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      12月2日,中国地质调查局组织召开重点实验室座谈会,学习交流重点实验室建设经验,研讨新形势下的实验室工作,加快推进建设发展。局党组成员、副局长李金发出席会议并讲话。

      李金发充分肯定了重点实验室建设取得的成果。他要求,重点实验室要认真学习中央关于科技管理体制机制改革的新精神新要求,落实部局党组关于科技创新工作的部署安排。重点实验室科研工作要聚焦重大需求,突出解决地质调查主战场的关键科学问题,解决能源资源、生态文明建设、防灾减灾、海洋以及城镇化、农业现代化、重大工程建设等方面的重大地质问题,推进调查科研一体化。要学习借鉴北京离子探针中心、大陆构造与动力学国家重点实验室两个国家级平台的成功建设经验,强化机制构建,大力推进仪器开放共享、人才流动与成果转化。要积极谋划重大科技项目,力争在国家科技计划管理改革中占得先机。

      局系统国家级、部级和局重点实验室主任参加了座谈会。座谈研讨前,与会代表参观了北京离子探针中心,听取了北京离子探针中心刘敦一主任和大陆构造与动力学国家重点实验室许志琴主任的经验介绍。










    中国地质调查局召开加快推进重点实验室建设座谈会

    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。

     

    绿色引领 科学高效利用资源

    珍惜矿产资源 科学规划开发路线图

    ——谈矿业产业发展规划的作用、意义及编制

    郭 敏 赵军伟 赵恒勤

    对资源型地区来说,矿业在地方国民经济中占有重要地位,矿产资源的开采开发、矿产品加工以及延伸产业对地方经济发展发挥了重要的支柱作用。但随着生态文明建设的不断推进、世界矿业经济增长放缓,社会发展对资源开发提出了新的更高要求。矿业产业发展规划可以统筹协调好地方资源、环境、经济社会发展等各方面问题。

    矿业在经济社会的基础地位

    矿业是国民经济的基础产业,人类的衣、食、住、行、用、医等以及国家经济、社会建设与发展都离不开矿产资源。能源和原材料矿产是工业必不可少的“血液”和“粮食”。当今世界上,95%以上的能源、80%以上的工业原材料、70%以上的农业生产资料均来自矿产资源。

    矿业支撑了我国经济社会全面发展,为经济建设提供了巨大的物质财富。我国是煤炭、铁矿石、铅矿、水泥用灰岩、建筑石料用灰岩等20多种矿产品的全球最大生产国和消费国,一些战略性新兴产业矿产品产量全球占比已从1990年的20%~30%增长到当前的70%~90%以上。目前,我国年矿石开采总量超过300亿吨,在全球矿产品生产和消费中占有关键性的地位。

    矿业产业发展规划的作用与意义

    矿业产业是依托矿产资源勘查、开采、选冶、加工、贸易等环节的全产业链经济活动,对区域经济社会发展发挥着巨大的带动作用。

    矿业产业发展规划是对区域矿业产业发展进行细致而全面的专项规划。它依托区域优势矿产资源,在综合考虑区域经济基础和发展潜力的前提下,从区域特色资源、优势产业出发,因地制宜对矿产业布局做出合理安排,带动其他相关产业协调发展。矿业产业发展规划对加快区域矿业产业发展,将资源优势转化为经济优势,促进矿业产业结构转型升级,提升产业聚集度及辐射力,推进区域经济高质量发展等具有重要意义。

    矿业产业发展规划的组成和编制

    矿业产业发展规划的内容主要包括规划编制背景(产业发展环境)、区域矿产资源现状及发展基础、产业发展任务与思路、产业链设计、产业布局、规划保障措施等部分。

    矿业产业发展规划编制的一般方法和过程为:首先对区域优势特色矿产资源开发、矿产品加工现状、产业发展环境进行广泛深入的调研,根据区域产业基础、特点及发展环境,分析产业发展面临的机遇、挑战及优劣势,预测产业发展方向;其次针对产业发展现状及发展条件,明确矿业产业发展定位,提出发展的总体战略和目标任务;再次提出总体产业布局,主导产业及相关产业类型及规模,细化拟落实的规划重点项目;最后,提出组织管理、资金、技术、人才等方面的措施、建议,以保障规划实施。

    矿业产业发展规划编制要点

    1.明确产业规划的定位

    产业定位是产业发展规划的核心。产业规划编制前,一定要明确规划的定位,依据资源基础,确定产业发展方向。

    同时,在规划编制过程中协调好矿业与其他相关产业的关系,如矿产品加工产业与材料产业的发展,以实现产业链融合发展。

    2.设计好产业总体布局

    产业规划布局是产业发展规划的重要内容,包括产业体系、产业结构、产业链、空间布局等,总体上要做到因地制宜、统筹兼顾、扬长避短、突出重点、综合发展,综合考虑生态环境保护、环境承载力、文物和动植物保护、水源地保护、土地利用等因素。同时在产业规划编制中,需要设置一批规划重点项目,明确项目实施的主要内容、建设空间布局、矿产品结构及方向、投资进度、预期效益等,以保证项目的可行性。

    3.重视规划前期调研

    矿业不同于其他产业,矿业开发涉及资源、安全、环保等领域,面广且形势复杂。规划编制过程中必须对产业发展现状进行广泛深入调研,研判产业发展形势和潜力,查询了解各种信息,搜集相关资料,需要到当地发改委、工信委、环保局等管理部门了解当地产业政策、招商引资情况、环保要求等,还需要到典型矿山企业调研资源开发现状,为合理安排规划任务、设计产业布局提供切实可行的保证。

    4.提出针对性的保障措施

    为了保证产业规划实施并达到预期效果,需要一系列可行的、有针对性的保障措施,主要包括规划实施主体的设置与组织管理、政策扶持、投(融)资方案、招商引资、技术改造与研发、人才培养等。结合当地实际情况,规划编制中要落实好如何实施,以获得理想的预期效果。

