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    我国煤矿资源丰富,长期开发形成了巨大的可利用特殊地下空间,为发展地下生态城市创造了得天独厚的条件。据调查,我国现有煤矿地下空间约139亿立方米,到2030年,预计将达到241亿立方米,长度约160万千米,可绕赤道40圈。

    开发利用废弃煤矿地下空间,既可以避免煤矿采空区被充填造成极大的特殊地下空间浪费,又可以缓解地面城市发展面临的土地紧缺等问题,可为废弃矿井企业提供一条转型脱困和可持续发展新路径,不断推动资源枯竭型城市的转型发展。

    煤矿井下可利用空间的类别 

    煤矿经过长期开采会产生大量的地下空间,这些空间主要包括井筒、巷道、硐室和采空区。

    井筒是指在井工采矿或地下工程建设,从地面向矿体开凿的垂直或倾斜一类工程,垂直的工程称为立井,倾斜的工程称为斜井。井筒是矿井通达地面的主要进出口,是矿井生产期间提升运输煤炭(或矸石)、运送人员、材料和设备以及通风和排水的咽喉工程,是整个矿井结构最“牢固”的地方。

    巷道分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道。一般来说,巷道空间上呈条带状,绵延数公里,断面形式为拱形和矩形。开拓巷道服务年限最长,服务于全矿井,准备巷道服务年限其次,服务于矿井的一个区域,回采巷道服务时间最短,基本随着采矿活动的结束而坍塌消失,很少能够保留下来。采矿活动结束,将对准备巷道和回采巷道进行封闭,封闭之后的空间会直接淹没在矿井积水或有毒有害气体中。因此,判断巷道可利用性时,需要考虑空间环境的恶劣性,再对其进行有针对性地改造、修复甚至直接放弃。

    井下硐室主要有排水泵房、变电所、避难硐室等。这些硐室空间大,直径一般在8米,直立高度一般为50米。煤矿井下硐室在设计之初普遍采用了高强支护材料和特殊的结构形式,服务年限一般较长,结构较为牢固。因此,矿井关停后,井下硐室的空间可利用性较好。

    采空区一般是指将地下煤炭开采完成后留下的空区。由于煤炭的赋存一般呈层状煤层出现,因此可以形成大片连续的采空区。一般来说,煤矿开采过程中,采空区顶板需要在特定时间自动垮落或被强制垮落,形成垮落区。顶板岩石会重新充填采空区,因此,煤矿采空区的空间利用局限性很大。

    煤矿地下空间的优缺点 

    废弃煤矿地下空间主要有三大优点:一是防护性和安全性优越。煤矿地下空间具有天然抗灾性,对于防御战争的空袭、核冲击、抗御地震破坏等明显优于普通浅层城市地下空间。二是空间环境条件较稳定。由于埋深较大,煤矿地下空间具有隔音隔震、低本底无辐射、恒温恒湿的特点,受外界影响小,冬暖夏凉。三是节省投资。由于煤矿地下空间在形成过程中已经进行了开拓和加固,因此废弃煤矿地下空间在开发利用时只需要稍加改造、加固和修缮即可,较新建地下工程空间可以节省大量投资。四是有利于就业安排,具有很好的社会效益。煤矿地下空间开发利用对于废弃矿井转型发展提供新的生命,可以缓解当地的就业问题,促进社会稳定,为资源枯竭型城市的转型发展提供新的思路。

    尽管煤矿地下空间具有上述优点,但在开发利用时需要考虑几个问题:

    一是煤矿地下空间结构稳定性和可靠性。在开发利用之前,需对围岩和支护结构进行全面评估,并采取措施进行修复和加固以提高其稳定性和可靠性。二是矿井地质条件与井下环境问题。煤矿地下空间埋深较大,地质条件复杂,地下水、地压、地热、瓦斯及其他有害物质等都会对其可利用性产生重要影响,在开发利用时需要额外注意并采取相应措施。三是提升运输及基本维护费用问题。煤矿地下空间埋深较大,地质环境复杂,二次开发利用时候,通风、进出口提升、巷道运输、排水以及照明等日常维护成本较高。而且,煤矿地下空间一般出口较少,在二次利用时提升运输能力稍显不足。

    煤矿地下空间开发利用的模式 

    基于煤矿地下空间的基本特点,研究人员和工程技术人员开发出多种二次利用模式,主要包括:

    地下储库。煤矿地下空间具有隔音隔震、低本底无辐射、恒温恒湿的特点,为此,利用煤矿地下空间作为地下储库最为适宜,这也是目前其最主要的开发利用模式。煤矿地下空间可以用来储存炸药、雷管等易爆有毒危险品,甚至作为地下水库等。

    博物馆、地下旅游和文娱活动场所。以煤矿地下空间作为博物馆、地下旅游和文娱活动场所在国内外已有较多实例。例如,德国鲁尔工业区的埃森煤矿在关停后改造成地下矿井博物馆,开展煤矿采矿科普教育、矿井旅游等活动,取得巨大成功,并于2001年被联合国教科文组织评为世界文化遗产。国内唐山开滦煤矿是2005年批准建设的全国首批28家国家级矿山公园之一,并被评为国家AAAA级旅游景区。

    开滦国家矿山公园运煤小火车 

    抽水蓄能电站。由于煤矿地下空间体积大且埋深较大,可以将其改造成抽水蓄能电站的地下水库,并将地面矿坑改建抽水蓄能电站的地上水库。在用电低峰的时候,利用便宜、多余的电力,将地下水库的水提升到地表水库中;在用电高峰时段再将地表水库的水向下排放到地下水库发电。目前,德国鲁尔区普斯波(Prosper-Haniel)煤矿正在建设一个抽水蓄能电站,将其埋深1200米、绵延26公里的井巷系统改造成一个100万立方米容积的地下水库。

    地下生态城市示范区。由于煤矿地下空间具有环境清洁、隔音隔震、天然抗灾等优势,可以构建地下宜居城市、地下房地产、地下轨道交通系统等,打造地下生态城市示范区。

    变废弃矿石为可利用资源 

    □田 敏

    矿产资源在我国的国民经济发展中起着举足轻重的作用,我国95%以上的能源、80%以上的工业原料、70%以上的农业生产资料等都来自矿产资源。

    早期受科技水平的限制,人们对矿石中矿物的使用具有单一性粗放性,矿石中低含量矿物或伴生矿物均作为废矿被抛弃,造成极大的浪费。经过长期的科学研究,矿物加工领域的工程师们已经取得了巨大进步,大量低含量或复杂伴生的可利用矿物能够被综合回收。但据不完全统计,全世界每年排出的矿业固体废物仍然在100亿吨以上。

    为了解决这些问题,科研人员通过长期研究,将废石变成了可利用资源。首先,科研人员利用高倍显微镜研究废石的矿物组成,探究其内部结构,尤其是不同矿物之间的连接架构,同时还要仔细了解不同矿物的生长粒度,分析每一种矿物内部的晶格形态。比如,标准石英矿物是由4个氧原子和两个硅原子组成的硅氧四面体,在分析该废石石英矿物时必须考虑其在自然界中是否受外力影响,氧原子被其他矿物如铝原子替换形成类质同相现象。因此,随着对废石中矿物性质的深入研究,将为下一步不同矿物分离奠定坚实的基础。

    玻璃制品在人类的生活中无处不在,其主要是以高品质石英矿物作为原料。石英矿物中的主要成分二氧化硅含量不同则制作的产品也不同,达到90%以上的可以制作玻璃器皿,达到98%以上时可以制作精密的光学产品,达到99.9999%以上时可以作为目前具有高科技性质的芯片原料。江西钨矿属蚀变规模不大的石英脉型钨矿床,废石中矿物含量达到40%~70%的为石英矿物。其内部晶型发育良好,杂质含量极低,具备成为制备高品质石英的原料。经过破碎-分级-物理除杂-化学除杂,利用石英无磁性、硬度较高耐磨性、耐腐蚀性、巨变温差下产生裂隙性等性质,可以生产出高品质石英原料的产品。

    废石中除石英矿物外,还有含量分别在10%~20%的萤石、长石、云母等矿物,萤石是无机盐工业的重要原料,长石在陶瓷工业具有举足轻重的作用,云母天然形态呈现片状,具有良好的弹性、韧性,广泛应用于电器、橡胶、塑料、造纸等行业。针对这几种矿物的不同晶体结构,采用具有针对性络合试剂,通过浮选工艺可以有效地分离,获得不同高纯度优质产品通过变废为宝,再次应用在不同的工业领域,创造更高的经济价值。

    通过采取综合利用技术,将几乎90%的废石变成可以利用的资源,从而实现“变废为宝”,既能产生重要的经济价值,又可以彻底解决土地污染,可谓一举多得。

    钨矿共伴生组分的综合回收 

    □张红新 赵恒勤

    世界钨矿资源储量比较丰富,发现的钨矿物和含钨矿物有20余种,但具有开采价值的只有黑钨矿和白钨矿,黑钨矿约占全球钨矿资源总量的30%,白钨矿约占70%。钨矿资源特点之一是共伴生矿床多,综合利用价值大。我国许多钨矿床伴共生有益组分多达30多种,主要有锡、钼、铋、铜、铅、锌、金、银等。

