近期，自然资源部中国地质调查局所属的中国地质科学院矿产资源研究所（以下简称“资源所”）同位素室，利用飞秒激光-高分辨等离子体质谱对我国矽卡岩型铁、铜、金、钨等矿床中钙铁榴石开展了U-Pb年龄测试工作，获得部分矿床中石榴石形成的精确年龄数据。

石榴石是一种较为常见的造岩矿物，广泛分布于变质岩（麻粒岩、榴辉岩等）、侵入岩（花岗岩、伟晶岩、正长岩、煌斑岩等）及火山岩中。2017年以钙铁系列石榴石为代表的微区原位U-Pb同位素分析方法，首次在自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室利用飞秒激光剥蚀系统-高分辨电感耦合等离子体质谱（fs-LA-HR-ICP-MS）开始建立(图1)。飞秒激光剥蚀系统为 Applied Spectra 公司的 J200，由激光器、飞秒激光光学传输系统、观察系统和剥蚀池等组成。激光输出波长为343nm，激光脉冲宽度为＜480fs。分析石榴石的激光能量设定为50%，束斑为60mm，频率为8Hz。高分辨电感耦合等离子质谱为Thermo Element XR。飞秒激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。每个点测试的时间包括大约15–20s的空白信号和50s的样品信号。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U–Th–Pb同位素比值和年龄计算）采用软件ICPMSDataCal完成。利用此方法对山西义兴寨金矿床角砾岩筒内的矽卡岩角砾中石榴石进行微区原位U-Pb同位素分析，精确限定了角砾岩筒的形成时代，而金矿化很可能与同时代岩浆释放的热液流体直接相关。2018年2月，该成果《石榴石U-Pb定年对山西义兴寨金矿床角砾岩筒时间的限定和金矿成因的指示》发表在《地球科学》杂志上（图2），7月，陈蕾博士在澳大利亚麦考瑞大学召开的第十届国际地质微束分析大会上做了《U-Pb geochronology of grandite by femtosecond laser ablation high resolution inductively coupled plasma mass spectrometry》口头报告交流，并得到很好反响。

矿床中石榴石的U-Pb同位素定年法，能精确限定变质和岩浆活动的时间，对矿床成因研究具有重要的指示意义。

图1  飞秒激光-高分辨等离子体质谱

 图2 钙榴石、锆石U-Pb谐和图和206Pb/238U 加权平均年龄图 

“锂”从山中来，仗剑走天涯

 邓伟 李成秀 冀成庆 徐莺 周雄

1.“锂”的家族群

1）锂（Li）

锂的克拉克值为30ppm，是较分散而又广泛分布的元素，主要在岩浆结晶作用的晚期阶段富集在伟晶岩中；花岗岩中含量最高，其次是碱性岩。矿床中经常与铍、铷、铯、钽等有益元素共生。

目前，已知含锂的矿物有150多种，呈独立矿物形式的有30多种，主要工业锂矿物有锂辉石、锂云母、透锂长石、磷锂铝石、铁锂云母等。川西稀有金属矿集区中的锂资源基本以锂辉石形式产出。

锂辉石，化学成分LiAl[Si2O6]。一般Li2O含量7%左右；晶体呈柱状、板状、针状，颜色可呈无色、灰白、淡紫、淡绿、淡黄、宝石绿色；条痕白色；摩式硬度6.5-7；比重3.03-3.22。

含锂矿物特征

2）铍（Be）

铍的克拉克值为6ppm，为显著的亲石元素。在花岗岩及霞石正长岩中的含量较高，在岩浆分异过程中富集于岩浆残液中，经常固结集中在岩石圈最上部，在地壳深部含量减少。

世界上已发现的铍矿物和含铍矿物有60多种，常见的矿物约有40多种，主要的工业矿物有绿柱石、硅铍石（似晶石）、羟硅铍石、金绿宝石（铍尖晶石）和日光榴石。

绿柱石，化学成分Be3Al2[Si6O18]，一般BeO含量13%左右；晶体一般呈柱状，呈绿色、黄色、浅蓝色、红色；条痕白色；玻璃光泽或树脂光泽；性脆；硬度7.5-8；比重2.65-2.91。

含铍矿物

3）铌（Nb）和钽（Ta）

铌和钽的原子构造类似，因此，两者在物理化学性质、地球化学性质及矿物学性质方面都很相近。铌、钽经常共生，在岩石和绝大多数矿物中铌和钽的含量此消彼长。在成因上与碱性岩有关的矿物中铌相对富集，与花岗岩有关的矿物中钽相对富集。

铌在地壳中的丰度为3.2ppm，钽的丰度为2.4ppm。由于铌、钽的地球化学迁移行为不同，铌开始早、收敛晚，钽主要富集于晚期。所以铌矿物种类多，分布广；而钽的变种少，分布不广。目前，已知的铌、钽矿物和含铌、钽矿物有130多种，常见的有30多种。如铌铁矿-钽铁矿、钽铁矿、铋铁矿、褐钇铌矿、易解石、铌易解石、铌铁金红石、烧绿石、锰钽矿、重钽铁矿、黄钇钽矿、细晶石等。铌钽矿物基本呈黑-棕红色，半金属光泽、油脂光泽，少数为金刚光泽；比重大，因此可用重选方式得以富集；化学成分极为复杂。

