铀的基本性质PPT课件
铀
现代工业中，铀是钢铁工业、医疗、农业、玻璃搪瓷工业 以及地质采矿工程不可缺少的一种放射性材料；铀在原子 能发电和用作舰艇、飞机动力等方面有广泛的用途，是一 种高效而且清洁的可用能源；最重要的是铀在军事方面的 应用，铀是制造原子弹、导弹、航空炸弹、潜艇、鱼雷、 航空母舰等的动力能源。因此，铀技术的快速发展将推动 全世界经济、环境、和平的发展。
自然界中的铀
铀在自然界中以数百 万分率的低含量存在 于土壤、矿石和水中， 可借由开采沥青铀矿 等含铀矿物并8（99.2742%）、铀 -235（0.7204%）以及 极微量的铀-234 （0.0054%）等同位素 存在。铀衰变时释放 出α粒子，过程缓慢， 拥有很长的半衰期
铀浓缩
• 若要在某些类型反应堆和武器中使用铀，就必须 对其进行浓缩。 • 这意味着必须提高易裂变铀-235的浓度，然后才 能将其制成燃料。这种同位素的天然浓度是0.7%， 而在大多数通用商业核电厂中，持续链式反应的 浓度通常约为3.5%。用于武器和舰船推进的丰度 通常约为93%。但舰船推进可以只需20%或更低 的丰度。鉴于在丰度0.7%至2%之间需要与丰度 2%至93%之间同样多的分离功，因此浓缩过程不 是线性的。这意味着在能够随时获得商用浓缩铀 的情况下，达到武器级的浓缩工作量可减少到不 足一半，而铀的供料量可减少到20%以下。
•铀元素是由德国化学家马丁· 克拉普罗特发现的。 1789年，他在位于柏林的实验室中，把沥青铀矿溶 解在硝酸中，再用氢氧化钠中和，成功沉淀出一种 黄色化合物（可能是重铀酸钠）。克拉普罗特假设 这是一种未知元素的氧化物，并用炭进行加热，得 出黑色的粉末。他错误地认为这就是新发现的元素， 但其实该粉末才是铀的氧化物。他以威廉· 赫歇尔 在八年前发现的天王星（Uranus）来命名这种新元 素，而天王星本身是以希腊神话中的天神乌拉诺斯 命名的。 •1841年，巴黎中央工艺学校（Conservatoire National des Arts et Métiers）分析化学教授尤金梅尔希奥· 皮里哥把四氯化铀和钾一同加热，首次分 离出铀金属。 •1896年，亨利· 贝可勒尔在位于巴黎的实验室中， 使用铀元素发现了放射性。
第3讲铀元素及铀矿物
由于涉及核武器问题，铀浓缩技术是国际 社会严禁扩散的敏感技术。目前除了几个核大 国之外，日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根 廷等国家都掌握了铀浓缩技术。提炼浓缩铀通 常采用气体离心法，气体离心分离机是其中的 关键设备，因此美国等国家通常把拥有该设备
作为判断一个国家是否进行核武器研究的标准。
二、铀元素的化学性质
铀属于锕系元素，铀的氧化态是价，离子半径的大小与配位数有关，离子 半径越大，配位数就越高。
铀的化学性质十分活波，几乎可以与稀有气体 元素以外的所有元素发生化学反应。例如：块 状金属铀在室温条件下的空气中可以缓慢氧化， 形成黑色的UO2薄膜，高度粉碎的金属铀在室 温的空气和水中都能自燃。
纯金属铀呈银白色，具有金属光泽，微带淡蓝 色色调。金属铀易氧化，所以在自然界几乎见 不到纯金属铀单质。粉末状金属铀由于受到氧 化呈灰黑色（+4价）。
在天然矿石中铀的三种同位素共生，其中235U 的含量非常低，只有约0.7205％，其他两种同 位素的相对丰度分别为，238U：99.2739%；234U： 0.0056%。
关于铀在地壳中的存在形式，大致可分 为以下三种：
1、铀矿物
自然界中铀以四价和六价两种价态 存在。在内生作用和外生作用中，四价 铀和六价铀都可形成独立的铀矿物和含 铀矿物。
由于内生作用中的温度、氧逸度等物理化学条 件变化很大，因而所形成的铀矿物类型以及铀 在这些矿物中的存在形式有明显的不同。
岩浆作用是在温度高、氧逸度低的条件下进行 的。所以铀在岩浆作用形成的矿物中，主要以 四价形式存在，多数晶质铀矿（如晶质铀矿、 沥青铀矿和铀黑）的含氧系数为2.17～2.50。介 质氧逸度随着温度降低而逐渐升高，因而在中 低温热液条件下形成的铀矿物（主要是沥青铀 矿，其次是铀石），即六价铀的含量显著增加， 沥青铀矿的含氧系数较高，多数为2.4～2.7。
铀
铀纯度为3%的U-235为核电站发电用低浓缩铀，U-235纯度大于80%的铀为高浓缩铀，其中纯度大于90%的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。
获得铀是非常复杂的系列工艺，要经过探矿、开矿、选矿、浸矿、炼矿、精炼等流程，而浓缩分离是其中最后的流程，需要很高的科技水平。
获得1公斤武器级U-235需要200吨铀矿石。
由于涉及核武器问题，铀浓缩技术是国际社会严禁扩散的敏感技术。
目前除了几个核大国之外，日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根廷等国家都掌金属铀握了铀浓缩技术。
