探索资源环境和谐发展之路

邓杰 邓善芝

资源的综合利用，主要是指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；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；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。

资源综合利用的重要性

矿产资源综合利用不仅是解决矿产资源短缺的重要途径，而且是实现矿业经济可持续发展战略目标的现实选择，对有效利用和合理保护自然资源起着积极的推动作用。矿产资源综合利用是矿产开发的一项重要政策，也是合理开发、保护环境、维护生态平衡的一种有效手段。在矿产资源综合利用过程中，倡导低碳经济不仅有利于缓解我国经济发展的资源约束矛盾，调整优化结构和转变经济发展方式，而且对于减少污染排放、改善环境质量具有重要意义。

1.矿产资源低碳开发

就我国有色金属工业来说，每年排出废石上亿吨、尾砂7000多万吨，占用大量土地；数亿吨废水只有少部分复用或处理达标后排放。有色金属材料生产过程的许多材料含有一定量的有毒金属，如汞、镉、钍等，产生的废弃物已成为环境污染的重要因素之一。有色金属采选回收率仅为50%～60%；矿产资源综合利用率达70%的矿山仅占7%，综合利用率达50%的矿山不到15%，75%的综合型矿山企业综合利用率不到2%～5%；选矿回水利用率65%～70%；尾矿综合利用率为20%左右；冶炼的资源综合利用率为40%～60%，许多共、伴生矿没有综合回收；工业水重复利用率为72.8%；固体废物资源综合利用率为7%～8%；SO2的利用率约70%左右，致使每年排放大气中的SO2高达50余万吨。因此在有色金属工业的采、选、冶、加工过程中，对尾矿及“三废”进行综合利用显得格外迫切。

2.再生资源回收利用

除开展矿产资源的综合利用之外，发展再生资源回收利用也是非常重要。

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。业内预计，到2020年末，我国再生资源回收行业整体产业链产值将达3万亿元。

资源综合利用的途径

综合利用固体废物生产的产品包括：利用煤矸石、铝钒石、硼尾矿粉、锅炉炉渣、冶炼废渣、化工废渣及其他固体废弃物生产建材产品、电瓷产品、肥料、土壤改良剂、净水剂、作物栽培剂；利用制糖废渣、滤泥、废糖蜜、淀粉废渣、造纸污泥等生产造纸原料、建材产品、酒精、饲料、肥料、赖氨酸、柠檬酸、核甘酸、木糖，碳化硅、饲料酵母，及多种有机糖类。

综合利用废水（液）生产的产品包括：利用化工、纺织、造纸工业废水、制盐液（苦卤）及硼酸废液，生产银、盐、锌、纤维、碱、羊毛脂、多种无机盐类、粘合剂、酒精、香兰素、饲料酵母、肥料、制冷剂、阻燃剂、燃料等；利用酿酒、酒精、制糖、制药、味精、柠檬酸、酵母废液生产饲料、食用醋、酶制剂、肥料、沼气，以及利用糠醛废液生产的醋酸钠；利用石油加工、化工生产中的废硫酸、废碱液、废氨水以及蒸馏或精馏釜残液，生产硫磺、硫酸、硫铵、氟化铵、芒硝、硫化钠、环烷酸、肥料，以及酸、碱、盐等无机化工产品和烃、醇、酚有机酸等有机化工产品。

再生资源生产的产品包括：回收生产和消费过程中产生的各种废旧金属、废旧轮胎、废旧塑料、废纸、废玻璃、废旧家用电器、废旧电脑及其他废电子产品 ，从中提取金属（包括稀贵金属）非金属和生产的产品；利用废棉、废棉布、废棉纱、废毛、废丝、废麻、废化纤、废旧聚酯瓶和纺织厂、服装厂边角料，生产造纸原料、纤维纱及织物、无纺布、毡、粘合剂、再生聚酯产品；利用废轮胎等废橡胶、废塑料生产的胶粉、再生胶、轮胎、防水材料、橡胶密封圈、塑料制品、建材产品、装饰材料、保温隔热材料；利用杂骨、皮边角料、毛发等生产骨粉、骨油、骨胶、明胶、胶囊、磷酸钙及蛋白饲料、氨基酸、再生革、生物化学制品。

