绘制战略性矿产资源“基因图谱”

刚刚启动的“战略性矿产岩矿分析测试技术和标准体系”国家重点研发项目，将实现复杂基体中多元素同时分析测试，厘清超低含量元素赋存状态，并建立野外现场实验测试平台——

绘制战略性矿产资源“基因图谱”

战略性矿产是保障国家经济安全、国防安全和战略性新兴产业发展的基础性资源。由于多数战略性矿产资源具有不可再生性和地理分布的极度不均衡性，目前全球主要经济体已经开始重新审查和评估其供应状况，并制定相应的全球资源战略。

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二○三五年远景目标的建议》明确提出，保障能源和战略性矿产资源安全，将战略性矿产安全保障纳入国家安全战略中。而目前的情况是，我国多数战略性矿产资源家底不清。特别是稀有、稀土、稀散矿产，往往由于与大宗矿产共伴生、成分复杂、丰度低，为资源勘查开发带来巨大挑战。

在矿产资源勘查开发中，岩矿分析测试作为获取矿石成分和元素分布的一项关键技术，被称作找矿中的“侦察兵”。针对新形势下战略性矿产勘查开发对分析测试技术的需求，瞄准战略性矿产勘查开发分析测试技术难题，中国地质调查局国家地质实验测试中心（以下简称“实验测试中心”）联合9家单位申报了“战略性矿产岩矿分析测试技术和标准体系”国家重点研发项目。3月23日，该项目在北京正式启动实施。

面对战略性矿产勘查开发新需求，目前的分析测试方法还不能完整、准确、及时地提供样品成分信息

战略性矿产成矿复杂，很多战略性矿产与大宗矿产伴生产出。如：铼往往与铜钼矿伴生，铟与铅锌矿伴生，锗、镓等与煤伴生。还有一些战略性矿产元素具有相似的地球化学性质和富集机理，常常共生产出，如：稀土元素，铌、钽等稀有元素等。

战略性矿产勘查开发的新需求，要求分析方法必须具备同时、精准分析多种元素的能力，才能完整、准确、及时地提供样品的元素成分信息。“而目前现有的测试技术和标准体系，存在着稀有稀散测不‘好’、勘查样品测不快、赋存状态厘不清、质控手段不完善等方面的问题。” “战略性矿产岩矿分析测试技术和标准体系”项目负责人说。

项目负责人进一步解释，首先是稀有、稀散元素测不“好”。这主要表现在现有检测技术的精准度和检出限不够，以及不能实现对复杂基体矿石中多元素的同时测定。

导致这种现象的原因是多方面的：一是元素含量差异大。比如锗、铟、镓、铼等稀散元素，多伴生于闪锌矿、铝土矿和辉钼矿中，其含量与主成矿元素的含量相比要低3～6个数量级，在测试过程中往往受主成矿元素的严重干扰而难以实现准确测定。二是传统测试方法采用酸碱试剂对样品进行熔融，易造成较高的测试空白值，导致检测限不能满足研究需求。三是采用常规的比色法或原子吸收法进行测定，一个流程只能测试一种元素，易导致遗漏其他伴生资源，造成资源浪费。

其次是勘查样品测不快。目前的野外现场分析主要是应用手持X射线荧光光谱仪，但这项技术无法对锂、铍等轻元素进行测试，对其他元素的测定能力也十分有限。

再次是赋存状态厘不清。对于超低含量的元素，传统全分析手段只能给出混合信息，无法实现对成矿过程和成矿机制的精细刻画，阻碍了对成矿物质来源、成矿作用过程和机理的正确识别。而目前，利用各种微束进行化学成分分析的微区原位分析技术，还存在扫描速度慢、检测下限高、空间分辨率低等问题，难以直接测定离子吸附、类质同象等复杂的赋存状态，这大大制约了对元素富集机理的研究以及后续的选冶工作。

项目负责人强调，目前，用于战略性矿产分析测试的标准物质还存在空白，多元素测定的标准方法也存在一定的缺失。标准物质是法定计量器具，标准方法是测试依据。“显然，技术标准和标准物质的不完善，将难以保障测试数据质量。”

对多元素同步分析测试的初步探索，大幅提高了分析效率与测试数据质量

如何实现对多种元素的同步、精准分析，完整、准确、及时地提供样品的元素成分信息，成为当前战略性矿产分析测试急需破解的首要难题。

“此前，实验测试中心依托‘三稀金属资源战略调查测试方法配套研究’地质调查项目，对基体复杂的矿石样品中多元素同步分析测试进行了初步探索，研究建立了以电感耦合等离子体质谱仪、光谱仪、X射线荧光光谱仪为主要测试技术手段，野外现场与室内精确测试融合的现代仪器多元素同时分析技术方法体系。”据项目负责人介绍，他们以电感耦合等离子体光谱（ICP-AES）结合电感耦合等离子体质谱（ICP-MS），实现了对钨钼矿石、铌钽矿石、锂辉石中稀有、稀散、稀土多元素的同时测定，不仅大幅提高了分析效率与测试数据质量，而且大量减少了分析测试化学试剂的用量。

位于内蒙古包头的白云鄂博是世界第一大稀土矿床，同时也是多金属共生的混合型稀土矿床，其特点是轻稀土占比高。采用常规 ICP-AES、ICP-MS测定，轻稀土对重稀土会产生严重干扰。如何有效评价与提取白云鄂博矿床中的重稀土，成为科技工作者长期以来关注的难题。