提炼浓缩铀方法主要有气体扩散法和气体离心法。
气体扩散法: 使待分离的气体混合物流入装有扩散膜（分离膜）的装置来得到富集和贫化的两股流的同位素分离方法。
基本原理是：在分子间的相互碰撞忽略不计的情况下，气体混合物中质量不同的气体分子 (例如235UF6和238UF6)的平均热运动速率与其质量二次方根成反比。
当气体通过扩散膜时,速率大的轻分子(235UF6)通过的几率比速率小的重分子(238UF6)的大。
这样,通过膜以后，轻分子的含量就会提高，从而达到同位素分离的目的。
第二次世界大战结束后，美国的实践证明，气体扩散法能够用来大规模生产铀 235。
它是目前最成熟的大规模分离铀同位素的方法，是对各种新的浓缩方法的大规模商业应用的挑战，是比较各种方法的基本点。
美国和法国大型气体扩散工厂的分离功率达1万吨/年以上，比能耗均在 2400千瓦·时/千克左右。
气体扩散法的缺点是分离系数小，工厂规模大，耗电量惊人，成本很高。
气体离心法: 气体离心分离机是其中的关键设备。
铀原料放置于离心机中央反应室内，离心机以7-8万转/分钟的速度旋转。
较重的U-238原子逐渐靠近离心机的边缘，而较轻的U-235则保留在离心机中心部位。
结晶U-235被称为“富铀”（浓缩铀），其余的“贫铀”则被丢弃。
仅靠单个离心机一次分离是远远不够的，必须通过更多离心机加工，才可以分离提纯。
铀钍及其化合物性质
一、铀623k CO 或H 2, 623KU 38U+O 2热4UF 6F 2(NH 4)4[UO 2(CO 3)3]UO 2(NO 3)nH 2物理性质：银白色金属，熔点1132.3℃，沸点3818℃。
工业上制备：4222343.1UF Mg U MgF kJ +→++4222560.7UF Ca U CaF kJ +→++1.1金属铀的化学性质化学性质活泼，可以和除惰性气体以外的所有元素反应。
在空气中缓慢氧化，生成黑色氧化膜。
粉末状铀在空气中能自燃，有时候在水中也能自燃。
与水蒸气作用猛烈。
22376()34U H O g UO UH +→+1.2铀的氧化物1.2.1二氧化铀UO 2UO 2是一种暗红色粉末，比重为10.87，熔点2865℃，它能与许多金属如Th ，Zr ，Bi 和稀土的氧化物生成固溶体。
UO 2动力堆广泛采用的燃料，同时也是制备UF 4的原料。
铀以下方法制备得到：6503222C UO H UO H O ︒+−−−→+80044233232223()[()]31099C NH UO CO UO NH CO N H O ︒−−−→++++二氧化铀在强酸中易溶，硝酸能将它氧化为硝酸铀酰UO 2(NO 3)2。
1.2.2八氧化三铀U 3O 8常见的八氧化三铀为黑色化合物，随着温度不同有时呈暗绿色或橄榄色，它在空气中很稳定，800℃以下组成不发生变化，通常作为铀重量分析中的基准物质。
不同氧化态的铀化合物在高温下可转变成U 3O 8，例如如下反应：500338262C UO U O O >︒−−−→+8004227382329()621415C NH U O U O N NH H O ︒−−−→+++1.2.3三氧化铀UO 3三氧化铀随生成条件的不同，具有无定形和六种晶体结构，各具不同的颜色和特性，据胡所有的铀酸盐、铀酰铵复盐和铀酸铵盐在空气中煅烧，都可以生成三氧化铀。
300370232232221()6262C UO NO H O UO NO O H O -︒⋅−−−−→+++ 1.3铀的氟化物铀卤化物的挥发性则随铀氧化态的增高而显著变大，三卤化铀难挥发，四卤化铀略有挥发性，六卤化铀则具有很强的挥发性。
03铀矿
世界铀储量分布情况
世界主要产铀国家或地区：
– 1. 澳大利亚 – 2. 南非 – 3. 美国 – 4. 加拿大 – 5. 尼日尔 – 6. 巴西 – 7. 纳米比亚
世界已探明的具有工业价值的铀矿床， 大都分布于北美和非洲，其储量约占 目前世界铀总储量的62％。
70年代以来，澳大利亚大规模铀矿床 的发现使之成为世界铀矿资源重要基 地之一。
《能源矿产学》
张静 zhangjing@矿床与勘探教研室铀矿源自质学简介矿床与勘探教研室 张静
zhangjing@
铀矿资源用途
国防工业；
– 核武器
民用核能源
– 核电站
1954年，前苏联原子能发电站开始运转；1956年， 英国；1975年，美国。
法国，比利时、保加利亚瑞典等国的核电量也已占 本国总电力生产的50％～70％。
– 医用等
我国核电站的建设也正在稳步发展。核能是一种很有发展前途 的能源。铀矿资源是核工业的基础，是国家的战略性资源。
第一节 世界铀矿资源概况 第二节 铀的性质与铀矿物特征 第三节 铀矿床的工业要求 第四节 铀矿床学概论 第五节 我国的铀矿资源
（三）酸性火山岩型铀矿床
1980 年 ， 前 苏 联 学 者 丹 切 夫 提 出 了
