繪制戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源“基因圖譜”
剛剛啟動的“戰(zhàn)略性礦產(chǎn)巖礦分析測試技術(shù)和標準體系”國家重點研發(fā)項目，將實現(xiàn)復(fù)雜基體中多元素同時分析測試，厘清超低含量元素賦存狀態(tài)，并建立野外現(xiàn)場實驗測試平臺——
繪制戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源“基因圖譜”
戰(zhàn)略性礦產(chǎn)是保障國家經(jīng)濟安全、國防安全和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性資源。由于多數(shù)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源具有不可再生性和地理分布的極度不均衡性，目前全球主要經(jīng)濟體已經(jīng)開始重新審查和評估其供應(yīng)狀況，并制定相應(yīng)的全球資源戰(zhàn)略。
《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二○三五年遠景目標的建議》明確提出，保障能源和戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源安全，將戰(zhàn)略性礦產(chǎn)安全保障納入國家安全戰(zhàn)略中。而目前的情況是，我國多數(shù)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源家底不清。特別是稀有、稀土、稀散礦產(chǎn)，往往由于與大宗礦產(chǎn)共伴生、成分復(fù)雜、豐度低，為資源勘查開發(fā)帶來巨大挑戰(zhàn)。
在礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)中，巖礦分析測試作為獲取礦石成分和元素分布的一項關(guān)鍵技術(shù)，被稱作找礦中的“偵察兵”。針對新形勢下戰(zhàn)略性礦產(chǎn)勘查開發(fā)對分析測試技術(shù)的需求，瞄準戰(zhàn)略性礦產(chǎn)勘查開發(fā)分析測試技術(shù)難題，中國地質(zhì)調(diào)查局國家地質(zhì)實驗測試中心（以下簡稱“實驗測試中心”）聯(lián)合9家單位申報了“戰(zhàn)略性礦產(chǎn)巖礦分析測試技術(shù)和標準體系”國家重點研發(fā)項目。3月23日，該項目在北京正式啟動實施。
面對戰(zhàn)略性礦產(chǎn)勘查開發(fā)新需求，目前的分析測試方法還不能完整、準確、及時地提供樣品成分信息
戰(zhàn)略性礦產(chǎn)成礦復(fù)雜，很多戰(zhàn)略性礦產(chǎn)與大宗礦產(chǎn)伴生產(chǎn)出。如：錸往往與銅鉬礦伴生，銦與鉛鋅礦伴生，鍺、鎵等與煤伴生。還有一些戰(zhàn)略性礦產(chǎn)元素具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)和富集機理，常常共生產(chǎn)出，如：稀土元素，鈮、鉭等稀有元素等。
戰(zhàn)略性礦產(chǎn)勘查開發(fā)的新需求，要求分析方法必須具備同時、精準分析多種元素的能力，才能完整、準確、及時地提供樣品的元素成分信息?！岸壳艾F(xiàn)有的測試技術(shù)和標準體系，存在著稀有稀散測不‘好’、勘查樣品測不快、賦存狀態(tài)厘不清、質(zhì)控手段不完善等方面的問題。” “戰(zhàn)略性礦產(chǎn)巖礦分析測試技術(shù)和標準體系”項目負責(zé)人說。
項目負責(zé)人進一步解釋，首先是稀有、稀散元素測不“好”。這主要表現(xiàn)在現(xiàn)有檢測技術(shù)的精準度和檢出限不夠，以及不能實現(xiàn)對復(fù)雜基體礦石中多元素的同時測定。
導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是多方面的：一是元素含量差異大。比如鍺、銦、鎵、錸等稀散元素，多伴生于閃鋅礦、鋁土礦和輝鉬礦中，其含量與主成礦元素的含量相比要低3～6個數(shù)量級，在測試過程中往往受主成礦元素的嚴重干擾而難以實現(xiàn)準確測定。二是傳統(tǒng)測試方法采用酸堿試劑對樣品進行熔融，易造成較高的測試空白值，導(dǎo)致檢測限不能滿足研究需求。三是采用常規(guī)的比色法或原子吸收法進行測定，一個流程只能測試一種元素，易導(dǎo)致遺漏其他伴生資源，造成資源浪費。
其次是勘查樣品測不快。目前的野外現(xiàn)場分析主要是應(yīng)用手持X射線熒光光譜儀，但這項技術(shù)無法對鋰、鈹?shù)容p元素進行測試，對其他元素的測定能力也十分有限。
