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新突破！纳米微粒找矿技术
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中国矿业报报道（首席记者王琼杰）：中山大学曹建劲团队发明纳米微粒找矿技术，全文如下： 记者近日获悉，中山大学地球科学与工程学院曹建劲教授团队历经20年的研发，创建形成了完善的纳米微粒找矿技术体系。 该研发结果表明，使用场发射电子探针、纳米离子探针、原子探针等对单一纳米微粒成分做定量分析，结合纳米微粒的形态、结构、聚合关系、超微观生态效应等预测隐伏矿床，能获得更精确的关于隐伏矿体信息。这是中国科研人员发明、中山大学拥有自主知识产权一项找矿技术，也是一项原始创新的国际领先技术，对隐伏矿床找矿具有指导意义。 隐伏矿床找矿技术研究一直是地质学家重要任务之一。曹建劲教授团队经过20年的工作，在30个矿床地表介质中发现3000多个与隐伏矿体有关的纳米金、银、铜、合金微粒以及铜、锂、铌、钽、铟、铷、锗、钼、铅、锌、稀土等元素的硫酸盐、氧化物、氯化物、碳酸盐的纳米微粒。通过对各类型矿床的研究，揭示了从隐伏矿体到地表纳米微粒成分和结构的变化规律。 据悉，曹建劲教授团队研发了在地表土壤气固体、地下水、植物、动物、断层泥等各种介质纳米或接近纳米微粒的采样技术和设备，并研发不同介质纳米微粒的制样和测试技术，分别建立了土壤纳米微粒找矿技术、植物纳米微粒找矿技术、动物纳米微粒找矿技术和水纳米微粒找矿技术，已在14个未知区开展找矿工作，成功预测隐伏矿体。 曹建劲教授团队发明的微粒找矿技术介绍 2003年，曹建劲教授（Email:eescjj@mail.sysu.edu.cn）发明将透射电子显微镜载网直接用于野外介质中纳米微粒采样（微粒找矿关键技术之一），使用透射电子显微镜自然单一微粒分析技术，首次在隐伏矿体上方地表介质中发现纳米金微粒，以及PbSO4、WO3等单一纳米微粒，发明用微粒的种类、大小、形状、结构、化学成分、聚合关系、空间分布等探测隐伏矿体，创建了微粒找矿技术（Journal of GeochemicalExploration, 2009, 101 (3): 247-253，2007年投稿，2008年在线发表；金属矿山，2009，(2):1-4）。后又在贵州铜厂河铜矿床地表介质中发现自然铜、自然铜铁合金和自然铬铁铜合金纳米微粒，以及含铜的氯化物、氧化物、硫酸盐、氢氧化物纳米微粒（Science China EarthSciences, 2010, 53: 1647-1654；中国科学: 地球科学, 2011, 41(08):1109-1115）。在《2008年863计划资源环境技术领域资源高技术论坛》、《2009年第四届全国成矿理论与找矿方法学术讨论会》等学术会议上报告了上述研究成果。 经过20年的工作，在内蒙古东升庙多金属矿床、内蒙古阿右旗卡休他他铁矿床、内蒙古拜仁达坝铅锌银矿床、内蒙古柴胡栏子金矿床、内蒙古维拉斯托银多金属矿床、云南个旧卡房铜矿床、云南会泽大黑山铜矿床、云南永胜得铜矿床、广西清明山铜镍矿床、湖南留书塘铅锌矿床、湖南康家湾多金属矿床、湖南柏坊铜矿床、广东凡口铅锌矿床等30个隐伏矿床地表介质中发现与隐伏矿体有关的含金属纳米微粒，发现的含金属纳米微粒包括纳米金、银、铜、合金等微粒，以及锂、铍、铌、钽、铟、铷、锗、镓、钨、铊、镉、锡、铅、锌、铜、硼、碲、铯、铁、汞、铼、锑、钴、镍、硒、磷、钼、砷、铬、铀、镭、锆、铪、稀土、铂族等元素的氧化物、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、氢氧化物纳米微粒和纳米微粒聚合体，共获得3000多含金属纳米微粒。在所有开展过工作的矿床都在地表介质中发现了与隐伏矿体有关的含金属纳米微粒，证实隐伏矿体地表介质中的含金属纳米微粒是普遍存在的。 已建立各种介质采样、制样、测试，以及微粒特征分析、异常纳米微粒判别、隐伏矿体特征探测等一系列技术，在14个未知区开展找矿工作，成功预测隐伏矿体。