外生铀矿床的分类方案。
（一）地面表生作用形成的铀矿床
1.机械风化作用形成的残积和坡积-洪积含 铀矿物砂矿床
2.化学风化作用形成的矿床氧化带和淋积 铀矿床
（二）沉积作用形成的铀矿床
1．冲积和滨海砂矿床
（三）成岩作用形成的铀矿床
铀矿物也依其成因分为原生和次生铀矿物。
– 从数量上看，次生铀矿物种类较多，而原生 铀矿物种类较少。
– 从工业利用上看，原生铀矿物是铀的主要来 源，次生铀矿物是次要的。
第九章铀ppt课件
胃肠道吸收
可随污染的饮食直接进入。 进入胃肠道的铀，大部分随粪便排除， 吸收较少。 D、W和Y类铀化合物进入胃肠道后，其 吸收分数f1分别为0.05，0.05和0.002。
皮肤和伤口的吸收
难溶性铀化合物通过完整皮肤难以吸收；
可溶性铀化合物不仅可以被吸收，而且能引起
全身性铀中毒症状。 溶剂对皮肤吸收起重要作用：有机溶剂有利于 铀进入皮肤深层，与组织液中重碳酸根络合， 吸收入血。无机溶剂，尤其是酸和硷，可损伤 皮肤，从而增加铀的吸收。一例硝酸铀酰皮肤 烧伤事故吸收入体的铀高达93~186mg，并伴有
体 内 代 谢 呼吸道吸收
生产条件下，铀化合物主要以气溶胶粒 子形式经呼吸道进入体内，与机体的生 理状态，空气中铀浓度，铀化合物溶解 度，尤其是气溶胶粒径的大小有密切关 系，影响铀在肺内的沉积率，而且亦影 响其吸收率。 。 ICRP第30号出版物推荐，易溶性铀化合 物：UF6，UO2F2和UO2(NO3)2为D类化合物； 微溶性铀化合物UO3,UF4和UCl4为W类化合 物；难溶性铀化合物：UO2和U3O8为Y类化 合物。
物理特性
浓缩铀(enriched uranium)，是同位素２３５U的 丰度(Abundance)高于天然铀丰度。 低浓缩铀含235U 2～3％，为一般核动力反应堆 (nuclear power reactor) 所用燃料，而丰度 高达90％以上者用作核武器装料。 234U 的物理半衰期比 238U 短，因此浓缩铀的比 活度比天然铀高，放射性活度则以 234U 的贡献 为主。 贫化铀：同位素２３５U的丰度高于天然铀丰度。
铀的化学性质
极为活泼：铀酰阳离子(UO22+)，铀酸根(UO22-) 或重铀酸根(U2O72-)阴离子；3、4、5和6价化 合物，最重要的是6价铀化合物，其次是4价铀 化合物；铀的氧化物：UO2UO3)，U3O8) ，卤 化物：UF4UF6和氟化铀酰(UO2F2)。 铀酰离子与酸反应易形成铀酰盐：硝酸铀酰 [UO2(NO3)2· 6H2O]，硫酸铀酰(UO2SO4· 3H2O)， 醋酸铀酰[UO2(CH3COO)2· 2H2O]，草酸铀酰 (UO2C2O4)和磷酸铀酰(UO2HPO4) 。 在硷性介质中铀可形成铀酸盐，如重铀酸铵和 重铀酸钠等。
《铀的基本性质》课件
它与使用铀的放射性相关。半衰期越长，
辐射越弱。
3
放射线类型
铀的放射线包括阿尔法、贝塔、伽马射
线。它们能够干扰电子和核素，对人体
能量释放
4
有潜在危害。
铀的放射性能量释放很大，因为它的原 子核不够稳定。这是它被广泛应用于核
能生产的原因。
铀的应用
核能利用
铀是用于制造核能发电的重要原料，它所释放的 能量可以转化为电能，来供电。
铀的基本性质
铀是一种化学元素，具有放射性。本课件将深入探讨它的物理、化学、放射 和应用方面的性质。
铀的概述
1 起源多样
铀可在地球地壳和地球外的空间中发现，也可人工制备。它是一种重要的铀系元素。
2 用途广泛
铀广泛应用于核能利用、医疗领域和工业应用中。它也是核武器制造的必备原料。
铀的物理性质
原子结构
铀可以与各种元素形成化合物，如UO2和UF6。UO2广泛应用于核燃料生产。
3 化学反应
铀与空气中氧气和氮气反应不大。它对热水和稀酸有反应，可以被硝酸、氢氟酸和氯气 溶解。
铀的放射性
1
放射性衰变
铀放射性衰变后，变成一连串的新元素。
半衰期
2
其中半衰期最长的就是铀238，半衰期超 过45亿年。
半衰期是铀衰变为新元素所需的时间。
医学领域
铀广泛运用于诊断和治疗。它的同位素被用于放 射性示踪、放射治疗和X射线影像。
工业应用
铀在降低硫分子量、生产高多巴胺类生物碱、绿 色催化剂和他克莫司等领域有着广泛的工业应用。
核武器
铀是制造核武器的重要原料。它的高能放射性能 让它成为一种极具杀伤力的武器，威力极大。
安全问题
控制措施 事故案例 防护措施 应急措施
铀的基本性质
性质 导热率 磁化率 电阻率 电导（0－ 20℃） ℃ 气化热 原子体积
单位 厘米·秒 度 卡/厘米 秒·度 厘米 电磁单位/g 电磁单位 微欧姆·cm 微欧姆 微欧－1 千卡/摩尔 千卡 摩尔 cm3/摩尔 摩尔
特征值 0.064 1.74×10－6 × 30.0 0.034 110 12.5
