劉建平：找個(gè)礦也沒什么了不起 只要用好電子探針
銦是銀白色容易熔稀散金屬，由于銦具有良好的延展性和傳導(dǎo)性，銦在電子、電信、光電、通訊等領(lǐng)域具有廣泛用途，是制造液晶顯示產(chǎn)品、新一代銅銦硒高效太陽能電池等產(chǎn)品的重要原材料。但是銦資源稀少且分散，單獨(dú)且具有開采價(jià)值的礦體幾乎不存在，常在鉛、鋅礦體中伴生。
湘南地區(qū)分布著大量的鎢錫鉛鋅多金屬礦床，中南大學(xué)劉建平副教授多年以來一直致力于湖南省香花嶺地區(qū)研究銦的賦存和成礦機(jī)制研究，為我國銦資源的開發(fā)與利用做出了貢獻(xiàn)。近日，分析測試百科網(wǎng)聯(lián)合島津公司采訪了中南大學(xué)地質(zhì)資源系劉建平教授，請(qǐng)他談?wù)勩煹汝P(guān)鍵金屬的賦存狀態(tài)研究及新礦物成分方面的研究。
中南大學(xué)地質(zhì)資源系 劉建平副教授
銦元素發(fā)現(xiàn)迄今，已有近150年的歷史，首先被德國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)。銦是一種抗腐蝕性強(qiáng)、延展性高和流動(dòng)性好的銀白色稀散金屬，資源分布小而散，未發(fā)現(xiàn)其獨(dú)立的富礦，僅作為雜質(zhì)存在于鋅及其他金屬礦中。
美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）于2008年之后不再公布銦資源儲(chǔ)量數(shù)據(jù)，全球銦資源儲(chǔ)量主要分布于中國、秘魯、美國、加拿大、俄羅斯等國家，以上五國合計(jì)約8870噸，占全球的比例為80.6%。其中儲(chǔ)量最多的是中國，儲(chǔ)量為8000噸，占全球的72.7%。我國不僅是全球銦儲(chǔ)量最豐富的國家，也是全球最大的原生銦生產(chǎn)國。
依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，劉建平團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)開展了我國典型稀散銦金屬礦床的研究，對(duì)青海賽什塘-日龍溝銅錫礦田、湘南香花嶺和野雞尾礦床，湘東北七寶山等巖漿熱液成礦系統(tǒng)中銦富集進(jìn)行了系統(tǒng)研究，深化巖漿熱液型富銦礦床的成礦理論研究。
作為地礦勘探最常用的技術(shù)之一，電子探針分析是近幾十年來發(fā)展極為迅速的顯微分析測試技術(shù)，它是用聚焦成1微米左右的電子束直接轟擊樣品表面，在約1平方微米的區(qū)域內(nèi)，對(duì)組成元素激發(fā)產(chǎn)生的特征射線進(jìn)行分光，從而求得其波長和強(qiáng)度，對(duì)該微區(qū)的元素進(jìn)行定性和定量分析。
依托中南大學(xué)電子探針實(shí)驗(yàn)室，劉建平在研究過程中發(fā)現(xiàn)了獨(dú)立銦礦物硫銦銅礦、銦黃錫礦的新產(chǎn)地，發(fā)現(xiàn)了銦異常高的閃鋅礦（香花嶺礦床閃鋅礦邊部In最高43.63 wt%），首次證實(shí)了華南富銦成礦區(qū)發(fā)育銦窗口效應(yīng)。
島津EPMA-1720H電子探針通過配置高靈敏度、高分辨率的全聚焦型分光晶體和52.5°的高特征X射線檢出角，使之具備非常優(yōu)異的元素檢測限，能夠?qū)d銦礦物進(jìn)行觀察和有效分析。為銦的研究與測試提供了有利支持，是銦礦床研究中的基礎(chǔ)性和最有效的分析檢測手段。
聯(lián)合共建 助力雙一流
中南大學(xué)是國家首批“雙一流”建設(shè)高校，在有色金屬學(xué)科方面，學(xué)校擁有世界最完備的有色金屬學(xué)科體系。地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，已經(jīng)歷60余年的發(fā)展，建有有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及多個(gè)省部級(jí)科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為“雙一流”學(xué)科建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。
在地質(zhì)研究領(lǐng)域中，電子探針微分析儀主要作用是對(duì)礦物的形貌和成分的測試。2018年，中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院和島津成立合作實(shí)驗(yàn)室，雙方在科研和教學(xué)中均發(fā)揮了重要的作用。