    钨矿的开发利用

    张红新 赵恒勤

    世界钨矿资源储量比较丰富,地壳中钨的含量为0.001%,具有开采价值的只有黑钨矿和白钨矿。世界钨矿资源主要集中在阿尔卑斯-喜马拉雅山脉和环太平洋地质带。中国钨储量居世界第一,主要分布在中国南岭山地两侧的广东东部沿海一带,江西南部的储量最多。据中国矿产资源报告(2019)的数据,截至2018年底,我国钨矿查明资源储量为1071.57万吨(WO3含量),约占全球总量的60%。其次为加拿大(29万吨)、俄罗斯(25万吨)和美国(14万吨) 。

    我国钨矿地下开采矿山数量和产量都居主要地位,在112座钨矿山中,地下开采钨矿105座、露天-地下联合开采钨矿4座、露天开采钨矿3座。钨矿资源的选矿工艺根据资源类型的不同,存在较大差异。总体而言主要有三种工艺。一是黑钨矿选矿工艺。目前,黑钨矿选矿工艺一般可分四阶段进行回收,即粗选、重选、精选和细泥处理阶段。二是白钨矿选矿工艺。白钨矿资源常与多种钼、铋等有色金属伴生或共生,有用矿物嵌布粒度较细,白钨矿选矿工艺流程以浮选为主。三是黑白钨混合矿选矿工艺。黑白钨矿混合矿属难选矿石,其特点是钨品位低、嵌布粒度细、黑白钨与多种有用矿物密切共生,脉石矿物组成复杂。目前,黑白钨混合矿的选别采用硫化矿浮选-黑白钨混浮-白钨粗精矿加温精选-黑钨细泥浮选的主干全浮流程。

    选矿后的钨精矿经冶金工艺制备出高纯的钨锭或钨粉。钨是高熔点稀有金属,具有优异的物理、力学和化学性能,主要用于制备金属加工、石油天然气及其他矿石的开采及建筑领域中各种硬质合金切削工具及钻头,也用于切割用的碳化钨和耐磨材料中,还用于制造重金属合金、电极、电子工业、钢材、特种合金等化学制品。

    钨在高技术领域也得到较为重要的应用,高纯硅化钨由于其电阻仅为多晶硅的1/10,在超大规模集成电路中取代多晶硅作为栅电极材料,取代铝合金作为接线材料。高纯钨可取代铅和铝化合物作为集成电路陶瓷零件的线路材料、半导体的电接线和内部连线。钨和钨铜合金可用作硅晶片的散热材料。

    钨矿也和我们的生活息息相关的,是制造灯用金属材料中最重要的一种材料。

    虽然中国钨矿资源储量丰富,但是由于黑钨矿富矿多、易开采,资源被大量消耗。所以,加强钨矿节约和保护刻不容缓。

    加强磷石膏综合利用 促进长江经济带高质量发展

    张利珍 张永兴

    磷石膏是硫酸与磷矿反应萃取磷酸生产过程中产生的副产物。目前,全国磷石膏累计堆存量达5亿吨,每年新产生近8000万吨,综合利用率不到40%。在“共抓大保护、不搞大开发”的新形势下,应加快磷石膏固废资源化利用,以降低大量堆存带来的环境和安全风险,促进长江经济带高质量发展。

    磷石膏“堆”不是办法,“用”才是出路。目前,其“用”的主要途径有五个方面——

    一是用于水泥工业,制水泥缓凝剂、硫酸联产水泥。水泥缓凝剂是水泥生产中的添加剂,磷石膏使用量为水泥量的3%~5%。用磷石膏替代天然石膏生产水泥缓凝剂,可有效提高磷石膏的综合利用率。而磷石膏制硫酸联产水泥工艺,在实际生产中难以推广应用。

    二是生产石膏建材制品,其中用磷石膏生产建筑石膏是目前磷石膏应用中最为成熟的方法。将预处理后的磷石膏经过干燥、煅烧、陈化等流程制成建筑石膏,以建筑石膏为原料生产纸面石膏板、纤维石膏板等。

    三是生产化肥,如硫酸铵、硫酸钾。磷石膏制硫酸铵的原理是磷石膏与碳酸铵反应生成硫酸铵,副产碳酸钙,该工艺技术成熟,生产设备通用,工艺条件易于控制,但是生产费用比单独生产尿素和硝酸铵高很多,工业推广价值不高。硫酸钾是一种重要的无氯钾肥,已工业化的方法是两步法,该工艺反应条件温和、能耗低、投资少、产品质量稳定,但是反应过程中钾的转化率不高。

    四是筑路或采空区回填。磷石膏作为一种品质优良的路基填料,在工程建设中使用可不同程度地改善半刚性基层的性能。磷石膏还可用作充填骨料,和黄磷渣胶结重新回填到磷矿山采空区,减少地质灾害。

    五是在农业上用作土壤改良剂。将磷石膏加入氮肥中,可减少氮挥发,提高氮肥利用率;磷石膏中含有钙、磷、硫、镁及有机质等农作物生长所需的营养成分,可用作土壤调理剂来调节土壤酸碱平衡,消除碳酸盐对农作物的毒害,解决土壤盐渍化、土壤缺磷等问题,促进农业高质量发展。

    磷石膏当前以低值化利用为主,制得的磷石膏产品不仅受有限销售半径内的市场容量限制,而且产品的可替代性大,缺乏市场竞争力,导致应用率相对较低。因此,磷石膏的资源化利用,一方面要在磷石膏规模化消纳技术和高值化利用技术的研发上发力,提高消纳能力和产品价值;另一方面要在磷石膏综合利用产品的推广应用上发力,提高大众认可度。这就需要国家相关部委、地方、科研院所联手行动,共同推动磷石膏的综合利用,实现磷化工产业绿色转型发展,为生态文明建设助力。

    全球“钴”事

    王威

    钴是重要的新能源材料,在现代工业发展中有许多不可替代的用途。钴被美国和欧盟列入影响国家和地区安全及未来经济发展的关键矿物和材料清单,也被我国列入战略性矿产目录。那么钴为何如此重要?它在全球的分布情况如何?

