成泥炭並被埋藏後，在煤化作用過程中，壹些微量元素通過水淋溶和沿孔隙和構造裂隙從上覆巖層中滲入煤中。成煤後由於火成巖的侵入接觸、揮發氣體和後期的熱液活動，壹些微量元素被帶入煤中。
許多研究結果表明，有機質對煤中伴生微量元素的富集壹直起著重要作用。其中，沼澤中植物殘體的分解過程對元素的遷移富集作用更為突出。煤中微量元素的富集基本上是化學和物理吸附，即成煤物質分解形成的腐殖酸和腐殖質具有很高的吸附能力，有利於成煤初期微量元素的富集。此外，配位可以改變某些微量元素的遷移富集能力，即它們都可以作為配體與金屬離子配合，因為它們含有氨基、羥基、羧基等官能團和泥炭沼澤中的腐殖質等有機物。元素形成的金屬有機絡合物，有的不溶於水，因遷移能力降低而富集，有的溶於水，大大增加了元素的遷移能力。對於絕大多數微量元素來說，它們在成煤沼澤和其他水體中的濃度壹般都很小，幾乎不可能從溶液中沈澱出來，因為它們超過了它們的溶度積。因此，腐殖質作為吸附劑的吸附成為元素遷移富集的基本途徑。
煤層及煤層間微量元素的分布是由許多地質和地球化學因素決定的。
煤中微量元素的含量明顯取決於成煤環境，尤其是環境的pH值和Eh值的變化，不僅影響煤巖組分和沼澤環境的差異，而且影響微量元素的聚集和分散。
微量元素和有機物的親和力不同。壹些離子勢較高的金屬元素，如鈹、鍺、鈾、鋯等，幾乎可以完全與煤中的有機質結合，具有較強的有機親和力，主要富集在煤的膠凝組分中。根據明切夫(1972)關於褐煤的成分和某些微量元素含量的資料，與原煤相比，木煤富含釩、錳、鍶、鋇，鏡質組富含鉛、鎳，凝膠富含鈷、砷、銀、鉬、鍺、錫，絲富含釔、鈹、鐿、錫。絹雲母對元素的富集主要是礦化作用，但釔、鐿的富集可能與有機質有關。
煤中微量元素的富集還受接觸變質和區域變質的影響。接觸變質往往是由較年輕的火成巖侵入引起的，且大多伴有礦化作用。由於侵入體具有揮發性氣體和熱液的作用，壹些微量元素富集。區域變質作用明顯影響硼、鍺等多種元素的富集，微量元素含量隨變質程度的增加而減少。這是因為煤化作用過程中的礦物成分(碳酸鹽、氧化物等鹽類)可與腐殖酸等有機化合物分離，而可溶性成分(如GeO2或Na2GeO3)則被循環水帶出煤層。
許多微量元素的富集往往與煤層的地層有關，在煤層中往往集中在煤層頂、底板和夾矸附近的地層中。其中，含煤地層的地質時代(層位)對微量元素的影響，主要是隨著地質歷史的演化，各種地質作用、古植物的演化、古氣候、古環境的特征發生不可逆的變化而引起的，但具體的影響機制、影響微量元素的範圍和程度仍是有待研究的問題。有人認為，煤層中微量元素在頂底板和夾矸附近的富集機制是泥炭沼澤堆積前後比其他時期有更多的礦物和富礦物溶液進入沼澤而形成的。
許多研究者認為，微量元素在煤層頂、底板和脈石附近的富集，是由於在成巖過程中或成巖後，來自煤層圍巖或泥炭層的微量元素通過擴散和滲透而富集，在圍巖煤層附近形成富集帶，故稱為接觸帶富集，在煤層中的擴散主要是直接在凝膠狀物質中進行的。這壹認識進壹步解釋了為什麽微量元素容易在薄煤層和透鏡狀煤層中富集。
煤中伴生微量元素的富集不僅與有機質密切相關，還與無機灰分有關。壹些微量元素進入煤層或泥炭層後與具有壹定成因類型的礦物質(即微量元素載體)結合。這種礦物質越多，煤中聚集的微量元素就越多。
除上述因素外，煤層形成的古地理條件也影響微量元素的富集。例如，微量元素傾向於在含煤盆地邊緣或物源區附近的煤中富集；壹些微量元素在陸相煤盆地中含量高，在近海煤盆地中含量低，如煤中的鍺。此外，某些煤中微量元素的富集與同生或準同生的巖漿和火山活動有關。