城市矿产垃圾：放错地方的资源

据测算，每回收利用1万吨再生资源，可节约自然资源4.12万吨，节约煤1.4万吨，减少6万吨～10万吨垃圾处理量；每利用1万吨废钢铁，可炼钢8500吨，节约铁矿石2万吨，节能0.4万吨标煤，少产生1.2万吨废渣，减少86%的空气污染。

在“城市矿产”回收体系当中，垃圾分类处理是废弃资源再生回收利用中重要的一个环节。通过分类投放、分类收集，把有用物资，如纸张、塑料、橡胶、玻璃、瓶罐、金属以及废旧家用电器等从垃圾中分离出来回收利用，既提高垃圾资源利用水平，又可减少垃圾处置量。按照一般城市特点，我们将城市可能产生的垃圾进行分类，主要分为：动物尸体、人畜粪便、可回收垃圾、餐厨垃圾、有害垃圾和其他垃圾。

垃圾分类处理大致分为三个步骤：湿垃圾（有机垃圾）在有机垃圾加工利用厂被加工成有机肥或有机复合肥，用于绿化或农业施肥；干垃圾（无机垃圾）在生活垃圾分拣中心被进一步细化分类为废纸张、废塑料、废玻璃、废金属等可回收利用成分，再由相应的再生利用厂进行再生利用；有害垃圾在有害垃圾分拣处置站分拣，可回收利用物送去回收利用，残渣进行焚烧或安全填埋处理。

对垃圾进行分类收集，有以下诸多优点:

一是减少占地。生活垃圾中有些物质不易降解，使土地受到严重侵蚀。垃圾分类，去掉能回收的、不易降解的物质，能减少垃圾数量达60％以上。

二是减少环境污染。废弃的电池中含有金属汞、镉等有毒的物质，会对人类产生严重的危害；土壤中的废塑料会导致农作物减产；抛弃的废塑料被动物误食，会导致动物死亡。

三是变废为宝。中国每年使用塑料快餐盒达40亿个，方便面碗5亿~7亿个，一次性筷子数十亿支，这些占生活垃圾的8％~15％。1吨废塑料可回炼600公斤柴油。回收1500吨废纸可生产1200吨纸。1吨易拉罐熔化后，能炼结成1吨很好的铝块，可减少开采20吨铝矿。生产垃圾中有30％~40％可以回收利用，应珍惜这个本小利大的资源。

石墨，缘何脱颖而出？

曾小波 徐明

2008年，英国曼彻斯特大学两位学者因发明石墨烯材料获得诺贝尔奖，在全球引发“石墨热”；欧盟宣布石墨烯入选“未来新兴旗舰技术项目”，并设立专项研发计划；日本将石墨作为重要战略性矿产资源进行储备；美国将石墨列为高新技术产业的关键矿物原料，实行立法保护。2015年10月，习近平总书记考察访问英国莫彻斯特大学石墨烯重点实验室；2015年10月，华为与曼彻斯特大学石墨烯研究所签订石墨烯合作战略协议；2016年，《全国矿产资源规划》将晶质石墨列为我国战略性非金属矿产资源。

石墨烯晶体结构模型

石墨到底是一种什么样的资源，为什么会在众多矿产资源中“脱颖而出”？在中国经济面临新常态、产业转型升级的关键时期，晶质石墨资源开发及高科技利用将会带来怎样的机遇与挑战？