目前，曹建劲教授团队共获得8项国家发明专利授权，获得发明专利的申请日期、专利号、名称、发明人、权利人如下： 1、2020.2.18，ZL202010100162.8，一种利用单一纳米微粒的化学成分数据预测隐伏矿床方法，曹建劲、陆美曲、胡乖，中山大学。 2、2010.4.16，ZL201010154422.6，一种地气微粒找矿方法，曹建劲、熊志华、刘昶，中山大学。 3、2014.7.18，ZL201410347067.2，一种水微粒地球化学找矿方法及其应用，曹建劲，中山大学。 4、2014.12.12，ZL201410763148.0，一种利用生物内部纳米微粒寻找隐伏矿床的方法，曹建劲、胡乖，中山大学。 5、2016.8.19，ZL201610692141.3，一种利用微粒在生物组织内部引起的超微观异常现象寻找隐伏矿床的方法，曹建劲、胡乖，中山大学。 6、2013.1.4，ZL201310000879.5，一种利用含碳微粒寻找隐伏矿床的方法，曹建劲、赖佩欣，中山大学。 7、2013.7.24，ZL201310313191.2，一种微粒预测地震的方法，曹建劲，中山大学。 8、2014.7.18，ZL201410347082.7，一种利用微粒分析判别海水入侵的方法，曹建劲、刘千红、易泽邦、彭益军、赖佩欣、宾兰、张剑，广州市地质调查院、中山大学。 研究结果表明，隐伏矿体纳米微粒是经断裂作用和氧化作用形成，由地下水和上升气流携带到达地表。通过对30个矿床的研究，揭示了各类型矿床从隐伏矿体到地表，纳米微粒在形成和迁移过程中，其成分和结构特征的变化规律，为纳米微粒找矿技术奠定了坚实的基础。 在所研究的地表土壤气固体、地下水、植物、动物、断层泥等介质均发现了大量的隐伏矿体有关的纳米微粒，根据这一发现，分别建立了土壤纳米微粒找矿技术、水纳米微粒找矿技术、植物纳米微粒找矿技术、动物纳米微粒找矿技术。直接观察到含金属纳米微粒造成细胞膜、细胞壁破损、细胞内出现空洞等现象，含金属纳米微粒引起的超微观生物效应也是找矿标志之一。 发现与隐伏矿体有关纳米微粒有结晶、非晶、混合结构（结晶与非晶同时存在）三种形式，结晶中又可以分出单晶、单一成分多晶、复杂成分多晶等，表明自然流体中的微粒迁移是多形式的。由于纳米微粒性质不同，它们有不同的地球化学行为，它们的吸附、迁移等都有较大的差别，三种形式纳米微粒都有重要的找矿意义。 纳米微粒找矿技术已应用于地震预报、海水入侵探测等其他方面。与隐伏矿体有关的纳米微粒数量可观，潜在生态毒性高，但目前还未引起人们的重视。曹建劲教授团队首次报道与隐伏矿体有关的含铀等纳米微粒对人类健康的潜在威胁。 纳米微粒找矿技术与其它找矿技术有本质的不同。例如，上世纪80年代，瑞典Kristiansson K和Malmqvist L提出地气测量技术，Kristiansson K和Malmqvist L大量的研究表明地气流（Geogas）能携带隐伏矿体含矿物质向上迁移到地表，是由微气泡携带通过含水层。上世纪90年代，成都理工大学童纯菡教授通过实验证实地气流携带的含矿物质是纳米级的。地气测量技术是通过聚苯乙烯薄膜等采取地气流中的含矿物质，利用激发X荧光分析等测试手段分析整个样品的元素含量（全样品分析的综合性元素含量），通过高的元素含量预测隐伏矿体。因此，曹建劲教授团队发明的纳米微粒找矿技术是前人没有的原始创新找矿技术。该技术获得更丰富和更直接的关于隐伏矿体的信息，能够有效反映隐伏矿体是否存在，以及隐伏矿体的矿物组合、化学成分、矿床类型等信息，应用前景广泛。 上述研究获国家自然科学基金重点项目（内蒙古高原与隐伏金属矿床有关微粒研究，2011年-2014年）、6项面上项目和国家高技术研究发展计划（地气微粒特征和元素含量结合探测隐伏矿床技术研究，2008年-2011年）课题资助。已在《Science China Earth Sciences》、《Chemical Geology》、《Journal of Geochemical Exploration》、《Ore Geology Reviews》等刊物上发表与纳米微粒找矿技术相关论文98篇。 |
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