    什么是钴

    钴,元素符号Co,银白色铁磁性金属,熔点1493℃,沸点3100℃,密度8.9g/cm3,莫氏硬度5.0~5.5。钴比较硬而脆,是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。自然界中含钴的矿物种类超过百种,钴作为基本元素的矿物种类超过了59种,工业上常见的钴矿物有辉钴矿、硫钴矿、辉砷钴矿、方硫镍钴矿、钴镍黄铁矿以及表生矿物中的水钴矿和杂水钴矿等。我国是世界上最主要的精炼钴生产国和钴消费国之一,但钴矿储量仅占全球总储量的1.1%,钴原料大量依靠进口,2017年钴资源对外依存度高达90%。

    钴矿开采历史

    钴被用于陶瓷和玻璃至少有2600年的历史,古埃及和古罗马及中国唐朝的陶瓷釉料和玻璃制品中就已开始使用钴矿物作为蓝色颜料。钴矿开采从16世纪开始,当时钴矿山主要集中在欧洲,钴矿主要用于生产钴蓝颜料和钴蓝颜料玻璃粉用于陶瓷、玻璃和和绘画。1864年,在法属新喀里多尼亚发现了钴矿,欧洲钴的开采也随之减少。1904年,在加拿大安大略省发现了银钴矿和砷钴矿,并投入生产,使全球钴矿产量大增。1914年在刚果加丹加发现了巨大的铜钴成矿带,1920年其铜钴矿投入生产,从此刚果的钴产量一直居世界首位。

    钴的应用领域

    钴在众多领域得到广泛应用,钴产品主要以化学品和金属的形式应用于电池材料、催化剂、颜料、高温合金、硬质合金、磁性材料等领域。目前,电池行业是消耗钴最多的行业,钴主要用于制备锂离子电池的正极材料。近30年,高温合金、硬质合金、催化剂、颜料、磁性材料等传统行业对钴的需求平稳增长。近年来,钴在电动汽车动力电池的需求迅速增长。基准矿物咨询公司认为,2026年全球电池材料钴用量也将比2017年电池材料用钴量增长4倍以上,达19.5万吨。国际能源署推测,2030年电动车钴需求量将达到29.1万吨 /年。

    全球钴矿资源概述

    钴在地壳中的平均丰度仅为0.0025%,地球上已发现的钴矿物多数为共伴生矿,全球钴产量仅有2%左右产自独立钴矿。根据USGS 2019年统计,全球已探明的陆地钴矿资源量为2500万吨,储量为688万吨。在大西洋、印度洋和太平洋底部发现的超过12000万吨的钴矿资源存在于大洋锰结核和大洋富钴结壳中,目前尚未得到开发利用。全球陆地钴矿资源分布广泛,主要赋存于刚果和赞比亚的沉积型层状铜钴矿床,澳大利亚、古巴、菲律宾、马达加斯加等国的含红土型镍钴矿床,及澳大利亚、加拿大、俄罗斯等国的岩浆型镍-铜硫化物矿床中。尽管钴矿分布广泛,但除了摩洛哥Bou Azzer钴矿是以砷钴矿为主矿产的独立钴矿外,世界其他钴矿均作为铜矿、镍矿等矿产的共伴生矿产出,目前只有刚果、澳大利亚、古巴、加拿大、俄罗斯等少数几个国家的钴矿能在经济上加以利用。

    全球钴矿资源储量和产量

    2018年全球探明的钴矿资源储量为687.5万吨,钴矿产量为13.57万吨。其中刚果金是全球钴矿资源储量最多的国家,也是钴矿产量最高的国家,2018年刚果金的钴矿储量占到全球储量的49.45%,产量占到全球钴矿产量的66.32%,集中度非常高。储量排名第二和第三的国家分别为澳大利亚和古巴,储量占到全球储量的17.45%和7.27%,其他国家的储量都小于5%。钴矿产量排名靠前的国家还有俄罗斯、澳大利亚、古巴,分别仅占全球产量的4.35%、3.61%和3.46%,除了刚果外其他国家的产量占比都很低。

    结语

    钴是重要的新能源材料,也是重要的战略性矿产,美国和欧盟都将钴列入了影响国家和地区安全及未来经济发展的关键矿物和材料清单。独特的物理化学性质使钴成为航空航天、石油化工、玻璃制造及医药领域的重要原材料,在战略性新兴产业发展中发挥着重要作用。并且,按照全球各国新能源汽车发展规划,全球钴矿长期供给面临短缺的可能。

    滨海“宝藏”

    雷晴宇

    椰林、树影、水清、沙白、海滩,几乎是所有人最喜欢的休闲旅行景观。但很少有人知道,世界上很多滨海区域蕴藏着很多宝贵的矿产资源,比如锆、钛、砂资源。

    砂矿,主要来源于陆上的岩矿碎屑,经河流、海水(包括海流与潮汐)、冰川和风的搬运与分选,最后在海滨或陆架区的最宜地段沉积富集而成。锆钛砂就是钛铁矿石与锆英石、金红石与独居石等共生复合型砂矿。

    锆钛矿属于稀缺资源,由于锆、钛特殊的金属特性,被广泛应用于精益铸造、高级耐火材料、航空航天等行业,许多国家将其列为战略资源。

    地壳中大部分锆呈分散状态存在于许多矿物中,已知含锆的独立矿物有38种,锆英石(ZrSiO4)和斜锆石(ZrO2)是主要的具有工业价值的含锆矿物。锆英石主要赋存于海滨砂矿中,是世界冶炼金属锆的主要来源。斜锆石主要产于碱性火成岩中,与霞石、霓石、磷灰石、萤石等共生。

