02铀的基本性质——【铀资源地质学】
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。
铀资源地质学实验课件
铀含量的测定方法有绝对法和相对比较法两种。绝对法系根据
径迹密度和准确测定的中子积分通量按公式计算而得。相对比较法 是将已知铀含量的标准铀玻璃片与样品在同等条件下照射，根据样
品和标准铀玻璃片产生的径迹密度的比值求得铀含量。
相对比较法的具体操作步骤如下： ①制样 待测样品需制成厚约0.05mm的光薄片，光薄片要 两面抛光。粘合剂用618型环氧树脂与乙二胺(固化剂)按100﹕7的 比例调制。可在烘箱中在70℃下加热以加速其固化。 ②样品的包装 将探测器裁成比光薄片略小的小片，将其用 即可送反应堆照射。同时还要准备数块标准铀玻璃片，用同样方
铀资源地质学实验课件
吴仁贵教授
东华理工大学 地球科学与测绘工程学院
实验一、铀矿物
一、实验目的： 通过本次实验，学生能够比较熟练的掌握铀矿物的鉴
定特征及鉴定方法，熟知常见铀矿物的基本特征：如铀
矿物的成因类型、地质产状、物化性质等各个方面，并
能较好的掌握四价铀矿物与六价铀矿物的对比。
二、实验内容：
1、常见铀矿物鉴定方法的介绍 （1）放射性照相：实验条件和步骤 （2）裂变径迹分析：实验条件和步骤 （3）荧光分析：实验条件和步骤 （4）能谱分析：操作步骤(课堂示范) （5）数字伽玛测量：操作步骤(课堂示范)
成矿地质条件、岩浆作用中的铀成矿作用及矿化特征。
逐步熟悉矿床室内研究的方法和步骤，学会对已有资料
的分析与利用。
二、实验内容：
1、岩浆铀矿床成矿理论回顾 2、实验矿床介绍 （1）红石泉矿床简介(主要实验矿床) （2）罗辛矿床简介 （3）矿床分析步骤与分析方法提示 3、矿床资料：包括文字资料、图表、标本、薄片、 光片等
极 弱
0.1－0.7
暗室中难见
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)。
《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：
02铀的基本性质
1、学科研究对象及与其它学科的关系－研究对象分7 个方面、综合性学科 2、学科发展简史－根据几个重大事件划分
3、铀资源概况－资源分布、类型等 四、铀矿工业指标－概念及主要指标
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
第一节 铀元素性质及铀的分布 一、铀元素物理性质
表2
铀的三种同素异形体的特性 （引自王剑锋，1986）
α－U ﹤667.7 β－U 667.7－774.8 γ－U 774.8－1132.3
同素异形体 存在温度（℃） （1×105Pa）
晶体结构
斜方 a=2.854Å b=5.869Å c=4.955Å 19.05
延展性
四方 a=b=10.754Å c=5.6525Å 18.13
（II） UO22＋（铀酰）呈哑铃型（见附图），其 长轴长约6.04－6.84 Å，离子半径很大，（最大 的金属阳离子Cs＋的离子半径是1.60 Å），因此 没有其它任何阳离子可与它呈类质同象，一般 Th4+与 UO22＋不 共生，但 在复盐中 可作为一 种组分出 现。
②离子的颜色
U4＋呈绿色，UO22＋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。
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。
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。
铀资源地质学复习资料
可靠储量：是指产于具有一定规模、品位和形态的已知矿床中的铀。
铀矿的工业指标：系指矿床储量的最低限量，最低可采品位和最低可采厚度。
歧化反应：在同一种元素中，同时进行着两种相反的化学反应，一部分原子或离子被氧化，另一部分原子或离子被还原，这种反应称为歧化反应，或叫自身氧化还原反应。
2UO2＋=UO22＋+U4＋类质同象置换：系指地球化学性质相近的元素以可变的数量在矿物晶格中相互转换。
铀矿物可分为四价铀矿物和六价铀矿物。
变生作用（非晶化作用）：系指在铀、钍衰变过程中放出的射线作用下和核裂变碎片的作用下某些含铀、钍矿物的晶体结构遭到破坏从而呈非晶态的现象。
同质多象：是指同种化学成分（石墨和金刚石），在不同的热力学条件下结晶成不同晶体结构的现象。
多型：是一种特殊类型的同质多象，是指化学成分相同的物质，形成若干种仅仅在层的堆积顺序上有所不同的层状晶体结构的现象。
放射性：系指铀、钍、镭等元素的原子核能自发地蜕变为另一种原子核，同时释放出α、β、γ射线的现象。
荧光：是在外来能量（紫外线）的激发下，矿物发光的现象。
岩浆铀矿床：又称侵入体内型或正岩浆铀矿床。
系指通过岩浆结晶分异作用直接富集形成的铀矿床。
伟晶岩型铀矿床：系指经结晶分异的残余酸性熔浆（极少为碱性熔浆）经冷凝结晶和气成交代而形成铀矿床。
热液铀矿床：是指由不同成因的含铀热水溶液，以及它们的混合热液，在适宜的物理化学条件下及各种有利的地质条件下，经过充填和交代等方式形成的铀的富集体。
