作者:吴跃伟,李雨霏,唐陈玥 来源:澎湃新闻 发布时间:2024/1/19 14:57:25
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刷屏的最富铈稀土新矿物倪培石是什么?有什么用?

 

最新发现的稀土硅酸盐矿物倪培石及其共生矿物组合。 中国地质调查局天津地质调查中心 图

1月19日,自然资源部中国地质调查局发布消息,河南一个稀土矿中发现的一种新矿物正式通过国际矿物学会审批,并被命名为倪培石(Nipeiite-(Ce))。

这种以中国地质学家、南京大学地球科学与工程学院倪培教授的名字命名的新矿物,是目前在自然界中发现的铈(shì)元素含量最多的硅酸盐矿物。

19日,参与申报该矿物的中国地质调查局天津地质调查中心副总工程师司马献章告诉澎湃科技,含有稀土元素铈(Ce)的合金耐高温、抗压,强度和韧性都非常好,在航空航天等高科技领域,比如发动机等方面有应用。

司马献章表示,之所以说倪培石是新矿物,因为其矿物的晶体结构、化学成分、分子式,都是首次发现,过去在自然界没有发现过。

他表示,矿物学研究是为选矿、找矿以及开发矿业提供基础研究支撑的。新矿物的发现,除了对人类基础科学有重要的贡献以外,在应用科学领域,人们在选矿的时候,也因此知道特定元素储存在哪种矿物里。“我们选矿的时候,是先把矿物选出来,然后再提取它的稀土元素。所以说矿物的发现,为我们选矿提供了非常重要的科学依据。”

科技日报等媒体关于稀土的公开报道显示,铈是中国特有的一种稀土资源,占比超过50%,它价格低廉,光物理特性独特。铈的合金耐高热,可以用来制造喷气式推进器零件。铈的中子俘获截面积小,可作为反应堆燃料的稀释剂。

而来自上海科技大学研究成果,使用铈基催化剂,让火箭推进剂燃料更环保。

“矿物学奥林匹克”

中国地质调查局天津地质调查中心(华北地质科技创新中心)发布的消息称,倪培石发现于河南省西峡县太平镇稀土矿,颜色为浅红至红棕色,单偏光下为灰白色,呈半透明-透明玻璃光泽,性脆,贝壳状断口,计算密度4.943克每立方厘米。

河南省核技术应用中心发布的消息称,倪培石矿物由由中国地质调查局天津地质调查中心曲凯、司马献章等与河南省核技术应用中心教授级高级工程师李靖辉参与申报。新矿物的发现,素有“矿物学奥林匹克”之称,是一个国家矿物学研究水平的重要标志之一,属于矿物学领域重要的基础性研究工作,是人们认知与利用自然界中新物质提供科学依据。

司马献章向澎湃科技讲述了倪培石的发现过程。

他表示,2013年时候,河南省西峡县太平镇发现了一个稀土矿,他带着学生曲凯同志到野外现场去考察。通过筛选检测矿物成分。2019年时,他们就发现了一个新矿物太平石。

太平石是一种含氟稀土硅酸盐矿物。

倪培石是天津地调中心新矿物研究团队和河南省核技术应用中心团队继太平石之后,在河南太平镇稀土矿中发现的第二个自然界新矿物。

倪培石的矿物编号为IMA No.2022-106a,分子式为Ce9Fe3+(SiO4)6[SiO3(OH)](OH)3,属于三方晶系,空间群R3c,晶胞参数a=10.897(2), c=38.739(8) ?。

倪培石和太平石作为罕见的稀土硅酸盐矿物常与同样罕见的稀土氟化物共生,它们被认为是稀土碳酸盐矿物(稀土矿的主要矿石矿物)的前体,对于探讨稀土矿床早期成矿流体的性质以及后期稀土元素的迁移和沉淀机制具有重要研究价值。 

倪培石的发现,特别是其独特的化学成分与晶体结构特征,打破了之前硅铈石超族的分类命名体系,因此IMA-CMNNC邀请课题组负责人参加对硅铈石超族分类命名方案的修订工作,修订后的新方案对该族的矿物定义、晶体化学通式以及独立结晶学占位进行了系统规范与详细解读,并将中国的“太平石”升级为矿物亚族,作为硅铈石超族中富氟端元矿物种的词根,丰富了具中国文化特色的矿物命名方案,提高了中国在国际新矿物研究领域的影响力。

该矿物以倪培教授命名,致敬他长期以来在钨、锡多金属以及稀有、稀土矿床研究领域的卓越成就。

南京大学相关网页显示,倪培,安徽淮南人,1963年12月生,教授,博士生导师。研究方向为矿床学和地质流体。曾任南京大学地球科学与工程学院党委副书记。现任内生金属成矿机制研究国家重点实验室副主任,地质流体研究所所长。主要学术兼职包括国际矿物协会矿物包裹体工作组主席,国际成矿流体包裹体委员会秘书长等。

从打火机到火箭推进剂燃料

武汉市科学家科普团成员宋丹在科技日报发表的文章介绍,铈是元素周期表第58号元素。它是一种很活泼的金属,燃烧后呈粉末状。它也是丰度最高的稀土金属。1803年,德国科学家克拉普罗特在一块出产于瑞典小城瓦斯特拉斯的红色重石中,找到了一种新元素的氧化物,在灼烧时出现赭色,同时瑞典化学家贝齐里乌斯和希辛格也在该矿石中发现了同一元素的氧化物。直到1875年,人们用电解法从融化的氧化铈中得到金属铈。

该文章介绍,混有其他稀土元素的铈铁合金,与坚硬的物体摩擦时能擦出漂亮的火花,引燃周边的可燃物,是打火机、火花塞等点火装置里的关键材料。铈也是很好的玻璃添加剂,能吸收紫外线与红外线,被大量应用于汽车玻璃,不仅能防紫外线,还可降低车内温度,以节约空调用电。

光促铈催化甲烷碳氢键官能团化反应示意图。

2018年7月,上海科技大学物质科学与技术学院发布消息称,该院左智伟科研团队在光促进甲烷转化这一重要能源化工领域取得突破性进展:他们成功发展了一种廉价、高效的铈基催化剂和醇催化剂的协同催化体系。这一基础研究领域的突破,解决了利用光能在室温下把甲烷一步转化为液态产品的科学难题,为甲烷转化成高附加值的化工产品,例如火箭推进剂燃料,提供了崭新和更加经济、环保的解决方案。同时,对这一高效、可持续的光促进铈催化模式的深入研究和进一步推广应用,将为中国高效利用特有的稀土金属资源提供新的思路和前景。北京时间2018年7月27日凌晨,这一重大科研成果以“Selective functionalization of methane, ethane, and higher alkanes by ceriumphotocatalysis”为题,于国际顶尖学术期刊《科学》(Science)上在线发表。

光促进甲烷转化研究团队合影(左起):胡安华(共同第一作者)、左智伟(通讯作者)、潘辉(第二作者)、郭婧婧(共同第一作者)。

 
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