战略性关键金属矿产标准物质现状和需求分析.pdf
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1、孙慧中,安子怡,许春雪,等.战略性关键金属矿产标准物质现状和需求分析J.岩矿测试,2024,43(2):375396.DOI:10.15898/j.ykcs.202308030121.SUNHuizhong,ANZiyi,XUChunxue,etal.TheCurrentStatusandDevelopmentDemandAnalysisofCertifiedReferenceMaterialsforStrategicCriticalMetalMineralsJ.RockandMineralAnalysis,2024,43(2):375396.DOI:10.15898/j.ykcs.20230
2、8030121.战略性关键金属矿产标准物质现状和需求分析孙慧中,安子怡*,许春雪,陈宗定(国家地质实验测试中心,自然资源部生态地球化学重点实验室,北京100037)摘要:为保障战略性金属矿产样品分析结果的准确可靠,需要相应的标准物质进行量值传递。中国现有战略性金属矿产标准物质 300 余种,覆盖了黑色金属、有色金属、贵金属和稀有稀土稀散(三稀)金属等多数矿种和矿床类型,在保障国内矿产资源研究和勘查开发等方面发挥了重要作用。然而,随着找矿突破行动的持续推进,现有战略性金属矿产标准物质体系已无法匹配矿产资源勘查研究和分析方法发展的需求。本文系统梳理了国内外战略性关键金属矿产标准物质体系,分析了中国
3、现阶段已研制标准物质的局限性:钨、锡、钴等有色金属矿产标准物质的品位级别量值系列不完整;三稀金属矿产标准物质的研制基础相对薄弱,种类和数量尚无法满足三稀金属矿产资源开发和综合利用的需求;形态、微区原位和野外现场分析等标准物质研制的理论基础相对薄弱。结合当前战略性金属矿产标准物质存在的不足,本文提出后续标准物质的研制应匹配战略性矿产资源全产业链条中分析测试的需求,同时开展同位素、微区原位和野外现场分析标准物质加工制备及定值关键技术攻关,为战略性矿产资源勘查、采选冶炼和分析技术发展提供质量保证和技术依据。关键词:黑色金属;有色金属;稀土金属;稀有金属;稀散金属;质量控制要点:(1)战略性金属矿产标
4、准物质体系的完善侧重于新矿种、矿床类型、形态和同位素比值等特性量的补充。(2)多元素仪器分析技术已成为标准物质的定值分析的首选,经典化学法因其不可替代性在定值方法中应保留。(3)熔融均质和纳米级制备等标准物质关键制备技术瓶颈亟待突破。中图分类号:P618.3;P618.4;P618.6;P618.7文献标识码:A标准物质是具有足够均匀和稳定的特定特性的物质,其特性适用于测量或标称特性检查中的预期用途1。经初步统计,目前世界范围内已研制的战略性金属矿产标准物质超过 2000 种,涵盖了黑色金属、有色金属、贵金属、稀有稀土稀散(三稀)金属等多类矿种,被广泛应用于战略性矿产特性量实验测试方法与测量能
5、力验证评价、测量系统校准、测量结果的质量控制等过程2。中国研制的战略性金属矿产标准物质超过 300 种,在保障国内矿产资源研究和勘查开发等方面发挥了重要作用。近年来,全球矿产资源供需结构不断调整,全球主要国家和地区在调整关键矿产战略和调整矿业政策的同时,也在加大本土矿产资源勘查力度3-5。全球矿业发展报告 2023统计了 2022 年全球固体收稿日期:20230803;修回日期:20240125;接受日期:20240130基金项目:国家重点研发计划项目(2021YFC2903000)“战略性矿产岩矿分析测试技术和标准体系”;中国地质科学院基本科研业务费项目(CSJ-2021-01)第一作者:孙
6、慧中,博士,高级工程师,主要从事地质实验测试标准化研究。E-mail:。通信作者:安子怡,硕士,副研究员,主要从事岩矿分析技术和标准化研究。E-mail:。2024年3月岩矿测试Vol.43,No.2March2024ROCKANDMINERALANALYSIS375396375矿产勘查投入约 130.4 亿美元,同比增长 16%;中国地质勘查投资 1010.22 亿元,同比增长 3.8%。随着新一轮找矿突破战略行动的全面启动,战略性矿产标准物质的需求大幅提升,重要矿种标准物质缺失或供应不足的问题开始显现。本文系统梳理了国外权威机构和中国研制的战略性金属矿产标准物质,分析了现阶段战略性矿产标准