    全球锆资源储量约7400万吨(ZrSiO4),主要分布在澳大利亚和南非,分别占全球储量的63%和19%,此外,印度、莫桑比克、中国和美国等国家也有部分储量。

    中国锆资源储量50万吨,占全球储量不足1%,能够开发利用的锆石砂矿主要集中在以海南文昌为代表的东南沿海地区,其中海南的锆石砂矿储量占全国砂矿总储量的67%,占全国锆资源储量的19%,是国内目前惟一能被开采利用的滨海砂矿。中国作为全球第一大锆资源消费国,对锆的需求占比高达52%。然而,中国锆资源十分有限,锆英砂对外依存度长期维持在90%以上,进口最大来源国是澳大利亚。

    金属钛作为重要工业战略资源,广泛应用于航空、航天、石油、化工、电力等领域,被称为“现代金属”“太空金属”“战略金属”,是现代工业和尖端科技不可或缺的金属原料。钛工业产业链有两条不同的分支,第一条是钛白粉工业,即钛铁矿→钛白粉,用于涂料、塑料和造纸等行业;第二条是钛材工业,即钛铁矿→海绵钛→钛锭→钛材,用于航空航天等领域。

    中国钛矿资源丰富,但多为伴生矿,品位不高,钛精矿进口量呈逐年上升趋势,目前钛精矿对外依存度超过了30%。

    目前,全球开发利用的钛矿资源主要为钛铁矿、金红石,以钛铁矿为主。澳大利亚在全球钛铁矿和金红石储量分布中占比均居首位,中国钛资源总量丰富,但钛铁矿多,金红石矿少。

    澳大利亚是世界最大的钛生产国和出口国,储量居世界首位。由于澳大利亚的钛矿资源主要位于或靠近海岸,国家土地分配的其他用途导致澳大利亚约有19%的钛铁矿和26%的金红石资源是不可用的。

    综合来讲,中国国内锆钛资源有限,而需求量在不断增大,以每年6%的速度增长,国内每年锆、钛矿进口需求量分别达到90%和70%。

    在高端化工、航空航天、船舶和电力等行业需求带动下,近年来我国钛行业需求总体呈现上升趋势。因此,实施钛矿资源全球配置战略是保证中国钛矿资源可持续供给的重要途径。

    近年来,中资企业持续加大对澳大利亚、莫桑比克等境外锆钛资源勘查开发力度,这对我国实施资源保障多元化战略,积极参与全球矿产资源配置,拓展境外资源利用的空间和能力,同时加强矿产资源储备意义重大。

     

    助力生态文明 做好资源综合利用文章

    经单位推荐、形式审查、初评、终评程序,中国地质学会2024年度地质科技重要进展和地质找矿重大成果近日在京揭晓。

    中国矿业报7月23日三版原文

    2024年度地质科技重要进展(10项)分别是:我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号正式入列,揭示南极冰盖驱动全球气候重大转型的机制,科技创新引领我国锂稀土等战略新兴矿产取得找矿新突破,青藏高原中部非均匀地壳变形演化及其大型断裂带的控制作用,新构造流体耦合成矿原创理论指导发现泾川超大型铀矿,二连盆地砂岩型铀矿理论技术重大创新和资源突破,华北赋煤区甲烷开采-防灾-减排一体化理论技术创新及应用,四川盆地超深层天然气富集成藏理论与大气区评价,超浅层勘探理论技术创新推动发现全球首个超深水超浅层千亿方大气田,拉轨岗日热隆伸展带中部首次探获高温地热资源。

    2024年度地质找矿重大成果(10项)分别是:黑龙江省嫩江市铜山铜矿深部隐伏矿体勘查探获超大型单体铜矿,山东省齐河-禹城超深覆盖区发现亿吨级富铁矿资源,东天山卡瓦布拉克-星星峡成矿带发现尾亚大型含磷钒钛磁铁矿床,白云鄂博碳酸岩型铁-稀土-铌矿床勘查理论技术创新与找矿突破,离子吸附型重稀土成矿理论与找矿模型指导赣南某地区重稀土找矿重大突破,四川省马尔康市党坝矿区探明超大型锂矿床,广西大厂矿田巴力-龙头山矿区锡多金属矿找矿重大突破,鄂尔多斯盆地北部探获白垩系首个特大型砂岩铀矿床,内蒙古自治区杭锦旗塔然高勒矿区探明超大型煤炭资源,鄂尔多斯盆地大吉区块探明世界级首个超大型深层煤层(岩)气田。

    中国地质学会自2007年开始组织十大地质科技进展和十大地质找矿成果评选活动,通过遴选在地质科技与地质找矿工作中做出突出业绩和重大贡献的成果,树立地质科技工作和地质找矿的先进典范,激励地勘行业学习先进,开拓创新,积极投身新一轮找矿突破战略行动,为推动我国地质事业的发展贡献力量。

    中国地质学会二〇二四年度地质科技重要进展和地质找...

    第49个世界地球日的主题是“珍惜自然资源 呵护美丽国土—讲好我们的地球故事”,为配合科普活动周宣传活动的开展,引导社会大众树立“绿水青山就是金山银山”和“人与自然和谐共生”的理念,中国地质调查局地质研究所积极履行社会公益责任,于2018年4月26日和27日两天免费开放,向公众宣传普及地球科学相关知识。

    科普活动分别在国家科技资源共享服务平台(原“国家科技基础条件平台”)北京离子探针中心和地质所本部举行。4月26日上午,北京离子探针中心北清路生命科学园实验研究基地迎来了前来参观交流的北京大学地球与空间科学学院、中国地质大学(北京)地球科学与资源学院、地球物理学院的本科生、研究生一行20多人。来地质所本部参观的是北京北锣鼓巷小学六年级的学生和老师,共39人。

    在离子探针中心,车晓超助理研究员向同学们作了一场题为“月球雨海纪年代学研究”的科普讲座,借助内容丰富、观赏性极强的多媒体演示,从月球起源、撞击物质来源、雨海纪晚期大轰炸事件等几个方面给大家介绍了月球年代学研究的意义和最新成果。然后在范润龙高级工程师、包泽民助理研究员、王培智助理研究员等的讲解下,大家参观了北京离子探针中心的两台核心仪器—“高灵敏度、高分辨率二次离子探针质谱计(SHRIMP)”和飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)自主研发平台。最后颉颃强副研究员作为讲解员,引导大家参观了收藏大量珍稀样品的小型陈列室。