含铌钽矿物

4）铷（Rb）和铯（Cs）

铷在地壳中的丰度为90ppm。目前没有发现铷的独立矿物，呈分散状态，常以类质同象混入物出现在含钾矿物中。工业来源主要从富含铷的锂、铍、钾的矿物中提取。如锂云母中含Rb2O3%、微斜长石（天河石）中含Rb2O0.3%、铯榴石中含微量铷等。

铯在地壳中的含量为20ppm。含铯的矿物有10多种，但铯的主要来源还是稀有金属伟晶岩中的铯榴石和锂云母。除此之外，铯还分散在其他矿物中，如绿柱石、黑云母、天河石和堇青石等。

含铷铯矿物

铯榴石，化学式Cs[AlSi2O6] nH2O。一般含Cs2O30%左右，晶体往往呈立方体、粒状及致密块状，无解理；颜色为无色、白色，有时带灰、粉红、浅紫等色颜色；性脆，硬度6.5-7；比重2.67-3.03。

2.“锂”从哪里来

1）传统矿山

在您印象中矿山是什么样的？答案也许是偏远、荒凉、破旧的厂房，艰苦的条件，又或许是漫天尘土、泥浆满地、污水四溢，像这样又或许是那样……

2）绿色矿山

随着时代的发展和绿色矿山建设的推进，如今的矿山早已不再是从前的样子。先进的设备、一流的技术、现代化的厂房，一座座“花园式”的矿山正拔地而起。清洁生产，循环用水，大家再也不用担心环境污染了！

3）“石头”变“电池”

石头是如何变为电池的呢？锂辉石矿经过采矿进入选矿厂，选矿厂采用物理方法分选出含锂矿物，含锂矿物经过冶金处理成为碳酸锂产品，再由产业部门深加工，最终脱胎换骨成为电池。

3.崭新“锂”程

1） 锂之应用——走入寻常百姓家，健康美好新生活

随着科技的快速迭代升级，锂在日常生活中的应用越来越常见。含丁基锂的橡胶轮胎更加耐用，寿命比原来提高了4倍以上，让驾车出行更加安心；锂动力电池驱动的新能源汽车逐渐进入普通家庭，成为城市代步、环保出行的首选之一；锂电池和其他锂产品在娱乐设备上也得到广泛应用，为我们的休闲娱乐生活开启了无限可能性；锂的应用在家中随处可见，它为我们提供了便捷舒适的智能生活。

厨房里，添加了锂的电磁炉面板等玻璃制品，可以使其变得更轻、更结实、更耐溶。锂盐可为蔬果进行“健康护理”，防止西红柿腐烂和小麦锈穗病，让人们吃得放心、吃得安心。锂在医学保健方面也有新的应用，不仅可以强身健体，还能防治疾病，是人体健康的“守护者”。国外研究发现，锂与阿尔茨海默病存在关联，一款为中老年市场打造的天然矿泉水“锂水”就此诞生。而锂的用途还在不断拓展中，从交通工具到健康护理，锂的应用遍布我们生活的每个角落，改写了每一个人的生活方式。

新世纪崭新的“锂”程指日可待。

2） 铍之应用——让医疗成像、诊断和激光医学走到科技前端的金属材料

铍，是仅次于锂的轻金属，主要是以铍铜合金和铍金属的形式广泛应用于航空、医学等领域，是新兴产业发展必需的战略性矿产资源。目前，世界上只有美国、中国、俄罗斯等国具有工业规模的从铍矿石开采、提取冶金，到铍金属及合金加工的完整铍工业体系。

①提高X射线成像效果

因为铍金属既可以稳定地处理高温阻抗，又可以实现对X射线的高度透明，铍箔在医疗和科研X射线设备当中已经使用了很长时间。铍箔作为窗口来穿透聚焦的X射线，同时可以保持X射线发生管那一侧的真空环境。

②使低辐射成为可能

铍箔仍是CT扫描和乳腺X射线成像等高分辨率医学成像设备中必不可少的材料。在新一代乳腺癌X射线成像设备中使用低辐射扫描可以得到更精细的肿瘤分辨率，使许多早期可治疗阶段的乳腺癌被及时发现，治愈乳腺癌成为可能。

③改善X射线光管强度和稳定性

作为成像技术的前端科技，铍持续为满足X射线光管高强度、稳定性、抗高温、X射线穿透率等性能要求。

④光学激光器的小型化

使用氧化铍的医学激光器可以帮助眼科医生为数百万患者恢复或改善视力。具有高导热、高强度、介电性能的氧化铍是唯一能控制微小高功率气体激光器的材料。

⑤简化外科手术

铜铍连接器将精确的电信号传送到精密手术器械和最新的非侵入性外科技术的监测装置当中。这种技术减少了对病人的创伤和感染风险，同时加快了愈合和恢复的过程。

⑥分析血液

铍还用于分析HIV和其他疾病的血液分析设备部件当中，给医生和病人提供所需的精确性和可靠性数据。

3） 铌之新应用——冉冉升起的电子材料之星

铌行业全球市场集中度非常高，目前全球最大的铌矿企业是巴西矿冶公司(CBMN)，占据全球市场80%-85%的产量，主要从事铌产品的开发、工业化和商业化运营，是世界上唯一一家可以生产全系列铌产品(包括标准铌铁、特殊牌号铌铁、真空铌铁、真空镍铌、铌金属和五氧化二铌)的企业，对铌价格的走势具有较强的影响力，控制着全球铌产品扩产计划的进度。