金属铀在一定的温度和压力下发生相变。 金属铀在一定的温度和压力下发生相变。在 1.013×105Pa条件下，α铀在 条件下， 铀在 铀在667.7℃相变成 铀； × 条件下 ℃相变成β铀 当温度升高到774.8℃时，β铀又相变成 铀。α、 铀又相变成γ铀 当温度升高到 ℃ 铀又相变成 β、γ三相铀的平衡点的压力为 三相铀的平衡点的压力为29.8×108Pa，温 三相铀的平衡点的压力为 × ， 度是798℃。当压力超过 度是 ℃ 当压力超过29.8×108Pa时，α铀直 × 时 铀直 接转变为γ铀 接转变为 铀。
－0.49V
－2.14V
－2.17V
图中最右端为还原物质， 左端为氧化物质。 图中最右端为还原物质 ， 左端为氧化物质 。 电极电位大于零：说明化学反应自由能小于零， 电极电位大于零：说明化学反应自由能小于零， 反应可自发进行，关系式成立。 反应可自发进行，关系式成立。 在碱性溶液中的电极电位均小于零， 在碱性溶液中的电极电位均小于零，说明碱 性溶液中铀以高价态的形式可稳定存在。 性溶液中铀以高价态的形式可稳定存在。即在 碱性溶液中铀很容易被氧化。 碱性溶液中铀很容易被氧化。
锕系元素包括如下： 锕系元素包括如下：
89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk
锕 钍 98Cf 99Es 锿 锎
镤 100Fm 镄
铀矿基础
核电站
铀资源勘查 高放废物处置
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一、铀的基本性质
1.1 铀的物理性质
铀：元素符号U，原子序数92。1789年由德国化学家
克拉普罗特发现。
铀是存在于自然界中的一种稀有化学元素，铀主要含
三种同位素，即238U、235U和234U，都具有放射性，能 够自发地蜕变成另一种原子核，同时放出射线。 它们的半衰期分别是4.5×109a，7.3×108a和2.6×105a 。
铀矿基础
中广核铀业发展有限公司
马汉峰
2013.10.19
提
纲
一、铀的基本性质
二、铀矿物特征
三、铀矿床特征
四、铀的成矿作用
五、中国及世界铀资源概况 六、铀资源勘查 七、湖南省铀矿概况
核燃料循环示意图
“黄饼”
核工程
铀矿选冶
乏燃料后处理
扬子陆块东南缘
华南活动带
5.1 中国铀矿资源概况
5.2 世界铀资源概况
World U resources are hosted by ~14 different deposit types
>590 Economic / potential U deposits all types >500 Tonnes U @ >0.03% U (IAEA)
钙铀云母
2. 六价铀矿物
铜铀云母
提
纲
一、铀的基本性质 二、铀矿物特征 三、铀矿床特征 四、铀的成矿作用 五、中国及世界铀资源概况
六、铀资源勘查技术
三、铀矿床特征
三、铀矿床特征
3.1 铀矿床工业要求
1）铀矿石品位：
铀 金属元素
铀（拼音：yóu，英语：Uranium）
原子序数为92的元素，其元素符号是U，是自然界中能够找到的最重元素。
铀是致密而有延展性的银白色放射性金属。
铀在接近绝对零度时有超导性，有延展性。
铀的化学性质活泼，易与绝大多数非金属反应，能与多种金属形成合金。
在自然界中存在三种同位素，均带有放射性，拥有非常长的半衰期（数十万年~45亿年）。
此外还有12种人工同位素(226U~240U)。
铀在1789年由马丁·海因里希·克拉普罗特（Martin Heinrich Klaproth）发现。
铀化合物早期用于瓷器的着色，在核裂变现象被发现后用作为核燃料。
铀基础知识分析
铀基础知识分析
介绍
铀是一种化学元素，化学符号为U，原子序数为92。
它是一种放射性元素，具有广泛的应用领域，包括能源生产和医学用途。
物理性质
- 铀是一种银灰色的金属，比较重，密度高。
- 它的熔点相对较高，约为1132°C。
- 铀具有较高的密度和较强的放射性，可用于核能反应。
化学性质
- 铀在大气中稳定，但与水反应会生成氢氧化铀。
- 它可与许多其他元素形成化合物，如铀氧化物和铀酸化合物。
放射性
- 铀的主要放射性同位素是铀-235（U-235）和铀-238（U-238）。
- U-235具有核裂变能力，可以用于核能反应。
- U-238通过放射性衰变最终变为铅。
应用
- 铀在核能行业中用于发电和制造核武器。
- 它还用于医学诊断和治疗，例如铀放射性示踪剂和铀放射治疗。
- 铀在玻璃和釉料制造中也有应用。
环境影响
- 铀矿的开采和加工可能会产生放射性废物，对环境和健康构成潜在风险。
- 铀的放射性性质需要妥善处理和储存，以防止辐射泄漏。
铀作为一种重要的元素，在能源和医学领域发挥着重要作用。
然而，我们需要加强对其放射性性质的了解，并采取适当的措施来确保其安全应用和处理。
铀之秘密了解铀元素在核武器和核电站中的重要角色