    根据矿石赋存状态的差异,有些共伴生组分可以在选矿过程中分离,比如锡、铜、铅、锌、萤石等,有些需要在冶炼过程中分离,比如金、银、铟、镓、铼、钪等稀有元素。对钨共伴生组分的综合回收方法的选择则需要根据矿石性质差异采用合适的工艺流程和设备进行分离,主要的分选方法有拣选法、重选法、磁选法、浮选法等,由于钨矿共伴生组分较多,几乎涵盖了所有的选矿方法。

    拣选法。根据物料中不同颗粒之间某些易被检测的物理特性差异,通过对颗粒的逐一检测和鉴别,然后以一定外力使欲拣颗粒分离出来的一种选矿方法。对颗粒进行逐一检测和鉴别,以及依靠外力分离欲拣颗粒,这是拣选不同于其他选矿方法的独特之处。手选是最古老、最简单的拣选。它是根据物料颗粒之间颜色、光泽、密度、硬度、形状等物理性质的差异进行分选的。手选法在黑钨矿中应用较多,通过手选可分选出黑钨矿和石英初级产品。

    重选法。根据矿物密度不同而分离矿物的一种选矿方法,进行重选时除了要有各种重选设备之外,还必须有介质,重选过程中矿粒受到重力(如果在离心力场中则主要是离心力),设备施加的机械力和介质的作用力,这些力的组合就使密度不同的颗粒产生不同的运动速度和运动轨迹,最终可使它们彼此分离。通过重选法可以得到密度较大的锡石。

    磁选法。基于被分离物料中不同组分的磁性差异,采用不同类型的磁选机将物料中不同磁性组分分离的一种选矿方法。在磁选过程中,强磁性矿物所受磁力最大,弱磁性矿物所受磁力较小,非磁性矿物不受磁力或受微弱的磁力。在磁选过程中,矿粒受到多种力的作用,除磁力外,还有重力、离心力、水流作用力及摩擦力等。当磁性矿粒所受磁力大于其余各力之和时,就会从物料流中被吸出或偏离出来,成为磁性产品,余下的则为非磁性产品,实现小同磁性矿物的分离,通过磁选法可以获得黑钨矿。

    浮选法。根据矿物颗粒表面物理化学性质的差异,从矿浆中借助于气泡的浮力实现矿物分选的过程。现代的浮选过程一般包括:磨矿,先将矿石磨细,使有用矿物与其他矿物(或脉石矿物)解离;调浆加药,调整矿浆浓度适合浮选要求,并加入所需的浮选药剂,以提高效率;浮选分离,矿浆在浮选机中充气浮选,完成矿物的分选;产品处理,浮选后的泡沫产品和尾矿产品进行脱水分离。通过浮选法可获得共伴生组分中的铜、铅、锌、硫等有色金属。

    有些稀散元素,由于其含量极低,常常以载体形式依附于其他矿物,比如金、银和铜、铅、硫结合紧密,通过以上选矿方法难以有效回收,需要在后续冶炼过程中回收。

    以上所述方法通常需要组合使用,然后再选择合适的设备,才能将各种矿物得到有效的回收。通过综合利用,在钨矿利用的同时,也综合回收了其他伴生组分,一方面提高了资源的利用率,增加了矿山企业的经济效益,另一方面也减少了金属矿物的排放,降低了环境污染。

    石英矿床类型及用途 

    □张亮 刘磊

    石英资源是一种重要的非金属矿资源,可作为加工玻璃砂、工业硅等原料,是冶金、化工、玻璃、陶瓷、铸造、橡胶等行业的重要原料,也是电子信息产业、光伏、新能源产业和有机硅新材料产业发展的基石。自然界石英矿床成因多种多样,目前常见可供开发利用的石英矿床工业类型有天然水晶、石英砂岩、石英岩、脉石英、粉石英、天然石英砂和花岗岩石英七类。

    天然水晶 天然水晶为透明的大型石英结晶体矿物,主要成分为二氧化硅。水晶多是在岩洞、岩石裂缝或节理、断层中自然生长形成的,其生长条件比较苛刻,必须同时满足4个条件:充裕的生长空间,能够提供富含二氧化硅的热液,一定的温度和压力,足够生长时间。我国天然水晶资源分布广泛,其中以江苏东海地区最为丰富。

    天然水晶 

    天然水晶矿床储量小,开采条件差,资源匮乏,价格昂贵,难以满足大规模工业生产的需要。但由于天然水晶的色彩丰富,晶莹剔透,美丽纯正,目前主要用作雕刻各种工艺品。

    石英砂岩 石英砂岩是经过沉积作用固结的砂质沉积岩,其石英和硅质碎屑含量一般>95%,副矿物多为长石、云母和黏土矿物,胶结物一般为硅质。目前,我国石英砂岩在各省均有分布,其中云南大关、盐津、彝良及四川沐川等地区资源较为丰富。

    石英砂岩矿床一般规模较大,地质产状稳定,开采条件较好。同时,矿石硬度一般相对较低,天然粒度适中,易于破碎分级和大规模工业化生产。但由于石英砂岩胶结物成分比较复杂,因此通常用于生产日用玻璃砂、玻璃纤维、金属硅、耐火材料、白炭黑、有机硅等领域。

    石英岩 石英岩通常是由石英砂岩或其他硅质岩经区域变质作用或热接触变质作用而形成的变质岩石,伴生矿物除长石、云母和黏土矿物以外,往往还含有微量的电气石、赤铁矿和锆石等。与石英砂岩相比,石英岩其矿石更加致密坚硬。我国石英岩资源十分丰富,开发利用量大,主要分布在安徽凤阳等地区。

    石英岩矿床具有规模大、地质产状稳定、开采条件较好等优点,其矿石一般致密均匀,块度好,比较适合日用玻璃砂、浮法玻璃砂、玻璃纤维、金属硅、耐火材料、石英板材等SiO2含量 99%左右传统应用领域产品大规模工业化生产。

    脉石英 主要是在岩浆热液作用下形成的,通常呈致密块状构造,其矿物成分单一,几乎全部为石英,SiO2含量一般在99%以上。脉石英矿床规模一般不大,产状陡,厚度一般在几米至几十米,长度一般为十几米至几百米,一个矿区可由一条矿脉或由多条矿脉组成。

    脉石英矿床资源储量规模一般相对较小,开采难度相对较大,但由于其杂质含量少、资源品质稳定等特点,因此多将其用于制备SiO299%~99.9%的硅微粉、低铁石英砂、光学玻璃、半导体等高品质石英产品。

    粉石英 通常由硅质母岩在特殊的地质构造条件下(温湿的古气候、地形平缓古地理、水力作用等)风化解体而成的沉积风化型矿床,石英含量通常为95%~98%,有的可高达99%以上。该类矿床在我国南方分布较多,如贵州贵定、江西莲花、渝东云峰山等。

    与石英岩和石英砂岩相比,该类矿床规模相对较小,其主要优点是自然白度高,天然疏松多孔,容易超细粉碎加工,可作为陶瓷原料、硅微粉填料等。

    天然石英砂 天然石英砂是由花岗岩、石英岩、石英砂岩和脉石英等母岩经过自然界长期风化而形成的一种以石英为主要矿物成分的砂状石英矿物原料,其伴生矿物包括长石、岩屑、云母、黏土矿物及锆英石、电气石、钛铁矿和角闪石等重矿物,主要为海相沉积砂矿床和河湖相沉积砂矿床。

    该类矿床规模一般较大,其主要优点是通常具有天然适中粒度和角形因数,开采简单,是加工铸造用石英砂产品理想原料,但该类矿床缺点是杂质成分比较多,如果杂质充分去除可用于SiO2含量99%左右所有石英产品加工。

    滨海石英砂开采现场 

    花岗岩石英 指由于岩浆作用固结成岩形成的大颗粒花岗岩或花岗伟晶岩(白岗岩)中的石英。该类矿床中的石英品位多在25%左右,矿物杂质主要来自石英颗粒中的流体包裹体级晶格杂质元素。该类矿床为生产高纯石英的主要原料,目前主要产自美国北卡罗来纳州Spruce Pine地区。

    和谐共生 资源综合利用大有可为

    “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)!