具有超导性能的元素不少，铌是其中临界温度最高的一种。而用铌制造的合金，临界温度高达绝对温度十八点五到二十一度，是目前最重要的超导材料之一。

2019年，材料领域国际顶级期刊《自然材料》发表了复旦大学修发贤团队的最新研究论文《外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率》。文章显示制备出二维体系中具有目前已知最高导电率的外尔半金属材料——砷化铌纳米带，电导率是铜薄膜的100倍，石墨烯的1000倍。此次制备出的材料砷化铌纳米带的电导率是铜薄膜的100倍，石墨烯的1000倍。业内表示，导电材料是电子工业的基础，现在最主要的材料是铜，已经大规模运用于晶体管的互连导线。

4）钽之新应用——人体“亲金属”的神奇医学材料

钽作为一种金属材料，具有优异的力学性能和抗疲劳特性，因此被广泛应用于医学领域，尤其是在骨科领域。它可以替代人体骨组织，起到承重作用，目前已在临床取得显著疗效。钽金属材料在与人体组织结合时，具有强度、生物相容性和稳定性等优点。因此，它比传统金属材料的人工置入物更具有优势，在医学领域的发展前景十分广泛。

研究和临床应用表明，多孔钽金属具有比金属钛和钛合金更好的骨融合和骨传导性能，运用钽金属材料制作的仿生骨骨组织长入良好，骨性生物固定优良。未来，利用3D打印高致密度和高力学性能钽金属核心技术，将为我国在高端骨科植入物、医疗器械和难熔金属工业部件发展领域做出积极的贡献。

不仅如此，将钽金属与其他金属材料结合应用在临床医学中也取得了十分重要的突破。很多金属材料因其独特的性能可用于医学领域，但是由于缺乏生物相容性，不能将其优点很好地应用在临床。为此，科研人员想到将耐腐蚀性强且稳定的钽金属涂覆在这些金属材料的表面，使那些有独特性能但原先忌于低生物相容性而不能用于临床的金属材料重新用于临床，并取得显著疗效。

5）铷之应用——超视距精确授时，极佳光电传感器件制造

全球独立铷矿床非常少，下游应用供应链受限，已成为全球对该元素发展的约束要素。铷是自然界一种最大光电效应的稀有分散元素，其合成材料在智能制造中逐渐开始发力。

铷因其极佳的光电效应，在光电管、红外辐射仪表、太阳能光电池等器件制造方面均实现了重大革命性变革。据外媒报道，太阳能电池在通往最高效率的道路上正在不断改进中。德国国家可再生能源实验室研究人员开发了一种新的太阳能电池，为了改善用于吸收可见光的钙钛矿与用于吸收红外线的铜、铟、镓和硒的混合物两层之间的接触，研究小组在它们之间添加了一层铷原子，团队让电池的峰值效率达到24.16%。

铷基设备材料精准计时功能助力集群医用设备同步获取精确时间信号。近年来，基于星载铷钟开发的网络同步时间服务器在国内卫生部门得到良好的推广，为医院提供标准的网络时间统计信息服务，也为局部辐射区域近万台网络客户端提供精度小于5毫秒的时间同步服务器，较大程度地改善了全区医疗机构网络系统，包括：医护人员的办公PC及医疗设备、走廊、大堂子钟系统等授时操作的统一性，充分实现了大数量集群精确医疗设备同步作业中时间的精准性保障。

铷基量子传感器有望用于诊断房颤。心房颤动（AF）是一种导致心率异常的疾病，发作时心脏中传导的电生理信号易出现紊乱行为。目前，常规用于检测房颤的心电图受到灵敏度、时间等诸多限制。据一项发表于《应用物理学快报》的研究，科学家利用原子磁强计，通过基于铷的量子传感器接受信号，成功对导电率与生物组织相近的溶液进行电磁感应成像，可测出高导电性的区域。这项技术实现了非屏蔽环境下的小体积成像，且灵敏度较传统技术提高了50倍，为房颤的快速临床诊断带来了希望。

固体废弃物如何变身宝藏？

邓杰 邓善芝

几个世纪以来，人类社会的快速发展基于对自然资源的使用与消耗。尤其是第三次工业革命以后，生物科技与产业革命的迅速发展，使人们对能源和矿石的需求量激增。同时，为满足迅速增长的社会需求，各行各业纷纷扩能扩产。2012年，国际民间组织“全球足迹网络”（GFN）及英国智库“新经济基金会”提出“地球生态超载日”的概念。“地球生态超载日”是指地球当天进入了本年度生态赤字状态，已用完了地球本年度可再生的自然资源总量。据测算，约从1970年起，人类对自然的索取开始超越地球生态的临界点。从过去数十年来看，几乎每隔10年这一天的到来就会提前1个月。

资源过度开采和废弃物的无节制排放，造成越来越严重的生态环境问题。人类用碧海蓝天换来了现代社会的方便快捷和科技的快速发展。随着人们经济水平的提高以及对自身健康的重视，环境的重要性被越来越多的人认识。如何在保障人类需求的前提下，尽可能保护和改善环境，寻求资源环境和谐发展的解决方案，成为时下人们关注的重点。为节约资源、提高现有资源的利用率，资源综合利用的概念逐渐被人们所熟知。

