技術文章
TECHNICAL ARTICLES一、引言
新礦物研究,是地球科學領域重要的基礎性研究工作。新礦物的發現不僅(jin) 可以增加自然界的礦物種類,同時也可以為(wei) 人類認識和利用自然界礦物提供新的參考。截至2022年3月,全球已累計發現新礦物5794種。新礦物的發現數量、研究深度及分析技術水平展現了一個(ge) 國家基礎科技的軟實力與(yu) 硬實力,是國家綜合實力的體(ti) 現。近年來,我國加大了對新礦物研究的支持力度,我國新礦物事業(ye) 迎來了難得的發展契機。中國地質調查局礦產(chan) 資源研究所李以科研究團隊長期致力於(yu) 戰略性關(guan) 鍵礦產(chan) 成礦作用與(yu) 資源評價(jia) 研究工作。
二、成果介紹
12月2日,由中國地質調查局礦產(chan) 資源研究所(以下簡稱“資源所")李以科研究團隊發現並申報的新礦物“白鴿礦",獲得國際礦物學協會(hui) -新礦物命名及分類委員會(hui) (IMA-CNMNC)高票通過,批準號IMA 2021-002a。新礦物英文名稱“Nioboixiolite-(□)",為(wei) 紀念在白雲(yun) 鄂博地區發現铌鐵礦並開啟铌資源調查研究的白鴿研究員(1930-2020),申報者將新礦物中文名稱確定為(wei) “白鴿礦",目前其標型樣品存放於(yu) 中國地質博物館,編號M16118。
圖1 白鴿礦晶體(ti) 結構示意圖
白鴿礦發現於(yu) 白雲(yun) 鄂博稀土-铌-鐵床隱伏碳酸岩體(ti) 中,是在白雲(yun) 鄂博礦床發現的第16個(ge) 新礦物。它是一種黑色不透明的铌鉭氧化物。
一直以來,白雲(yun) 鄂博被認為(wei) 是極度富釷(Th)貧鈾(U)和極度富铌(Nb)貧鉭(Ta)的碳酸岩型稀土-铌-鐵礦床,本次發現的白鴿礦中UO2、Ta2O5含量分別達到20.21%、13.75%,這些成分含量不同尋常,可能經曆了特殊的成礦過程。對白鴿礦礦物學深入研究,為(wei) 理解白雲(yun) 鄂博铌、釷元素超常富集機製提供了新的視角。該新礦物的發現不僅(jin) 豐(feng) 富了白雲(yun) 鄂博富铌礦物的種類,為(wei) 铌礦的開發提供了重要啟示,同時為(wei) 找尋更加珍貴的鈾、鉭資源提供了新方向。[1]
三、礦物的XPS測試
按照IMA-CNMNC規定,礦物種主要以其化學組成和結晶學性質為(wei) 基礎加以確定,如果發現一個(ge) 礦物,其化學性質和結晶學性質與(yu) 任何已存在的礦物種明顯不同,則存在著該礦物為(wei) 新種的可能性。
為(wei) 了確定礦物的化學組成和結晶結構特征,進行了紅外光譜、電子探針、掃描電鏡、單晶X射線衍射和X射線光電子能譜測試等。新礦物一般呈現化學成分具有新穎性的微量微小特征,所以礦物顆粒的化學態精確測試成了新礦物研究的困難事,這是因為(wei) 常規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(hui) 測試到礦物顆粒周圍的信號,對礦物顆粒的化學態和含量的判定帶來較大誤差。這次發現的白鴿礦的礦石的粒度較小,約200微米,測試上如果差之毫厘極,結果可能就是天壤之別。為(wei) 了礦物顆粒的精確測試,李以科研究員跑了很多實驗室,測試結果都不理想。結果在PHI CHINA實驗室,利用PHI XPS的微區測試定位功能—SXI影像對礦物進行精確定位(圖2所示),然後采用直徑100 微米的X射線束斑,終於(yu) 圓滿完成了白鴿礦的化學態和組分精測(如圖3所示),為(wei) 新礦石的認證之路取得了關(guan) 鍵數據。
圖2. 礦物顆粒的SXI影像(左)和SEM影像(右)
圖3. 礦物顆粒的XPS測試結果
X射線光電子能譜(XPS)作為(wei) 重要的表麵分析技術,可以對樣品表麵組分和化學態進行定性和定量分析,已經廣泛應用於(yu) 科學研究中。特別是XPS空間分辨能力的提升,微區XPS技術可以實現對樣品表麵的組分和化學態的局域化分布信息的獲取,為(wei) 礦物、微電子、半導體(ti) 和新能源中的微區研究提供重要的實驗數據。
-轉載於(yu) 《PHI表麵分析 UPN》文章
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