礦物是具有穩(wěn)定的相界面和結(jié)晶習(xí)性的天然化合物，擁有特定的化學(xué)組成。長期以來，人類文明的發(fā)展演變離不開對礦物的利用，社會生產(chǎn)水平的升級迭代也與新種類礦物的發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)頗深。
近日，經(jīng)國際礦物學(xué)學(xué)會新礦物命名與分類專業(yè)委員會(以下簡稱委員會)審查、投票，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系、大陸動力學(xué)國家重點實驗室副教授劉鵬與中國地質(zhì)大學(xué)(北京)李國武教授團(tuán)隊等合作者申請的兩種新礦物——毓川碳釔礦和文蘭釩釔礦均通過認(rèn)定。
為進(jìn)一步了解兩種新礦物的特征，以及其被發(fā)現(xiàn)和認(rèn)定的歷程，科技日報記者采訪了劉鵬副教授。
都屬于較為罕見的重稀土礦物
“毓川碳釔礦是一種罕見的含水碳酸鹽重稀土礦物，以我國著名礦床地質(zhì)與礦產(chǎn)勘查學(xué)家、中國工程院陳毓川院士的名字命名。”劉鵬對記者表示，“而文蘭釩釔礦則是我們此前發(fā)現(xiàn)的景文礦的富釩端元，屬于景文礦的類質(zhì)同象端元礦物，也是一種重稀土礦物。以我國電子探針分析專家、南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院張文蘭教授的名字命名。”
據(jù)悉，研究人員往往把稀土類元素分為輕、重兩組。兩組的分法以釓為界，釓以前的鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪7個元素為輕稀土元素；而釓及釓以后的鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥和釔9個元素為重稀土元素。含有輕稀土元素的礦物被稱為輕稀土礦物，含有重稀土元素的礦物則被稱為重稀土礦物。“一般來說，重稀土礦物比輕稀土礦物更罕見，可利用價值也更高，在航空航天等高科技產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域用途廣泛，是光學(xué)器材和永磁材料重要生產(chǎn)原料。”劉鵬介紹。
景文礦是劉鵬等研究人員在2021年發(fā)現(xiàn)的一種新礦物，也是自然界首次發(fā)現(xiàn)的含重稀土和釩的硅酸鹽礦物。此次新發(fā)現(xiàn)的文蘭釩釔礦與此前發(fā)現(xiàn)的景文礦可謂是密不可分，二者互為類質(zhì)同象端元礦物。通常情況類質(zhì)同象具有相同晶體結(jié)構(gòu)，但文蘭釩釔礦與景文礦卻具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，這一發(fā)現(xiàn)對于晶體結(jié)構(gòu)學(xué)具有重要意義。“通俗地說，文蘭釩釔礦與景文礦是‘雙胞胎兄弟’，但長相和身高卻差別很大。”劉鵬說。
是礦物學(xué)基礎(chǔ)研究的重要進(jìn)展
顯然，新礦物不可能自己“走”到科研人員面前。對于新礦物的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)定，需要付出辛苦的汗水與專業(yè)的實踐。“此次新發(fā)現(xiàn)的兩種礦物，都是我們在廣東省梅州市的玉水銅礦發(fā)現(xiàn)的。”劉鵬說，“在礦區(qū)的調(diào)查工作是辛苦的，歷經(jīng)了很長的時間。但顯然我們的付出得到了回報。”
在玉水銅礦調(diào)查時，劉鵬及合作者偶然發(fā)現(xiàn)，這里下石炭統(tǒng)(時期)的紅色砂巖中存在很多重稀土礦物。這引起了他們的興趣。通過詳細(xì)的資料查閱和數(shù)據(jù)比對，劉鵬及合作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)赜袼~礦中的重稀土含量較高，顯然此前的發(fā)現(xiàn)并非偶然。在搜集、提取了多個玉水銅礦的樣本之后，他們進(jìn)一步對樣本進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明，樣本中的稀土礦不符合任何已知礦物的定義。“這表明，我們成功發(fā)現(xiàn)了新礦物。”劉鵬說。
僅僅發(fā)現(xiàn)新礦物顯然是不夠的，要成功通過委員會的認(rèn)定，還需要復(fù)雜的鑒定過程。為鑒定兩種新礦物，劉鵬與合作者利用了電子探針技術(shù)、雙聚焦離子束與透射電鏡技術(shù)等先進(jìn)的鑒定技術(shù)，歷經(jīng)了多次的反復(fù)操作，克服重重困難與挑戰(zhàn)，終于成功完成了鑒定，并最終通過了委員會的認(rèn)定。
截至目前，全球共發(fā)現(xiàn)的礦物數(shù)量約5900個，我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的礦物數(shù)量約180個。此次新礦物的發(fā)現(xiàn)不僅是礦物學(xué)基礎(chǔ)研究的重要進(jìn)展，也是我國新礦物發(fā)現(xiàn)、利用上的重要突破。“特別需要指出的是，此次我們新發(fā)現(xiàn)的兩種重稀土礦物相比大多數(shù)離子吸附型的重稀土礦物，利用起來更為環(huán)保，成本也更低，但需要進(jìn)一步查明這種稀土礦物的數(shù)量及存在的普遍性。” 劉鵬表示，“下一步，我們將進(jìn)一步發(fā)掘新礦物的科研和利用價值，為擴(kuò)展我國華南地區(qū)重稀土資源，啟發(fā)重稀土材料的未來應(yīng)用貢獻(xiàn)力量。”
