5月15日,中國礦業大學(北京)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室。
和煤打了20多年交道的代世峰教授正忙著做實驗。
在普通人眼中,煤就是一塊黑乎乎的燃料。
而在代世峰看來,煤中蘊含著乾坤。
“自然界中,煤的成分千變萬化,煤中不僅含有汞、氟、砷等有害元素,也隱藏著鈾、鍺、鎵、稀土等貴重的稀有金屬,它吸引著你不斷向前探索。”代世峰說。
20多年來,代世峰的科考足跡遍及我國西南、華北和西北諸省區。他說:“我是樂在其中。看科技文章就像是看小說似的,看顯微鏡下的世界就像看電視劇似的,干自己喜歡干的事情,怎么會感到苦和累呢!”
“偶遇”煤中的戰略金屬鎵
煤地質學界,代世峰團隊的重大科研發現——在內蒙古準格爾煤田發現了鎵鋁礦床,被國內外同行高度關注。國際著名煤地質專家、俄羅斯科學院首席科學家Vladimir Seredin 撰文稱這一重大成果是“煤中有益金屬元素開發的第三個里程碑”。
被稱為“電子工業的糧食”的鎵,是比稀土更稀缺的戰略金屬。全球原生鎵年產量不足300噸。另外兩個里程碑分別是煤中發現金屬鈾礦和煤中發現稀有金屬鍺礦。
對于外界的贊譽,代世峰謙虛地表示純屬“偶遇”,因為他當時的科研項目是研究煤中的有害元素。
“2000年,我們在做一個國家自然科學基金項目,研究煤中的有害元素。當時想檢測準格爾煤中有害元素的含量是多少?賦存狀態是什么樣?有沒有富集?會不會對環境和人體健康造成危害?但是,我們在實驗時發現,樣品中硅和鋁的比值非常低,只有0.3左右,而正常值應該超過1.2。我當時甚至懷疑檢測儀器是不是出問題了。” 深厚的學科背景和科研精神,使得代世峰對這一異常數據充滿了好奇和重視。
為了保證實驗數據的正確性和可重復性,代世峰團隊重新做實驗,檢查儀器,通過X射線衍射分析、電子顯微鏡等科技手段,“我們發現樣品中有一種特殊的礦物,它的形狀和黏土礦物太近似了,剛開始的時候把我們都蒙騙了。這種礦物就是勃姆石,正是鎵和鋁的載體”。
這是我國首次在煤中發現超常富集的勃姆石。現在,當地已經建立了提取鎵、鋁的實驗工廠。“勃姆石是由三氧化二鋁和水組成的,工廠每年能從粉煤灰中提取的三氧化鋁大約80萬噸,鎵150噸。”代世峰說。
找到氟中毒 “真兇” 為煤“洗冤”
氟中毒是一種典型的地方病。我國貴州西部比較常見。很長一段時間內,學界一般認為病因在于當地的燃煤中有害元素氟的含量太高。但是代世峰的一項研究卻糾正了這一錯誤認識,找到了氟中毒的“真兇”。
“正常情況下,煤中氟含量應該是100ppm左右。而貴州西部的煤被稱為高氟煤,當時報道提到含氟量2000ppm左右。我就特別想搞清楚高氟煤中氟的賦存狀態如何,是存在于煤中礦物還是在有機質中,它是從哪兒來的,怎么結合到煤里面去的?”凡是和煤有關系的事物,代世峰總想把他們“搞個明白、弄個清楚”。
為了這項研究,代世峰團隊跑遍了貴州西部興仁、六盤水、大方、織金等煤礦區,前前后后去了十幾次,采集了大量的煤樣品。一回到學校,代世峰立刻趕到實驗室測氟含量。實驗數據讓他很吃驚:“最低的氟含量只有十幾ppm,最高的一個樣品,受火山灰的影響,含氟500ppm,平均下來,只有83ppm,比煤中氟正常的背景值還低。”
對于這樣的實驗結果,代世峰開玩笑地對學生說:“我們是不是去錯地方了,采的不是貴州的樣本。”秉持著嚴謹的治學態度,代世峰還把樣品送到別的檢測機構,實驗結果和他們一致。
“我懷疑他們是怎么得出2000ppm這么個結果的?這次問題沒解決,那我們就再去,到農民家里面好好看看。”對于未知的問題,代世峰身上有一種鍥而不舍的精神。
在當地氟中毒非常嚴重的一個小村子——荷花村,代世峰發現農民把煤和黏土拌在一起,然后拿到家里去燒。“我一看那個情景,心里咯噔一下,問題很可能就出在這個黏土上。”那一瞬間,代世峰覺得煤被冤枉了。
實驗結果很快證實了代世峰的猜想:黏土里面氟的含量最高值為5000ppm,大多為1000ppm到2200ppm。煤泥混合物中氟含量也接近1000ppm。