煤中的微量元素富集到適合開發利用的含量，就可以作為有用的礦產資源。隨著煤的應用範圍不斷擴大，煤中微量元素的研究涉及的問題也越來越多。比如煤質評價、煤炭洗選加工、煤矸石處理和煤渣無害化處理、煤炭綜合利用、環境保護、微量元素在煤炭氣化和液化中的作用研究等。在煤田地質研究中，煤中微量元素的研究為煤層對比、煤化作用研究和成煤環境分析提供了方法和依據。
煤在加工利用時，煤中的微量元素會轉化為液態烴產品、焦炭等產品。在煤的復雜轉化過程中，有時微量元素可以起到催化劑或抑制劑的作用，但有些元素會因煤燃燒或煤和煤渣的風氧化而釋放到周圍環境中，有些元素通過壹定的形式成為對動物、植物和人類的有毒物質。美國的資料顯示，煤燃燒形成的壹些放射性核素，如鈾、釷、氚、氬、惰性氣體、碘、氡、釙等同位素，很容易成為人體致癌毒素。
隨著核工業和電子工業的發展，對稀有金屬的需求迅速增加，許多國家開展了對煤中微量元素的研究和利用。最近，煤中有毒的、放射性的和腐蝕性的微量元素被廣泛研究。鍺、鈾和釩是中國與煤伴生的最豐富的微量元素，分別列舉如下。
二。鈾
鈾是現代原子能工業的主要原料，與煤共生的鈾是該礦床的重要類型之壹。煤中伴生鈾的工業級要求壹般為0.02%。
目前已知的具有工業價值的富鈾煤層大多形成於陸相沈積環境，尤其是褐煤層。這些富鈾煤層大多位於煤盆地的基底結晶巖上，其中壹些與酸性噴出巖互層。此外，淺海瀝青質頁巖或中國的石煤中也普遍含有鈾，並常與磷、釩等元素共生。這種鈾礦儲量大，但品位低。
鈾主要以鈾的有機化合物的形式存在於煤中。在泥炭堆積期，大部分以可溶性鈾有機絡合物的形式遷移，並在不同的腐殖酸鹽絡合物中運移。腐植酸被氧化時，絡合物被破壞，或鈾有機絡合物與某些鹽類反應，或因吸附而沈澱；鈾也能以膠體鈾的形式遷移，也能因有機質的還原而沈澱。
在泥炭堆積成煤階段，有機質對鈾的富集作用明顯。植物殘體分解形成的腐殖酸溶液可以分解進入沼澤水中的鈾的絡合物形成鈾酰離子，通過吸附、離子交換或配位螯合形成腐殖酸鈾酰。在成煤階段，由於Eh值的降低，吸附、絡合或與腐殖酸離子交換的鈾酰離子解吸，還原沈澱成富鈾體。
Denson(1959)對煤中鈾的積累和形成提出了三個假說，即:原生鈾是指煤化作用前生活在沼澤水中的植物或來自地表水的死亡有機物的積累；成巖鈾是指煤化作用過程中由水帶入煤中的煤盆地邊緣的鈾或含鈾礦床；表生鈾是指圍巖煤化固結後，熱液或不整合上覆火山巖形成地下水。
鈾多集中在煤層頂底板附近，向煤層中心含量逐漸減少。鈾的含量大多隨著煤灰的增加而降低。布雷格和紹普夫(1955)研究了美國田納西州和俄亥俄州上泥盆統的煙煤煤層和透鏡體，其煤灰和鈾含量見表11-2。
表11-2煤灰分與鈾含量的關系
(據布雷格等人，1955)
這種低灰分、高鈾含量的現象主要是由於沈積和煤化過程中腐植酸類有機物對水攜帶的鈾的吸附。Breger等人(1955)認為堿金屬或堿土金屬的碳酸鈾酰絡合物在水中不穩定，在酸性環境中形成鈾酰離子UO2+，與煤中的有機組分形成鈾酰有機絡合物。
鈾含量與煤巖組分的關系往往表明有許多高鈾含量的膠凝組分。在含煤巖系各煤層中，鈾大多富集在煤系底部煤層中。在中國雲南省的許多褐煤盆地中，鈾相對富集在盆地底部的煤層中。例如，在田陽褐煤盆地的五層煤中，自下而上的煤樣平均鈾含量分別為21.7×10-6，17.6×10-6，165，438+0.9×10-6。
三。鍺
鍺是壹種稀有的分散元素，主要作為伴生元素賦存於煤層中。壹般含量不高，達到每噸煤20g就可以加工利用。從煤灰、煤灰等煤炭加工產品中提取鍺的工藝相對簡單，已成為鍺的重要來源之壹。
鍺在煤層中的分布往往集中在頂底板附近；此外，薄煤層和透鏡體中鍺含量豐富。
煤中鍺的主要賦存狀態為腐殖酸鹽、吸附態或其他鍺的有機金屬化合物、矽酸鹽或硫化物及含鍺氧化物。