铀之秘密了解铀元素在核武器和核电站中的重要角色铀之秘密：了解铀元素在核武器和核电站中的重要角色引言：铀是一种重要的化学元素，它在核武器和核电站中都扮演着关键的角色。
铀的性质使其成为核反应的理想材料，因此，对铀的了解对于我们理解核能的应用和潜力至关重要。
本文将详细探讨铀元素在核武器和核电站中的重要角色，并介绍铀的基本性质、核裂变过程以及铀资源的开采和利用。
铀的基本性质：铀是一种化学元素，原子序数为92，化学符号为U。
它是一种重金属，密度高、熔点高，具有良好的化学稳定性。
铀主要存在于自然界中的两种同位素：铀-238和铀-235。
其中，铀-235具有核裂变能力，是制造核武器和核燃料的重要原料。
核武器中的铀：核武器是利用铀的核裂变产生大能量释放的武器。
一般核武器使用两种方式来释放核能，其中一种方式是通过铀-235的核裂变反应实现的。
核武器中的铀会被压缩至临界状态，当触发器引发核链反应时，铀-235核裂变产生的巨大能量会引发连锁反应，导致核弹爆炸。
核电站中的铀：核电站利用核能产生热能，进而转化为电能。
核电站的核反应堆中使用铀-235或铀-233作为燃料。
核裂变的反应将铀核分裂成两半，释放出大量的能量。
这些能量被用来加热水蒸汽，产生蒸汽推动涡轮发电机发电。
铀资源的开采和利用：铀是一种非常稀少的资源，其在自然界中的含量非常低。
铀矿石一般以铀的氧化物形式存在。
开采铀矿石并从中提取铀是一个复杂且昂贵的过程。
提取出的铀可以用于制造核燃料、核武器或其他核技术应用。
关于铀资源的开采和利用，国际社会制定了严格的监管措施和防止核材料扩散的条约。
这些措施旨在确保铀资源的合理利用，并防止它们落入恶意组织或国家的手中。
结论：铀作为一种重要的化学元素，对于核武器和核电站的运作至关重要。
在核武器中，铀-235的核裂变产生巨大的能量，造成核弹爆炸。
在核电站中，铀-235或铀-233作为燃料，产生热能，转化为电能。
然而，铀的开采和利用必须受到严格的国际监管，以确保其安全和合理的利用。
第一章铀的性质及分布
第一章铀的性质及分布教学目的：让学生了解铀的基本知识、性质及分布特征，铀的用途。
教学重点和难点：铀的性质和分布。
主要教学内容及要求：了解铀的性质，理解铀在自然界中的分布特征，掌握铀在自然界中的存在形式。
铀矿地质是以铀为为研究对象，研究铀的地球化学特征，铀矿物的特征、鉴别方法，铀矿床的类型及其特征的一门学科。
一、铀的性质铀位于周期表上第Ⅲ族，属于锕系元素，其原子序数为92，原子量为238.027。
铀在自然界有三种同位素，其分布量及半衰期列于表1-1。
表1-1 铀天然同位素分布量及半衰期原子序数原子量铀同位素分布量，% 半衰期，年238U (UⅠ) 99.275 4.51×109235U (AcU)0.7196 7.1×10892 238234U (UⅡ) 0.0054 2.44×105 238U和235U是重要的核原料。
铀原子呈似椭圆形，其短半径为1.4Å，长半径为1.65Å，泛用1.534Å。
其离子半径大小随价态和配位数不同而有变化。
配位数为6的U4+离子半径为0.97Å。
铀具有3个不饱和的电子层——最外层、次外层和外数第三层，列于表1-2。
铀的价电子层结构为5f36d17s2。
由于不仅最外层电子参与成键，而且次外层和外数第三层的电子也参与成键，所以铀具有变价的特性。
铀失去全部价电子后的最外层电子结构为6s26p6，即次外层电子为8个，趋于惰性气体型，故属亲氧元素。
就铀的三种同位素的原子核来说，238U由92个质子和146个中子组成，238U由92个质子和143个中子组成，234U由92个质子和142个中子组成。
当原子核中中子数大大超过质子数时，原子核将产生自发的衰变，这就是铀的天然放射性。
（一）、铀的物理性质金属铀具金属光泽，呈银白色，微带淡蓝色调。
比重19.04。
熔点1132.3℃，沸点3818℃。
硬度比铜稍软，为240—260公斤/毫米2(布氏硬度)。
02铀元素及铀矿物基本特征
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25 f36d1
价电子层结构为5f36d17s2，成键的价电子为最 外层的2个s电子，次外层的1个d 电子和外数第三层 的3个f电子。根据电子的丢失程度不同，可呈现不 同的价态。如+3、+4、+5、+6几种价态，所以铀具 有变价的特性。
2、铀和铀酰的性质
② 离子的颜色 U 4＋ 呈绿色，UO 2 2＋ 呈黄色。离子的这种 颜色性质决定了四价铀矿物与六价铀矿物的基 本色调。 ③ 离子的酸碱性
（I）U4＋呈弱碱性，当pH=2时，U4＋发生水解，水 解结果具酸性反应，并最后生成U(OH)4沉淀。 U4＋+H2O=U(OH)3＋+H＋ U4＋+4H2O=U(OH)4 + 4H＋
Clq 2013-8-28
一、铀元素物理性质
表1 金属铀的物理性质（王剑锋，1986）
