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應(yīng)用分享 I 資源所發(fā)現(xiàn)新礦物“白鴿礦”-XPS

更新時(shí)間:2024-12-18點(diǎn)擊次數(shù):252

一、引言

新礦物研究,是地球科學(xué)領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)性研究工作。新礦物的發(fā)現(xiàn)不僅可以增加自然界的礦物種類,同時(shí)也可以為人類認(rèn)識(shí)和利用自然界礦物提供新的參考。截至2022年3月,全球已累計(jì)發(fā)現(xiàn)新礦物5794種。新礦物的發(fā)現(xiàn)數(shù)量、研究深度及分析技術(shù)水平展現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家基礎(chǔ)科技的軟實(shí)力與硬實(shí)力,是國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)。近年來(lái),我國(guó)加大了對(duì)新礦物研究的支持力度,我國(guó)新礦物事業(yè)迎來(lái)了難得的發(fā)展契機(jī)。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局礦產(chǎn)資源研究所李以科研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)成礦作用與資源評(píng)價(jià)研究工作。

二、成果介紹

12月2日,由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局礦產(chǎn)資源研究所(以下簡(jiǎn)稱“資源所")李以科研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并申報(bào)的新礦物“白鴿礦",獲得國(guó)際礦物學(xué)協(xié)會(huì)-新礦物命名及分類委員會(huì)(IMA-CNMNC)高票通過(guò),批準(zhǔn)號(hào)IMA 2021-002a。新礦物英文名稱“Nioboixiolite-(□)",為紀(jì)念在白云鄂博地區(qū)發(fā)現(xiàn)鈮鐵礦并開啟鈮資源調(diào)查研究的白鴿研究員(1930-2020),申報(bào)者將新礦物中文名稱確定為“白鴿礦",目前其標(biāo)型樣品存放于中國(guó)地質(zhì)博物館,編號(hào)M16118。

應(yīng)用分享 I 資源所發(fā)現(xiàn)新礦物“白鴿礦

圖1 白鴿礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖

白鴿礦發(fā)現(xiàn)于白云鄂博稀土-鈮-鐵床隱伏碳酸巖體中,是在白云鄂博礦床發(fā)現(xiàn)的第16個(gè)新礦物。它是一種黑色不透明的鈮鉭氧化物。

一直以來(lái),白云鄂博被認(rèn)為是極度富釷(Th)貧鈾(U)和極度富鈮(Nb)貧鉭(Ta)的碳酸巖型稀土-鈮-鐵礦床,本次發(fā)現(xiàn)的白鴿礦中UO2、Ta2O5含量分別達(dá)到20.21%、13.75%,這些成分含量不同尋常,可能經(jīng)歷了特殊的成礦過(guò)程。對(duì)白鴿礦礦物學(xué)深入研究,為理解白云鄂博鈮、釷元素超常富集機(jī)制提供了新的視角。該新礦物的發(fā)現(xiàn)不僅豐富了白云鄂博富鈮礦物的種類,為鈮礦的開發(fā)提供了重要啟示,同時(shí)為找尋更加珍貴的鈾、鉭資源提供了新方向。[1]

三、礦物的XPS測(cè)試

按照IMA-CNMNC規(guī)定,礦物種主要以其化學(xué)組成和結(jié)晶學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)加以確定,如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)礦物,其化學(xué)性質(zhì)和結(jié)晶學(xué)性質(zhì)與任何已存在的礦物種明顯不同,則存在著該礦物為新種的可能性。

為了確定礦物的化學(xué)組成和結(jié)晶結(jié)構(gòu)特征,進(jìn)行了紅外光譜、電子探針、掃描電鏡、單晶X射線衍射和X射線光電子能譜測(cè)試等。新礦物一般呈現(xiàn)化學(xué)成分具有新穎性的微量微小特征,所以礦物顆粒的化學(xué)態(tài)精確測(cè)試成了新礦物研究的困難事,這是因?yàn)槌R?guī)XPS的X射線束斑尺寸太大(直徑400微米或700微米X 300微米),不可避免會(huì)測(cè)試到礦物顆粒周圍的信號(hào),對(duì)礦物顆粒的化學(xué)態(tài)和含量的判定帶來(lái)較大誤差。這次發(fā)現(xiàn)的白鴿礦的礦石的粒度較小,約200微米,測(cè)試上如果差之毫厘極,結(jié)果可能就是天壤之別。為了礦物顆粒的精確測(cè)試,李以科研究員跑了很多實(shí)驗(yàn)室,測(cè)試結(jié)果都不理想。結(jié)果在PHI CHINA實(shí)驗(yàn)室,利用PHI XPS的微區(qū)測(cè)試定位功能—SXI影像對(duì)礦物進(jìn)行精確定位(圖2所示),然后采用直徑100 微米的X射線束斑,終于圓滿完成了白鴿礦的化學(xué)態(tài)和組分精測(cè)(如圖3所示),為新礦石的認(rèn)證之路取得了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

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圖2. 礦物顆粒的SXI影像(左)和SEM影像(右)

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圖3. 礦物顆粒的XPS測(cè)試結(jié)果

X射線光電子能譜(XPS)作為重要的表面分析技術(shù),可以對(duì)樣品表面組分和化學(xué)態(tài)進(jìn)行定性和定量分析,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究中。特別是XPS空間分辨能力的提升,微區(qū)XPS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面的組分和化學(xué)態(tài)的局域化分布信息的獲取,為礦物、微電子、半導(dǎo)體和新能源中的微區(qū)研究提供重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

-轉(zhuǎn)載于《PHI表面分析 UPN》文章


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