为了实现对煤炭的高效和绿色利用,国内外学者对煤炭中的有益元素、有害元素的含量以及赋存状态等做了相关研究。随着我国对稀有金属需求量的增加,提出新的煤型稀有金属矿床理论研究、发展稀有金属的提取技术,对于实现煤炭资源的充分利用和煤炭经济的可持续发展有重要意义。本文运用煤岩学、矿物学、煤地球化学以及岩石学等学科的理论和研究方法,利用化学分析、X射线荧光光谱分析(XRF)、电感耦合等离子质谱分析(ICP-MS)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜+能谱分析(SEM-EDX)等方法,系统地研究了五家沟矿区5~#煤的煤岩特征,以及煤与夹矸中矿物和稀有金属元素的种类、分布规律、赋存状态和相关性,并结合沉积环境分析了它们的物质来源。研究结果表明:五家沟5~#煤层颜色呈黑色,以半亮型煤为主,夹半暗型煤条带,结构以细条带到中条带为主;煤中以镜质组为主,惰质组次之,壳质组最少,其中,镜质组反射率平均值为0.61,因此此煤层属于中阶烟煤。矿物以高岭石、方解石、黄铁矿为主,含有微量的菱铁矿、石英、金红石、钾长石等。五家沟5~#煤在形成时处于盐度较高的弱酸性还原性海陆过渡相环境。五家沟5~#煤中稀土元素总量整体偏低,总体为富重稀土型,稀土在煤和矸石的分布模式中有较好的一致性,说明煤和夹矸中的稀土元素来源较为一致,其主要来源可能是陆源碎屑。五家沟5~#煤的稀有金属元素中,Mo、Zn、Pb与有机组分呈显著相关,说明其与有机组分亲和性好。Li、Ga、Zr、Nb、Hf、Th这6种元素在煤和矸石中均富集。Li、Zr、Nb、Ta、Hf、Cd、Bi、Th这8种元素高度聚类,相关系数达到0.9以上,且与灰分均具有良好的相关性和无机亲和性,所以其主要赋存在硅铝酸盐矿物中,其来源主要是陆源碎屑,MnO与有机组分相关,在煤中明显高于底板及夹矸,说明Mn主要存在于煤中的有机组分中。