煤中鍺的富集取決於成煤過程中鍺的供應和充足的腐殖酸。腐植酸具有大量的活性官能團，表面吸附量大，離子交換能力強。鍺是表生地球化學活動中極其活躍的元素，最容易被煤中的腐植酸捕獲形成腐植酸絡合物。泥炭沼澤中有過剩的腐殖酸，因此煤中鍺的富集主要取決於煤盆地介質中是否有豐富的鍺離子或其化合物。通常各種花崗巖、花崗片麻巖、基性-酸性火成巖和混合變質巖中鍺含量高，形成富鍺母巖；其次，鍺從母巖晶格中的遷移是由巖石本身的風化難易程度和構造、水文等風化條件決定的。在構造穩定區，巖石以化學風化為主，有利於鍺的遷移。可見，相對穩定緩慢的沈降環境有利於煤中鍺的富集。在成煤過程中，有利的氣候和降雨、明顯的溫差變化以及源區地表水對鍺的強溶解性是煤中鍺富集的有利水文地球化學條件。
鍺是有機親和力強的元素之壹。壹般煤中鏡質組含量越高，鍺含量越高。絲組分對鍺的吸附性差，這是由於成煤過程中絲組分中缺少具有高吸附能力的腐殖物質。由於鍺與有機質同生，鍺在煤中的分布也表現出低灰分、高鍺含量的現象。
鍺在煤層中的分布有從煤層中部向外緣增加的趨勢，往往集中在煤層頂、底部附近，以及砂質、粘土巖中的薄煤層和煤透鏡體中。鍺的富集還與煤層頂底板的巖性有關。靠近砂巖的煤層鍺含量高於靠近粘土巖的煤層。
鍺的含量往往與煤層的地層時代有關。煤層年輕，鍺含量高。這不僅是因為煤化作用的增強影響了鍺在煤層中的富集，還因為圍巖受到了相應的成巖變質作用，降低了孔隙度，影響了溶液的滲流。
四。釩
釩的分布相當分散，大部分與其他元素伴生形成含釩礦床。根據工業部門的規定，V2O5的含量在截止級為0.5%，在工業級為0.7%。因此，V2O5含量在0.5% ~ 1%的巖石稱為釩礦石，V2O5含量大於1%的巖石稱為富釩礦石。中國早古生代“石煤”是壹種含矽泥的腐泥型無煙煤，其中釩含量很高，有的高達1.18%。
釩在沈積巖中的富集與有機質密切相關。張愛雲等(1987)的研究表明，V2O5含量隨著浮遊生物皮含量的增加而增加，呈現出良好的正相關性。在壹些被囊動物亞科中，浮遊生物的外殼是有機物的外壁。這種浮遊動物可以在體內逐漸積累海水中僅有百萬分之壹克的釩，死後埋入沈積物中，因此釩富集在海底沈積物中。
釩的賦存狀態主要富集在有機質、粘土礦物和獨立的釩礦物中。
中國石煤中的釩多集中於滯水還原環境，多位於陸架海有限盆地、邊緣海斜坡和邊緣海盆。
在中國的石煤中，釩礦床的層位、厚度和品位呈對稱分布，大多集中在富礦層位。富礦層位形成於海退小旋回向海進小旋回的過渡階段，與鈣含量、粗細碎屑含量和磷塊巖含量有關。
五、煤中的其他微量元素
除了上面提到的稀有元素外，煤有時還富含微量元素，如鈹、鋰、銣、錸、銦、鉈、釷、鈦、鈮、鉭、鋯、鍶、鎢、銀、金和鉑。由於這些元素的廣泛應用，人們越來越重視它們。例如，鈹在原子能、火箭、導彈、航空航天和電子工業中起著重要的作用。有人稱之為太空金屬。
鈹主要有機結合在煤中，與鏡質體關系密切。煤中鈹的含量不高，達到(10 ~ 20) × 10-6，有的高達40 × 10-6。含鈹煤層壹般分布在聚煤盆地的邊緣。在煤炭利用過程中，煤中的鈹對周圍環境影響很大。它是壹種劇毒元素，可致癌，因此世界各國都重視煤中鈹的回收和綜合利用。
鋰也可以在煤層中富集。氧化鋰LiO2 _ 2不揮發，所以煤灰中鋰更豐富。由於鋰主要用於航空航天、原子能、軍事和化工等領域，因此從煤中提取鋰的研究備受關註。
煤中也發現了鍶、銣等元素，但銣含量很少，鍶含量可達(20 ~ 50) × 10-6。
錸可用作航天器耐高溫部件的材料，錸、鎢、釷的合金可用作電子管部件。當煤中錸的富集品位達到2× 10-6以上時，具有工業提取價值。我國煤中錸的品位較低，大多在1× 10-6以下。