    在地质所本部,科普活动分为四个环节展开。首先是地质题材展板展出,薛怀民研究员、童英研究员等把枯燥且专业性极强的岩浆、岩浆作用和岩浆物质同我们的日常生活联系在一起,引起了师生们很大的兴趣;刘勇助理研究员通过展板向师生们展示了地质人的野外生活。随后姬书安研究员作了一场题为“恐龙的生活习性是如何恢复的”的科普讲座,他从什么是恐龙、恐龙化石的发现、恐龙形态和习性的恢复、鸟与恐龙的关系等方面,图文并茂、深入浅出地为北锣鼓巷小学师生上了一堂生动的古生物课,并就恐龙的知识开展了趣味问答。管烨研究员则借助于三维视频,给大家科普了如何使用三维的方法揭示地球的奥秘。最后,旷红伟教授和董汉文副研究员分别给大家讲述了地质所陈列的蓟县剖面典型岩石和来自地球上地幔的岩石的故事。

    整个活动中,科研人员和三个学校师生间开展了密切的交流和互动,讲解人员耐心细致地回答了师生们提出的问题。通过本次科普活动,同学们学习到了地质年代学和地层古生物学的知识,对地球科学有了进一步的认识,激发了大家爱护地球家园、保护自然环境的意识和责任感。

    地质所在第49个世界地球日科普活动周向公众开放

    天然成因金刚石一般产自于金伯利岩筒、钾镁煌斑岩、蛇绿岩体中,少量形成于陨石撞击。金刚石的碳稳定同位素能为它们的生长过程提供关键线索,能够示踪地幔物质循环,尤其是深部碳循环过程。目前金刚石微区碳同位素分析主要仪器设备(纳米)离子探针造价高,且对制样要求较高,迫切需要开发一种快速、准确、高效的测试方法。

    近期,中国地质科学院地质研究所开展激光剥蚀多接收器质谱法(LA-MC-ICP-MS)技术攻关,评估使用LA-MC-ICP-MS测定金刚石碳同位素可行性,取得了系列新认识。一是评估了激光参数对碳同位素分析的影响。按梯度调整激光参数,当信噪比优于4,可以获得跟离子探针类似的精度;采用合金制靶而非环氧树脂,可以有效降低碳的背景值,从而提升信噪比。二是揭示了基体效应的产生机制:通过对ICP中12C+13C/12C和40Ar3+进行了高空间分辨率耦合成像研究,阐明了40Ar3+的离子化动力学,获得了元素之间互相影响电离(基体效应)的直接证据,核素电离过程的相互影响导致元素和同位素分馏,这是产生基体效应的机制之一(图1)。三是确定了ICP中碳同位素分析的最稳定区域以便于高精度碳同位素分析。四是验证了LA-MC-ICP-MS方法的可靠性:对两种金刚石(天然金刚石(D-N-1)和合成金刚石(D-HTHP))分别使用多种技术手段进行了测量,既标定了标样也验证了该方法的可靠性,尽管空间分辨率略逊于(纳米)离子探针,但充分表明LA-MC-ICP-MS是一种快速、精确、准确的金刚石碳同位素分析方法。

    本研究通过样品制备工艺的改进、等离子体性质研究、标样研制等工作,揭示了基体效应的形成机制,评估了使用LA-MC-ICP-MS测试碳同位素的可行性,建立了金刚石激光微区碳同位素分析方法,为后续基体效应的深入研究和其它碳酸盐碳同位素分析方法研发奠定基础。该项技术已成功为珠宝鉴定行业区分出十余种人工合成及天然金刚石,并且已经为地质所深部碳循环等课题组提供了技术支撑。

    图1 等离子体中元素同位素分布(Neptune Plus)

    金刚石激光微区碳同位素分析方法取得新认识

    1月14日上午,法国驻华使馆文化教育合作处科技专员 Xavier ANTOINE 和 Hélène BERGES 一行三人访问了中国地质科学院地质研究所。

    中国地质科学院地质研究所副所长向来访外宾介绍了地质所的最新发展动态及中法学术交流与合作的现状,希望借助法国使馆的支持,扩大合作范围,创新合作模式。随后,法国驻华使馆文化教育合作处面向地质所科研人员和研究生进行了中法科技合作的宣讲,包括法国使馆支持的中法科技合作项目及留学生交流计划。Xavier ANTOINE 表示,中法两国在地学研究领域实力雄厚,希望通过加强合作取得更多成果。法国使馆愿通过“蔡元培科研课题计划”和“中法科研伙伴交流计划”等项目,资助双方科研人员、青年学者和研究生的互访。宣讲结束后,外宾参观了位于地质所京区基地的自然资源部大陆动力学重点实验室和北京离子探针中心。

     法国驻华使馆文化教育合作处参观地质所实验室

    法国驻华使馆文化教育合作处代表一行访问地质所

    2024年度中国国际前寒武纪研究中心(IPRCC)国际讲座“地质历史时期的花岗岩”于10月11-13日成功在北京离子探针中心实验举办。本次讲座采用线上线下相结合的方式,对全国地学界同仁免费开放。