在资源开发利用及使用消费过程中，不可避免会产生伴生矿石、围岩及选矿尾矿等，比如钨矿中伴生的铜、铅、锌等含有稀有分散元素的矿物，氧化矿中的碳酸盐和硅酸盐类脉石、有机物生产中产生的废水、生活中的废旧金属和电池等，这些生产和生活废弃物中含有大量的有价金属、有机及无机盐类矿物质资源，将其直接排放到环境中，不仅会造成大量的宝贵资源白白流失，还会影响耕地质量、污染空气和水源，破坏生态环境。在资源开发利用和消费过程中，针对这些伴生矿物资源和生产生活中的废弃物开展回收利用，使其重新资源化，从而最大限度地实现现有资源的高效利用，可以称之为资源的综合利用。

如何实现资源的综合利用？现阶段，资源的综合利用主要从三方面开展：

一、在矿产资源开采过程中对共生、伴生矿进行综合开发与合理利用。

煤炭被人们誉为“黑色的金子”“工业的粮食”，它是18世纪以来人类世界使用的主要能源之一。煤矸石是与煤伴生的一种含煤高岭土，过去采煤过程中产生的大量煤矸石一直被作为大宗固体废弃物堆放在煤矿周围。正如犹太经典《塔木德》中所说：“世上没有废物，只是放错了地方。”煤的伴生矿——煤矸石也是如此。煤矸石综合利用的途径很多，除了传统的利用途径，如回填煤矿采空区、铺路、土壤改良、做建筑材料和发电等。最新研究表明，煤矸石还可以作为下游精细加工业的原料。如，煤矸石经处理后可以作为橡胶填料，获得与炭黑相当的补强效果；还可以制备聚硅酸铝铁，用于处理造纸综合废水等；此外，煤矸石可以用于陶瓷、耐火材料、橡胶工业、涂料、塑料、4A分子筛、铝硅铁合金等十多个行业。

二、对生产过程中产生的废渣、废水（液）、废气、余热余压等进行回收和合理利用。

除矿石中的伴生资源外，矿石资源生产加工过程中还会产生大量的废弃物资源。以铜矿尾矿为例，研究表明，铜尾矿中除了可以回收有价金属元素铜之外，还可以回收非金属组分石榴子石、硅灰石等，并将剩余部分作为植物培养基等原料进行利用，实现铜尾矿的减量化和资源化。部分有色金属尾矿的主要成分为SiO2，且包含大量钙、镁等元素的氧化物，和市场上普遍运用的建筑材料的化学组成非常相似。尾矿用作建筑材料时加工方式比较简洁，能够有效解决成本和能耗问题。

三、对社会生产和消费过程中产生的各种废物进行回收和再生利用。

除开展矿山资源的综合利用之外，再生资源回收利用也是开展资源综合利用的重要方面。发展再生资源回收行业可以节省采矿、冶炼、电解等工艺环节，大量减少污染排放和能源消耗，也是降低资源对外依存度、推动我国生态文明建设的必由之路。中国是全球公认的制造业大国，然而近些年随着人口红利日益消失，以及环保成本的不断抬升，我国资源的对外依存度逐渐走高。在此背景下，大力发展再生资源回收利用产业，具有积极重要的战略性意义。

现阶段，资源环境和谐发展之路仍然崎岖且漫长，人类需要开展更多的探索与实践。相信在不久的未来，资源综合利用方法和途径会越来越多，资源环境和谐发展之路必将越来越顺利。

带你了解这朵“云”——地质云

戴新宇

“地质云1.0”闪亮登场，魅力初现

“地质云”是自然资源部中国地质调查局主持研发的一套综合性地质信息服务系统，集地质调查、管理、共享、服务四大功能于一身，面向社会公众、地质调查技术人员、地学科研机构、政府部门提供丰富的各类地质信息服务。经过“地质云”研究开发团队艰辛付出，2017年11月6日，“地质云1.0”闪亮登场，迈出了“地质云”建设三步走的第一步。

“地质云1.0”刚上线运行，就受到地质调查科技工作者的青睐，局系统内外正式用户达4000多人，日均访问量突破6000次，在地质调查管理和应急事件服务上体现出精准、快捷的特点。例如，在2017年11月18日西藏林芝市米林县发生6.9级地震后，“地质云”首次启动了应急服务工作机制，在2小时内线下完成震区地质图数据制作，仅用10小时就为应急救灾在线提供了震区区域地质图、国家地质资料馆藏涉及震区的地质资料，以及林芝地区卫星遥感影像图、震中300公里范围地质钻孔、林芝专题地质文献库等系列地质信息产品。毫无疑问，“地质云1.0”实现了地质调查数据共享破冰，为75个国家核心地质数据库的互联共享和2382个信息产品提供社会化服务。

“地质云2.0”华丽转身，飒爽英姿

在2018年10月18日召开的中国国际矿业大会上，“地质云2.0”宣布正式上线，完成“地质云1.0”云上数据资源和系统功能的全面升级，完成手机版地质云APP国家地质大数据共享服务平台研发，通过数据资源整合和信息系统集成，全面提升地质调查数据采集、汇聚、处理、分析、共享与服务能力，为新时代地质调查工作转型升级提供核心动力，及时、有效地满足政府部门、行业用户、社会公众等各类用户对地质信息的多元需求，以信息化带动地质调查现代化。

“地质云3.0”鲲鹏展翅，大展宏图

“地质云”建设三步走设想2020年上线运行“地质云3.0”。为此，地质云研发团队的科研人员做足了功课，全力以赴助推云平台、大数据、智能化“三位一体”建设应用迈上新台阶，为新时代地质调查工作转型升级提供核心动力支撑，建成分布式地质大数据中心，并在以下九个方面提供全方位综合地质服务：