7、物质存在的问题及可能的制约因素,结合新一轮找矿突破行动中勘查和分析技术研究的需求,提出了后续战略性矿产标准物质的研制工作思路。1国外战略性金属矿产标准物质研制现状二十世纪初,美国、英国、德国等发达国家开始标准物质的研制工作,目前美国、加拿大、英国、德国、巴西和南非等矿产品进出口大国的计量院、科研院所和商业机构均有战略性矿产有证标准物质的研制和市场化供应(表 1)。1.1美洲美国国家标准与技术研究院(NIST)研制的有证标准物质数量超过 1700 种(分为工程材料、物理性质和化学组成三大类),其中战略性矿产标准物质涉及铁矿、锰矿、钛矿、铜矿、铝土矿、钨矿、钼矿、金矿和锂矿等。加拿大矿物和能源技术
8、中心的标准物质项目(CCRMP)可提供超过 70 种矿产、冶金及地球科学等领域的标准物质,其中涉及战略性金属矿产标准物质的矿种包括:铁矿、铜矿、镍矿、钨矿、锑矿、钴矿等有色金属矿,金矿和铂族元素,以及铌坦矿、锆矿和稀土矿等。巴西是铝土矿的主要生产国。巴西科技创新与通信部矿物技术中心(CETEM)与圣保罗技术研究院(IPT)已研制 10 余种铝土矿有证标准物质(Al2O3含量范围 46.82%60.72%),以满足采矿和冶金等相关分析实验室的需求。1.2欧洲自 20 世纪 60 年代起,德国联邦材料研究与测试研究所(BAM)、英国分析样品局(BAS)、德国迪林格钢铁公司(DL)、法国钢铁研究院(
9、IRSID)和北欧瑞典钢铁协会(JK)等机构研制了 30 余种铁矿石战略性矿产标准物质(全铁含量范围 23.85%91.10%)。此外,英国地质调查局(BGS)先后于1968 年和 1972 年开展了两个批次(共 39 种)矿石标准物质研制工作,但目前仅钨钼矿、软锰矿、金红石和锆石等标准物质仍在供应。1.3非洲南非矿业技术研究所(MINTEK)自 1974 年开始了有证标准物质的研制工作,现有铁矿、锰矿、铬矿、钛矿等多种黑色金属标准物质,以及金矿、铂族金属矿石等贵金属标准物质。南非工业分析有限公司(IA)成立于 1988 年,已发展为非洲最大的有证标准物质供应商。该公司被英国政府化学家实验室(
10、LGC)收购后推出 AMIS 系列矿石标准物质,目前可供应铁矿、铬矿、锰矿、钛矿、矾矿、铜矿、镍矿、锡矿、金矿、铂族元素、稀土矿、锂矿等 200 余种战略性金属矿产标准物质。2中国战略性金属矿产标准物质研制现状中国有证标准物质按照标准物质管理办法的定级条件划分为一级标准物质和二级标准物质,新研制的标准物质需经定级鉴定,并经评审取得标准物质证书。依据国家标准物质资源共享平台收录的信息,中国现有战略性金属矿产标准物质 314 种,包括一级标准物质 179 种和二级标准物质 135 种。根据战略性金属矿产的目录和矿产资源分类,本文将中国战略性金属矿产一级标准物质分为:黑色金属(铁、锰、铬、钛、钒);
11、有色金属(铜、铝、镍、钴、钨、锡、钼、锑);贵金属(金、铂族元素);稀有金属(铌、钽、铍、锂、锆、铪);稀土金属和稀散金属(锗、镓、铟、铼)四个大类进行总结梳理。这四类战略性矿产标准物质研制数量的变化趋势如图 1 所示。1984 年至 2021 年间,战略性金属矿产一级标准物质研制数量平稳增加(平均每五年新增 25 种),二级标准物质在近十年间增长显著(每五年新增约 60 种)。近十年来,黑色金属矿石标准物质的研制数量最多,有色金属和贵金属矿石标准物质的研制数量次之,三稀金属矿石标准物质的研制数量最少。2.1黑色金属黑色金属矿石标准物质的矿石种类主要包括铁矿石、锰矿石、铬铁矿、钛铁矿、钛矿石、
12、钒钛磁铁矿和石煤矾矿等6-10(表 2),是战略性金属矿产标准物质中研制时间最早数量最多的一类(占比为 39%)。矿石中成矿元素的含量范围:铁矿石(磁铁矿、菱铁矿、赤铁矿、烧结矿和球团矿等)中全铁(TFe)含量范围为 12.97%70.69%,覆盖铁矿石边界品位(20%25%)、工业品位(25%30%)和精矿品位(55%)11(图2);锰矿石中Mn 含量范围为14.44%48.93%,覆盖一级氧化锰矿(35%)、二级氧化锰矿第2期岩矿测试http:/2024年376表1国外战略性金属矿产标准物质研制概况Table1Generalinformationforinternationalcritic