    本次讲座特邀请两位国际著名地质学家澳大利亚科廷大学的William (Bill) Collins教授、西班牙格拉纳达大学的Fernando Bea教授以及中国科学院地质与地球物理研究所吴福元院士和南京大学葛荣峰教授担任主讲。William (Bill) Collins教授对花岗岩的研究进展做了全面介绍,包括部分熔融过程中的分异以及水的作用、岛弧系统岩石学面临的困境以及解决方法、元古宙AMCG岩套的野外、镜下及地球化学元素特征、非造山作用花岗岩以及科迪勒拉花岗岩。Fernando Bea教授对花岗岩的基本类型及分类方法做了详细的讲解,此外还讲解了花岗岩中副矿物的研究意义和研究方法、花岗岩岩浆房中的结晶分异过程、与花岗岩相关的两种特殊岩石类型、欧洲西部华力西碰撞型花岗岩的特征和意义、地壳深熔过程中锆石的异常行为以及年代学数据解读。吴福元院士对喜马拉雅淡色花岗岩的分布、成因以及相关的成矿作用做了详细的解读。葛荣峰教授对地球早期TTG的岩石地球化学特征、成因以及构造环境进行了讲解,并解探索了太古宙之后TTG不再广泛产出的原因,最后还介绍了目前中国已经发现的TTG岩石特征和时空分布以及地球化学特征。中国国际前寒武纪研究中心核心成员Simon Wilde教授、万渝生研究员、魏春景教授和贺振宇教授等也参加了此次讲座并讨论答疑。

    三天讲座过程中,共有超过200位来自全国各地的在校学生、年轻地质学家和老一辈地质学家通过线上或线下的方式参加了本次讲座,并与主讲专家就地质历史时期的花岗岩相关研究内容和方法以及未来研究方向等方面展开了热烈的讨论。同时,知名地学新媒体平台--“地学之家”视频号对本次讲座进行实时转播,日最高访问量超过2000人次。

    IPRCC国际学术讲座最早始于2010年,迄今已举办了16次,其目的是让中国的年轻地质人才和致力于地质学研究的学生更好地了解现代地质学研究中,特别是前寒武纪地质学领域的最前沿的研究进展,同时也为中外地质学家进一步加深国际合作提供良好的契机。该系列讲座已成为国内知名的学术讲座品牌,吸引着众多在校学生以及年轻地质学家。

    讲座现场

    William Collins教授授课

    Fernando Bea教授授课

    吴福元院士授课

    葛荣峰教授授课

    讲座讨论答疑环节

    参加讲座的师生合影

     
     
    中国国际前寒武纪研究中心(IPRCC)2024年度国际学术...

    近日,中国地质科学院地质研究所李广旭博士后及其合作导师曾令森研究员等,对西藏南部冈底斯岩基东段朗县杂岩内出露的钠质煌斑岩开展了年代学、岩石学、全岩地球化学和同位素组成的系统分析和研究,揭示了钠质煌斑岩的成因及其动力学过程,取得重要成果。

    大陆岩石圈的持续俯冲也会导致俯冲板片的脱水和熔融。俯冲的碳酸盐物质熔融可以释放碳酸盐熔体,引发上覆岩石圈地幔的部分熔融,形成不同类型的碱性和钙碱性岩浆岩。煌斑岩是特殊的幔源岩浆岩,其成因往往与交代富集的岩石圈地幔有关,成为示踪深部物质组成和深部动力学过程的重要载体。钠质煌斑岩出露较少,研究程度低,导致其钠质属性的成因机制尚不清楚。由于不同性质和不同来源的交代介质会造成岩石圈地幔的富集特征和矿物组成的差异,需要进一步验证钠质煌斑岩的钠质属性或成因机制是否与交代介质的不同有关。

    研究取得了以下主要认识:一是朗县地区出露一套近南北向展布的基性岩脉,其矿物组成和地球化学特征表明该基性岩脉为钠质煌斑岩。该钠质煌斑岩主要由角闪石斑晶和斜长石(钠长石)基质组成(图1),具有较高的CaO和Na2O含量,但K2O含量低,因此Na2O/K2O比值异常高(>2.3,最高为68.1);具有明显的Nb–Ta–Zr–Hf–Ti负异常;强烈富集轻稀土元素和大离子亲石元素。

    二是朗县钠质煌斑岩侵位于始新世晚期(36.9 ± 0.3 Ma),是碳酸盐熔体交代作用形成的交代富集地幔部分熔融的结果。朗县煌斑岩的同位素组成(全岩Sr-Nd-Pb和锆石Hf同位素)明显不同于冈底斯岩基中-新生代的岩浆岩,尤其是更年轻(< 30 Ma)的钾质-超钾质岩石(图2),这意味朗县煌斑岩具有不同的岩浆源区。进一步的研究表明来源于交代富集的岩石圈地幔,其富集特征是由俯冲的印度大陆地壳来源的碳酸盐熔体交代作用造成的。

    三是朗县钠质煌斑岩的钠质属性与碳酸盐熔体的交代作用和源区矿物组成有关。朗县煌斑岩中大量的碳酸盐矿物(方解石)是原生的(图1)。异常低的Rb/Sr和Dy/Yb比值,同时具有较高的Ba/Rb比值,表明朗县煌斑岩是在石榴子石相二辉橄榄岩稳定域内由含角闪石的橄榄岩低程度部分熔融形成的。

    四是煌斑岩的侵位可能与印度-亚洲大陆后碰撞背景下增厚下地壳(约75 km)的局部拆沉引起的东西向伸展作用有关。

    图1朗县钠质煌斑岩的野外照片(a-c)、显微照片(d-f)和背散射照片(g-l)

    图2朗县煌斑岩的锆石Hf和全岩Sr-Nd-Pb同位素特征

    该研究在岩相学基础上,通过与钾质煌斑岩全岩元素和同位素组成的系统对比,揭示了钠质煌斑岩的钠质属性与碳酸盐熔体的交代作用有关,为理解后碰撞深部动力学过程和解译冈底斯岩基的岩石圈地幔的演化历史提供了新的启示。

    该研究得到国家自然科学基金(92055202)、第二次青藏高原科学考察与研究计划项目(2019QZKK0702)和中国地质调查项目(DD20221630和DD20221817)的联合资助。相关成果发表在国际著名地学期刊《Geological Society of America Bulletin》上。

     
    地质所李广旭、曾令森等研究员对钠质煌斑岩与碳酸盐...

