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我科学家在铜矿中发现两种新矿物

2023-03-20 09:20:57 | 来源: 科技日报 | 责编: 陈晨
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  矿物是具有稳定的相界面和结晶习性的天然化合物,拥有特定的化学组成。长期以来,人类文明的发展演变离不开对矿物的利用,社会生产水平的升级迭代也与新种类矿物的发现关联颇深。

  近日,经国际矿物学学会新矿物命名与分类专业委员会(以下简称委员会)审查、投票,西北大学地质学系、大陆动力学国家重点实验室副教授刘鹏与中国地质大学(北京)李国武教授团队等合作者申请的两种新矿物——毓川碳钇矿和文兰钒钇矿均通过认定。

  为进一步了解两种新矿物的特征,以及其被发现和认定的历程,科技日报记者采访了刘鹏副教授。

  都属于较为罕见的重稀土矿物

  “毓川碳钇矿是一种罕见的含水碳酸盐重稀土矿物,以我国著名矿床地质与矿产勘查学家、中国工程院陈毓川院士的名字命名。”刘鹏对记者表示,“而文兰钒钇矿则是我们此前发现的景文矿的富钒端元,属于景文矿的类质同象端元矿物,也是一种重稀土矿物。以我国电子探针分析专家、南京大学地球科学与工程学院张文兰教授的名字命名。”

  据悉,研究人员往往把稀土类元素分为轻、重两组。两组的分法以钆为界,钆以前的镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕7个元素为轻稀土元素;而钆及钆以后的铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇9个元素为重稀土元素。含有轻稀土元素的矿物被称为轻稀土矿物,含有重稀土元素的矿物则被称为重稀土矿物。“一般来说,重稀土矿物比轻稀土矿物更罕见,可利用价值也更高,在航空航天等高科技产业领域用途广泛,是光学器材和永磁材料重要生产原料。”刘鹏介绍。

  景文矿是刘鹏等研究人员在2021年发现的一种新矿物,也是自然界首次发现的含重稀土和钒的硅酸盐矿物。此次新发现的文兰钒钇矿与此前发现的景文矿可谓是密不可分,二者互为类质同象端元矿物。通常情况类质同象具有相同晶体结构,但文兰钒钇矿与景文矿却具有不同的晶体结构,这一发现对于晶体结构学具有重要意义。“通俗地说,文兰钒钇矿与景文矿是‘双胞胎兄弟’,但长相和身高却差别很大。”刘鹏说。

  是矿物学基础研究的重要进展

  显然,新矿物不可能自己“走”到科研人员面前。对于新矿物的发现和认定,需要付出辛苦的汗水与专业的实践。“此次新发现的两种矿物,都是我们在广东省梅州市的玉水铜矿发现的。”刘鹏说,“在矿区的调查工作是辛苦的,历经了很长的时间。但显然我们的付出得到了回报。”

  在玉水铜矿调查时,刘鹏及合作者偶然发现,这里下石炭统(时期)的红色砂岩中存在很多重稀土矿物。这引起了他们的兴趣。通过详细的资料查阅和数据比对,刘鹏及合作者发现当地玉水铜矿中的重稀土含量较高,显然此前的发现并非偶然。在搜集、提取了多个玉水铜矿的样本之后,他们进一步对样本进行了分析。分析结果表明,样本中的稀土矿不符合任何已知矿物的定义。“这表明,我们成功发现了新矿物。”刘鹏说。

  仅仅发现新矿物显然是不够的,要成功通过委员会的认定,还需要复杂的鉴定过程。为鉴定两种新矿物,刘鹏与合作者利用了电子探针技术、双聚焦离子束与透射电镜技术等先进的鉴定技术,历经了多次的反复操作,克服重重困难与挑战,终于成功完成了鉴定,并最终通过了委员会的认定。

  截至目前,全球共发现的矿物数量约5900个,我国科学家发现的矿物数量约180个。此次新矿物的发现不仅是矿物学基础研究的重要进展,也是我国新矿物发现、利用上的重要突破。“特别需要指出的是,此次我们新发现的两种重稀土矿物相比大多数离子吸附型的重稀土矿物,利用起来更为环保,成本也更低,但需要进一步查明这种稀土矿物的数量及存在的普遍性。” 刘鹏表示,“下一步,我们将进一步发掘新矿物的科研和利用价值,为扩展我国华南地区重稀土资源,启发重稀土材料的未来应用贡献力量。”

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