圣彼得堡新闻报: 圣彼得堡的科学家开发出探明矿产储量的新方法
也许您听过很多人讲过他们曾以为找到过金块,但后面证明发现的其实是黄铁矿的故事,这种黄铁矿也被称作被称为“愚人金”。事实上它与黄金类似,但其实并没有太大价值。但也许现在我们可以改变“愚人金”这个昵称,因为其实黄铁矿可以帮我们找到大量矿藏所在地。我们与圣彼得堡国立大学地球化学系副教授奥尔加·雅库博维奇(Olga Yakubovich)详细讨论了寻找的过程,同时向她了解了俄罗斯地下土壤富含或缺乏的物质种类,并询问在太空中开采所需矿物质的可能性。
奥尔加及其同事提出的方法...
可以确定矿物质的年龄。奥尔加指出:这种方法将极大地帮助我们顺利探明新的矿藏,更重要的是,整个过程将非常迅速并且成本很低。一百多年前,人们很难确认地质年代,但现在我们已经了解行星如何进行演变,了解了不同的地质时期和不同的地点蕴含的不同矿床特点,以及它们的含量,这都可以帮助我们开始进一步的探索。
在20世纪初,英国物理学家瑞瑟福提出根据矿物中的氦浓度确定矿物年龄,原因在于探明并且开采这种物质的过程非常容易。但后来科学家发现,在数百万年的时间过程中,矿物质中的氦很容易散发,这是因为在火山活动和其他地质活动过程中,矿物质中的会氦因受热在大气中,并最终进入太空。所以在1950年代,这种方法被逐渐搁置。但在1980年代,美国人再次利用它以确定山脉和其他大型地质结构的年代。
然而,我们通过在圣彼得堡国立大学进行的研究发现了一些矿物,其中氦保存得很好。包括有自然金属:铂、金和黄铁矿。在测定铂矿石的年代方面可学姐有固定的同位素地质年代学方法,但问题在于,实际生活中含有铂矿石的矿床并不多。相反,黄铁矿几乎在所有类型的矿床中都很常见。
地质学家对一个岩石样品进行了分析,结果发现其中包含黄铁矿和其他矿物,如金、银、铜和锌等。而通过黄铁矿的年代,可以了解矿床的年代,并推断这个地方可能贵金属的含量。
假如我们可以推测出某地的矿床存在了14亿年并且贵金属含量丰富,还是仅存在了12亿年,同时贵金属含量较少。那么,我们就可以选择地质年代较长的对象进行进一步研究。要知道,如果矿床规模较小,比如只含有1吨左右的金矿石,这实际上并不是一个好的挖掘对象。我们需要考虑在挖掘过程中需要付出的基础投资,比如开设采石场、雇用人员的具体花费。所以,我们有必要去判断矿藏含量可否足够开采几十年。
这种简便的方法可以适用于所有的测量需求吗?是否需要其他方法?
是的,如果需要将矿床年代精确到百万以下的数量单位,则需要配合其他方法。但通常来说,不需要如此精确,并且这些精确的测量方法操作起来十分麻烦,成本也很昂贵。
例如,有一种方法要求科研人员从岩石中分离出富含钾的矿物质,在快中子反应堆中对其进行辐照,然后等待六个月让放射性消失,才在实验室中进行测量。还有一种方法则需要经过非常复杂的化学制备过程和并使用大量的材料。 但大多数情况下,地质学家手中只有一个岩芯。 这是通过钻探获得的一小块岩石柱——其大小和杯子类似,如果想要从中提取 400 毫克矿石,提取过程必须做到极其精准。
而按照我们的方法,只需准备体积为 1 立方毫米的物质就足够了。并且我们一两天就能探明其年代。目前, 我们正在努力提高研究的准确性。 在我看来现存的可能5%左右的误差,实际上可以降低到1.5%。
您为什么会研究一个之前已经被搁置的方法?