一是升级完善“在线化”调查系统、研发升级重要专业应用系统，初步实现在线化调查，构建立体式地质信息感知体系。二是显著扩大中大比例尺实体数据共享资源，精准开发地质信息系列产品，提供地质信息专题服务，提升“地质云”服务门户访问便捷性，加快构建地质信息共建共享云生态，基本实现在线化服务，显著扩大地质信息线上共享服务规模。三是升级地质调查业务管理系统，完善地质调查业务管理大数据辅助决策系统，强化在线化管理，支撑地质调查业务管理高效运行。四是推行地质调查在线化办公，支撑远程办公、便捷办公。五是通过攻关实现智能区调矿调、智能识别、智能管理、智能数据搜索引擎等智能地质调查技术突破，示范构建智能化工作模式。六是建立完善地球科学“一张图”大数据体系，更新维护国家核心地质数据库。七是采取优化地质调查网络、规范化运维“地质云”节点体系、加强网络安全建设等措施，建实地质调查基础设施与网络安全体系，保障安全稳定运行。八是完善地质调查信息化制度标准体系，支撑自然资源信息化建设。九是加强信息化人才队伍建设与国际合作，提升中国地质调查局在国内外的影响力。

这就是中国地质调查局功能强大的地质云（Geocloud）！神奇的地质云（Geocloud）！

“这几天，党的十九届四中全会召开，我激动得几天没睡好觉。全会提出，‘要全面建立资源高效利用制度’，这为矿产资源的综合利用提供了更加良好的发展环境。我从事矿产资源综合利用研究工作已有几十年时间，深刻地感受到现在是开展尾矿资源综合利用的大好时机。”2019年初冬的一个下午，一位耄耋老人迈着稳健的步子，来到中国矿业报社，邀请记者到他的工作室采访，到他的中试基地参观。这位老人，就是被业界称为“尾矿利用第一人”的中国地质科学院研究员李章大。

今年已经87岁的李章大教授，精神矍铄，思维敏捷。他是国务院政府特殊津贴获得者，教授级高级工程师，中南大学、北京科技大学兼职教授，中国矿业联合会、北京节能和资源综合利用协会技术顾问，中国资源综合利用协会专家委员会成员，老科技工作者协会国土资源分会矿山固体废料综合利用专业委员会副主任委员。

首钢矿业一处尾矿库（资料图）

早在上世纪80年代，李章大教授就提出了“提高资源回收率，开发利用被视为尾矿废石的资源”的建议。“1981年，我提交了《我国铁矿区成矿特征及找矿区划》《钢铁工业发展应从我国铁矿资源特点出发》等建议；1983年，提交了《我国钢铁工业地质矿床资源方面的水平和差距》报告及《对挖掘生产矿山资源潜力的几点认识和建议》，建议除主要资源可提高回收率外，还应开发利用被视为废石的资源，如蚀变围岩中的玉石、宝石类矿物、珍贵矿物晶体及大量非金属矿资源，完成《大冶铁矿矿山地质工作的经验及存在问题》。1987年，我发表了《矿产资源综合开发和合理利用现状与分析》，阐述了矿产综合开发和合理利用是矿物原料产业发展的客观规律和物质基础，分析了我国目前尾矿利用的现状，建议由点到面全面查明生产矿山和后备矿区矿石、围岩、尾矿、废渣的有用组分及利用可能性，推广有效技术，提高资源综合利用率，从而最终实现整体利用废石、尾矿及非金属组分，实现无废料开发、改善环境的目的。”谈起自己热爱的工矿固废资源综合利用工作，李老如数家珍。

几十年来，李教授潜心矿产资源综合利用，完成重大科研课题26项，采集了铁、铜、钼、铅、锌、钨、锡、金、钛、锰、铝（赤泥）、稀土金属、煤炭（煤矸石、粉煤灰）等16个矿种、60多个矿山的尾矿样品，以及炼渣、废石、花岗岩、斜长岩、辉长岩、霞石正长岩、火山凝灰岩、页岩等样品，利用这些样品进行了建材、道渣、水泥、陶瓷、玻璃、发泡陶瓷、岩（矿）棉、微晶非金属材料等产品的实验室研究及工业化中间产品扩大性试验。如今，李老的许多研究成果都已转化，并被企业批量生产。

“1993年，我上报了《尾矿的处置、管理及资源化示范工程》，被国家计划委员会、国家科学技术委员会列为《中国21世纪议程优先项目计划（第一批）》；2004年，与周秋兰（原全国矿产储量委员会专业委员）共同提交的《我国尾矿利用现状及21世纪展望》，获文化部‘中国世纪英才业绩与论著征集活动’二等奖，全文载入《中国百业论著》中。”矿产资源综合利用必须树立循环经济的理念，具备多学科、跨行业协同研究的能力。李章大教授曾就职于冶金部北京地质研究所，后又进入中国地质科学研究院尾矿利用技术中心。丰富的多学科科研经历，以及长期的实战工作积累，使他在开展固废资源综合利用方面形成了一整套成熟的科学研究成果。

李老告诉记者，矿产是我国社会主义经济建设、循环经济运行不可缺少的基础资源，只有资源化开发利用矿山尾矿、废石，矿业才能成为节约资源、维护生态环境、强国富民的现代化产业，经济建设才能形成良性循环，实现国民经济和矿山的可持续发展。我们要实实在在地查明矿产资源特点及其可利用途径，从资源特点出发，经过试验研究，选择可供开发的产品及主攻项目；与相关行业、专业、技术进行边缘杂交、互相结合，择优组合有关工艺、技术、设备，从而开发出复合矿物原料新资源；在这个过程中，逐步化解矿山历史积留下来的弊端和欠负，恢复或维护矿山生态环境，清除灾害隐患，增添物质财富，提高劳动就业率及人员素质；促进科技进步，开拓尾矿的新用途，实现和谐创新、强国富民。