13、almetaloreCRMs.战略性金属矿产Criticalmetalore研制机构Producer标准物质编号CRMNo.特征量Property标准值Certifiedvalue战略性金属矿产Criticalmetalore研制机构Producer标准物质编号CRMNo.特征量Property标准值Certifiedvalue铁矿IronoreBAMD630-1TFe65.63%铜矿CopperoreLGC-IAAMIS0088等 40 余种Cu0.040527.38%D631-161.09铝土矿BauxiteBAS394/1Al2O388.88%D680-159.9839552.40铁矿I
14、ronoreBAS301/1TFe23.85%铝土矿BauxiteCETEMBXPA-2Al2O355.45%377/654.78BXPA-457.2651766.30BXSP-150.05铁矿IronoreCCRMPIOC-1TFe65.66%BXMG-250.39TPO-134.85BXMG-450.44铁矿IronoreDLSX11-14TFe65.55%BXMG-550.53SX11-1563.17BXMG-646.82SX11-1664.69BXGO-160.72SX11-1864.72BXGO-260.34SX11-2364.80BXBA-356.46SX11-3564.69BXB
15、A-449.75SX11-3665.74铝土矿BauxiteIPT131Al2O354.10%SX11-3766.15铝土矿BauxiteNISTSRM69bAl2O348.80%SX56-3255.03SRM60040.00SX56-3559.22SRM69654.50铁矿IronoreIRSIDECRM601-1Fe36.76%SRM69745.80ECRM603-153.65SRM69848.20ECRM604-165.69镍矿NickeloreCCRMPRTS-5Ni0.102%ECRM606-159.66SU-1b1.953ECRM607-130.89镍矿NickeloreLGC-I
16、AAMIS0315Ni0.44%ECRM611-162.22AMIS03160.59ECRM612-142.43AMIS03170.26ECRM677-151.54AMIS03180.17ECRM685-191.10AMIS03190.18ECRM691-164.39AMIS03200.47铁矿IronoreJKECRM688-1Fe61.38%AMIS03210.26ECRM689-157.05AMIS03220.22JK2865.86AMIS03230.19JK29A71.36AMIS03245.60JK42A70.66AMIS03290.22铁矿IronoreNISTSRM690TFe6
17、6.87%AMIS03314.685SRM69184.73AMIS03842.16SRM69259.61AMIS03851.77SRM69365.08AMIS06370.15铁矿IronoreLGC-IAAMIS0361Fe51.334%多金属钴矿Nickel-copper-cobaltoreCCRMPSU-1bCo0.067%第2期孙慧中,等:战略性关键金属矿产标准物质现状和需求分析第43卷377(续表1)战略性金属矿产Criticalmetalore研制机构Producer标准物质编号CRMNo.特征量Property标准值Certifiedvalue战略性金属矿产Criticalmeta
18、lore研制机构Producer标准物质编号CRMNo.特征量Property标准值Certifiedvalue铁矿IronoreLGC-IAAMIS0362Fe54.894%多金属钴矿CobaltoreLGC-IAAMIS0120等 30 余种Co0.00200.48%AMIS036357.050钨矿TungstenoreCCRMPBH-1W0.422%AMIS036458.815CT-11.04AMIS037154.860MP-2a0.338AMIS037255.832TLG-10.083AMIS037356.516钨钼矿Molybdenum-tungstenoreBGSIGS27W0.0
19、36%AMIS056846.63钨矿TungstenconcentrateandscheeliteNISTSRM277WO367.50%AMIS059759.66SRM243070.30AMIS059851.75多金属钼矿MolydenumoreCCRMPHV-2aMo0.013%AMIS059963.64MP-2a0.159铁矿IronoreMINTEKSARM12TFe66.63%钨钼矿Molybdenum-tungstenoreBGSIGS27Mo0.276%SARM13262.20钼矿MolybdenumoxideconcentrateNISTSRM423Mo58.61%SARM145