     

     

    用好这些珍贵的矿产资源

    近日,自然资源部中国地质调查局成都矿产综合利用研究所申请的国际专利“一种独居石磷灰石共生矿的富集方法”获得美国国家专利授权。本发明公开了一种独居石磷灰石共生矿的富集方法。该方法通过磨矿、浮选、磁选、低酸预先浸出处理和再浮选的方法可以得到高品位和高回收率的独居石精矿。在该工艺中,矿浆温度适用范围广,工艺流程短,选矿条件温和,能耗小,所用稀酸能循环再生利用,污染和环境压力小,且能显著提高低品位独居石磷灰石共生矿的回收率。

    近年来,由于科技的发展,稀土的需求量越来越大,高强度永磁体、电子显示荧光粉、可再生能源技术和合金工业等领域对稀土的依赖也越来越强。在已知的250多种稀土矿物中,独居石是被商业开采的三大主要稀土矿之一,同时也是世界上第二重要的磷酸盐稀土矿,其主要分布在澳大利亚、美国、非洲和中国的白云鄂博等地。

    目前,常用的稀土矿物富集方法均不能有效的将独居石和磷灰石分离。特别针对于独居石和磷灰石共生矿的富集方法的研究还不多,因此,找到一种有效的从独居石和磷灰石共生矿中分别富集独居石和磷灰石的方法,成为亟待解决的问题。

    本发明具有3项显著优点:一是能有效地从低品位独居石磷灰石共生矿中,将独居石分离并富集获得高品位的独居石精矿;二是工艺流程简单,选矿条件温和,能耗小,所用稀酸能循环再生利用,污染小,环境压力小;三是在获得高品位独居石精矿时,还能获得高纯度的磷精矿。

     
     
    “一种独居石磷灰石共生矿的富集方法”获美国国家专...

    印度矿产资源种类不齐全。目前已开发利用的矿产资源仅有89种,煤炭、铁矿石、铬铁矿、铝土矿、云母、石膏等矿产资源较为丰富,储量和产量居世界前列;但石油、天然气、铜、镍及部分其他重要金属矿产储量有限,属石油、天然气极度匮乏国家。

    20世纪90年代以来,印度对能源资源的需求量不断增大,供需矛盾日益突出。印度对境外能源的依存率不断攀升,目前石油对外依存率高达70%以上,天然气对外的依存率达30%左右。据权威机构预测,至2040年,印度石油对外的依存率将达到85%以上,能源短缺已成为制约印度经济发展的瓶颈。印度过度依赖境外石油、天然气、铜、镍及部分其它重要金属矿产,势必会在一定程度上影响其国家的安全和经济发展。因此,近年来,印度政府放眼全球,重点着眼于能源资源的全球配置,高度重视能源资源外交,积极实施了能源资源全球配置战略,并已初步形成了其能源资源全球配置战略布局雏型,实现了能源资源供应的多元化。

    中国与印度同属世界人口大国、经济快速发展的世界新兴经济体,在人口发展、经济社会发展、能源资源消耗趋势等方面具有一定的相似性。未来,中、印两国围绕资源需求在全球资源配置中的竞争可能将更加激烈。因而,研究印度的境外地质调查战略对我国开展境外地质地质调查、有效利用境外能源资源具有重要意义。

    一、印度境外地质调查与全球能源资源战略 

    1. 境外地质调查组织实施机制“三位一体”,政府、职能部门(含专门机构)和国有企业间形成良性互动

    目前,在印度政府、职能部门(含专门机构)和国有企业间已初步形成了“三位一体”的组织实施架构,在实施境外地质调查与全球能源资源战略中各司其职。印度政府起牵头作用,积极开展能源资源外交;矿业部、石油天然气部等职能部门则负责境外地质调查的具体组织、协调工作,为其国有企业境外地质调查搭建合作平台;国有企业则在上述平台上积极进军海外。印度能源部制定了较有效的能源外交策略,其宗旨是积极与油气资源丰富国家拉近关系、寻求合作,策略主要包括与油气资源丰富国家举行国家首脑、石油部长级别的会议,签订政府间合作协议,与目标国成立能源联合工作组和通过签订谅解备忘录、发表声明等形式与这些国家、相关国际组织开展合作。

    2. 构建境外地质调查全球合作网,积极与全球主要能源资源国家成立联合工作组(JWG)

    为了顺利介入目标国的地质调查,促成地质调查合作项目,印度从积极参加或举办各种与能源、地质相关的年会、论坛、研讨会等国际性会议开始,拉近与目标国的关系。之后积极与目标国成立联合工作组,通过联合工作组与目标国建立前沿科学问题合作研究、关键技术联合开发、人员技术培训等长期合作关系,在联合工作中通过不间断地举行双边合作会议的形式推进项目合作,待时机成熟时再签订项目合作谅解备忘录。例如,2000年至2014年底,印度-俄罗斯联合工作组在14年的时间里共举行了19次联合工作组会议,最终实现了与俄罗斯签订能源地质调查与开发合作谅解备忘录的目的。目前,印度已与俄罗斯、中东地区、美国、加拿大等世界主要能源国家或地区,澳大利亚、加拿大、俄罗斯、蒙古、智利、墨西哥、阿根廷、南非、纳米比亚等世界主要矿产资源大国成立联合工作组,基本涵盖了全球主要能源资源大国,初步构建了全球合作网雏形。

    3. 境外地质调查合作目标国以资源大国为主,合作模式以直接投资勘探开发项目为主

    目前,印度的境外油气勘探开发项目涉及亚洲、美洲、欧洲、非洲、中东、大洋洲等6大地区25个国家,其中,包括俄罗斯、伊朗、伊拉克、委内瑞拉等世界级能源大国。此外,印度还规划建设伊朗-巴基斯坦-印度、土库曼斯坦-阿富汗-巴基斯坦-印度、缅甸-孟加拉国-印度等多条跨国天然气管线,但拟修建的这3条天然气输送管线面临多重困难,贯通尚需时日。在矿产方面,已与包括俄罗斯、澳大利亚、加拿大、智利、南非等世界重要矿产资源国在内的20多个主要矿产资源国家实施了矿产勘查、开发合作项目。

    印度国有企业介入海外能源资源勘查、开发项目方式以直接投资勘探开发项目为主,包括投资参股、投资控股和独资3种方式,以投资参股为主,与合作方联合实施勘探、开发项目;同时,也获得了多个油气项目的独资勘探、开发权益。

    二、结论与启示

    近年来,印度放眼全球,积极实施全球能源资源的战略布局,实行能源资源多元化供应战略,已初步构建全球能源资源合作网,形成了不可忽视的国际能源资源竞争力。中、印两国面临相似的能源资源安全保障问题,两国能源资源供应源有所交织,双方竞争态势增强。因此,如何处理好与印度在全球能源资源配置中的竞争与合作关系已成为我国需要考虑的问题之一。通过分析其境外地质调查与全球能源资源战略,可以得到以下启示——

    1. 政府牵头、职能部门搭台、企业进军海外的“三位一体”模式简单实用、有效

    为了顺利推进海外能源战略,印度政府积极牵头,大力推行能源外交。例如,为了有效实施非洲能源战略,在石油部内设置了专门针对非洲能源外交的西非和中非司、东非和南部非洲司、西亚北非司等3个司。这些机构积极同非洲国家开展资源外交,建立合作关系。印度能源外交以“丁”字形战略态势展开,即向北获取俄罗斯油田的开采权,向西建立伊朗到印度的能源安全通道,向东争取缅甸天然气的大部分出口市场。此外,印度还将其触角扩展到非洲、拉丁美洲,形成全球规模的能源外交。目前,其能源外交已取得一定成效,与俄罗斯、缅甸、伊朗、委内瑞拉及中亚各国高层领导人互访频繁,同这些国家签订了有关能源的贸易与合作协议,购买和参与开发它们的油气资源。印度的能源外交不仅为企业“走出去”搭建了合作平台,还对其相邻区域乃至整个亚洲产生相当大的影响,更引起印度与美、俄、中等大国之间关系的微妙互动。此外,印度政府着力对其国营大型石油和天然气公司进行重组和扩容,提高其国际竞争力,鼓励其参与海外油气投资与开发,由印度石油天然气公司和印度石油有限公司牵头,负责具体贯彻海外能源战略,争取以合资或独资的方式获得海外油气资源项目。

     

    图1 印度境外地质调查联合工作组及其合作模式

    2. 借助联合工作组,构建境外地质调查与全球资源战略合作网

    多年来,印度一直奉行“先通过会议、培训、人员交流等多种方式拉近与合作目标国关系,然后成立联合工作组,最后待时机成熟再签订项目合作谅解备忘录”的能源资源“走出去”策略,这一策略易于被合作目标国接受,易于成功获取合作项目。目前,印度已与全球大部分主要能源资源国成立了联合工作组。通过联合工作组,印度已在多个国家实现了获取能源资源合作勘查、开发项目的目的,而且其中的部分油气项目获得了独资运营权。印度通过“先与合作目标国成立联合工作组,待时机成熟再获取能源资源勘查、开发合作项目”的策略是其主要成功经验之一。

    3. 借助多种形式、多边国际组织,开展境外地质调查合作,提升国际影响力

    印度通过举办或参加印-非峰会、印-非论坛、Indaba、PDAC、国际能源机构会议等多种形式、多边国际组织活动,积极搭建境外地质调查国际合作平台,力争在世界主要能源国家寻求石油、天然气的勘探和开发区块,积极收购国外石油和天然气资产,与国际能源机构等国际能源组织开展合作。通过国际能源论坛等形式的多边论坛,参与全球能源对话,增强印度在国际能源论坛上的影响力,如在国际论坛上公开探讨“石油市场和价格波动透明度”等直接与印度相关的问题,提高国际影响力。