1990年，李章大带领尾矿利用技术中心精干力量，从典型矿山入手，对武钢大冶铁矿、首钢迁安铁矿、江西德兴铜矿、辽宁杨家杖子钼矿等矿山的尾矿进行了分析实验，并取得一系列科研成果。

他们在武钢大冶铁矿调查了东露天尖山采区25条勘探线、110个钻孔、5512米岩心，补采了100个矿样、16个人工重砂样、15个硫化物精矿样，对样品进行了多元素分析、岩矿鉴定和小型选矿试验，查明尾矿资源特征，总结了矿山地质工作经验，摸索了含矿围岩工业利用评价方法，确定可采品位及铁、铜综合品位指标，新圈定10个矿体，计算出21.9万吨储量。同时，还发现洪山溪尾矿库中残存大量菱铁矿等非磁性铁矿，进行了经济评价，提交了3份研究报告。项目验收后获得原冶金部科技进步三等奖。

随后，他们又对首钢迁安铁矿进行了历时4年的研究，取得丰硕成果：查明尾矿资源特征，利用围岩、废石及矿山尾矿生产出高速铁路道渣、建筑用砂、水泥、混凝土材料、陶瓷（日用瓷、美术瓷）、色釉、建筑瓷砖、玻璃等样品，在唐山陶瓷研究所试产了陶瓷产品；利用尾矿制造微晶玻璃的工艺试验及产品中试取得良好效果，建筑瓷砖成功投产，属尾矿资源化利用领域的首创。铁道部工务局为首钢矿山废石生产的高速铁路道渣建立了技术标准，为修建大同至秦皇岛运煤出口高速铁路东段所用道渣召开了多次铁道系统现场会。唐山陶瓷研究所结合此项成果申请了《铁矿尾矿制造陶瓷及方法》发明专利，被原轻工业部科技司综合处誉为“国内陶瓷原料的首创”，是我国尾矿资源化利用的首次突破。在北京玻璃研究所的协助下，他们不仅用尾矿制做普通玻璃产品，还开发出世界首创的“尾矿微晶玻璃花岗石”，使尾矿资源化利用进入高科技材料产业领域。这些研究成果不仅使首钢矿业公司获得了丰厚的经济效益（至今保有相关生产线），更使其成为首例“无废料绿色矿山”。

在对江西德兴铜矿尾矿进行研究的过程中，他们利用尾矿研制出了日用-工艺美术陶瓷、无釉外墙砖、锦砖及水泥等产品。研究表明，德兴铜矿尾矿是良好的紫砂型陶瓷（带色）原料，可制作墙砖、锦砖、525号火山灰质硅酸盐水泥，是已经磨细了的绢云母质瓷及经济实用建筑陶瓷、优质硅酸盐水泥的原料。

通过多年研究，李章大教授认为，我国金属矿山尾矿、废石资源化开发利用已经积累了许多研究成果和产业化经验，进入推广提高的新阶段。但还存在一些突出问题：知识和认识上囿于传统，把尾矿、废石作为废物看待，开发利用停留在低层次上，套用他人做法或只开发大路货产品；不做本矿山的资源特点查定，不愿做试验研究，满足于生产一二种简易产品；固守旧思想、旧技术，不顾国家社会和企业的长远利益；缺少更多可供开发的好产品、好成果；有的成果缺少工业化试验，技术不成熟；缺少风险基金支持和激励机制；技术力量分散单薄，研究者缺少经济实力，更缺少实验条件及实验室，难出新成果。

为此，李章大提出：第一，建议把尾矿、废石等矿山固体废弃物作为国家自然资源依法保护和管理起来，禁止无序开发，加强技术指导，防止再次浪费资源和扩大环境污染。当务之急是立法和立项进行尾矿资源普查，同类资源宜先用尾矿、再开新矿。

第二，矿山所在地政府科学管理和指导矿山固体废物资源化开发利用和环保治理，委托有资质的专业团体（如矿业联合会、矿山地质专业委员会、资源综合利用协会等）协助政府为企业搭桥和进行监督、咨询、协调，促进其节约资源，相关企业依法保护和使用矿山固体废物资源。三方齐心协力，从组织上落实矿山尾矿、废石等固体废物的资源化开发利用，提高实效。

第三，建设一批示范矿山和示范工程，作为矿山企业样板和出台政策、技术标准及产业化转化的基地。

第四，建立一个汇集综合人才、专门开发矿山固体废料的高硅无机复合新材料工程技术中心，从资源-工艺、技术、设备-新产品研发-产业化推广等全流程出发，开发符合中国矿产资源特点的复合材料系列产品，为复合材料工业奠基开路。

第五，从尾矿微晶玻璃切入，开发高科技含量、高附加值的产品。微晶玻璃被材料科学家称为“可兼有别的类型材料不能达到的物理性能”，特别适合于我国矿山尾矿、煤矸石、炉渣、赤泥等组分多样化资源的开发利用。

第六，建立矿山固体废物资源化开发利用奖励基金及制度，用于奖励有突出贡献的矿山企业、职工、科技和管理人员，支持专项研究成果的工业中间产品试验，推进新产品、新成果及时转化为生产力。