一、晶质石墨是什么

石墨，别称“石涅、石黑、石螺、石黛、画眉石”，是C元素的结晶矿物之一，素有“黑金子”的美称，呈钢灰色、黑灰色，具半金属光泽，有滑感，易污手。

石墨分为天然石墨和人造石墨，天然石墨可分为晶质石墨和隐晶质石墨。晶质石墨特别是大鳞片晶质石墨是高端石墨产品的重要原料，工业价值较大。

中国石墨矿产分布及生产加工基地示意图

二、晶质石墨的战略地位

1.晶质石墨的性质

晶质石墨具有金属和非金属两种特性，同时是碳结晶矿物，具有优异的导电、导热、自润滑、耐高低温、高化学稳定性、密封、抗辐射及可塑性型强等特点，使其在光学、微电子、热力学等方面具有独特的优异性能。

2.晶质石墨的主要产品

耐火材料：鳞片石墨大量应用于冶金工业中的石墨坩埚和镁碳砖生产等。

高纯石墨：高纯石墨材料要求C≥99.9% ，用于核能、半导体等高新技术产业的材料，则要求C≥99.99 %。

铸造工业用石墨：用石墨作铸模涂料，增加铸件的光滑度，减少铸件的裂纹和孔隙。对石墨原料的要求一般粒度0.074mm，含碳70%～80％。

柔性石墨：具有较高的化学稳定性、耐高低温、耐腐蚀、耐辐射、导电、导热、安全无毒，且具有良好的柔韧性、自粘性和润滑性，广泛应用于石油、化工、冶金等领域。

胶体石墨：拉丝用石墨乳粒度小于10μm，含碳98%～99％；模锻用石墨乳呈鳞片状，含碳要求在80%～99％以上，粒度＋0.15μm。

锂离子电池负极材料：目前成熟应用的主要是碳石墨材料，是电子、新能源汽车等新兴产业的关键性材料。

各向同性石墨材料：是核能、半导体、电火花加工等高新技术产业发展急需的高端石墨产品，大量用于单晶硅、多晶硅等半导体材料的制造设备。

电气工业用石墨：利用石墨制作电极、电刷、碳棒、碳管、阳极板、石墨垫圈等。对石墨原料的要求为粒度43μm，含碳94%～97％。

石墨烯：是目前发现的最薄最轻、硬度最高、韧性最强、导热性和导电性最好的纳米材料，被誉为“21世纪的新材料之王”。

3.晶质石墨的战略地位

晶质石墨是多种工业必需的关键性原料：在航空航天方面，用于制造远程导弹或者航天火箭推进器的材料、宇宙航行设备的零部件等；在国防军工方面，用于制造新型潜艇的轴承，生产国防用高纯石墨、火药、石墨炸弹、隐形飞机和导弹的鼻锥等；在化工方面，用于制作热交换器、反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、泵等设备，用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业；在电子方面，用来作电极、电刷、碳棒、碳管、水银整流器的正极、石墨垫圈、电话零件、电视机显像管的涂层、电磁屏蔽的导电塑料等；在新能源汽车方面，可用于锂离子电池负极材料；在核能工业，高密度的高纯石墨和氟化石墨，用作核反应堆中子减速剂和防原子辐射的外壳；在光伏产业，石墨烯是一种较好的储氢材料，用于制作大比电容的超级电容，提高锂电池的充放电效率，石墨烯也是太阳能电池较好的备选材料。

晶质石墨将带动新能源、新材料等领域的技术革命。石墨烯将带来诸多工业革命性的技术进步，是未来科技竞争的核心。计算机及互联网领域的技术革命：石墨烯芯片的主频可达1000GHz，是普通晶硅电脑芯片的数百倍；通信领域的技术革命：石墨烯制成的天线以1000GHz的频率正常工作，远超目前常规的天线；新能源工业技术进步：石墨烯制成的超级电容器，充电时间只需1 毫秒，新能源汽车电池有望充电10分钟，连续开行1000公里；国防军工：石墨烯强度比钢强200倍，是现有测试材料中轻度最强的，这将带来武器工业的技术革命。