Clq 2013-8-28
一、铀元素物理性质
金属铀在一定的温度和压力下发生相变。 在1.013×105Pa条件下，α铀在667.7℃相变成β铀； 当温度升高到774.8℃时，β铀又相变成γ铀。 α、β、γ三相铀的平衡点的压力为29.8×108Pa， 温度是798℃。 当压力>29.8×108Pa时，α铀直接转变为γ铀。
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第一节
铀元素性质及铀的分布
一、铀元素物理性质 二、铀元素化学性质 三、铀在地壳中的分布及存在形式
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Rock Cycle
1．铀在地壳中的分布
Pyroclastic material
Lava
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铀矿石性质
铀矿石性质物理性质：铀是元素周期表中第七周期MB族元素，锕系元素之一，是重要的天然放射性元素，元素符号U，原子序数92，原子量238.0289。
在整个元素序列中，大约到铁的位置以后，每个原子核都有分裂的趋势，只是由于闸门阻止着才未分裂。
在自然界发现的最后一个元素铀，有最弱的闸门，1936年由哈恩和他的同事斯特拉斯曼在实验中第一次打破的，就是这个元素。
铀原子有92个质子和92个电子，其中6个是价电子。
铀是银白色金属，熔点1132.5`C，沸点3745℃，密度18.95g/cm3，电阻率30.8×10-8n"m，抗拉强度450MPa，屈服强度207MPa，弹性模数172GPa。
铀的热中子吸收截面为7.60b，铀有15种同位素，其原子量从227-240。
所有铀同位素皆不稳定，具有微弱放射性。
铀的天然同位素组成为：238u （自然丰度99.275%，原子量238.0508，半衰期4.51X109a)，235U（自然丰度0.720%，原子量235.0439，丰衰期7.00X108a)，234U（自然丰度0.005%，原子量234.0409，丰衰期2.47X105a)。
其中235u是惟一天然可裂变核素，受热中子轰击时吸收一个中子后发生裂变，放出总能量为195MeV，同时放2~3个中子，引发链式核裂变；238U是制取核燃料钚的原料。
化学性质：铀的外电子层构型为[Rn]5f36dl7s2，有+3，+4，+5，+6四种价态，其中+4和+6价化合物稳定。
铀的化学性质活泼，能和所有的非金属作用（惰性气体除外），能与多种金属形成合金。
空气中易氧化，生成一层发暗的氧化膜，高度粉碎的铀空气中极易自燃，块状铀在空气中易氧化失去金属光泽，在空气中加热即燃烧，铀能与所有非金属反应，250℃下和硫反应，400℃下和氮反应生成氮化物，1250℃下和碳反应生成碳化物，250-300℃下和氢反应生成UH3，UH3在真空350-400℃下分解，放出氢气。
铀的基本性质PPT课件
﹤667.7
斜方 a=2.854Å b=5.869Å c=4.955Å 19.05
机械性质
延展性
β－U
γ－U
667.7－774.8 774.8－1132.3
四方 a=b=10.754Å c=5.6525Å
体心立方 a=3.534Å a=b=c
18.13
17.91
脆性
塑性
8
二、铀元素化学性质
价电子层结构为5f36d17s2，成键的价电子为最外 层的2个s电子，次外层的1个d 电子和外数第三层 的3个f电子。根据电子的丢失程度不同，可呈现不 同的价态。如+3、+4、+5、+6几种价态，所以铀 具有变价的特性。
11
1、铀的稳定氧化态
铀在参与化学反应时， 价电子层失去电子的顺 序是先失去7s亚层电子和6d亚层电子而显＋3的氧 化态，再失去部分或全部5f 亚层电子而显+4、+5 、+6的氧化态，其中+4和+6的氧化态比较稳定， +3和+5的氧化态不稳定。
113矿物晶质铀矿沥青铀矿化学式uo217270uo217270uo270292杂质组分不含或微含含或不含晶胞参数548543545540形态特征晶体立方体八面体立方体与八面体及菱形十二雏晶或细小的纤维状晶体集合体粒状浸染状胶状葡萄状肾状皮壳状球粒状土状块体或呈沥青铀矿及晶质铀矿的假象光泽半金属光泽沥青光泽沥青光泽土状光泽硬度655341比重1087685654831成因产状伟晶岩高温热液矿床沉积变质矿床中低温热液矿床沉积后生矿床矿床氧化带与胶结3晶质铀矿沥青铀矿铀黑的比较114晶质铀矿沥青铀矿与黑色非放射性矿物及含铀矿物有某些相似但晶质铀矿沥青铀矿的析出形态沥青光泽密度大和强放射性都是明显的区别标志此外可根据晶质铀矿和沥青铀矿易氧化表面常有表生铀矿物溶于酸并有铀的微化反应等与含铀的复杂氧化物相区别
铀资源地质学-铀的基本性质
UO2＋與UO22＋和U4＋之間的電位圖： UO22＋ 0.025V UO2＋ ＋0.612V U4＋
