合作成果I资源所发现新矿物“白鸽矿”

合作成果I资源所发现新矿物“白鸽矿”

1. 引言

新矿物研究，是地球科学领域重要的基础性研究工作。新矿物的发现不仅可以增加自然界的矿物种类，同时也可以为人类认识和利用自然界矿物提供新的参考。截至2022年3月，全球已累计发现新矿物5794种。新矿物的发现数量、研究深度及分析技术水平展现了一个国家基础科技的软实力与硬实力，是国家综合实力的体现。近年来，我国加大了对新矿物研究的支持力度，我国新矿物事业迎来了难得的发展契机。中国地质调查局矿产资源研究所李以科研究团队长期致力于战略性关键矿产成矿作用与资源评价研究工作。

2. 成果介绍

12月2日，由中国地质调查局矿产资源研究所（以下简称“资源所”）李以科研究团队发现并申报的新矿物“白鸽矿”，获得国际矿物学协会-新矿物命名及分类委员会（IMA-CNMNC）高票通过，批准号IMA 2021-002a。新矿物英文名称“Nioboixiolite-(□)”，为纪念在白云鄂博地区首次发现铌铁矿并开启铌资源调查研究的白鸽研究员（1930-2020），申报者将新矿物中文名称确定为“白鸽矿”，目前其标型样品存放于中国地质博物馆，编号M16118。

图1 白鸽矿晶体结构示意图

白鸽矿发现于白云鄂博稀土-铌-铁床隐伏碳酸岩体中，是在白云鄂博矿床发现的第16个新矿物。它是一种黑色不透明的铌钽氧化物。

一直以来，白云鄂博被认为是极度富钍（Th）贫铀（U）和极度富铌（Nb）贫钽（Ta）的碳酸岩型稀土-铌-铁矿床，本次发现的白鸽矿中UO2、Ta2O5含量分别达到20.21%、13.75%，这些成分含量不同寻常，可能经历了特殊的成矿过程。对白鸽矿矿物学深入研究，为理解白云鄂博铌、钍元素超常富集机制提供了新的视角。该新矿物的发现不仅丰富了白云鄂博富铌矿物的种类，为铌矿的开发提供了重要启示，同时为找寻更加珍贵的铀、钽资源提供了新方向。[1]

3. 矿物的XPS测试

按照IMA-CNMNC规定，矿物种主要以其化学组成和结晶学性质为基础加以确定，如果发现一个矿物，其化学性质和结晶学性质与任何已存在的矿物种明显不同，则存在着该矿物为新种的可能性。

为了确定矿物的化学组成和结晶结构特征，进行了红外光谱、电子探针、扫描电镜、单晶X射线衍射和X射线光电子能谱测试等。新矿物一般呈现化学成分具有新颖性的微量微小特征，所以矿物颗粒的化学态精准测试成了新矿物研究的困难事，这是因为常规XPS的X射线束斑尺寸太大（直径400微米或700微米X 300微米），不可避免会测试到矿物颗粒周围的信号，对矿物颗粒的化学态和含量的判定带来较大误差。这次发现的白鸽矿的矿石的粒度较小，约200微米，测试上如果差之毫厘极，结果可能就是天壤之别。为了矿物颗粒的精准测试，李以科研究员跑了很多实验室，测试结果都不理想。最终在PHI CHINA实验室，利用PHI XPS的微区测试定位功能—SXI影像对矿物进行零误差精准定位(图2所示)，然后采用直径100 微米的X射线束斑，终于圆满完成了白鸽矿的化学态和组分精测（如图3所示），为新矿石的认证之路取得了关键数据。

图2. 矿物颗粒的SXI影像（左）和SEM影像（右）

图3. 矿物颗粒的XPS测试结果

X射线光电子能谱(XPS)作为重要的表面分析技术，可以对样品表面组分和化学态进行定性和定量分析，已经广泛应用于科学研究中。特别是XPS空间分辨能力的提升，微区XPS技术可以实现对样品表面的组分和化学态的局域化分布信息的获取，为矿物、微电子、半导体和新能源中的微区研究提供重要的实验数据。