4.晶质石墨的需求

未来，传统领域石墨需求保持稳定，新兴产业石墨需求将快速增长，需求增长集中在晶质石墨。据中国地质调查局预测，2020年晶质石墨需求将达到95万吨，新兴产业需求占比将超过45%，其中，新能源和新能源汽车领域需求约23万吨，核电领域需求约14万吨，高端制造和电子信息等领域需求10万吨以上。预测到2030年，晶质石墨需求将达到135万吨，新兴产业需求占比将进一步提高。

三、晶质石墨产业发展机遇与挑战

1.我国石墨资源丰富，资源保障程度高。

据美国地质调查局（USGS）统计，2017年，全球石墨储量2.7亿吨，80%集中分布于土耳其、巴西和中国。矿石种类上，晶质石墨主要分布在中国、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国；隐晶质石墨矿床主要分布于土耳其、印度、韩国、墨西哥、奥地利、中国等地。多数国家只产出某一类型石墨，中国是少数几个石墨资源种类齐全的国家之一。

中国石墨资源丰富，总保有量长期位居世界前列，其中晶质石墨资源量约2.6 亿吨。晶质石墨以大、中型矿居多，占矿产地总数的70%，全国晶质石墨保有矿物储量约88%集中分布于大型矿中。目前，我国已形成六大石墨生产加工基地，产量占全国的80%以上，其中晶质石墨主要产地有黑龙江鸡西、黑龙江萝北、山东平度、内蒙古兴和等；隐晶质石墨主要产地有湖南郴州、吉林磐石等。

2.晶质石墨深加工技术相对落后，尚未成为资源强国。

长期以来，我国晶质石墨深加工技术相对落后，大量出口低附加值产品，高端深加工产品主要依赖进口，开发利用粗放。

石墨产品一般分为高纯石墨（固定碳含量>99.9%）、高碳石墨（94%~99%）、中碳石墨（80%~93%）和低碳石墨（50%~79%）四大类，国内企业主要生产低碳、中碳石墨产品，高碳和高纯石墨产品较少。球化石墨、柔性石墨和氟化石墨等深加工产品占比有限，深加工技术相对落后。出口的石墨产品80%为初加工产品，同类产品进出口价格相差悬殊，如球化石墨进口价格是出口价格的两倍以上。

石墨矿石中含有大量的杂质矿物，晶质石墨矿石的品位较低，一般为3%~15%，但可浮性很好。在选矿过程中，需采用多段磨矿多段选别，通过筛分或水力旋流器分级，及时将已解离的大鳞片石墨分离出来，避免受到反复磨损。

我国中小型采选企业数量多，生产规模小而散，技术设备落后，采富弃贫、采易弃难等现象突出，晶质石墨利用率仅为40%，资源浪费严重。

四、结语

晶质石墨不仅应用于耐火材料、电极电刷、铅笔、铸造、密封、润滑等传统工业领域，更是高端装备制造、新能源、新材料等战略性新兴产业及核电领域的关键资源，被誉为“21世纪支撑高新技术发展的战略资源”，素有“黑金”美誉。随着技术发展和应用领域的不断拓展，晶质石墨资源的战略地位越来越受到重视。

我国是世界石墨资源大国，第一大石墨生产国、出口国和消费国，但长期以来石墨加工技术落后，大量出口低附加值产品， 高端深加工产品主要依赖进口，资源优势未能转化为技术和经济优势。未来，随着我国石墨资源战略地位凸显，科学利用和保护天然石墨资源，开发深加工技术和发展高端产品，将成为石墨产业发展的必然趋势。

“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）！

2019年6月是全国第18个“安全生产月”。按照自然资源部中国地质调查局探矿工艺研究所开展“安全生产月”活动实施方案的安排；近日，怒江流域泸水-芒市段灾害地质调查项目围绕“防风险、除隐患、遏事故”的主题，在驻地、工作现场开展了野外地质调查作业安全知识培训、车辆车况自检互检和突发安全事件应急演练等系列活动。