20、66.42多金属锡矿Zinc-tin-copper-leadoreCCRMPMP-1bSn1.61%SARM14752.67锡矿TinoreLGC-IAAMIS0019Sn1.09%锰矿ManganeseoreBAMD633-1Mn47.85%AMIS00200.70锰矿ManganeseoreBAS176/3Mn27.69%AMIS00210.27176/429.13AMIS06290.17锰矿PyrolusiteBGSIGS29MnO293.38%AMIS06310.34锰矿ManganeseoreNISTSRM25dMn51.78%锑矿AntimonyoreCCRMPCD-1Sb3.57
21、%锰矿ManganeseOreLGC-IAAMIS0104Mn35.49%含铂族元素矿PGMmaterialCCRMPPTA-1AMIS040243.97PTC-1bAMIS040346.82WPR-1aAMIS040446.04TDB-1AMIS040632.27UMT-1AMIS040735.72含铂族元素矿PGMoreLGC-IAAMIS0426等 20 余种锰矿ManganeseoreMINTEKSARM16Mn49.17%含铂族元素矿PGMoreandconcentrateMINTEKSARM107SARM1738.81SARM186第2期岩矿测试http:/2024年378(续表1
22、)战略性金属矿产Criticalmetalore研制机构Producer标准物质编号CRMNo.特征量Property标准值Certifiedvalue战略性金属矿产Criticalmetalore研制机构Producer标准物质编号CRMNo.特征量Property标准值Certifiedvalue锰矿ManganeseoreMINTEKSARM149Mn38.00%金矿GoldoreNISTSRM886Au8.25g/t铬矿ChromeoreBAS308/1Cr2O344.91%金矿GoldoreCCRMPCH-4Au0.88g/t铬矿ChromeoreLGC-IAAMIS0387Cr2O
23、328.40%DS-132.59AMIS038839.81GTS-2a0.272AMIS03895.68MA-1b17AMIS039045.76MA-2c3.02AMIS039115.03MA-3a0.25AMIS039312.19RTS-50.408AMIS055644.20金矿GoldoreLGC-IAAMIS0279等 50 余种Au0.02669.39g/tAMIS055744.10金矿GoldoreMINTEKSARM56Au2.69g/tAMIS059146.74锂矿LithiumoreNISTSRM182Li2O4.34%AMIS059214.65SRM1834.12AMIS06
24、6442.79锂矿LithiumoreLGC-IAAMIS0355Li0.72%AMIS066541.50AMIS05240.73铬矿ChromeoreMINTEKSARM131Cr2O341.83%AMIS05650.54SARM14646.91AMIS06032.69钛矿RutileBGSIGS32Ti57.19%AMIS06562.94钛矿RutileNISTSRM670TiO296.16%AMIS06632.72钛铁矿钛矿IlmeniteandrutileLGC-IATiO2%AMIS06820.841AMIS060155.77AMIS06830.202AMIS060290.62AMI
25、S06840.459AMIS061642.82AMIS08512.73AMIS061785.51铌矿NiobiumoreCCRMPOKA-1Nb0.37%AMIS069743.25REE-10.405AMIS069895.23铌坦矿TantalumniobiumbearingoreLGC-IAAMIS0449Ta163mg/kgAMIS070048.84铌坦矿TantalumniobiumbearingoreLGC-IAAMIS0449Nb1103mg/kg钛矿RutileMINTEKSARM166TiO293.90%坦矿TantalumoreCCRMPTAN-1Ta0.236%钒钛磁铁矿Va
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