UO22＋+e=UO2＋
E°UO2＋/UO22＋=-E°UO2＋/UO22＋=-0.025V
UO2＋+e=U4＋ E°UO2/U4＋=+0.612V
總反應式可寫為： 2UO2＋=UO22＋+U4＋
（II） UO22＋（鈾醯）呈啞鈴型（見附圖），其 長軸長約6.04－6.84 Å，離子半徑很大，（最大 的金屬陽離子Cs＋的離子半徑是1.60 Å），因此 沒有其他任何陽離子可與它呈類質同象，一般
Th4+與 UO22＋不 共生，但 在複鹽中 可作為一 種組分出 現。
②離子的顏色
U4＋呈綠色，UO22＋呈黃色。離子的這種顏色 性質決定了四價鈾礦物與六價鈾礦物的基本色 調。
I 粘土質和有機質對鈾的吸附作用；
II 有機質分解造成的還原環境有利於海水 中的鈾不斷轉入沉積物中，各種沉積成岩成因 及後生淋積成因的鈾礦床均與上述富鈾沉積岩 密切相關。
③鈾在變質岩中的分佈：
鈾礦床在變質岩中的產出通常是產在中低 級變質程度的 ，在高級變質相的岩石中則很少 見，它與鈾在變質岩中的分佈規律相關。
金屬鈾可用還原法或電解法制取。純金屬鈾 外貌象鋼，呈銀白色，具金屬光澤，微帶淡藍色 色調。粉末狀金屬鈾由於受到氧化呈灰黑色。熔 點是1405℃。鈾的硬度比銅稍低，其布氏硬度為 240－260kg/mm2。硬度隨著溫度升高而減小，並 且與鈾的變體有關。γ鈾的硬度最小，以至不能 用布氏硬度測量。
鈾的密度很大，也與其變體有關，在常溫下α
當溫度升高到774.8℃時，β鈾又相變成γ鈾。α、β、
γ三相鈾的平衡點的壓力為29.8×108Pa，溫度是 798℃。當壓力超過29.8×108Pa時，α鈾直接轉變 為γ鈾。
第一章铀钍钚原子结构
U233
易裂变核素。 热中子裂变截面，530.6靶；俘获截面47.0靶。 平均有效中子数η=2.28，可引起链式反应。增 殖比有可能大于1，实现增值。 以天然钍为原料，在反应堆生产而来， Th-232+n→Th-233→Pa-233→U-233(两次β 衰变)
U238
天然放射系中铀镭系的母体，丰度99.275% 。 可裂变核素，可被能量1MeV的快中子分裂。 快中子裂变截面2.75靶，也可自发裂变。 是生成Pu239的主要核燃料。 U-238+n→U-239→Np-239→Pu-239(两 次β衰变)
矿物原料
含钍矿物有100多种，钍资源仅是铀的1/3。 钍常和铀、稀土元素共生。 三种主要类型。 (1)氧化物型：主要有方钍石，其化学组成为 ThO2•UO2，含ThO258.4％～93％。 (2)硅酸盐型：主要有钍石，其化学组成为ThSiO4， 含ThO225％～63％。 (3)磷酸盐型：主要有独居石，其化学组成为(Ce， La，Th，U)PO4，含ThO24％～12％。 独居石是钍的主要原料。钍的主要生产国有巴西、 印度和美国等。
元素 符号 氧化态 +3 +3 +4 +3 +4 +5 +3 +4 +5 +6 +3 +4 +5 +6 +7 +3 +4 +5 +6 +7 +2 +3 +4 +5 +6 +3 +4 +3 +4 +2 +3 +2 +3 +2 +3 +2 +3 +2 +3 +3
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UO2＋与UO22＋和U4＋之间的电位图： UO22＋ 0.025V UO2＋ ＋0.612V U4＋
U4 ＋ ＋ e=U3 ＋ E°=-0.607V （ 酸 性 条 件 ） E°=-2.17V（碱性条件）
U、U3＋在酸碱性溶液中都是强还原剂，在 没有其它氧化剂的条件下，两者都可以把水中 的H＋还原成H2，而其本身则被氧化成U4＋离 子，说明U、U3＋在水溶液中不能稳定存在。
15
③UO2＋的歧化反应
密度（g/cm3）
﹤667.7
斜方 a=2.854Å b=5.869Å c=4.955Å 19.05
机械性质
ห้องสมุดไป่ตู้
延展性
β－U
γ－U
667.7－774.8 774.8－1132.3
四方 a=b=10.754Å c=5.6525Å
体心立方 a=3.534Å a=b=c
18.13
17.91
脆性
塑性
8
二、铀元素化学性质
价电子层结构为5f36d17s2，成键的价电子为最外 层的2个s电子，次外层的1个d 电子和外数第三层 的3个f电子。根据电子的丢失程度不同，可呈现不 同的价态。如+3、+4、+5、+6几种价态，所以铀 具有变价的特性。
11
1、铀的稳定氧化态
铀在参与化学反应时， 价电子层失去电子的顺 序是先失去7s亚层电子和6d亚层电子而显＋3的氧 化态，再失去部分或全部5f 亚层电子而显+4、+5 、+6的氧化态，其中+4和+6的氧化态比较稳定， +3和+5的氧化态不稳定。
当温度升高到774.8℃时，β铀又相变成γ铀。α、 β、γ三相铀的平衡点的压力为29.8×108Pa，温