蚀变围岩：因热液交代作用而引起的围岩变化称为热液蚀变，而蚀变后的岩石称为蚀变围岩。
有效孔隙度：对成矿有意义的孔隙度是有效孔隙度。
线性构造：系指具有线状延伸特点的断层和裂隙。
环型构造：系指由环型、半环型断裂以及岩墙群组成的构造形态。
层型构造：系指顺层断裂构造及层内裂隙构造。
花岗岩型铀矿床：是指与花岗岩体有紧密空间关系和成因关系的热液铀矿床产铀岩体：是指产有铀矿床的花岗岩体。
直线型构造组合：主要由两条或以上互相平行或侧列对称或锐角相截的夹持断裂构造组合。
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。
铀详细资料大全
铀详细资料大全铀(Uranium)的原子序数为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。
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（数亿年~数十亿年）。
此外还有12种人工同位素(铀-226~铀-240)。
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。
基本介绍•中文名：铀•外文名：Uranium•元素符号：U•原子量：238.02891•元素类型：金属元素•原子序数：92•发现人：克拉普罗特发现历史,分布范围,物理性质,单质性质,元素性质,原子性质,同位素,化学性质,制备方法,破碎和磨细,浸取,矿浆的固液分离,离子交换法提取,萃取法提取和精制,从溶液中沉淀,碱中和法,过氧化氢沉淀法,范德华浓缩技术,套用领域,发现历史铀（yóu）英文名Uranium，得名于天王星的名字“Uranus”。
1789年，由德国化学家克拉普罗特（M.H.Klaproth）从沥青铀矿中分离出，就用1781年新发现的一个行星——天王星命名它为uranium，元素符号定为U。
1841年，佩利戈特（E.M.Peligot）指出，克拉普罗特分离出的“铀”，实际上是二氧化铀。
他用钾还原四氯化铀，成功地获得了金属铀。
1896年有人发现了铀的放射性衰变。
1939年，哈恩（O.Hahn）和斯特拉斯曼（F.Stras *** ann）发现了铀的核裂变现象。
自此以后，铀便变得身价百倍。
铀通常被人们认为是一种稀有金属，尽管铀在地壳中的含量很高，比汞、铋、银要多得多，但由于提取铀的难度较大，所以它注定了要比汞这些元素发现的晚得多。
尽管铀在地壳中分布广泛，但是只有沥青铀矿和钾钒铀矿两种常见的矿床。
铜铀云母地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5，即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀，这比钨、汞、金、银等元素的含量还高。
铀资源地质学绪论
09
7
.4
47
4
72
.
1
91
3
64
.
4
2000
2010
2020
2030 年份
2040
15000
10000 5000
0 2050
我国天然铀需求和累计需求趋势预测
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原子能在社会各个领域的广泛应用：
医学:用来诊断治疗疑难病症，研究生物机 体内的反应；
食品保存，起保鲜作用； 种子改良； 成分的分析〈中子活化法测微量元素〉； 材料的鉴别等等 铀矿链的产品从军用广泛走向了民用，从 而在国民经济地位越来越显得重要。
主要参考文献：
铀资源地质学-哈尔滨工程大学出版社 铀矿物学-原子能出版社 铀地球化学-原子能出版社 铀矿床学-原子能出版社 铀成矿原理-原子能出版社 其它参考文献：各种铀矿地质期刊
第一章 绪论
一、学科研究对象及与其它学科的关系 二、学科发展简史 三、铀资源概况 四、铀矿工业指标
一、学科研究对象及与其它学科的关系
铀资源地质学与其它学科的联系
是一门综合性较强的学科，是建立在其它学科的 基础上发展起来的。
先导学科有：矿物学、岩石学、地层学、构造地 质学、矿床学、地球物理及地球化学等。
作为一门独立的学科，是在20世纪50年代末期形 成的，在早期阶段仅作为矿床学中金属矿床的一部分 。发展 不长，是一门年轻的学科。
前苏联与 的核竞争，1953年8月在西伯利 亚进行了最初一次氢弹试验，并获得成功， 两个超级大国便开始了耗费千百亿美元的核 竞争。
◆核能的和平利用
1954年6月2日前苏联原子能发电站开始 运转；
1956年10月17日，英国柯达·霍尔第一号 原子能发电站开始运转； 于1975年建成第一 个原子能发电站。
铀矿地质2资料文档
2.铀矿物类型
铀矿物可分为四价铀矿物和六价铀矿物。
在自然界中纯四价铀的矿物很少，它往往含有U6+ 成分，U6+的产生与U4+的自氧化的形成及形成后的环 境变化（氧化作用）有关，四价铀矿物的成分复杂， 矿物中各组分之间的比例不固定，类质同象相当普遍
六价铀矿物绝大多数是含水矿物，化学成分比较 稳定，每种矿物的金属阳离子，UO22+和络阴离子含 量之间都有固定的比值，类质同象不发育。
