实验室动态

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  • 【科技日报】代世峰:探寻煤中的未知世界

  • 发布日期:2014-05-31  作者: 管理员

    2014年5月28日,《科技日报》第五版前沿人物栏目中,刊登了记者林莉君撰写的《代世峰:探寻煤中的未知世界》报道,讲述了我校煤炭资源与安全开采国家重点实验室副主任代世峰教授探寻煤的未知世界的故事。本网全文转载。  

    ■人物档案  

    代世峰,煤地质学专家,中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室教授、国家973项目首席科学家。1994年7月,代世峰毕业于山东矿业学院。1997年6月,在中国矿业大学北京研究生部获得硕士学位并留校任教。2007年10月,被破格晋升为教授。2007年,成为国家杰出青年基金获得者。2008年,成为长江学者特聘教授。2014年4月,入选科技部“中青年科技创新领军人才”。  

    代世峰提出了高硫煤中硫的形成和地质演化模式,揭示了菌藻类低等生物对高硫煤中硫和金属元素的富集作用;作为主要成员,提出了中国煤中元素的背景值,为中国煤中有害微量元素的环境效应和有益元素的富集评估和研发提供了丰度对比标尺;提出了煤中微量元素富集新的成因类型——海底喷流型,运用该理论,他合理解释了云南砚山超高有机硫煤中硫、钒、钴、铬、镍等来源。  

    ■将新闻进行到底  

    文·本报记者 林莉君  

    5月15日,中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室。和煤打了20多年交道的代世峰教授正忙着做实验。在普通人眼中,煤就是一块黑乎乎的燃料。而在代世峰看来,煤中蕴含着乾坤。  

    “自然界中,煤的成分千变万化,煤中不仅含有汞、氟、砷等有害元素,也隐藏着铀、锗、镓、稀土等贵重的稀有金属,它吸引着你不断向前探索。”代世峰说。  

    20多年来,代世峰的科考足迹遍及我国西南、华北和西北诸省区。他说:“我是乐在其中。看科技文章就像是看小说似的,看显微镜下的世界就像看电视剧似的,干自己喜欢干的事情,怎么会感到苦和累呢!”  

    “偶遇”煤中的战略金属镓  

  煤地质学界,代世峰团队的重大科研发现——在内蒙古准格尔煤田发现了镓铝矿床,被国内外同行高度关注。国际著名煤地质专家、俄罗斯科学院首席科学家Vladimir Seredin 撰文称这一重大成果是“煤中有益金属元素开发的第三个里程碑”。

  被称为“电子工业的粮食”的镓,是比稀土更稀缺的战略金属。全球原生镓年产量不足300吨。另外两个里程碑分别是煤中发现金属铀矿和煤中发现稀有金属锗矿。

  对于外界的赞誉,代世峰谦虚地表示纯属“偶遇”,因为他当时的科研项目是研究煤中的有害元素。

  “2000年,我们在做一个国家自然科学基金项目,研究煤中的有害元素。当时想检测准格尔煤中有害元素的含量是多少?赋存状态是什么样?有没有富集?会不会对环境和人体健康造成危害?但是,我们在实验时发现,样品中硅和铝的比值非常低,只有0.3左右,而正常值应该超过1.2。我当时甚至怀疑检测仪器是不是出问题了。” 深厚的学科背景和科研精神,使得代世峰对这一异常数据充满了好奇和重视。

  为了保证实验数据的正确性和可重复性,代世峰团队重新做实验,检查仪器,通过X射线衍射分析、电子显微镜等科技手段,“我们发现样品中有一种特殊的矿物,它的形状和黏土矿物太近似了,刚开始的时候把我们都蒙骗了。这种矿物就是勃姆石,正是镓和铝的载体”。

  这是我国首次在煤中发现超常富集的勃姆石。现在,当地已经建立了提取镓、铝的实验工厂。“勃姆石是由三氧化二铝和水组成的,工厂每年能从粉煤灰中提取的三氧化铝大约80万吨,镓150吨。”代世峰说。

  找到氟中毒 “真凶” 为煤“洗冤”

  氟中毒是一种典型的地方病。我国贵州西部比较常见。很长一段时间内,学界一般认为病因在于当地的燃煤中有害元素氟的含量太高。但是代世峰的一项研究却纠正了这一错误认识,找到了氟中毒的“真凶”。

  “正常情况下,煤中氟含量应该是100ppm左右。而贵州西部的煤被称为高氟煤,当时报道提到含氟量2000ppm左右。我就特别想搞清楚高氟煤中氟的赋存状态如何,是存在于煤中矿物还是在有机质中,它是从哪儿来的,怎么结合到煤里面去的?”凡是和煤有关系的事物,代世峰总想把他们“搞个明白、弄个清楚”。

  为了这项研究,代世峰团队跑遍了贵州西部兴仁、六盘水、大方、织金等煤矿区,前前后后去了十几次,采集了大量的煤样品。一回到学校,代世峰立刻赶到实验室测氟含量。实验数据让他很吃惊:“最低的氟含量只有十几ppm,最高的一个样品,受火山灰的影响,含氟500ppm,平均下来,只有83ppm,比煤中氟正常的背景值还低。”