    (本文由自然资源部中国地质调查局发展研究中心授权发布)

    印度境外地质调查战略与启示

    今年的天气,格外的闷热。五月的廊坊,已经是骄阳似火。然而还有比这天气更火热的,那就是在廊坊隆重召开的“2018年中国图书馆年会——中国图书馆学会年会·中国图书馆展览会”。主会场座无虚席,展厅间人头攒动,3000余位中外业界嘉宾、专家学者和工作者参加了我国图书馆界层次最高、规模最大的行业盛会,无不宣誓着全面阅读的新气象。

    设计新颖的展台

    今年的年会中,中国地质调查局地学文献中心作为受邀单位,策划并主办了“需求驱动下专业图情机构服务创新与实践”学术会议。

    “当前,有关地质勘查的行业法规、政策正在或将进行调整和修改,地质工作结构特别是产业结构正在发生深刻变化。新的背景形势催生了新的需求,作为专业的图情机构,我们如何创新实践,来提供更多有效的服务?这需要我们与更多的专业图情机构进行交流,共同探讨。”相关负责人向中国矿业报记者阐述了论坛的初衷。

    论坛上,来自地学文献中心(中国地质图书馆)、国家农业图书馆等单位的6位专家作了主题发言,分享了专业图书馆在需求驱动下知识资源建设与服务、大数据应用、情报服务、服务实践等领域的管理实践与体会,探讨了专业图书馆信息服务模式的创新以及未来发展趋势,交流成熟、成功的案例。

    据了解,目前地学文献中心的主要业务分为地学文献融合与知识服务、地学情报研究与分析、地学科普与文化宣传、地质调查成果管理与研究等4个板块。相较于其他图情机构的主营业务,中国地质图书馆副馆长薛山顺着重介绍了地学科普与文化宣传、地质调查成果管理与研究这两个创新的服务形式。他表示,地学文献中心是中国地质调查局科普办公室所在地。近年来,他们通过网站建设、主题展览、科技讲座、科普大篷车等活动,对地质科学进行宣传和普及,为青少年、社会公众提供面向不同社会人群的地质科学宣传服务,不断提高地学知识和地质调查成果的公众认知度;在地质调查成果管理与研究方面,为中国地质调查局提供成果登记、奖励、出版物管理、成果评价等业务支撑;深入开展地质调查成果知识产权、科技成果管理与奖励、国内外成果管理现状等研究,并以多种形式开展地质调查成果信息传播及服务。新颖的报告内容赢得了现场的阵阵掌声,也为各地图书馆创新发展提供了参考。

    会议现场

    除了创新服务形式之外,在参与本次中国图书馆年会中,地学文献中心还有更深层的思考。在当今的社会环境中,人们的物质世界日益丰富、价值追求日益多元化。地质文化如何与时俱进,如何吸引社会公众的认同感,使之成为一种文化软实力,为现代地质调查事业发展提供遵循、指引与方向?

    “图书馆作为专业的文化输出节点,在地质文化传播过程中是非常重要的渠道之一。通过加强与专业图书馆的沟通,激活这些传播节点,使得地质文化可以得到更广泛的覆盖。”薛山顺向记者表示。

    这句话在中国图书馆年会现场也得到了印证。在“需求驱动下专业图情机构服务创新与实践”学术会议的交流讨论环节中,气氛热火朝天,俨然变成了一场圆桌会议,既有专业的图书馆负责人,又吸引了中国知网等学术媒体的目光。他们为地学文献中心在创新服务中的科普实践纷纷点赞,对报告中独特的地质文化内容兴致勃勃。

    这一情况在地学文献中心的展台上愈发明显。地学文献中心布置的展厅以其独特的风格、开放包容的外观、设计新颖的展台在众多展厅中脱颖而出,宣介中国地质调查局的职能定位和取得的成就,展现地质图书馆自1916年成立以来的丰富馆藏和厚重的历史、取得的丰硕成果、特色的创新服务,揭示图书馆由传统的业务逐步转型到情报研究、科普文化、成果管理等多个全新领域。修复的地质图籍、新颖的地质科普动画……展台中的地质文化元素吸引了络绎不绝的观众,他们当中既有普通的参观者,还有想要洽谈合作的图书馆同行。

    记者不禁感慨,优秀的文化无论在什么时代,都散发着耀眼的生命力。地质文化是地质工作百年的历史积淀和智慧结晶,是激励地质工作者继续前进的强大力量,对于地质事业改革发展具有重要意义。步入新时代,如何提升广大地质青年对地质文化的使命感,如何得到社会公众的认同感,需要越来越多的地质文化单位研究和重构地质文化的内涵,参与到广泛的社会交流中,发出地质文化声音,讲好地质故事。

     

    传播地质文化 讲好地质故事

     

    数百套地学科普书刊送到了孩子们的手上


    30多年前,郝诒纯教授在扫描电镜实验室内指导当时的博士生郑洪


    拿到书的孩子迫不及待地看了起来

    学生作品 《父母的手》 《心中的自我》

     
    地质专家走进教室与学生面对面交流

    3月8日,一群包括多位国内知名古生物学家在内的地质科学家走进了位于北京大兴西红门附近的蒲公英中学,他们不仅带来了数百套地学科普书籍,更将地质科学理想和科学精神的种子,播撒到了这片特殊的园地。

    1 地球科普书籍成为学生奖品

    如果将镜头聚焦到此时的蒲公英中学,中国古生物学界的人也许很快就会发现几张熟悉的面孔:中国古生物化石保护基金会的理事长陶庆法、副理事长黄新燕,中国第一名古生物学博士、毕生致力于高校古生物教学的万晓樵教授,中国地质大学博士生导师张建平教授、李四光地质科学奖基金会秘书处胡光晓、《化石》杂志主编郭建崴……

    专家们的到来,源于中国古生物化石保护基金会组织的“走近地球科学”蒲公英中学公益捐赠活动。下午3点多,白发苍苍的专家和笑容稚嫩的同学们共同围坐在学校的空场上。

    天很蓝,在有些热情的阳光和风中,校园里的树摇曳得像一幅画。

    捐赠仪式由基金会陶庆法理事长开场,他向同学们讲述了我国的古生物资源在世界上的知名地位,介绍了最著名的几个古生物化石群——热河生物群、澄江动物群、关岭动物群,还谈到了我国在古生物科学研究方面的一些令世界瞩目的重大成就。他希望,小小的科普书籍,能为孩子们打开一扇了解地球历史、资源奥秘的窗口,激发同学们从小开始爱科学、学科学、用科学。

    当一套六册的《地球大视野丛书》和《拨动宇宙和弦的科学巨人》《化石》杂志等书刊,沉甸甸地放到了同学们的手上,会场上响起了热烈的掌声。

    学校校长郑洪代表孩子们对中国古生物化石保护基金会及各位科学家表示感谢,她说,这些科普书是地学知识的载体,是宝贵的教育资源,我们一定要珍视它、用好它。学校决定把它们作为孩子们的奖品,小队长、小组长、小干事和有着明显进步的学生都可以得到,这也说明只要肯努力,就能拥有这些好看的书。

    学生们整齐的队列中,一位刚刚上台接受捐赠的小男生,已经迫不及待地翻开了手中的《化石》杂志,旁边的几名孩子使劲抻着头,盯着书里面精美的彩色插图。

    2 校长是中国地质大学古生物博士

    许多人都知道,毕业于哈佛大学的旅美华人郑洪是蒲公英中学的校长,这个专门为打工者子弟开设的学校便是由她一手创办起来的。

    但许多人并不知道,这位身量高挑、语调平和的女士也是中国地质大学的校友。而今天到访的客人中就有她在中国地质大学攻读博士时的师兄和师弟。数十年没见,同学间的稔熟亲切一点都没淡化,他们亲热地回溯着过去学习生活中的点点滴滴,也追忆着自己的老师——郝诒纯院士。

    郝诒纯,我国著名古生物学家,长期致力于生物地层学、古生物学和微体古生物学科研和教学,曾经主持完成《松辽平原白垩—第三纪介形虫》《西宁民河盆地中侏罗世—第三纪地层及介形虫、轮藻化石》《塔里木盆地西部晚白垩世—第三纪地层及有孔虫》《冲绳海槽第四纪微体古生物群及其地质意义》《中国的白垩系》《有孔虫》等重要著作。郑洪便是她带的第一位女博士,专门从事微体古生物方面的研究。

    “foraminifera”,当郑洪时隔多年再次吐出这个颇有韵律的词汇,她的记忆也仿佛飞回了那个完全沉浸在古生物科研和教学中的遥远时代。Foraminifera,即有孔虫,是一类古老的原生动物,5亿多年前就产生在海洋中,至今种类繁多。“那时,我们天天就研究这些肉眼看不到的古生物。”