2004年,這項研究成果發表在國際著名雜志《燃料》上。不僅為煤洗刷了“冤屈”,也為在國際上消除“中國煤是高氟煤”的不良印象起了決定性作用。
成為《國際煤地質學雜志》首位華人主編
在國際地質學界,很多著名學術期刊的主編一直被外國人“專屬”。代世峰憑借出色的專業水平贏得了學界的認可,成為全球煤地質學領域著名期刊《國際煤地質學雜志》(《International Journal of Coal Geology》)的主編,也是世界上首位擔任該雜志的華人主編。
2007年3月的一天,已經在煤地質學界嶄露頭角的代世峰收到了一封來自大洋彼岸的電子郵件。“煤地質學界著名專家、美國肯塔基大學James Hower教授打算推薦我擔任這本國際期刊的主編,他問我是否愿意從事這項工作。”看到這封郵件,代世峰比較激動,又有些不太敢相信。畢竟,那時他才37歲,在這個領域還是“非常年輕的一員”。
《國際煤地質學雜志》是世界上最大的科技出版商愛思唯爾旗下的一本學術刊物,以審稿苛刻、內容前沿、權威而知名。愛思唯爾非常重視這本學術期刊的主編人選,其相關負責人專程在北京“面試”代世峰。兩人相談甚歡,聊了一個上午。臨走時,這位負責人告訴代世峰:你將是愛思唯爾最年輕的主編之一。
擔任主編以后,代世峰每天有將近一半的時間都要花在處理稿件上。“這也是我每天都要工作到晚上10點多的原因。但我很喜歡這項工作,它提供了一個很好的平臺,讓我也學到不少知識。通過閱讀這些稿件,能緊緊把握住煤地質學科前沿,誰在哪個方向做到什么程度,都非常清楚。”
憑借深厚的學術根底和科研能力,2013年,代世峰還當選為國際有機巖石學學會副主席/候任主席、國際有機巖石學會最高獎John Castano Honorary Membership Award委員會主席。而國際有機巖石學學會是關于煤巖學、有機地球化學領域及其相關學科具有重要影響的國際學術團體。
今年3月,國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)“煤中有害元素分布富集機理及環境污染防治”項目啟動。代世峰毫無意外地擔任了這一項目的首席科學家。“這是傳統煤地質學中第一個973項目。研究煤中有害元素,對煤炭的潔凈利用和煤炭科技發展都有重要的意義。”代世峰說。
——延伸閱讀——
對待學術不端:紅線是絕對不能踩的
作為《國際煤地質學雜志》主編,代世峰有一份“黑名單”。“不管有意地或者無意地一稿兩投、論文中出現剽竊或者偽造數據,只要出現一次,就會進入黑名單。” 代世峰十分痛恨學術不端。他說:“只要是一進入我的黑名單,你就不要在這個期刊上再發表文章。這是紅線,絕對不能踩的”。
代世峰認為,“自覺恪守學術道德,堅守學術誠信”應體現在從事研究的整個過程中。每一屆研究生新同學入學后,代世峰給他們上的第一堂課就是:“科學研究,從加強學術道德開始”。他告誡同學們不斷把外在的學術準則轉化為內在的學術研究,從內心中形成高尚的學術道德品質,才會在實際的學術研究中自覺地遵守學術行規,不闖學術的“紅燈”。
對待成功:老一輩地質學家教給了我太多
提起在科研上獲得的成功,代世峰說他最要感謝的是恩師任德貽先生。
“任老師對我的影響非常大,可以說是我科研上的引路人。他搞科研不圖名、不圖利。上世紀90年代,當時我們照顯微鏡照片的時候,用的還是膠卷。去沖洗照片時,任老師告訴我,其中有三張是他個人的照片,開發票報銷的時候,要把這三張的費用刨去。這雖然是一件小事,但這么多年過去了,我心中一直記著這件事。” 回憶起自己的老師,代世峰的話語中飽含情感。他說,任德貽老先生的言傳身教讓他在科研上耳濡目染、受益匪淺。
“學術良師身為范,人生益友指明途。”采訪中,代世峰多次提到云南煤炭地質勘查院的周義平先生、美國伊利諾伊地質調查局的周誠林先生等這些亦師亦友的地學前輩。“老一輩地質學家交給了我太多為學、為人的東西。我能有今天的點滴成績,離不開他們的指導和幫助。”代世峰說。
責任編輯: 張磊