再次是賦存狀態(tài)厘不清。對于超低含量的元素，傳統(tǒng)全分析手段只能給出混合信息，無法實現(xiàn)對成礦過程和成礦機制的精細刻畫，阻礙了對成礦物質(zhì)來源、成礦作用過程和機理的正確識別。而目前，利用各種微束進行化學(xué)成分分析的微區(qū)原位分析技術(shù)，還存在掃描速度慢、檢測下限高、空間分辨率低等問題，難以直接測定離子吸附、類質(zhì)同象等復(fù)雜的賦存狀態(tài)，這大大制約了對元素富集機理的研究以及后續(xù)的選冶工作。
項目負責(zé)人強調(diào)，目前，用于戰(zhàn)略性礦產(chǎn)分析測試的標準物質(zhì)還存在空白，多元素測定的標準方法也存在一定的缺失。標準物質(zhì)是法定計量器具，標準方法是測試依據(jù)?！帮@然，技術(shù)標準和標準物質(zhì)的不完善，將難以保障測試數(shù)據(jù)質(zhì)量?！?/span>
對多元素同步分析測試的初步探索，大幅提高了分析效率與測試數(shù)據(jù)質(zhì)量
如何實現(xiàn)對多種元素的同步、精準分析，完整、準確、及時地提供樣品的元素成分信息，成為當(dāng)前戰(zhàn)略性礦產(chǎn)分析測試急需破解的首要難題。
“此前，實驗測試中心依托‘三稀金屬資源戰(zhàn)略調(diào)查測試方法配套研究’地質(zhì)調(diào)查項目，對基體復(fù)雜的礦石樣品中多元素同步分析測試進行了初步探索，研究建立了以電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、光譜儀、X射線熒光光譜儀為主要測試技術(shù)手段，野外現(xiàn)場與室內(nèi)精確測試融合的現(xiàn)代儀器多元素同時分析技術(shù)方法體系?！睋?jù)項目負責(zé)人介紹，他們以電感耦合等離子體光譜（ICP-AES）結(jié)合電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS），實現(xiàn)了對鎢鉬礦石、鈮鉭礦石、鋰輝石中稀有、稀散、稀土多元素的同時測定，不僅大幅提高了分析效率與測試數(shù)據(jù)質(zhì)量，而且大量減少了分析測試化學(xué)試劑的用量。
位于內(nèi)蒙古包頭的白云鄂博是世界第一大稀土礦床，同時也是多金屬共生的混合型稀土礦床，其特點是輕稀土占比高。采用常規(guī) ICP-AES、ICP-MS測定，輕稀土對重稀土?xí)a(chǎn)生嚴重干擾。如何有效評價與提取白云鄂博礦床中的重稀土，成為科技工作者長期以來關(guān)注的難題。
實驗測試中心針對白云鄂博礦石樣品中重稀土元素的精確測定，以動態(tài)反應(yīng)池—電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-DRC-MS） 測定釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩等易受到干擾的重稀土元素，結(jié)合常規(guī)電感耦合等離子體光譜（ICP-AES）測定高含量的鑭、鈰、鐠、釹、釤等輕稀土元素，以及電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測定釔、銪、鐿和镥等不易受到干擾的重稀土元素，實現(xiàn)了對白云鄂博稀土礦石樣品中15種元素的準確測定。目前，這一技術(shù)方法已用于包頭稀土開發(fā)研究項目近千件實際樣品測試，有力支撐了白云鄂博稀土資源的開發(fā)利用。
離子吸附型稀土礦床為我國所特有，主要分布在華南地區(qū)，其中的稀土元素不以化合物的形式存在，而是呈離子狀態(tài)吸附于黏土礦物。針對這一類型稀土元素易被強電解質(zhì)交換而轉(zhuǎn)入溶液中的特點，實驗測試中心研發(fā)了離子吸附型稀土分量野外現(xiàn)場快速定性定量測試技術(shù)，將樣品浸泡分離、標準薄膜樣制備技術(shù)和便攜式X射線熒光光譜儀測試相結(jié)合，實現(xiàn)了對離子型稀土全部15個元素的野外現(xiàn)場快速定性定量分析。
該項技術(shù)在江西某礦區(qū)進行了野外現(xiàn)場應(yīng)用，其測試結(jié)果與室內(nèi)精確分析對比顯示，技術(shù)指標完全滿足地質(zhì)勘查要求。此技術(shù)分析方法已獲得國家發(fā)明專利，并入選自然資源部《礦產(chǎn)資源節(jié)約和綜合利用先進適用技術(shù)目錄（2019年版）》。
瞄準戰(zhàn)略性礦產(chǎn)分析測試關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)，構(gòu)建技術(shù)標準體系和分析測試質(zhì)量監(jiān)控平臺
基于國內(nèi)已有研究成果，剛剛啟動的“戰(zhàn)略性礦產(chǎn)巖礦分析測試技術(shù)和標準體系”國家重點研發(fā)項目下設(shè)5項研究課題，旨在開發(fā)多元素分析技術(shù)、野外現(xiàn)場分析技術(shù)和微區(qū)原位分析技術(shù)，研制高空間分辨率微區(qū)分析裝置、現(xiàn)場分析儀器和移動實驗平臺，研制標準物質(zhì)、制定技術(shù)標準，進而構(gòu)建起覆蓋鋰、錸、鍺、銦、鈮、鉭等15~20 種主要戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的巖礦分析測試技術(shù)標準體系和分析測試質(zhì)量監(jiān)控平臺，為保障國家能源資源安全提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