    如今一头银发的万晓樵教授也是郝诒纯院士的博士,毕业于1986年,早郑洪一年,是名副其实的师兄。他还记得那时的郑洪,学习刻苦,有着超前的学术思想,不仅课堂学习成绩名列前茅,学位论文研究亦是同学的榜样。直到现在,她所写的《河南禹县晚古生代小有孔虫动物群》论文,还会被其他研究者引用。

    “上世纪80年代,我们就开始应用电子扫描显微镜和计算机了。那时的计算机可真大,我们用起来都特别小心。”至今,郑洪都忘不了郝老师的音容笑貌、让人尊崇的为人,以及令人感叹的超前性思维。“老师可真不简单,那么早就将计算机技术引入微体古生物学研究,设计建立了微体古生物微型计算机辅助研究系统,完成了新生代浮游有孔虫自动化鉴定软件,把鉴定效率提高了好几十倍。”

    今天,万晓樵为自己的师妹带来了一份特殊的礼物——《大地的女儿:郝诒纯院士纪念文集》。里面收录了一张郑洪与老师的合影。画面上,慈祥的郝诒纯教授正在扫描电镜实验室内指导郑洪进行化石分析、制片和鉴定,年轻的郑洪沉静而专注。

    尽管多年的研究和教学生活带给郑洪一系列有关晚古生代有孔虫化石以及生态地层学的研究成果,但她还是在1992年时选择离开中国地质大学,进入哈佛大学继续深造,学习公共管理,并从此旅居美国。

    3 科学精神的另一种诠释

    正如当初出国的选择令许多人有些意外,今天的郑洪再次用行动告诉大家,人生是可以有很多选择的,不同的轨迹,也会有着同样的精彩。

    从微体古生物研究的微观世界中走出来的郑洪,将目光放到了更广阔更复杂的人类大社会中。她觉得,有些社会责任更需要有人来承担、付出。于是,她在年逾半百时回国投身公益,创立了北京市第一所被政府认可的农民工子弟中学——蒲公英中学。目的很简单:要把接受合格教育的权力还给农民工子女。

    2003 年,郑洪等人在对北京市周边地区进行了一次调查,发现北京城乡接合部居住着大约50万学龄流动儿童,其中大部分在200多所被统称为“打工子弟学校”的未经注册的民办学校上学;这些学校的办学性质无一例外是营利性的,多以家庭小企业的模式运作,教育质量难以保证;更重要的是,这些学校都是小学,造成了在义务教育阶段中应有的初中教育对数十万流动青少年而言是缺失的。正是这样沉重的现实,促成了她创办公益学校的行动。

    科研工作者大都有着超越常人的坚毅和韧性,郑洪也是如此,甚至,在已持续12年的公益办学上,她拿出了比从事科学研究更多的毅力和勇气。没有校舍,租用废弃工厂改造;缺少教职员工,联系志愿者授课;缺乏最基本的硬件,四处筹集资金……她说,我们许多设施可以简化,但最不能马虎的就是图书馆,我们要给予孩子们知识,更要教给他们做人做事的道理。

    这是一所什么学校?一位志愿者如此评价:若论校舍等“硬件”,蒲公英中学实在简朴得不能再简朴了;然而若论办学理念等“软件”,蒲公英中学又领先得让人刮目相看。

    现在的蒲公英中学,虽然有些简陋,但又是那样花团锦簇、“五脏俱全”,几乎每个角落都由学生自己动手用绘画装饰了起来,健身房、乐队活动室、计算机房、图书阅览室,都会定时向同学们开放。我们参观时,绘画小组的学生们正在老师的带领下,按照设计图纸往一栋房子的外墙上画着花草的图案,旁边,另一队学生谈笑着欢快地经过,构成了一幅健康、活泼、积极、向上的校园图景。

    从一无所有走到现在,参加捐赠活动的各位嘉宾都很佩服郑洪的勇气与能力,而这样的勇气和坚持,又何尝不是科学精神的另一种表现呢?

    4 给孩子拥有科学梦想的权利

    在学校楼道中有许多学生的绘画作品,其中有一副是由54幅小画组成的,每一幅都是一只伸出的手,背后是白云朵朵的蓝天。“这些都是孩子们画的自己的父母的手,它的寓意是:无论我们父母是做什么工作的,给了我们什么样的生活,他们都是用勤劳的双手为我们撑起了一片蓝天。这也是告诉孩子们要感恩。”来自美国的志愿者赵镜女士自告奋勇地为大家介绍。

    “这幅作品曾拿到今日美术馆展出。当时一位参观者询问我们的学生,为什么有一小幅画中的手残缺不全,回答问题的恰好是这幅画的小作者,她毫不避讳,更没有自卑,坦坦然然地讲起了自己父亲的故事。这就是我们希望达到的目标——每一位孩子都能身心健康,快乐地成长,充分焕发潜能,在社会中创造出自己的价值、拥有幸福的品格。现在这个孩子已经工作了,还开了自己的微店。”

    另一幅令人印象深刻的绘画作品来自一位男生。上面画了他所去过的一些地方,但旁边的心声却是“妈妈你为什么不来陪我?”“我知道你为什么不来陪我”。到现在,老师和同学们也不知道他到底“知道”了什么。其实,他是一位弃儿,因唇裂被父母抛弃,从小便被修女抚养长大,现在正在意大利专门学习绘画。

    行走在校园中,看到的每一幅图画背后都是一颗纯净的心,在社会各界和学校老师们爱心之光的折射下,是那样精美剔透,光彩夺目。

    赵镜告诉我们,现在看来,这些学生活泼阳光、自信纯净,但刚刚入学的时候情况要严峻得多。学校只能容纳200多名学生,而每年报名的孩子都会有五六百人,没办法就得用考试的方法择优录取。结果让人大跌眼镜——及格率竟然不到1%,平均分只有30多分。这让郑洪更加忧心忡忡——不是因为孩子们的基础差、水平低,而是这反映出低收入打工者流动状态下对孩子影响是巨大的,他们得不到好的生活质量还在其次,最重要的是他们缺失了应有的教育,特别是从小学到中学阶段的正规学校教育。事实也证明了她的判断,孩子们并不笨,进入蒲公英中学后,学生们的学习和各种能力都突飞猛进,初中毕业时学校参加北京市的统考,每年及格率都在97%以上。

    校园没有操场,校舍简陋,宿舍更谈不上舒适,但老师孩子们都无比热爱这里。因为,这里孕育的是自信,是一个个大写的人。

    “科学不仅是有趣的天地,更能给我们不一样的人生。”

    “或许现在我们的同学们中就坐着未来的科学家呢。”

    “如果说我们是蒲公英的种子,那梦想就是风,会把我们带到不同的地方,生根发芽,开花结果。”

    ……

    小小的蒲公英学校、郑洪校长和她的孩子们,感动了每一位到访的地质科学界嘉宾。他们希望自己能为这里带来更多与科学有关的东西,不仅仅是地球知识,更有学校外面的广阔世界,以及成为参天大树的希望和梦想。

    5 科普是关乎国家民族未来的大事业

    捐赠仪式上,得益于国土资源部宣教中心工会主席张静的介绍,许多学生第一次了解了世界地球日的源起和宗旨,也知道了国土资源部已经推行多年的“节约资源、保护环境,做保护地球小主人”活动。

    孩子们纷纷响应,发出“节约资源、保护环境行动宣言”,表达了自己的对地球妈妈最质朴的承诺:“我们要做节约资源的小小宣传员、做保护环境的小卫士、做保护地球的小主人,从身边的小事做起,让我们的校园更洁净,让我们的地球更多一份美丽……”

    在捐赠仪式之后,学校还安排了一个“与科学家面对面”的环节,把每一位地质学家都请到了教室中,由学生自由提问,尽可能地满足他们对科学和科学家的好奇。

    “地球有多少年的历史啊?”

    “请问恐龙之前地球上是否还有其他的生物?”