这一切都要从在冬宫的一段经历说起。 20 世纪 90 年代。 博物馆专家都在对古代类黄金物品进行研究。 地质学家通常以亿为单位进行研究,所以无法忽略氦气流失的问题,而对考古学家来说,他们的研究范围通常在几千年之内,所以氦气在矿物中消失,所以这对他们没有影响。
想象一下,在你面前有一块斯基泰黄金,看起来在古老的土堆中发现的一样。 根据历史记载,发现这个黄金的地方并没有发生过强烈的地质作用,也就是说岩石没有升温,氦气没有挥发,这意味着金属产生的年代可以通过其中的氦浓度来确定。
由于种种原因,这种方法没有被历史学家和考古学家广泛采用,只有寥寥几篇论文。多年后,我的导师尤里-亚历山德罗维奇-舒科廖科夫(Yuri Alexandrovich Shukolyukov)发现了这些论文,并建议我在圣彼得堡国立大学的硕士论文中研究这一课题。后来根据我们研究成果,有一家市设计局成功开发出了一种装置。通过该装置我们研究了很多其他自然界的物体,结果发现,还有其他矿物也能很好地保持氦气。
如果这种研究方法并不复杂,是否可以认为,在需要将矿床年龄精确到千万级别的数量单位时,所有人都可以自主使用这种研究方法么?。还是你们还有一些“内部机密”?
当然可以采用,这是在俄罗斯科学基金会支持下展开的基础研究。但我们确实有一部专业的国产设备,德国和瑞士甚至在俄罗斯订购了类似的设备。 这其实非常少见,通常都是我们从他们那里购买设备。
该方法在从业人员中推广的过程顺利么?
非常顺利。12年前我们就收到了来自外国从业者的商业订单。尽管当时我们的技术不算非常成熟,技术有些保守,但依旧获得了外国顾客的好评。近年来,我们完成了技术的快速迭代,并与俄罗斯多个私人、国家组织展开了合作,我们最重要的合作伙伴之一就是地质勘探中央研究所 CNIGRI 。他们对应用我们的基础研究成果非常感兴趣。 我们的研究可以帮他们节省很多资源和时间。可以说,这是向前的一大步。
这项技术可以帮助科学家节省多少费用呢?
这个问题很难回答。一般来说,这项技术可以使我们在地质勘探方面省下 2 - 3%的费用。而具体来看,这项技术帮助我们的研究经费减少了半个百分点。也许这个数字听起来并不多,但要知道,通常地质勘探的费用非常庞大,高达数十亿卢布,因此,即使是这半个百分点,也将帮我们节省下数百万卢布。
就铂金储量而言,俄罗斯的储量位于世界前列...
我们是全球钯储量最丰富的国家,这是一种贵重的铂族金属。通常用于汽车工业中的废气催化转化器。
我们的铂金储量仅次于南非。而在加拿大也有一个大型铂金矿床,该矿床非常罕见,它位于一个大约20亿年前由陨石坠落形成的陨石坑内。南非和俄罗斯占据了世界铂金市场份额的90%。铂金是一种极其稀有的金属,你知道什么样的矿床可以背视作有挖掘价值么?只要能从一个教室大小的岩石中提炼出半个指环的铂金,那这个矿床就有可以开采的价值。
在非洲,铂金集中分布在地下约15厘米左右,绵延数十公里。在俄罗斯,情况则不同。乌拉尔山脉曾是著名的淘金胜地,在这路开采成本非常低,只要拿着铁锹,就能收集到天然的金属。在19世纪末之前,也就是南非矿床被发现开采前,俄罗斯一直是世界铂金市场的领导者。
但曾经的淘金胜地在经历了长时间的开采后,现在只能从寻找新的矿床。而在矿床中开采成本要高得多,我们需要从矿床中采集碎裂的矿石,再经过炸裂、粉碎、挑选出所需的矿石。例如,诺里尔斯克的铂金主要存在于硫化矿中——硫化矿体体积较大,具有金属光泽,主要用于开采铜和镍,但也含有少量的铂金和钯。诺里尔斯克的铂金储量较为充足,但随着工业的发展,对铂族金属的需求将不断增长,它可以用作多种重要化学反应的催化剂,具 有重要意义。因此,有必要开发新的矿床。
您指的矿藏储备原则上是指在所有地下的矿藏,还是仅指在需要时可以迅速取得的矿产?