    在财政部的大力支持下,自然资源部中国地质调查局在云南省红河地区发现超大规模离子吸附型稀土矿,潜在资源达115万吨,其中,镨钕镝铽等关键稀土元素超过47万吨,这是1969年在江西首次发现离子吸附型稀土矿以后,我国离子吸附型稀土找矿的又一重大突破,有望成为中国最大的中重稀土矿床,对夯实我国稀土资源优势、完善稀土产业链具有重要意义,进一步巩固了我国在中重稀土资源领域的战略优势。 

    本次发现的离子吸附型稀土矿主要为中重稀土矿。我国轻稀土资源丰富,主要分布在内蒙古白云鄂博和四川牦牛坪等地,但中重稀土资源较为稀缺,应用领域更加广泛,是电动汽车、新能源、国防安全等必不可少关键原材料,是发展高新技术产业的关键金属。

    中国地质调查局将地质调查与科学研究相结合,通过10余年工作建立了全国地球化学基准网,获取海量地球化学数据,取得找矿理论与勘查技术重要突破,填补了离子吸附型稀土矿地球化学勘查技术空白,建立了快速、精准、绿色勘查技术体系,对我国其他中重稀土富集区实现找矿快速突破具有重要借鉴意义。

     

    我国在云南新发现超大规模稀土矿

    6月13日,斯洛文尼亚高等教育、科学和创新部欧洲事务与国际合作司司长蒂娜•乌加(Tina Vuga)一行及科技部国际合作司相关领导到中国地质科学院地质研究所(以下简称“地质所”)进行座谈并参观北京离子探针中心。

    地质所举办欢迎座谈会,北京离子探针中心副主任针对北京离子探针中心的历史和运行情况进行介绍。随后,车晓超副研究员报告了近期离子探针中心针对嫦娥五号月球样品及行星科学研究取得的部分成果,龙涛研究员介绍了大型质谱仪器研发情况。

    斯洛文尼亚代表团还参观了嫦娥五号月球样品存储实验室、原子探针(APT)和离子探针(SHRIMP)实验室及配套设施。

     

     
    斯洛文尼亚高等教育、科学和创新部代表团访问地质所

    党的二十大报告提出,必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。近期召开的全国生态环境保护大会提出,以高品质生态环境支撑高品质发展,加快推进人与自然和谐共生的现代化。

    如何实现人与自然和谐共生的现代化?在守护绿水青山的N种方式中,科技创新的力量最不可或缺。

    为深入贯彻落实习近平生态文明思想,践行“山水林田湖草沙生命共同体”理念,近年来,国家地质实验测试中心充分发挥自身优势,立足于地学,针对矿山、农田、场地等水土污染与生态环境损毁,创建地球化学工程生态修复技术体系,建立一系列应用示范,取得了重要进展和成果。

    以地学方案解决赣南稀土矿山生态问题

    江西赣州是我国优势矿种离子吸附型稀土矿床的发源地,素有“稀土王国”之称。经历50余年的开发,赣南稀土矿山在为新中国建设立下汗马功劳的同时,对生态环境造成了破坏。

    据了解,赣南稀土开采经历了池浸、堆浸、原地浸提全过程,具有稀土矿区生态问题的典型代表性。江西赣州离子型稀土矿集区位于“南岭丘陵山地带”,有多条重要水系的源头,生态破坏可能影响周边乃至华东、华中、华南地区,生态安全战略意义重大。

    矿山生态修复是生态保护修复的重要内容。科研人员深刻地认识到,矿山生态修复绝不仅仅是复原受损地形、简单绿化,而是必须因地制宜、治标更治本。

    以形成典型生态问题的绿色解决方案为目标,2012年以来,研究团队依托“全国矿山地质环境综合调查与评价(国家地质实验测试中心)”项目以及“矿区土壤生态功能恢复技术”课题,分别在世界离子型稀土矿首发地及开采地赣南足洞废弃矿山及定南岭北矿区进行调查评价、修复技术研发与应用示范。

    针对离子型稀土矿开采后存在的典型生态问题,研究团队建立了障碍度评价模型,分析功能恢复障碍因子;研发了天然黏土矿物材料、复合生物炭材料、生物地毯材料、微生物菌剂材料等一系列土壤改良材料;提供了一套复配型保水保肥材料及三类分区植物配置模式;系统梳理总结了矿山生态修复经验技术,创新研发了稀土矿区土壤原位改良的“天然黏土矿物土壤重构-植被配置技术”“稀土矿区蓝莓修复技术”和“地球化学工程+生态袋柔性结构技术”等系列技术,形成了一套土壤改良、植被配置与土地增值开发为一体的综合修复技术;提出了适用于花岗岩发育区的废弃稀土矿山土壤-植被生态修复的地学综合解决方案。

    研究团队2014年在足洞废弃稀土矿山原地浸矿场建立了废弃稀土矿山生态修复综合示范基地,长期进行修复技术应用和科学研究。2021年,研究团队在定南县岭北废弃稀土矿山堆浸场地开展植被复绿,以及中草药和经果林种植示范,植被覆盖度达到75%以上,经果林亩均收入超过3000元。目前,足洞废弃稀土矿山生态修复综合示范基地已成为自然资源部助力赣州乡村振兴的一个“示范窗口”。定南岭北矿区把矿山综合治理和生态循环农业相结合,打造了废弃矿山治理的定南样板,为我国南方离子型稀土矿区构建绿色种养循环农业提供了经验参考。

    废弃稀土矿山修复前后对比图

    “修复后,矿区水土流失率从85%降至10%,氨氮污染程度平均下降10%,土壤有机质含量提高21%以上,植被覆盖率提高90%。与传统修复方法相比,修复成本降低了30%至50%。修复后,矿区土壤肥力由最低肥力提高至中等肥力水平,示范基地种植的高附加值的经济作物蓝莓亩产1500斤,每亩经济收入约3.5万元至5.0万元。经多年跟踪检测,蓝莓果实中有害元素含量远低于国家标准,且富含有益人体健康的多种营养元素。”科研人员用数字证明,相关成果在实现生态效益的同时,为当地生态修复产业发展和乡村振兴带来了新希望。