    面对一个个简单而稚嫩的问题,科学家们都细心耐心地逐一回答。生动风趣的表达让学生们逐渐忘却了害羞和紧张,好奇心像开了闸的洪水,倾泻而出。

    科学的起点就是好奇心,可以想象,这些被有趣科学知识拨动心弦的孩子们,将会激发出怎样的好奇心,去探索、认识我们的地球家园,从另一个角度看待我们的世界。

    “科学家身上也担负着重要的社会责任,最主要的就是科普!”万晓樵说。

    作为一名经历丰富的“老地质”,万晓樵曾经在原地质部第三石油普查大队工作过6年,深深理解科学知识对个人发展有着怎样至关重要的作用。但他同时更认为,科普是一个大事业,事关国家民族的未来。科学家和科学教育工作者,必须真正走出象牙塔,走向社会,走向大地,走进校园,走进孩子们的内心,播撒科学知识和科学精神的种子。“科普需要一点一滴地做、一步一步地走。就我个人而言,将会尽力而为。”

    看来,就这些地质科学家而言,这次的“蒲公英之行”只是他们地学科普工作的一个小小节点。未来,更多的科普行动还将汇集起来,传送到社会的一个个角落。

    “玫瑰,玫瑰,红红的玫瑰,我们就是玫瑰,就是玫瑰,一张一张红红的脸蛋,映着阳光分外美……”我知道,捐赠仪式上蒲公英中学合唱团清脆悦耳的歌声,和他们纯洁可爱的笑脸,将成为我们心中久久难忘的一道彩虹。

    本文图片由黄新燕、郭子元、周飞飞摄

    科学让你飞得更远
      我国第一深的科学钻探井在哪儿?有多深?你想亲眼看看地下4000米的岩芯是什么样子吗?这些科普知识在第47个世界地球日主题宣传活动周里,到河南省地质博物馆就可以得到答案。
      
      作为全国优秀科普教育基地和国土资源部国土资源科普教育基地,中国地质调查局实物地质资料中心创新科普宣传形式,精选活动内容,与河南地质博物馆联合开展4.22地球日活动。
       
      实物地质资料中心在河南地质博物馆展示了两段岩芯、一段岩心剖切面。其中,展出的3909~3929 米处的岩芯,取自全球第一口钻穿白垩纪陆相地层的大陆科学钻探井“松科2井”,该井设计井深6400米,是ICDP(国际大陆科学钻探委员会)迄今为止所资助的最深科学钻探项目,也是我国目前第一深的科学钻探井。另一段展出的620.70~622.21米岩心,取自中国东海大陆科学钻探岩心,该科钻孔深5118.00米、岩屑8800袋、副样205袋,已经实现了岩芯图像数据的信息共享。这些重要实物地质资料成果的开发研究与利用,不仅通过多种途径向国内外提供观察、取样和测试等服务,而且为我们了解地层年代、气候环境变化、地质构造演化等地学方面的研究提供了宝贵的实物资料。
       
      河南省地质博物馆在实物中心展示了巨型汝阳龙的一个大腿骨和一个背椎骨,巨型汝阳龙是目前世界上发现的最粗壮、最重的恐龙,本次展出的汝阳龙大腿骨长2.07米,是世界上迄今发现的最长的恐龙股骨;此外还展示了河南夏馆杨氏恐龙蛋和瑶屯巨型恐龙蛋,极大丰富了实物中心的活动内容。
       
      此次交流活动,实物中心和河南地质博物馆密切合作,创新了科普活动组织形式,强化了国土资源科普基地间的交流互动,进一步扩大了地质调查工作社会影响力。

     


    地调局实物资料中心与河南省地质博物馆共同开展地球...

    积极“走出去”,到海外进行矿产资源合作,既是响应“一带一路”建设号召的必然要求,也是拓展海外市场、提升核心竞争力、不断发展壮大成长为国际矿业品牌的必由之路。当前,全球矿业进入深度调整期,如何稳健地迈好“走出去”的步伐,成为人们关注的焦点。自然资源部中国地质调查局成都矿产综合利用研究所(以下简称“成都综合利用所”)积极适应新时代地质调查工作,在部、局的领导下,以稀土资源为核心,以“三稀”资源为重点,积极开展国际合作,开创了国际合作新格局。目前,该所的境外地质调查与技术成果转化服务已延伸到亚洲、非洲、北欧、北美、澳大利亚等地区,合作领域日渐扩大,合作方式日趋多元,引领作用初见端倪。

    成都综合利用所控股公司盛和资源在马来西亚出席稀土催化剂项目投资签字仪式

    锻造科技创新“利器”

    打铁还需自身硬。在科技创新已成为时代主流的今天,要想走出国门闯市场,最重要的就是手握“利器”。作为我国矿产资源综合利用的重要支撑,成都综合利用所始终致力于锻造科技创新这把“利器”。2013年至今,该所共获授权稀土相关专利10项,其中1项美国专利授权;获得省部级科技进步奖两项:该所研发的“攀西难选稀土矿低碳高效利用新技术开发及应用”技术获得2016年度四川省科学技术进步二等奖,“典型氟碳铈稀土矿清洁利用新技术研究及示范”技术获得2018年度国土资源科学技术奖二等奖。

    为打开国际市场的大门,成都综合利用所充分发挥科技创新的引领作用,利用核心优势锻造了这样几把“金钥匙”:

    一是稀土矿“浮团聚磁选”技术的研发及应用。荣获2016年度四川省科技进步二等奖的“浮团聚磁选”技术能充分利用矿物间表面性质和磁选差异进行分选,攻克了稀土矿浮选需要加温且难以稳定得到高品质精矿这一难题。“常温条件下可稳定得到REOgt;65%的稀土精矿,回收率由原有的20%提高至60%。工业示范线生产过程稳定,企业经济效益得到了大幅提高。”该技术成果在四川德昌大陆槽稀土矿应用中取得较好效果的同时,对美国芒廷帕斯稀土矿同样表现出较好的适用性,大幅降低了生产运行成本。

    二是RF系列绿色稀土浮选药剂研发及应用。为了改善传统稀土浮选药剂中含有大量难降解组分,对矿山环境造成一定威胁的难题,该所通过研究药剂分子结构及其与矿物作用能力,研发出RF系列绿色稀土浮选捕收剂。在四川冕宁牦牛坪稀土矿开展的工业试验表明,“该药剂不仅大幅降低了难降解组分含量,还降低了运行成本,提高了企业生产指标。”目前,厂方已经签订药剂供销合同,实现了产品的商业化。

    三是选冶联合技术实现稀土资源高效利用。微细粒级稀土矿物常与其他矿物密切共生,采用传统磨矿方式难以单体解离,无法得到高品质稀土精矿。通过选冶联合方法,该所研究人员提出化学解离-物理分离的新思路,攻克了美国Pea ridge铁-稀土共生矿和澳大利亚Nolans稀土矿等多个难选稀土矿的高效利用难题,既得到了合格的稀土精矿,还实现了共伴生有价元素的综合利用。

    四是磷-硅酸岩型稀土资源高效利用技术的开发。格陵兰Kvanefjeld属于少见的磷-硅酸盐型稀土矿,主要含稀土矿物与脉石矿物的物理化学性质相近,分选异常困难。该所科研人员在详细研究矿物组分及性质基础上,提出采用新型浮选捕收剂RFS强化矿物表面性质差异,在常温条件下得到矿物纯度大于80%的稀土精矿,较国外科研机构提出的工艺流程得到的精矿品位更高,作业流程更简化、投资及运行成本也大幅降低了。

    五是稀土深加工技术的研发及应用。针对四川地区氟碳铈型稀土矿特点,研发出了盐酸直接浸出技术。稀土氯化物、氧化物、氟化物、碳酸稀土、高纯金属、稀土硅化物等六大系列,30余种规格……该所开发的系列稀土产品技术指标达到了国际先进水平。技术引领产业。他们还创办了峨眉山科技产业园区,逐步形成以稀土新材料为主体的科技成果转化示范基地。

    2018年5月,成都综合利用所代表团赴美国芒廷帕斯稀土矿山调研

    拓展国际合作新格局

    有了先进的技术作为敲门砖,加上研究人员的积极拓展,该所顺利迈入了国际市场。

    签订技术开发合同2项,项目总金额达195万美元,实现历史性突破……近年来,通过不断科技创新,加强对外技术交流与合作,该所“三稀”资源综合利用技术已拓展到国外。

    Nolans Bore稀土矿选矿试验研究进展顺利。2013年10月,该所与澳大利亚ARAFURA资源公司签订“诺兰稀土矿选矿试验研究”技术开发合同,合同经费总额120万美元。目前,该所已完成选矿探索性试验研究工作,采用的工艺技术与国外研究机构相比,不仅降低了选矿工艺技术成本,同时还大幅提高了稀土精矿品位。

    Pea Ridge尾矿的选矿与冶金试验研究赢得认可。2013年11月,该所与美国MFC工业公司签订“Pea Ridge尾矿的选矿与冶金试验研究”技术开发合同,合同经费总额75万美元。“考察矿山综合环境,对选厂建设厂房配置、设备选型、后续连续扩大试验样品采集等提供技术咨询服务,洽谈Pea Ridge尾矿综合利用选冶技术半工业试验项目合作事宜,提供相关技术指导和咨询……”据科研人员赴美经历描述,目前已基本完成前期研究工作。

    俗话说,金杯银杯不如业界的口碑。随着国际合作项目的不断拓展,该所在“三稀”资源综合利用技术的国际领先水平不断得到认可。

    成都综合利用所代表团与美国ERP公司负责人进行技术交流

    支撑中国企业“走出去”

    立足“一带一路”建设和服务“走出去”的全球视野,该所聚焦中国地质调查局特大型能源资源基地建设布局,在格陵兰岛西南部科瓦内湾地区开展稀土等其他多金属矿产资源潜力、开发条件及环境影响“三位一体”的综合调查评价,为政府决策和该所控股公司盛和资源“走出去”投资提供信息服务和技术支撑。