活动从安全知识宣讲开始，项目组长、安全员召集全体成员（包括临聘人员和实习学生）开展了专项培训。培训全面讲解了地质调查安全生产管理保障系统操作细则、汛期野外作业的注意事项及应急措施；并督促图幅负责人层层落实安全责任传导，强化安全意识。

按照活动安排，组织实施了野外工作车辆自查互检，采取先自查、再互检的方式，6位专业驾驶员逐一对车辆的发动机、制动、转向、行驶、传动及安全防护装置进行了现场检查，对车载北斗通信设备、仪表及轮胎等设备进行了仔细的查看；对检查中提出的相关问题，责令车辆驾驶员及时维修或保养，保证车况良好。

开展了应急预案专项演练，结合项目工作特点，在作业现场组织了模拟山区地质灾害调查作业常见的落石砸伤等紧急情况，模拟事件发生后，预案启动及现场处置情形，包括现场应急处置、电话报警求救、情况逐级报告、演练总结提高等内容。

安全培训、专项演练等系列活动，进一步强化了项目组成员的安全意识，提高了安全防范和应急能力水平，为项目工作的顺利推进保驾护航。

为了贯彻落实局野外安全生产精神，2017年3月25至26日，地调局水环中心汽车队和安全生产管理处共同组织了2017年野外驾驶员技能拉练。此次拉练人员包括中心驾驶员以及4家汽车租赁公司负责人和驾驶员等，共计25辆车，71人，其中，驾驶员64人。

汽车队精心选择了拉练路线。3月25日上午7点从保定出发，途经满城、易县、涞源、唐县、顺平，全程420公里，一路气候变化无常，经历了雨、雪、雾三种天气。此次拉练路线包含了高速公路、省道、盘山公路、乡间小路，便道多种路面。开展了编队行车、更换轮胎、野外拖车、平角拐弯、故障排查、紧急救援、山间行车、雾天行车、冰雪路段行车、野外行车、泥泞路行车、事故分析、安全知识及应急救生用品用具讲解、北斗设备操作、经验交流等15项科目。驾驶员轮流驾车，各抒己见，互相学习，交流经验。

在拉练过程中，汽车队长对驾驶员驾驶水平进行了考核，考验驾驶员在野外的驾驶技能，考核完成后，针对发现的问题组织经验交流，总结野外安全行车注意事项。汽车队长讲解了野外交通安全事故案例，让驾驶员认真分析事故产生的原因，教育全体驾驶员时刻绷紧安全弦。安全管理处安全员讲解了野外行车管理要求和应急预案。车载安全北斗技术专家讲解了局对北斗使用的最新要求，并现场演示了北斗车载终端操作方法。驾驶员们认真学习，积极询问不懂的问题，他们纷纷表示此次野外拉练活动收获颇多，提高了安全意识和专业技能。

拉练完成后，汽车队长总结指出，2016年，在水环中心党委的领导下，在全体驾驶员的共同努力下，全年无交通事故，在局安全考核中获得优秀，有力保障了中心地质调查工作任务的顺利完成。水环中心汽车队和安全生产管理处严格执行局野外工作用车安全管理规定，全年野外用车255车次，行驶里程215万公里。驾驶员服从项目组工作安排，提高服务意识，加强与项目组的协作适应能力，紧密配合项目组人员，有力支撑了项目组工作。

通过此次拉练，汽车队进一步明确了野外安全行车目标，强化了安全行车责任。交通安全作为野外安全重中之重工作，今后的管理要更加严格：一是提高驾驶员安全意识，在驾驶过程中注意力高度集中，不超速，不疲劳驾驶，不接打手机，确保交通安全。二是汽车队对租赁车辆资格进行审核把关，2017年车辆租赁必须与具备营运资质的正规公司签订租车合同，野外用车必须通过第三方专业机构的车况检测。三是汽车队和安全管理处要为每辆车配备北斗车载安全终端，按规定为每位驾驶员配备必要的劳动防护用品，购买意外伤害保险，驾驶员应坚持每日对野外车辆进行检查，认真填写行车日志，确保车辆正常运行。

