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TECHNICAL ARTICLES
更新時間：2024-12-18
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一、引言
新礦物研究，是地球科學領域重要的基礎性研究工作。新礦物的發現不僅可以增加自然界的礦物種類，同時也可以為人類認識和利用自然界礦物提供新的參考。截至2022年3月，全球已累計發現新礦物5794種。新礦物的發現數量、研究深度及分析技術水平展現了一個國家基礎科技的軟實力與硬實力，是國家綜合實力的體現。近年來，我國加大了對新礦物研究的支持力度，我國新礦物事業迎來了難得的發展契機。中國地質調查局礦產資源研究所李以科研究團隊長期致力于戰略性關鍵礦產成礦作用與資源評價研究工作。
二、成果介紹
12月2日，由中國地質調查局礦產資源研究所（以下簡稱“資源所"）李以科研究團隊發現并申報的新礦物“白鴿礦"，獲得國際礦物學協會-新礦物命名及分類委員會（IMA-CNMNC）高票通過，批準號IMA 2021-002a。新礦物英文名稱“Nioboixiolite-(□)"，為紀念在白云鄂博地區發現鈮鐵礦并開啟鈮資源調查研究的白鴿研究員（1930-2020），申報者將新礦物中文名稱確定為“白鴿礦"，目前其標型樣品存放于中國地質博物館，編號M16118。
圖1 白鴿礦晶體結構示意圖
白鴿礦發現于白云鄂博稀土-鈮-鐵床隱伏碳酸巖體中，是在白云鄂博礦床發現的第16個新礦物。它是一種黑色不透明的鈮鉭氧化物。
一直以來，白云鄂博被認為是極度富釷（Th）貧鈾（U）和極度富鈮（Nb）貧鉭（Ta）的碳酸巖型稀土-鈮-鐵礦床，本次發現的白鴿礦中UO2、Ta2O5含量分別達到20.21%、13.75%，這些成分含量不同尋常，可能經歷了特殊的成礦過程。對白鴿礦礦物學深入研究，為理解白云鄂博鈮、釷元素超常富集機制提供了新的視角。該新礦物的發現不僅豐富了白云鄂博富鈮礦物的種類，為鈮礦的開發提供了重要啟示，同時為找尋更加珍貴的鈾、鉭資源提供了新方向。[1]
三、礦物的XPS測試
按照IMA-CNMNC規定，礦物種主要以其化學組成和結晶學性質為基礎加以確定，如果發現一個礦物，其化學性質和結晶學性質與任何已存在的礦物種明顯不同，則存在著該礦物為新種的可能性。
為了確定礦物的化學組成和結晶結構特征，進行了紅外光譜、電子探針、掃描電鏡、單晶X射線衍射和X射線光電子能譜測試等。新礦物一般呈現化學成分具有新穎性的微量微小特征，所以礦物顆粒的化學態精確測試成了新礦物研究的困難事，這是因為常規XPS的X射線束斑尺寸太大（直徑400微米或700微米X 300微米），不可避免會測試到礦物顆粒周圍的信號，對礦物顆粒的化學態和含量的判定帶來較大誤差。這次發現的白鴿礦的礦石的粒度較小，約200微米，測試上如果差之毫厘極，結果可能就是天壤之別。為了礦物顆粒的精確測試，李以科研究員跑了很多實驗室，測試結果都不理想。結果在PHI CHINA實驗室，利用PHI XPS的微區測試定位功能—SXI影像對礦物進行精確定位(圖2所示)，然后采用直徑100 微米的X射線束斑，終于圓滿完成了白鴿礦的化學態和組分精測（如圖3所示），為新礦石的認證之路取得了關鍵數據。
圖2. 礦物顆粒的SXI影像（左）和SEM影像（右）
圖3. 礦物顆粒的XPS測試結果
X射線光電子能譜(XPS)作為重要的表面分析技術，可以對樣品表面組分和化學態進行定性和定量分析，已經廣泛應用于科學研究中。特別是XPS空間分辨能力的提升，微區XPS技術可以實現對樣品表面的組分和化學態的局域化分布信息的獲取，為礦物、微電子、半導體和新能源中的微區研究提供重要的實驗數據。
-轉載于《PHI表面分析 UPN》文章
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