  对于这样的实验结果,代世峰开玩笑地对学生说:“我们是不是去错地方了,采的不是贵州的样本。”秉持着严谨的治学态度,代世峰还把样品送到别的检测机构,实验结果和他们一致。

  “我怀疑他们是怎么得出2000ppm这么个结果的?这次问题没解决,那我们就再去,到农民家里面好好看看。”对于未知的问题,代世峰身上有一种锲而不舍的精神。

  在当地氟中毒非常严重的一个小村子——荷花村,代世峰发现农民把煤和黏土拌在一起,然后拿到家里去烧。“我一看那个情景,心里咯噔一下,问题很可能就出在这个黏土上。”那一瞬间,代世峰觉得煤被冤枉了。

  实验结果很快证实了代世峰的猜想:黏土里面氟的含量最高值为5000ppm,大多为1000ppm到2200ppm。煤泥混合物中氟含量也接近1000ppm。

  2004年,这项研究成果发表在国际著名杂志《燃料》上。不仅为煤洗刷了“冤屈”,也为在国际上消除“中国煤是高氟煤”的不良印象起了决定性作用。

  成为《国际煤地质学杂志》首位华人主编

  在国际地质学界,很多著名学术期刊的主编一直被外国人“专属”。代世峰凭借出色的专业水平赢得了学界的认可,成为全球煤地质学领域著名期刊《国际煤地质学杂志》(《International Journal of Coal Geology》)的主编,也是世界上首位担任该杂志的华人主编。

  2007年3月的一天,已经在煤地质学界崭露头角的代世峰收到了一封来自大洋彼岸的电子邮件。“煤地质学界著名专家、美国肯塔基大学James Hower教授打算推荐我担任这本国际期刊的主编,他问我是否愿意从事这项工作。”看到这封邮件,代世峰比较激动,又有些不太敢相信。毕竟,那时他才37岁,在这个领域还是“非常年轻的一员”。

  《国际煤地质学杂志》是世界上最大的科技出版商爱思唯尔旗下的一本学术刊物,以审稿苛刻、内容前沿、权威而知名。爱思唯尔非常重视这本学术期刊的主编人选,其相关负责人专程在北京“面试”代世峰。两人相谈甚欢,聊了一个上午。临走时,这位负责人告诉代世峰:你将是爱思唯尔最年轻的主编之一。

  担任主编以后,代世峰每天有将近一半的时间都要花在处理稿件上。“这也是我每天都要工作到晚上10点多的原因。但我很喜欢这项工作,它提供了一个很好的平台,让我也学到不少知识。通过阅读这些稿件,能紧紧把握住煤地质学科前沿,谁在哪个方向做到什么程度,都非常清楚。”

  凭借深厚的学术根底和科研能力,2013年,代世峰还当选为国际有机岩石学学会副主席/候任主席、国际有机岩石学会最高奖John Castano Honorary Membership Award委员会主席。而国际有机岩石学学会是关于煤岩学、有机地球化学领域及其相关学科具有重要影响的国际学术团体。

  今年3月,国家重点基础研究发展计划(973计划)“煤中有害元素分布富集机理及环境污染防治”项目启动。代世峰毫无意外地担任了这一项目的首席科学家。“这是传统煤地质学中第一个973项目。研究煤中有害元素,对煤炭的洁净利用和煤炭科技发展都有重要的意义。”代世峰说。

  ——延伸阅读——

  对待学术不端:红线是绝对不能踩的

  作为《国际煤地质学杂志》主编,代世峰有一份“黑名单”。“不管有意地或者无意地一稿两投、论文中出现剽窃或者伪造数据,只要出现一次,就会进入黑名单。” 代世峰十分痛恨学术不端。他说:“只要是一进入我的黑名单,你就不要在这个期刊上再发表文章。这是红线,绝对不能踩的”。

  代世峰认为,“自觉恪守学术道德,坚守学术诚信”应体现在从事研究的整个过程中。每一届研究生新同学入学后,代世峰给他们上的第一堂课就是:“科学研究,从加强学术道德开始”。他告诫同学们不断把外在的学术准则转化为内在的学术研究,从内心中形成高尚的学术道德品质,才会在实际的学术研究中自觉地遵守学术行规,不闯学术的“红灯”。

  对待成功:老一辈地质学家教给了我太多

  提起在科研上获得的成功,代世峰说他最要感谢的是恩师任德贻先生。

  “任老师对我的影响非常大,可以说是我科研上的引路人。他搞科研不图名、不图利。上世纪90年代,当时我们照显微镜照片的时候,用的还是胶卷。去冲洗照片时,任老师告诉我,其中有三张是他个人的照片,开发票报销的时候,要把这三张的费用刨去。这虽然是一件小事,但这么多年过去了,我心中一直记着这件事。” 回忆起自己的老师,代世峰的话语中饱含情感。他说,任德贻老先生的言传身教让他在科研上耳濡目染、受益匪浅。

  “学术良师身为范,人生益友指明途。”采访中,代世峰多次提到云南煤炭地质勘查院的周义平先生、美国伊利诺伊地质调查局的周诚林先生等这些亦师亦友的地学前辈。“老一辈地质学家交给了我太多为学、为人的东西。我能有今天的点滴成绩,离不开他们的指导和帮助。”代世峰说。