岩浆补给作用为岩浆房补充热量和物质，促进岩浆房的对流、岩浆的分异演化和早期结晶晶体的熔蚀及再活化，并且可能导致岩浆房过压，触发火山喷发。同时，岩浆补给作用制约着高硅流纹质火山岩的形成，是晶体-熔体分离机制的关键因素之一，但该作用通常较为“隐蔽”。为揭示这一作用过程，自然资源部中国地质调查局地质研究所贺振宇研究员课题组颜丽丽博士后与南京大学徐夕生教授合作，选择中国东南沿海巨型火山-侵入杂岩带中具有代表性的浙江雁荡山破火山口火山-侵入杂岩为对象，对中央侵入相石英正长斑岩及其中发育的富晶体包体开展了斜长石原位Sr同位素研究。该研究揭示了斜长石颗粒之间的成分和Sr同位素组成变化，有效制约了酸性岩浆系统的岩浆补给和堆晶体的再活化过程。

浙江雁荡山破火山口火山-侵入杂岩由包含四个岩性段的流纹质火山岩，以及中央侵入相石英正长斑岩组成（图1）。石英正长斑岩中发育次球状或不规则状的富晶体包体。这种包体与花岗岩中常见的暗色微粒包体不同，富含晶体和斑晶（图2）。同时，在雁荡山第四火山岩性段的流纹质晶屑-玻屑熔结凝灰岩中也发育这种富含晶体的浆屑或包体（图2）。目前一般认为这种类型的包体与岩浆房的晶粥活化作用有关。

图1 浙江雁荡山破火山口火山-侵入杂岩地质简图。石英正长斑岩位于破火山口的中心，呈多个岩株出露。

图2雁荡山石英正长斑岩和富晶体包体的野外露头照片（a-c）。第四火山岩性段火山岩中也发育类似的富晶体包体（d）。

斜长石Sr同位素研究结果表明：

1.雁荡山破火山口火山-侵入杂岩中的包体和寄主石英正长斑岩中发育的斜长石晶体虽然发育了复杂的内部结构和成分环带（图3），但颗粒内部的(87Sr/86Sr)i变化不明显。但是，斜长石颗粒间显示了明显的(87Sr/86Sr)i变化（图4），暗色了岩浆补给和岩浆混合过程，并且该作用过程可能驱动了晶体间熔体的抽取。

2.尽管石英正长斑岩与包体的全岩(87Sr/86Sr)i差别很小，但是包体中斜长石的(87Sr/86Sr)i变化范围与其对应的全岩Sr同位素组成范围相似或偏低，而石英正长斑岩中斜长石的(87Sr/86Sr)i变化范围与其对应的全岩Sr同位素组成范围相似或偏高（图4）。因此，这些包体的变化范围较大的全岩(87Sr/86Sr)i，可能暗色了其主要组成矿物为来自不同端元的组合。这对于理解全岩Sr同位素组成的也提供了新的信息。

图3 包体中斜长石斑晶的成分面扫描，显示其环带结构，核部低Ca并发育筛状构造，边部高Ca。

图4雁荡山石英正长斑岩以及包体中斜长石颗粒间(87Sr/86Sr)i变化，以及与全岩Sr同位素组成对比。

本研究同时也展示了斜长石原位Sr同位素分析在揭示酸性岩浆系统的岩浆作用过程研究中重要作用和潜力，也为支撑和推动地调局在深部地质调查与研究提供了新的研究思路。本研究受国家自然科学基金项目（41930214, 41102028）和中国博士后科学基金项目（2020M670402）资助，成果发表于国际地学期刊《Journal of Asian Earth Sciences》：Yan Li-Li, He Zhen-Yu, Xu Xi-Sheng, 2020. Magma recharge processes of the Yandangshan volcanic-plutonic caldera complex in the coastal SE China: constraint from inter-grain variation of Sr isotope of plagioclase. Journal of Asian Earth Sciences 201, 104511. 全文链接：https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2020.104511

附：对雁荡山破火山口火山-侵入杂岩系统的锆石U-Pb定年、锆石Hf-O同位素和全岩地球化学等研究，制约了其岩浆来源，以及火山岩与侵入岩的具体成因联系等问题。该研究成果发表于Lithos：Yan Li-Li, He Zhen-Yu, JahnBor-ming, Zhao Zhi-Dan, 2016. Formation of the Yandangshan volcanic-plutonic complex (SE China) by melt extraction and crystal accumulation.Lithos 266–267, 287–308.http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2016.10.029

自然资源部中国地质调查局所属的中国地质科学院矿产资源研究所承担的“境外大型矿产资源基地及资源潜力评价”地质调查二级项目蒙古野外地质考察团，联合蒙古科技大学，于2019年8月15日至9月13日期间对蒙古国阿尔泰地区开展了为期30天的野外地质考察。整个野外行程7000余公里，开展了野外遥感异常查证、重要矿产地野外地质调查和1:5万地质矿产图简测，初步查明了该地区重要矿产的主要控矿要素，取得了以下重要进展。

一是在腾布努尔苏木的一处山间溪谷中发现了大量的褐铁矿化滚石，显示该区具有重要的多金属矿化的潜力。

通过遥感蚀变信息的提取和解译，识别了该地区含有较高强度的羟基和铁染蚀变。野外现场查验，发现异常下游的溪谷中有大量的富含褐铁矿的滚石，褐铁矿含量高者目视可达20%，部分滚石直径可达一米。该处蚀变目前没有矿权覆盖。由于该处遥感蚀变异常有数十公里长，呈线性分布，可能是与断裂控制的花岗岩有关的多金属矿化有关，因此对这些遥感异常进行深入的工作有望取得较大的找矿突破。