    如何终结矿山企业常常面临亏损的尴尬局面?量身定制的选矿技术是关键!美国芒廷帕斯稀土矿是全球第二大稀土矿山,却由于生产成本过高,于2015年再度破产。成都综合利用所发挥所长,针对该矿山矿石开展了相关技术研究,并且先后3次赴美国矿山现场考察及调试,最终确定的选矿技术大幅降低了生产成本,为中资企业的进入奠定了基础,在稳定提升生产指标方面也做出了巨大贡献。

    提高矿物的回收利用向来是个大难题,特别是在面临特殊矿种时更为棘手。据了解,格陵兰科瓦内湾稀土矿稀土储量巨大并且伴生多金属矿,但是其稀土元素载体矿物为独特的硅酸盐型稀土矿。“全球尚无研究先例”,专家称,国外科研机构采用加温-浮选技术,仅能得到REO14%、回收率65%的稀土精矿。“创新创造奇迹。”由该所研发的常温浮选和环境友好型浮选药剂可以得到REO23.5%、回收率78%的稀土精矿。“新工艺、新药剂完全适宜格陵兰严苛的环保标准”,这就为中资企业注资格陵兰矿物能源公司成为董事会成员及资源后续开发奠定了基础。

    跟随“一带一路”建设的指引,该所再一次把目光投向了非洲重要的稀土资源产地——毛里塔尼亚扎拉加稀土矿。通过对其矿石性质的系统分析,有针对性地提出稀土开发利用新技术,大幅提高了精矿品质,降低选冶综合成本,为开发利用奠定了基础。为提升中资企业在海外稀土项目总承包和工程建设能力,“后期打算联合中资设计公司建成选冶工业生产线。”针对下一步工作意向,有关负责人补充道。

    产学研用齐头并进

    技术是驱动,合作是动能,机制是保障。近年来,该所与盛和资源联手打造“产、学、研、用”合作机制,境外项目合作不断拓展,国际化步伐越走越稳。目前,已经开展的国际合作项目达10多项,其中科技部项目2项,成果转化项目10项,研究经费超过2000万元,开创了国际合作服务新局面。

    一是稀土清洁利用技术国际合作屡创辉煌。以“浮团聚磁选新技术”为原型的成套工程化技术和浮选药剂在国内冕宁、德昌稀土矿推广应用,并逐渐得到国内外稀土加工领域的认可,成为国际稀土资源开发利用领域的主要工艺流程。目前,该技术主要应用于美国、澳大利亚、南非、格陵兰及坦桑尼亚等国家和地区,为当地稀土矿的开发利用提供了技术支撑。2016年,澳大利亚诺兰稀土矿中镨钕含量较高,曾被视为较为优质的稀土资源。成都综合利用所技术攻关结果表明,该矿石中稀土元素难以高效富集,为企业挽回了损失,为国家赢得了话语权。2017年度,该所与某公司合作,为公司格林兰科瓦内湾稀土矿开发利用提供了全新的开发理念和清洁利用技术方案。

    二是钒钛磁铁矿综合利用技术保持国际核心竞争力。2019年度,成都综合利用所与澳大利亚钛业有限公司开展“Barrambie钒钛磁铁矿综合利用实验室试验研究”,高效铁钒钛分离提取技术为澳方对该矿的开发利用提供技术支撑,彰显该所钒钛磁铁矿综合利用的国际领先水平。该所在大量试验的基础上,研究制定了符合资源特点的选矿原则工艺流程,采用“擦洗-磁选选别-精矿直接还原-铁钛分离”的工艺流程进行选矿初步试验,获得了较好的技术指标。该所对PB、PD精矿进行了初步还原分离试验,获得了高金属化率产品,为钛、铁分离提供了物质基础。

    该研究项目通过对澳大利亚PMA矿物资源进行初步评估及试验研究,对标准矿石及顶盘矿石进行化学分析并探究其矿物性质,为该矿物资源的可行性开发、资源优劣以及商业性利用和发展前景做出评价和分析,对合理利用此类矿石资源并提高其经济价值具有积极的推广作用。

    成都综合利用所代表团与美国弗吉尼亚大学Honaker教授交流稀土提取技术

    多维度推进国际合作交流

    2014年以来,成都综合利用所成功出访18批次、45人次,出访的国家涵盖俄罗斯、加拿大、美国、马来西亚等,与众多国家开展了广泛的国际交流合作,成效显著。

    俄罗斯稀土矿开发探索。2017年,该所所长胡泽松访问俄罗斯,先后与全俄地质研究所所长和俄罗斯国家地质公司负责人进行会晤。俄罗斯储量巨大的矿产资源缺乏绿色高效的资源开发利用技术,希望与中国地质调查局及成都综合利用所在稀土及有色、黑色矿产资源的开发方面进行广泛的合作。双方初步拟订以俄罗斯托莫托尔稀土矿开发为切入点开展探索性合作。

    进军大马,辐射东盟。同年,应马来西亚政府的邀请,胡泽松与当地政府官员就盛和资源在马国投资建设稀土催化剂项目进行了会谈,并出席马国政府召开的东海岸经济区签约仪式。一旦在马来西亚投资建厂,用当地生产FCC催化剂产品,将有利于进入马来西亚以及印度市场,并辐射整个东盟及南亚市场,提升国际影响力。

    把握全球,数据先行。该所及控股盛和公司对全球50多个正在勘探或开发的稀土项目进行了梳理,建立了项目数据库,并根据资源情况、稀土配分、潜在经济价值等指标进行了筛选和排序。2018年度出访美国,与国际稀土产业较有影响力的ERP战略矿产公司、PEAK 资源公司董事会成员讨论成立全球稀土创投平台(Global REES Venture,GRV)。“以市场、技术和金融创新为导向,以国际绿色供应链为纽带,旨在稳定国际稀土供应链”。据专家称,该平台将成为社会、企业、政府打造全球地质矿产信息支撑服务平台,为我国企业“走出去”和政府的重大宏观决策提供信息指导和支撑服务。

    成都综合利用所与总部位于比利时布鲁塞尔的全球跨国性化工集团索尔维集团中国全资子公司索尔维投资有限公司在成都签署了技术合作框架协议

    钒钛合作,促进交流。2018年,俄罗斯耶夫拉兹集团基于该所钒钛磁铁矿的国际影响,就钒钛产业技术合作等进行了深入交流。双方着眼于钒钛全产业链技术创新相关科学问题、技术问题和工程问题,以钒钛磁铁矿精准找矿、科学开采、高效选别、清洁冶金为重点,通过建立技术信息交流平台,促进技术交流,促进项目合作。

    跨国际、多领域的交流合作及项目实施提高了成都综合利用所的国际影响力,更为建设世界一流新型地质调查局提供了话语权支撑。

    鲲鹏展翅凌万里,策马扬鞭自奋蹄。在不断深化的国际化征程中,成都综合利用所将借助稀土开发的先进经验,继续巩固金属矿产开发利用技术的领先优势,增强与国际大型企业的沟通与合作,建立互信,守正出奇,突破全球稀土等资源开发利用中存在的关键问题,为建立更有影响力的国际合作平台,为服务新时代地质调查事业发展做出新的更大贡献。

     
     
    以稀土为核心,三稀为重点,积极开创国际合作新格局

     

    加拿大岩石圈探测计划

     

    地球内部剖面示意图

    前不久,我国启动了地震科技创新工程,拟通过“透明地壳”“解剖地震”等4个地球深部探测计划的实施,在未来10年,大幅提升地震科学研究水平以及防震减灾能力,达到国际先进水平。那么,和世界发达国家相比,在地球深部探测方面我们可以借鉴哪些经验成果?大数据时代地质学家探测地球内部所面临的焦点和难点有哪些?从上个世纪60年代起,随着人类对海洋认识的加深,发展出了划时代的板块构造理论,几乎完美地解释了与海洋有关的地质学问题。所以,人们开始把板块构造理论运用于陆地,也就是板块构造理论的“登陆”。

    在研究海洋地质的过程中,科学家广泛采用地球物理学的方法,结合钻井,取得丰硕成果。自然而然地,研究大陆地质学也可以按照这个思路进行。所以,从上个世纪70年代开始,各国相继展开了各式大陆探测计划,极大地完善了大陆地质学理论并取得了良好的经济效益。

    美国:大陆反射地震探测计划和地球透镜计划堪称深部探测典范

    在上个世纪70年代末,美国率先开始实施了大陆反射地震探测计划。这项计划的研究手段来源于石油勘探技术,通过布设一系列测线,收集人工地震产生的地震波,处理之后就可以得到很多地下地质结构的信息。这个计划取得了很多优良的成果,比如:揭示了美国东海岸阿帕拉契亚山的构造,西部山地的地下结构,尤其在落基山断层之下发现一系列油田。一连串的科学与社会效益,使该计划堪称深部探测的典范。此外,这次探测计划的成果,还引发了其他国家相关计划的出炉。

    2001年,美国国家科学基金会、美国地质调查局和美国国家航空航天局,联合发起了一项新的开创性地球探测计划——地球透镜计划。该计划是一项全新的具有风险性的地学探索工作,主要分为四项内容:

    第一项是建立一个由2000个地震观测点构成规则的流动测网,轮流进行地震观测,实时采集数据,用来研究地幔乃至深达近3000公里的地核和地幔边界的情况。另外,还可以用来监测火山和地震活动,进行灾害预测。

    第二项是建立圣安德列斯断裂深部观测站。圣安德列斯断裂是地球上最活跃的断层之一,穿过美国经济发达、人口密集的西海岸,研究程度很高,危险性也很大。项目将在断层带上取出了40米的岩芯供科学研究,并在深部建立了一个观测站,进行长期的观测研究。

    第三项是板块边界观测站,利用GPS和应变测量仪,对太平洋板块和北美板块的相互运动进行连续观测,以研究地震和火山造成的地壳缓慢变形,增强预报的准确性。

    第四项是合成孔径干涉雷达,可以用于火山和地震灾害的研究,还可以提供因地下水和石油的开采造成的地面沉降信息等。美国的地球透镜计划在2003年由国会批准实施,为期15年(2003年~2018年),预计投资超过200亿美元。

    英国:反射地震计划揭示地球霸主恐龙灭绝猜想

    英国反射地震计划开始于1981年,探测范围覆盖英伦三岛及附近大陆架,揭示了这一地区地壳和地幔的结构特征,并得益于反射地震计划帮助,成功发现了储量约47亿吨的北海油田。

    而让人意想不到的是,该计划发展的地球探测新技术,在寻求恐龙灭绝成因方面发挥了很大的作用。我们知道在6500万年前的白垩纪末期,地球霸主恐龙突然灭绝,一种猜想是有一颗直径至少10公里的陨石与地球相撞,导致全球气候大变,恐龙灭绝。

    但这么大一颗陨石与地球相撞,必定要留下一个巨大的陨石坑,那么它在哪儿呢?早期的科学家通过对墨西哥湾地区岩石学的研究发现,这里可能存在一个巨大的陨石坑,但它到底是什么形状,有多大,一直是个谜。因为这里大部分地区都是在海下的,难于观察。所以,在1996年的1月~5月间,该计划的科学家联合美国、墨西哥的地质学家对墨西哥湾地区进行了详细地探测,最终确定了这里存在一个巨大的陨石坑,直径大约100公里,为恐龙灭绝这一科学问题的研究补上了重要的一环。

    加拿大:岩石圈探测计划为矿业勘探和开采提供详细信息

    加拿大岩石圈探测计划(1984年~2003年)是加拿大国家级多学科合作的地球科学研究项目,目的是综合了解北美大陆北半部的大陆演化。加拿大地区本身地质演化历史久远,超过40亿年,这让加拿大成为研究地球大陆早期历史及后续演化最理想的国家。

    在漫长的历史中,大陆经历了怎样的变化,都有哪些地质过程,大陆的组成是怎样的,这些问题不仅对加拿大,更是对全球的地质学研究都有着重要的意义。另外,加拿大矿产资源丰富,矿业是本国的支柱产业之一,探明地下的矿产分布及储量,更是对本国的经济发展具有重要意义。所以,加拿大岩石圈探测计划从一开始就具有科学和社会的双重目标。

    从1984年开始,参与该研究的750多名作者发表了近2000篇著作,详细阐述了加拿大本土大陆的演化特点,绘制详细的岩石圈剖面,尤其注重对矿业开发区的探测,为矿业勘探和开采提供更详细的信息。

    所有这些,不仅显著提高了加拿大大陆地质学的研究水平,而且极大地促进了本国矿业发展,丰富的成矿信息增强了矿业公司投资的信心。

    澳大利亚:“玻璃地球”计划的目标是人眼能看到地下构造、岩层、矿产甚至灾害

    矿产资源大国澳大利亚被誉为“坐在矿车上的国家”,为了解决未来的资源问题,1999年该国提出了“玻璃地球”计划。所谓的“玻璃地球”,顾名思义,就是让地球像玻璃一样透明,让人一眼就能看到地下的构造、岩层、矿产甚至灾害。有学者称之为“透明地球”或“水晶地球”,在一个国家范围内则被称为“玻璃国土”,指通过多种地质手段获取海量数据,建立全球性、多尺度、数字化的地质模型,可供我们查询和分析,然后据此作出正确合理的决策。澳大利亚“玻璃地球”的思想理念一经提出,就吸引了世界各国纷纷效仿,开始投入大量资金进行实施。

    “玻璃地球”计划的目标是:使澳大利亚大陆地表以下1000米深度以内的地质状况变得透明。要实现这一目标,需要大量的地质勘探、地球物理勘探和地球化学勘探工作,如:新的钻探技术、航空重力梯度测量、航空电磁法、地球化学填图、同位素跟踪、地下水化学研究等。该计划提出之后被正式列入澳大利亚的国家预算,并开始实施。遗憾的是,2003年因多种原因而被迫终止。

    欧洲:深部探测计划促进了科学研究的跨国界合作

    从1981年起,受美国深部探测计划的影响,欧洲各国随后也展开了自己宏大的计划。

    欧洲深部探测计划(1981年~2001年)旨在实施新一代的重大项目,更好地了解欧洲大陆地壳和地幔的构造演化,以及一直以来控制整个演化的动力学过程。欧洲探测计划挑选9个目标区域进行重点研究,每个区域都由高度自治的研究团队负责,所有的团队都致力于运用地质学、地球化学、地球物理学相结合的方法,了解地球表层和深层的关系,解释形成欧洲大陆岩石圈主要特征的过程。

    在本计划实施的20年间,有30多个国家,上千名地质学家参与,从俄罗斯的乌拉尔山到葡萄牙里斯本,从土耳其到瑞典,地质学家对欧洲的主要地质结构进行了系统的研究,硕果累累,加深了人们对欧洲大陆深部构造和地质学过程的认识,同时也极大促进了科学研究的跨国界合作。

    ◆相关链接

    瑞士地壳探测计划:主要是通过地球物理和地质联合的方法探测瑞士阿尔卑斯山脉的深部结构,深部探测的数据主要采集于1986~1993年之间,研究成果合理解释了瑞士阿尔卑斯山的构造演化:一个温度相对较冷的“山根”快速插入到20公里以下的下地幔,结果导致了大陆的碰撞;高密度球状“山根”导致阿尔卑斯山中部快速隆起及波河盆地下沉的大陆动力学模型。加上欧洲各国联合开展的欧洲探测计划,共同揭示了欧洲大陆与非洲大陆碰撞带的精细结构,为发展碰撞造山理论、薄皮构造理论奠定了基础。

    德国大陆反射地震计划:通过接收、处理和解释地球物理数据,取得了对欧洲深部地质结构的新认识。深地震反射揭示了岩石圈不同尺度的各向异性和下地壳的“鳄鱼嘴”构造,一些反射联合剖面揭示了陆内盆地的演化,显示了下地壳减薄和岩浆初始阶段的证据。

    意大利深地壳反射计划:由意大利国家研究委员会资助,主要目标是通过深地震反射技术研究意大利主要造山带的地壳结构及动力学演化过程。项目起始于20世纪80年代,形成了覆盖意大利半岛及周边海域的地震剖面网。

    俄罗斯深部探测计划:以折射地震技术和大地电磁技术为主,这在国际上是唯一的也是非常超前的。俄罗斯是世界上最早开展深部探测的国家之一,其中科拉半岛科学钻深度超过1.2万米,成为世界上最深的钻孔。科拉超深钻改变了地球物理探测解释的许多深部现象,研究成果形成了适时的成矿地质体定位的深部地质—地球物理和地球动力学标尺和俄罗斯境内各种矿产资源多参数成矿预测分析的数据库。

    ◆延伸阅读

    “透视”地球正变为现实

    在上述国家的研究计划中,所采用的主要方法是地震反射技术,它是一种精度很高的地球物理勘探方法,主要利用人工爆炸、冲击或其他振动源产生地震波,然后在地表或井中用检波器将其接收并对其进行处理和解释,便可以分析判断地层界面、岩土性质和地质构造等。

    目前,美国、俄罗斯、英国、意大利等国都在积极推动“穿透地壳”深反射地震剖面的工作。根据三维可视化地质信息与服务系统,只要按要求在电脑上输入相应的指令,研究区域的主要地层、地下构造、地热、地下水等三维仿真模型即可直观地展现在眼前。如果想知道哪里有断裂,哪里有地热和温泉,哪里赋存着丰富的地下水资源,都可以在系统上清楚地查询。

    未来世界各国的“玻璃地球”计划将会从局部的三维地质模型向全国范围发展,我国的发展方向将会更多地向实用化转变,在规划、国土、环保、水务、市政、建设、农业等多个领域更多地发挥管理和决策的作用。

    目前,虽然实现全球范围的“透明化”尚需要很长的时间,但随着人类探索地球奥秘的步伐不停,大数据时代呈现“看不见”的地球内部将一直是未来地球科学研究的方向。

    大数据呈现“看不见”的地球内部