    对于下一步工作,科研人员表示,将开展不同类型稀土矿山生态修复技术攻关,建设南方离子型稀土矿生态修复示范区的“赣州样板”,进一步加强废弃稀土矿山增值利用技术在江西、广东、广西等地的推广应用。

    以改良技术助力张北盐碱地增产增收

    盐碱化被称为土地的“顽疾”。“春天白茫茫,夏天雨汪汪,十年九不收,糠菜半年粮”,一首民谣道出了盐碱地上种粮之难。我国盐碱地多,开发潜力大。破解盐碱地综合利用这个战略问题必须发挥科技创新的关键作用。

    2020年至2022年,国家地质实验测试中心在北京市西城区政府对口帮扶县——张北县组织开展了700平方千米的生态地质调查,取得明显成效。调查发现,张北地处北方干旱半干旱气候区,区内年均降水量300毫米,年均蒸发量1850毫米,蒸发量是降水量的6倍左右,加之季节性河流的多次丰枯,快速交替,表层土壤的水盐迁移运动以上运行为主,使得浅层土壤中盐碱离子无法随水淋滤进入深层土壤而富集于地表,是区域土壤盐渍化形成的重要诱因。

    针对张北地区土壤盐碱化特点,科研团队研究提出“根系微障-生物质炭”生态保护修复方案,在保水保肥、提高地力、“以肥代药”等方面效果显著。

    改良耕地与周边盐渍化耕地对比

    改良后作物

    所谓“根系微障-生物质炭”生态保护修复方案,是研究团队运用2018年自主研发的在重金属污染稻田改善土壤微环境取得显著效果的“根系微地球化学障”技术理念,针对张北盐碱地高盐、高碱、有机质与养分含量较低、质地疏松等问题,研发具有高有机质含量、高比表面积等特征的生物炭-天然矿物复合材料,在播种时期随种子和种肥施入作物根系土壤,通过构建“微型屏障”有效降低土壤pH值、提升土壤肥力、限制盐分在土壤-作物系统中的迁移转化、为微生物扩展生存空间,实现盐碱地“重茬”问题低成本、高效治理。

    据介绍,通过调查、研究和应用,实验测试中心与北京市西城区政府、河北省张北县人民政府和张北厚道养生盐碱地种植公司联合建立了张北盐碱地改良应用示范基地——生态修复示范基地,示范面积1100余亩,成功实现了盐碱土地改良。通过种植藜麦、甜菜、油莎豆等高附加值作物,产量产值均有明显提升,每亩增收均超过千元。张北县人民政府认为“系列成果为该县构筑现代农业体系、打赢脱贫攻坚战、推动乡村振兴战略实施等提供了强大助力。”2023年5月27日,河北省委书记、省人大常委会主任倪岳峰在该基地视察调研时强调,要进一步扩大盐碱地改造规模,提高盐碱地综合利用效率,把开展盐碱地综合利用摆上重要位置,充分发挥科技创新的关键作用,加大盐碱地改造提升力度。据了解,下一步,研究团队将在扩大张北地区盐碱地改造提升规模的同时,加大不同类型盐碱地改良和综合利用科技攻关力度,提出“品种-农艺-工程-产业”一体化盐碱地综合利用解决方案,为我国开展大面积盐碱地改造提供可借鉴的示范样板,服务国家粮食安全战略。

    以初心和使命做美丽中国建设者

    除了上述两处亮点,国家地质实验测试中心从20世纪90年代初即开始环境地球化学与生态保护修复研究,主持相关项目20余项,积累了丰富的经验。特别是在我国全面推进生态文明建设以来,国家地质实验测试中心承担了一系列有关生态环境修复的项目,开展生态修复技术研发与示范,并获得了令人瞩目的成绩:

    ——在江西德兴铜矿源头开展工作,将微生物技术应用到酸性矿山废水治理工作中,在保证处理效果的同时,考虑修复治理成本为企业增加收入,改善修复工艺,研发修复装置,取得了良好的效果;

    ——在江西赣州市,开展在产农田重金属污染修复工作,首创性提出“根系地球化学障”修复模式和技术,使稻米中镉去除率超过80%,显著降低修复参与人员的劳动强度和修复成本;

    ——在湖南湘潭,针对化工场地多重金属-有机污染物的复合污染土壤问题,提出了电动化-稳定化修复技术,为复合污染场地修复和复垦提供了经济高效的新型技术方法;

    ——在云南安宁,采用多层次植被搭配技术建立生态恢复示范区,实现矿山采空区植被快速恢复,实时监测生态参数,调整植被养护方案……

    纤纤不绝林薄成,涓涓不止江河生。

    随着一个个项目的实施、一项项新技术和材料的研发和应用,越来越多的成果从实验变成示范,把“白茫茫”变成“绿油油”,把满目疮痍变成绿意融融,把寸草不生变成姹紫嫣红。

    “其实,除了我们的技术支撑,这些成绩的取得也来自各方的支持和配合。”研究团队成员举例说,2020年“全国矿山地质环境综合调查评价”项目野外工作任务重、时间紧,项目组临时党支部积极与当地党支部对接,通过党建活动建立了良好的互助合作关系。赣南地质调查大队(现更名为:江西省地质局第七地质大队)第一时间派出10余名专业技术人员支援项目开展野外调查、取样等工作,并提供样品存放和加工场地。在赣州红色热土工作期间,项目组成员在不断提升业务水平的同时,收获了更多的精神财富,秉持理想信念、坚守初心使命、敢于担当作为。

    生态修复工作常常要面对恶劣的环境、艰苦的条件、棘手的问题,但当被问及如何面对与克服这些困难时,团队成员用朴素的话语道出了他们十足的信心和决心——“乐在其中,我们就是想把生态修复的文章写在祖国大地上。”

    生态修复,非一日之功。期待,在新时代新征程上,他们继续以科技创新为笔,为建设美丽中国书写高质量发展的“绿色答卷”。

    把生态修复文章写在祖国大地上
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