項目由中國地質(zhì)調(diào)查局國家地質(zhì)實驗測試中心牽頭承擔(dān)，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所、湖北省地質(zhì)實驗測試中心、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所、北礦檢測技術(shù)有限公司、中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所、長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司、核工業(yè)北京地質(zhì)研究院及山東省地質(zhì)科學(xué)研究院參與實施。
其中，多元素同時分析技術(shù)將針對大宗緊缺、非金屬、稀有、稀土、稀散、煤系伴生金屬等15~20 種戰(zhàn)略性礦產(chǎn)，利用X射線熒光光譜、ICP光譜和ICP質(zhì)譜，研發(fā)多元素儀器分析技術(shù)；對特定戰(zhàn)略性礦產(chǎn)開發(fā)高壓制樣X射線熒光光譜法、ES直接定量綠色分析技術(shù)；對螢石、錳、鎳等研發(fā)化學(xué)物相分析技術(shù)。
野外現(xiàn)場分析技術(shù)，主要針對西部戰(zhàn)略性礦產(chǎn)有利成礦區(qū)的找礦勘查需求，構(gòu)建野外移動實驗室，開發(fā)快速、準確的現(xiàn)場分析技術(shù)，從而提高西部偏遠地區(qū)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的找礦勘查效率。項目負責(zé)人指出，目前適用于戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的野外現(xiàn)場分析測試儀器、技術(shù)和標準規(guī)范還是空白。國家重點研發(fā)項目將按照“儀器裝備小型化、樣品處理簡單化、技術(shù)方法針對化、測試過程便捷化”的思路，研發(fā)支撐找礦靶區(qū)快速篩查的車載移動試驗平臺，搭載X射線熒光光譜儀，以及自主研制的激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀、電弧直讀光譜儀、液體陰極輝光放電發(fā)射光譜儀，有針對性地開發(fā)分析方法，并計劃在南嶺、川西等地區(qū)開展找礦靶區(qū)快速篩查示范。
對于一些關(guān)鍵金屬元素，項目將探索開發(fā)空間分辨率<30 微米、元素檢出限達微克/克～納克/克級別的激光多元素定量分析技術(shù)；利用原子探針、離子探針和激光探針等技術(shù)，實現(xiàn)從納米到厘米級別的關(guān)鍵金屬元素的 2D-3D 成像，構(gòu)建從毫米、微米到納米空間分辨率的微區(qū)原位分析技術(shù)體系；建立超低含量稀散元素的高精準度同位素稀釋法測試技術(shù)。針對典型紅土型礦床中超常富集的稀土、鎵、鈷、鎳等關(guān)鍵金屬元素，利用上述微區(qū)原位分析技術(shù)對金屬元素賦存狀態(tài)和富集成礦過程開展示范研究。
“在這些研究工作的基礎(chǔ)上，我們將進行戰(zhàn)略性礦產(chǎn)巖礦分析標準物質(zhì)的研制，以及分析測試技術(shù)體系的集成，不僅要建立戰(zhàn)略性礦產(chǎn)巖礦分析實驗室質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，而且建成戰(zhàn)略性礦產(chǎn)標準物質(zhì)和技術(shù)方法查詢系統(tǒng)，并制定首批現(xiàn)場分析和微區(qū)原位分析技術(shù)規(guī)范?！表椖控撠?zé)人說。
當(dāng)前，主要發(fā)達國家相繼通過法案，加強對戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的戰(zhàn)略儲備。誰在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的科技比拼中占據(jù)制高點，誰就將在未來發(fā)展中贏得主動權(quán)?！拔覀兞幫ㄟ^構(gòu)建戰(zhàn)略性礦產(chǎn)巖礦分析測試技術(shù)和標準體系，為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)成礦機理研究、找礦勘查和綜合利用提供有力技術(shù)保障，為保障我國的經(jīng)濟安全、國防安全和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻?！表椖控撠?zé)人對此滿懷信心。（作者: 高慧麗）
