煤炭是我國最主要的一次性能源，且未來若干年內，煤炭作為第一能源的地位不會改變。在特定地質條件下，煤中可以富集“三稀”（稀有、稀散、稀土元素）金屬元素。這些寶貴的金屬資源在工業和國防等領域有著廣泛用途，具有巨大的潛在經濟價值和戰略意義。
我國對鋰、鎵和稀土等金屬的需求很大，現有產量遠遠不能滿足需求。然而，長期以來，我國對煤中伴生“三稀”金屬的富集規律和開發利用并沒有得到應有的重視，導致富含“三稀”元素的煤炭在我國正以每年數億噸的速度被當作燃料消耗，煤中這些寶貴的可利用元素多被廢棄。其主要原因是煤中伴生“三稀”元素的富集賦存規律認識不清，缺乏有效的開發利用技術。
近年來，河北工程大學孫玉壯教授的研究團隊在國家自然科學基金重點項目、面上項目、省（部）級科技支撐計劃與產學研結合等項目的支持下，對我國煤中伴生“三稀”金屬元素的富集賦存規律研究和開發利用展開了技術攻關并取得重大突破，其理論成果已在礦產勘查工程中得到運用，技術工藝已應用于中試和商業化生產。
首次發現煤中伴生鋰礦床
煤中共伴生礦產是指與煤炭共生或伴生的其它礦產。我國煤炭資源豐富，很多煤層共生或伴生有豐富的非金屬礦產和有益金屬元素，如高嶺巖、鋁、鎵、鋰、鍺等。這些共伴生礦產在我國的一些地區儲量大、品位高、便于開采。孫玉壯教授的研究團隊立足于煤炭行業，多年來一直致力于煤中伴生礦產資源成礦理論和綜合開發利用研究工作，經過不懈努力，在內蒙古準格爾煤田和山西寧武煤田平朔礦區發現兩個超大型伴生鋰礦，這是世界上首次在煤中發現伴生鋰礦。課題組經過系統取樣分析測試研究發現寧武煤田平朔礦區煤中鋰的平均含量極高，其煤灰中鋰元素的再次富集濃度可達0.35%（Li2O）。
國標“稀有金屬礦產地質勘探規范(DZ/T/0203-2002)”給出的偉晶巖伴生鋰綜合回收工業性指標為Li2O質量分數≥0.2%，可以看出，寧武煤田煤伴生鋰資源在煤灰中的品位已超過該指標，經計算平朔礦區煤中鋰的資源量可達102萬噸，為超大型鋰礦。這是世界上首次發現煤中的伴生鋰礦。
鋰在核聚變反應中作用巨大，被定義為“21世紀的能源金屬”，鋰資源具有重大的戰略意義。課題組關于煤中伴生鋰礦的發現受到國內外廣泛關注：國土資源部2013年發布的《2012中國國土資源公報》報道“山西平朔和內蒙古準格爾煤田發現了共（伴）生的鋰資源”；2015年美國每日科學 (ScienceDaily)網站和美國科學促進會（AAAS）在其首頁的“亮點研究”欄目，報道了課題組關于中國發現煤伴生鋰礦的消息。俄羅斯科學院院士A.I. Khanchuk教授2013年在國際著名的國際最高行業學會會刊"THE SOCIETY FOR ORGANIC PETROLOGY（TSOP）"的通訊報道刊文中指出本課題組首次發現煤中伴生鋰礦床，并認為這是一個重大發現；中國工程院院士陳毓川的評價是：“世界上首次發現的新型鋰礦，首次發現平朔礦區煤中金屬鎵達到伴生礦床標準，研究成果具有國際領先水平。”
從粉煤灰中提取“三稀”金屬
火力發電廠每年要從煙囪中排出大量粉煤灰，這些粉煤灰如不及時處理，將嚴重污染環境，并且要占用大量農田和土地。粉煤灰的科學利用是目前我國礦產資源綜合利用面臨的首要問題，粉煤灰主要運用在建材、砌塊、路面磚等粗加工的行業，而粉煤灰中富集的高價值“三稀”元素往往被浪費，主要原因就是受從粉煤灰中提取“三稀”元素技術的制約。
針對這一瓶頸，孫玉壯教授的研究團隊展開了技術攻關，首次研發出粉煤灰中綜合提取鋰和鋁的一系列技術。相關成果獲得國家多項發明ZL授權：酸法處理粉煤灰綜合提取鋁和鋰的工藝方法（ZL號：ZL2012104673035）、一種從粉煤灰中綜合提取鋁和鋰的方法（ZL號： ZL2012104673020）、一種從含鎵瓷土中提取鎵聯產氫氧化鋁的方法（ZL號：ZL201210467086X）等。目前課題組已經從粉煤灰中成功綜合提取出碳酸鋰、氧化鋁、金屬鎵、白炭黑等。中煤平朔集團利用課題組的研究成果建立的中式（試）車間成功通過驗收，目前正在建立生產工廠。
綜合開發意義重大
孫玉壯教授的研究團隊首次在煤中發現了超大型煤伴生鋰礦，在寧武煤田、準格爾煤田發現了超大型煤伴生鋰礦，在柴北緣賦煤帶發現銣和銫的異常富集；在寧武煤田發現了超大型煤伴生鎵礦床；在準格爾煤田、柴北緣賦煤帶發現了稀土元素異常富集；研發出綜合提取煤灰中鋁、鎵、鋰、白炭黑的技術等，并應用于生產。煤系伴生“三稀”金屬元素富集機理及綜合開發利用項目取得煤系伴生礦床的理論突破，指導了地質勘探。孫玉壯教授的研究團隊取得的一系列具有代表性的創新成果，得到國內外同行的高度認可和評價，并產生巨大的經濟和社會效益。
孫玉壯教授的研究團隊表示，近年來煤中共伴生多種礦產之間的成因聯系已越來越引起學者們的重視，成為新的研究熱點。我國煤中發現了大量具有經濟價值的伴生金屬元素，有些已經達到礦床規模并且已經開發利用。因此，加強煤中共伴生礦產分布規律與開發利用研究、實現煤炭安全高效開采技術研究已成為他們的研究使命。他們研發的一系列綜合開發利用技術，一方面促進了資源節約型社會的創建，另一方面保護了自然資源和生態環境，促進了系統完整的生態文明制度體系的建設；戰略金屬的開發必將保障國家戰略資源的安全供給；煤中伴生礦產的開發，對延長煤炭產業鏈，開辟新的生產領域具有引領作用，促進了礦區人民的就業；協同勘探打破以往縱向條塊模式，勘探成果多用共享，極大地節約了成本。
技術突破，永遠要靠人才。孫玉壯教授是國務院政府特殊津貼專家，河北省省管優秀專家，河北省有突出貢獻的中青年專家，河北省“高端人才”、河北省巨人計劃領軍人才。作為項目負責人，孫玉壯教授共主持國家國際科技合作項目、國家自然科學基金重點項目、973子課題、國家自然科學基金面上項目、科技部水專項等國家級項目9項，參加國家級項目6項。獲國家科技進步二等獎1項、省科技進步一等獎1項；二等獎1項；獲河北省自然科學二等獎2項，自然科學三等獎2項。出版專著4部，論文被SCI收錄122篇，被SCI他人正面引用700余次，學術影響力RG Score超過32分。孫玉壯教授研究團隊的發現發明為國內外綜合利用煤炭資源開辟了新的領域。