实验测试中心针对白云鄂博矿石样品中重稀土元素的精确测定，以动态反应池—电感耦合等离子体质谱（ICP-DRC-MS） 测定钆、铽、镝、钬、铒、铥等易受到干扰的重稀土元素，结合常规电感耦合等离子体光谱（ICP-AES）测定高含量的镧、铈、镨、钕、钐等轻稀土元素，以及电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定钇、铕、镱和镥等不易受到干扰的重稀土元素，实现了对白云鄂博稀土矿石样品中15种元素的准确测定。目前，这一技术方法已用于包头稀土开发研究项目近千件实际样品测试，有力支撑了白云鄂博稀土资源的开发利用。

离子吸附型稀土矿床为我国所特有，主要分布在华南地区，其中的稀土元素不以化合物的形式存在，而是呈离子状态吸附于黏土矿物。针对这一类型稀土元素易被强电解质交换而转入溶液中的特点，实验测试中心研发了离子吸附型稀土分量野外现场快速定性定量测试技术，将样品浸泡分离、标准薄膜样制备技术和便携式X射线荧光光谱仪测试相结合，实现了对离子型稀土全部15个元素的野外现场快速定性定量分析。

该项技术在江西某矿区进行了野外现场应用，其测试结果与室内精确分析对比显示，技术指标完全满足地质勘查要求。此技术分析方法已获得国家发明专利，并入选自然资源部《矿产资源节约和综合利用先进适用技术目录（2019年版）》。

瞄准战略性矿产分析测试关键技术进行攻关，构建技术标准体系和分析测试质量监控平台

基于国内已有研究成果，刚刚启动的“战略性矿产岩矿分析测试技术和标准体系”国家重点研发项目下设5项研究课题，旨在开发多元素分析技术、野外现场分析技术和微区原位分析技术，研制高空间分辨率微区分析装置、现场分析仪器和移动实验平台，研制标准物质、制定技术标准，进而构建起覆盖锂、铼、锗、铟、铌、钽等15~20 种主要战略性矿产的岩矿分析测试技术标准体系和分析测试质量监控平台，为保障国家能源资源安全提供关键技术支撑。

项目由中国地质调查局国家地质实验测试中心牵头承担，中国地质大学（武汉）、中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所、湖北省地质实验测试中心、中国地质科学院地质研究所、北矿检测技术有限公司、中国地质科学院矿产综合利用研究所、长沙矿冶研究院有限责任公司、核工业北京地质研究院及山东省地质科学研究院参与实施。

其中，多元素同时分析技术将针对大宗紧缺、非金属、稀有、稀土、稀散、煤系伴生金属等15~20 种战略性矿产，利用X射线荧光光谱、ICP光谱和ICP质谱，研发多元素仪器分析技术；对特定战略性矿产开发高压制样X射线荧光光谱法、ES直接定量绿色分析技术；对萤石、锰、镍等研发化学物相分析技术。

野外现场分析技术，主要针对西部战略性矿产有利成矿区的找矿勘查需求，构建野外移动实验室，开发快速、准确的现场分析技术，从而提高西部偏远地区战略性矿产资源的找矿勘查效率。项目负责人指出，目前适用于战略性矿产的野外现场分析测试仪器、技术和标准规范还是空白。国家重点研发项目将按照“仪器装备小型化、样品处理简单化、技术方法针对化、测试过程便捷化”的思路，研发支撑找矿靶区快速筛查的车载移动试验平台，搭载X射线荧光光谱仪，以及自主研制的激光诱导击穿光谱仪、电弧直读光谱仪、液体阴极辉光放电发射光谱仪，有针对性地开发分析方法，并计划在南岭、川西等地区开展找矿靶区快速筛查示范。

对于一些关键金属元素，项目将探索开发空间分辨率<30 微米、元素检出限达微克/克～纳克/克级别的激光多元素定量分析技术；利用原子探针、离子探针和激光探针等技术，实现从纳米到厘米级别的关键金属元素的 2D-3D 成像，构建从毫米、微米到纳米空间分辨率的微区原位分析技术体系；建立超低含量稀散元素的高精准度同位素稀释法测试技术。针对典型红土型矿床中超常富集的稀土、镓、钴、镍等关键金属元素，利用上述微区原位分析技术对金属元素赋存状态和富集成矿过程开展示范研究。

“在这些研究工作的基础上，我们将进行战略性矿产岩矿分析标准物质的研制，以及分析测试技术体系的集成，不仅要建立战略性矿产岩矿分析实验室质量监控系统，而且建成战略性矿产标准物质和技术方法查询系统，并制定首批现场分析和微区原位分析技术规范。”项目负责人说。

当前，主要发达国家相继通过法案，加强对战略性矿产的战略储备。谁在战略性新兴产业发展的科技比拼中占据制高点，谁就将在未来发展中赢得主动权。“我们力争通过构建战略性矿产岩矿分析测试技术和标准体系，为战略性矿产成矿机理研究、找矿勘查和综合利用提供有力技术保障，为保障我国的经济安全、国防安全和战略性新兴产业的健康发展作出应有的贡献。”项目负责人对此满怀信心。