为认真贯彻落实习近平总书记“从根本上消除事故隐患，有效遏制重特大事故发生”的重要指示精神，落实国务院安委会办公室、应急管理部《关于开展2020年全国“安全生产月”和“安全生产万里行”活动的通知》,结合近日西藏阿里5000m+海拔地区结束连日大雪天气，道路泥泞，为项目组车辆出行带来不便的现实情况。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“藏西北铜多金属资源基地综合调查评价”西藏泽错北及文布当桑乡联合项目组（以下简称“项目组”）于2020年6月11日开展了一次以车辆应急救援为主题的自救互救演练。

在无人且无信号覆盖地区，项目组成员充分利用北斗设备、对讲机等野外通讯工具，及时联系附近作业队伍及同行车辆，利用随车携带的铁锹、木板、千斤顶等应急设施设备，并就地取材，根据实际情况，通过千斤顶侧向托顶轮毂，搬运就近岩石逐步垫高轮胎，之后利用钢丝绳通过同行车辆拉拽等方法，将车辆成功救援。

利用北斗终端，结合地图和对讲机等通讯取得联系，配备必要的应急救援设施设备，是自救互救救援成功的前提；项目组之间以及兄弟单位之间的互帮互助，是本次救援成功的关键。活动中，项目组业务人员与司机共同参与，反应迅速演练取得了良好效果，提高了应急救援的能力。同时，通过此次应急救援演练，项目组成员进一步认识到野外安全生产的重要性，并表示在以后的工作中积极树立安全生产意识，确保项目顺利进行和结束。

车辆成功救援

图为巨型窃蛋龙类恐龙及即将孵化破壳的蛋化石

由河南省地质博物馆蒲含勇研究员、中国地质科学院地质研究所吕君昌研究员、加拿大卡尔加里大学Darla K. Zelenitsky博士、加拿大阿尔伯塔大学Philip J. Currie教授及斯洛伐克帕沃尔·约瑟夫·萨法里克大学Martin Kundrát博士等科学家组成的研究小组，将“路易贝贝”正式命名为中华贝贝龙。这一由中外科学家研究的成果5月11日在线发表于《自然通讯》杂志上。

这些化石最初于1993年由河南西峡县的一位农民在当地发现，然后流失到美国。由于1996年美国《国家地理》杂志刊登，这一胚胎和蛋化石引起世界轰动而名声大噪，但是直到标本回到中国才得以进行科学研究和命名。

中华贝贝龙属于窃蛋龙类的新颌龙亚科，比小猎龙进步而比巨盗龙原始，基本处于新颌龙亚科的基干位置。通过对胚胎化石的研究，揭示了产蛋者是一种有翅膀、长羽毛、有喙、与鸟类关系密切的新型窃蛋龙。虽然没有发现成年个体的骨骼化石，但是通过与其接近的种类相比较，估计体长达8米，体重3吨。

这一像巨型鸟类一样的恐龙，蛋窝比超大型货车的轮胎还大。蛋长近45厘米，单个蛋重约5千克，是目前世界上发现的最大的恐龙蛋。这些蛋呈环状排列，蛋巢直径约2~3米，一窝蛋有24枚以上。

中华贝贝龙的研究具有重要的科学意义。一是为这种巨型恐龙蛋与其母体的联系提供了确凿证据；二是为窃蛋龙类个体发育的研究提供了重要信息；三是为窃蛋龙类恐龙中新颌龙类的古地理分布、迁移演化研究提供了重要信息。由于与其关系密切的小个体窃蛋龙具有孵卵的情况，研究者认为这一新的巨型窃蛋龙是体型最大的孵卵和照顾后代的恐龙。

这项研究得到国家自然科学基金、中国地质调查局地质调查项目的联合资助。