度是798℃。当压力超过29.8×108Pa时，α铀直 接转变为γ铀。
铀的三种变体的存在条件和特点列入表2。
7
表2 铀的三种同素异形体的特性 （引自王剑锋，1986）
同素异形体
α－U
存在温度（℃） （1×105Pa） 晶体结构
特征值 1132.3 2700.0 129.0 0.028 3818 19.05
性质
单位
导热率
卡/厘米·秒·度
磁化率
电磁单位/g
电阻率
微欧姆·cm
电导（0－ 20℃） 气化热
微欧－1 千卡/摩尔
原子体积
cm3/摩尔
特征值 0.064 1.74×10－6 30.0 0.034 110 12.5
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金属铀在一定的温度和压力下发生相变。在 1.013×105Pa条件下，α铀在667.7℃相变成β铀；
铀位于周期表第三族，属锕系元素（锕系元 素为89Ac－103Lr），作为锕系元素，其电子层 结构有一明显的特点，即具有三个不饱和的电 子层－最外层（Q）、次外层（P）和外数第三 层（O）；并且最外层电子相等，只有两个电 子（7S电子），次外层中除钍（Th）有两个6d 电子外，其它元素只有一个d电子或没有d亚层。 外数第三层（5f亚层）从镤（91号）到铹（103 号）逐渐被填满。
铀的密度很大，也与其变体有关，在常温下α 铀的密度值为19.05g/cm3。根据此值计算出铀的 原子体积为12.5cm3/mol。铀的其他物理性质列入 表1。
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表1 金属铀的物理性质（引自王剑锋，1986）
性质 单位
熔点 ℃
熔化 热
升华 热 比热
卡/摩尔 千卡/摩尔 千卡/摩尔
沸点 ℃
密度
g/cm3
UO22＋+e=UO2＋
E°UO2＋/UO22＋=-E°UO2＋/UO22＋=-0.025V
UO2＋+e=U4＋ E°UO2/U4＋=+0.612V
总反应式可写为： 2UO2＋=UO22＋+U4＋
(1)
此反应能否自发进行，可根据△Z＝－nFε反
应式来判断，该式中△Z为反应自由能（千
卡），n为得失电子数，F为法拉第常数23.06
第二章 铀元素及铀矿物的基本特征
第一节 铀元素性质及铀的分布 第二节 铀矿物的基本特征
1
第一节 铀元素性质及铀的分布 一、铀元素物理性质 二、铀元素化学性质
三、铀在地壳中的分布及存在形式
2
一、铀元素物理性质
U的原子序数是92，原子量是238，在自然界 中有三种同位素，即U238、U235和U234，其丰度分 别为99.2739％、0.7205％和0.0056％。铀的三种 同位素都有放射性，能够自发地蜕变成另一种原 子核，同时放出射线，它们的半衰期分别是 4.5×109a、7.3×108a和2.6×105a。
图中最右端为还原物质，左端为氧化物质。 电极电位大于零：说明化学反应自由能小于零， 反应可自发进行，关系式成立。
在碱性溶液中的电极电位均小于零，说明碱 性溶液中铀以高价态的形式可稳定存在。即在 碱性溶液中铀很容易被氧化。
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②U、U3＋的还原性
U3 ＋ ＋ 3e=U E°=-1.796V （ 酸 性 条 件 ） E°=-2.17V（碱性条件）
3
铀 测 年 法 图 解
4
金属铀可用还原法或电解法制取。纯金属铀 外貌象钢，呈银白色，具金属光泽，微带淡蓝色 色调。粉末状金属铀由于受到氧化呈灰黑色。熔 点是1405℃。铀的硬度比铜稍低，其布氏硬度为 240－260kg/mm2。硬度随着温度升高而减小，并 且与铀的变体有关。γ铀的硬度最小，以至不能 用布氏硬度测量。
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①铀的标准电极电位：
在25℃，pH=1的强酸性介质中： UO22+ ＋0.052V UO2＋ ＋0.612V U4＋ －0.607 U3＋ －1.796 U
+0.334V(在HCl溶液中)
13
在25℃，pH=14的强碱性介质中：
UO2(OH)2 －0.49V U(OH)4 －2.14V U(OH)3 －2.17V U
9
锕系元素包括如下：
89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 锕钍镤 铀镎 钚 镅
98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr 锎 锿 镄 钔 锘铹
96Cm 锔
97Bk 铻
10
铀是92号元素，它的电子结构为：
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s 25f36d1