教學(xué)方面，每年為本科生、研究生開設(shè)的巖礦測試技術(shù)課程或研究方法技術(shù)課程提供了大量學(xué)習(xí)和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生們親身體驗(yàn)礦物測試的方法技術(shù)，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果。
在科研方面，合作實(shí)驗(yàn)室為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金等重要項(xiàng)目提高了大量精確的礦物成分?jǐn)?shù)據(jù)，為高水平科研論文的發(fā)表奠定了良好的基礎(chǔ)，力促中南大學(xué)地球科學(xué)保持ESC前1%的水平。
劉建平分享了學(xué)院和合作實(shí)驗(yàn)室近年3大研究成果。
1.新礦物化學(xué)成分測定
2017年，谷湘平教授開展了大量未知礦物電子探針成分測試工作，為新礦物的發(fā)現(xiàn)和申報(bào)提供了精確的成分?jǐn)?shù)據(jù)。谷湘平在湖南柏坊銅礦床發(fā)現(xiàn)與輝銅礦、斑銅礦、閃鋅礦共生的未知礦物，經(jīng)過電子探針分析獲得精確的化學(xué)成分，其化學(xué)式為Cu2S的新礦物，被命名為吳延之礦（圖1）。該礦物的發(fā)現(xiàn)，對(duì)銅礦區(qū)深部找礦具有重要的指示意義。
圖1 吳延之礦(Cu2S) 手標(biāo)本、光學(xué)顯微特征（編號(hào)：IMA-2017-081）
2.關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)賦存狀態(tài)研究
是國際上近年新提出的資源概念，指當(dāng)今社會(huì)必需的安全供應(yīng)存在高風(fēng)險(xiǎn)的一類金屬元素及其礦床的總稱，主要包括稀土、稀有、稀散和稀貴金屬。這些金屬具有獨(dú)特的材料性能，廣泛應(yīng)用于新能源、信息通訊、國防軍工等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。大多數(shù)關(guān)鍵金屬具有伴生、細(xì)小和稀少等特點(diǎn)。依托合作實(shí)驗(yàn)室，劉建平、王智琳等分別對(duì)銦、鈷等關(guān)鍵金屬礦床進(jìn)行了系統(tǒng)研究，對(duì)相關(guān)獨(dú)立礦物和元素賦存狀態(tài)開展深入研究（圖2-4），為關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)的形成機(jī)制和開發(fā)利用提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
圖2 獨(dú)立銦礦物：硫銦銅礦（a、b）和銦黃錫礦（c、d）的BSE圖像
圖3 閃鋅礦中In元素掃面圖
圖4 黃鐵礦中Fe、Co、As元素掃面圖
3.成巖成礦礦物學(xué)示蹤研究
對(duì)巖體中的副礦物如鋯石（圖5）、磷灰石、榍石等，成礦系統(tǒng)中的金屬礦物如黃鐵礦、閃鋅礦、白鎢礦（圖6）、磁鐵礦等，非金屬礦物石榴子石、綠泥石等開展詳細(xì)的成巖成礦礦物學(xué)研究，為精細(xì)厘定成巖成礦作用及其過程提供了新的有力證據(jù)。
圖5 成巖過程鋯石礦物學(xué)研究
圖6 成礦系統(tǒng)白鎢礦礦物學(xué)研究
“自從2012年島津公司電子探針分析儀在學(xué)院搭建、組裝，學(xué)院開始與島津密切合作，在礦物分析及油氣分析領(lǐng)域進(jìn)行了大量的開發(fā)應(yīng)用，特別是儀器維護(hù)運(yùn)行方面，島津及時(shí)的售后響應(yīng)為保障儀器正常運(yùn)行做出了巨大貢獻(xiàn)?！眲⒔ㄆ街v到，“作為島津的老客戶，學(xué)院前期工作過程中到了島津公司各部門的大力支持，我們期望島津能一如既往地提供優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)，保障儀器健康運(yùn)行，獲得更多檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)而擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室在地礦領(lǐng)域的影響力?！?/p>
人物簡介
劉建平，主要從事礦物電子探針分析技術(shù)、稀散元素富集成礦研究。主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目專題、國家自然科學(xué)基金等課題10余項(xiàng)，以第一作者發(fā)表SCI/EI論文10余篇，曾獲中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