储备是指可以开采的矿藏。需要指出的是,这些矿产的开采并不总是有利可图的。
例如,锂现如今在全世界的需求量正在快速增长。我们在科拉半岛就有大量的锂矿藏。但包括我们在内的所有国家都从智利购买锂。因为在智利开采过程非常简单,只需选择适合的盐水,并蒸发多余的水分,就能得到纯净的锂。而在科拉半岛岩石中提取锂,则必须首先开采出岩石,并耗费时间将其压碎,分离它,溶解....除了锂以外,俄罗斯有很多铀,但也都存在于坚硬的岩石结晶基底中。
总之,从经济角度考虑,购买更为合适。但如果有“不惜一切代价”的特殊情况,我们也能自己开采。
顺便说一句,我并不排除在不久的将来,曾经在矿产方面“不感兴趣”的国家可能成为市场上的重要玩家。资源的地位是会改变的:例如,镓和铟现在在半导体技术和微电子领域中变得至关重要,成为战略性资源,而它们曾经被认为不太重要,以至于在报告中都很少提及。通常对矿床进行开采时,人们更在乎其中的铝、铜、锌的数量,而镓和铟似乎“不值一提”。
现如今对更为常见的矿物的需求度也在发生着变化。例如,当前所有风能技术设备所需的电缆中都要用到铜,也就是大量的铜矿石。但现有矿床内的铜矿基本已被开采完毕。只剩一些偏远森林、沼泽区。如果我们需要在这些地方开采矿石,那么就需要用一种便宜、简单、快速的方法获取。我们的方法正好符合这个需求。
对于稀土元素也是一样。该元素的市场需求在以前并不多,但现在其对于高科技和军工产业的重要性日益增加。全球“稀土”市场今天的主要供应国是中国。如果假设明天中国说:“我们停止销售稀土元素”,那么全世界都会开始思考接下来怎么办?
如果发生这样的情况,我们应该怎么做?
在这方面,俄罗斯实施了一项相当不错、明智的政策,甚至一些外国专家也注意到了这一点。我国制定了一项战略性矿产清单。自苏联时代以来,我们一直在确保拥有自己的设施来开发我们所需的一切。 即使是可能是一些无利可图的开采项目。甚至包括那些目前开采还亏损的矿藏。
我们可以假设,如果智利突然停止向我们出售锂,或者中国突然停止向我们出售稀土元素,我们也不会失去它们,因为我们有自己的原材料,尽管开采成本更高。
俄罗斯拥有丰富的矿产资源,这仅仅是因为俄罗斯幅员辽阔,还是因为我们在其他方面比较幸运?比方说,就像落在加拿大的陨石一样。
第一个原因是俄罗斯幅员辽阔。并且涵盖山脉、古盆地等多种。而第二个原因是,从苏联时期开始,我们就为了寻找矿藏付出了很多努力。甚至出台了向地质学家们提供一切可能帮助 的文件,在其考察过程中可以要求当地政府机构提供交通工具、汽油并派遣工人。考察人员的的足迹几乎遍及了整个国家。目前的一切都是因为曾经有哪些靠着带着锤子走遍数千公里的人们。
当然,曾经这样的单纯考察环境已经不复存在了。 现在没有人会开采一种不能进行售卖的元素。 如果我们没有自己的消费者,那么在开采之前我们需要询问了解有哪些客户可以从我们这里购买它。 显然这样的地质学已经具有了复杂的经济性质。 尽管如此,地质学家的任务还是在努力利用最少的投资去探明新的矿藏储量。 而不只是依靠前几代人的成果。
人们经常谈论在地球以外的开展采矿活动。 请问此类活动现实么?
现在世界上有三个最著名的项目。首先是火星上勘探计划。 人们计划在火星建立一个空间站,因此需要在火星找到建设空间站所需的矿物质,而不需要将矿物质从地球运送到火星上。但存在一个问题,目前的遥感方法是否能够可靠地确定在火星上建立基地的最佳位置,例如含有大量铁的伊格尔陨石坑是否合适都是不确定的。 事实上,在实现向火星移居之前,如果出现与现有技术完全不同的技术,那么将不再需要用到大量的铁。
第二个项目有些特别,也就是在小行星上开采铂金族元素。大多数陨石会经过火星和木星之间,不过有些则会在不同的方向运动。是加上它们对地球已经构成了威胁,但另一方面,在这些陨石上却蕴含着丰富的矿产资源。例如,铁-镍陨石内既含有铁和镍,还有很多铂金元素。当然,拦截一部分的陨石并将其运回地球是一项诱人的想法,但风险也很大,如果出了差错,可能就会有大型陨石撞向地球。
第三个项目是在月球上开采氦-3。这种稀有的化学元素对工业有用,未来可能会用于聚变反应。在月球上其含量非常丰富。但是否值得将其运回地球 — 这也是一个问题。需要一些不同的技术。可以说没有技术,就不会有没有矿藏。
身为地质学家,你是否有自己喜欢的某种石头呢?
Labradorite。它不仅仅是美丽,仿佛内里散发着光芒。