图1 在腾布诺尔苏木山间溪谷中发现的褐铁矿石样品

二是对蒙俄边境产出的阿斯嘎特银-锑多金属矿床外围调查发现，其外围有寻找钨多金属矿化的潜力。

通过遥感蚀变信息提取、解译，发现阿斯嘎特矿床外围有大量的羟基异常，通过遥感异常的现场野外地质查验，显示部分异常区可以看到多处含黑钨矿的石英脉，部分黑钨矿单矿物可达5mm宽。同时，该矿区也产出有钠化蚀变的高分异花岗岩株，显示该区具有形成高分异花岗岩型钨-锡和脉状铅-锌-银-锑成矿系统的潜力。阿斯嘎特外围的找矿工作程度目前相对较低，因此该区还有较大的找矿空间，尤其是遥感异常的产出区。

图2 阿斯嘎特矿床块状的硫化物矿石           图3 阿斯嘎特外围含黑钨矿石英脉

三是完成了泰哈勒赞布勒格泰锆-铌-稀土大型矿床1:5万的地质矿产专题填图（简测）。

通过200km2的1:5万地质矿产专题填图（简测），基本厘清了泰哈勒赞布勒格泰碱性杂岩体的分布特征、碱性岩的岩相分带以及矿体的产出特征。

该矿床属于与碱性正长岩类及碱性长石花岗岩有关的大型锆-铌-稀土热液矿床，矿体的产出主要受热液交代岩控制。通过1:5万的地质矿产图简测，发现该矿床有两个矿化中心，其南部的矿化规模较大，矿化较为连续，主要分布于以近似圆形的区域内。该矿床产出于距离水量丰沛的河流20公里远，选矿所需要的水源较为充足，有较好的开发条件。

图4 哈勒赞布勒格泰锆-铌-稀土矿石

四是在科布多市东5-10千米处，发现了一处潜在的造山型金矿化带。

通过遥感蚀变信息的提取和解译，发现并检查了一处蚀变显著的褐铁矿化带。在这条长达20千米，宽100-200米的遥感蚀变异常带内，发现有连续产出的含褐铁矿化石英脉及褐铁矿化蚀变岩，可能为潜在的造山型金矿化带。

图5 野外地质考察发现的褐铁矿化蚀变岩特征

五是发现一处孔雀石蚀变露头。

在XXX地区，通过遥感解译发现并检查了一处蚀变显著的羟基异常带。通过现场的野外地质查验，发现了一处宽达2m左右的含孔雀石蚀变露头，追索可达100米长。

图6 遥感异常查验发现的孔雀石化露头

六是本次野外地质调查，对蒙古阿尔泰地区和南蒙古7个典型银-锑、锆-铌-稀土、铜-金、铅-锌、金矿床开展了野外地质调查，对一些重要的遥感蚀变异常进行了野外现场查验，查明了一些重要银-锑、锆-铌-稀土、矿床的地质特征、主要控矿因素、开采的自然经济条件。

蒙古阿尔泰成矿带受古亚洲洋俯冲构造及其后的伸展构造的影响，成矿类型主要有稀有-稀土、银-锑多金属矿床、锡-钨矿床、金矿床及火山块状硫化物矿床等；本次野外地质调查涉及都兰卡铅-锌-铜矿床、阿斯嘎特银-锑矿床及其外围、腾布诺尔银-锑矿床和哈勒赞布勒格泰锆-铌-稀土矿床，南蒙古的哈马格泰铜-金矿床、铜狐狸铜-金矿床、欧玉特乌兰铜-金矿床等。这些矿床的成矿类型主要为VMS型、斑岩型、岩浆热液脉型、碱性岩正长岩-花岗岩型、伟晶岩型及造山型。

本次调查显示，蒙古阿尔泰地区成矿条件优越，具有巨大的成矿潜力和找矿潜力。一方面，蒙古阿尔泰地区矿床的开采程度较低，多个具有较好开采条件的多金属矿床和稀有稀土矿床，如阿斯嘎特和哈勒赞布勒格泰等矿床及与铌-铍-锂多金属矿床，均没有开采。同时，蒙古国阿尔泰地区所有的1:20万区域地质矿产图大都是蒙古自己的地质队伍所完成的，本次野外地质考察发现，其填图的质量较差。俄罗斯和捷克等国家援助蒙古所填的1:20万和1:5万的区域地质矿产图质量非常高，但是这些地质图覆盖的区域却很有限。这也反映出蒙古国的地质工作程度还非常低，如果有更多深入细致的工作，蒙古阿尔泰地区的找矿潜力还有很大的空间。另一方面，西方公司在蒙古阿尔泰地区涉足尚浅。西方公司如艾芬豪等，在蒙古国南部和北部开展了大量的工作，掌握了大量的高质量勘查权和采矿权。但是相比南蒙古，在蒙古西部的阿尔泰地区，其介入程度还相对较浅，也没有取得重大的找矿成果。但中国矿业公司对蒙古西部的兴趣却非常高。因此，中国地调局加强在蒙古阿尔泰地区的基础地质矿产工作，将有效支撑和引导中国公司对蒙古阿尔泰的投资，提升找矿效率和成果，服务于国家的能源资源安全战略。