铀在大陆地壳中的相对丰度（据Roberton等，1978）
三、铀在地壳中的分布及存在形式
1.铀在地壳中的分布
①铀在岩浆岩中的分布 由超基性岩到酸性岩含量逐渐增高，一般 变化是自超基性岩中的0.00nppm到酸性岩中 的n个ppm(10-6)。 如 橄 榄 岩 类 为 0.003 － 0.006ppm ， 花 岗 岩 、流纹岩为3.5－4.8ppm。
①铀在岩浆岩中的分布
铀在岩浆岩中的分布：分布在造岩矿物和 副矿物中。
浅色矿物的铀含量通常低于全岩的平均铀 含量；深色矿物铀含量是浅色矿物的3－5倍。
②铀在沉积岩中的分布
根据统计资料表明，沉积岩中铀含量的变化幅度 很 大 ， 从 0.nppm 到 n×10ppm ， 一 般 随 沉 积 物 粒 度 变细铀含量升高，通常与沉积物中的P、H2S和有机 质含量密切相关，且呈正消长关系。
萤石型结构 －晶质铀矿
萤石型结构的对称型为：3L44L36L29PC
b、岛状型（或称锆石型）：是指四价铀的硅酸盐与 锆石的结构相似，在结构中，彼此孤立的[SiO4]四面 体通过U4+离子相连（三角十二面体） 。
岛状型结构 －铀石
c、层状型：是铀的复杂氧化物，如U-Ti和U-Mo复杂 氧化物具有复杂层状结构，其结构单元由[TiO6]八面 体或[MoO6]八面体组成。
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。
铀元素及铀矿物基本特征PPT课件
1、铀的稳定氧化态 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)
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。
用，如在氧化带U4＋矿物转变为U6＋矿物，如：
2UO2+O2+3H2O=2UO2(OH)2·H2O
沥青铀矿
柱铀矿
在胶结带：UO22＋+Fe2＋+2H2S=UO2+FeS2+4H＋
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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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铀 测 年 法 图 解
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一、铀元素物理性质
✓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℃。 ✓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。
① 铀在岩浆岩中的分布
铀在岩浆岩中含量变化幅度很宽，由超基 性岩到酸性岩含量逐渐增高，一般变化是自超基 性岩中的0.00nppm到酸性岩中的n个ppm(10-6) 。
如橄榄岩类为0.003－0.006ppm，花岗岩、 流纹岩为3.5－4.8ppm。
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1、铀在地壳中的分布
岩浆岩中铀分布在造岩矿物和副矿物中， 在酸性岩中，浅色矿物的铀含量通常低于全岩 的平均铀含量，在深色矿物中，铀含量较高， 是浅色矿物的3－5倍。
铀资源地质学实验PPT教学课件
除铀的定量外，本方法还用于研究铀在岩石和矿物中的存在
形式和铀在岩石中的配分等课题。判断铀存在形式的主要依据是径
迹的密度与分布特点。例如，浓密放射状径迹常与铀矿物或铀以类
质同象形式存在的含铀矿物有关；稀疏均匀的径迹常与造岩矿物中
分散吸附形式的铀有关。
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（3）荧光分析 荧光分析是利用矿物在外来能量激发下能发出可见光的性质 来鉴定矿物的方法。 荧光性是六价铀矿物的特性。六价铀矿物的发光色多为淡黄 绿色(钙铀云母型)和淡青绿色(板菱铀矿型)，较少为淡褐黄色、淡 污黄绿色(硅钙铀矿型)、淡黄色、淡绿色和橙褐色等。发光强度可 分为五级：极强、强、中等、弱和极弱(见后表)。 铀矿物的发光分析主要以长波紫外线(波长300－400纳米)为 激发源，在暗室或暗箱中进行。将未知矿物的发光色和发光强度与 已知矿物对比，即可作出初步鉴定。已知铀矿物的发光性质列于后 表中。
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相对比较法的具体操作步骤如下：
①制样 待测样品需制成厚约0.05mm的光薄片，光薄片要
两面抛光。粘合剂用618型环氧树脂与乙二胺(固化剂)按100﹕7的
比例调制。可在烘箱中在70℃下加热以加速其固化。
②样品的包装 将探测器裁成比光薄片略小的小片，将其用
透明胶纸固定在光薄片上(预先用丙酮擦净)，然后用超纯铝箔包好，
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发光强度 极强
强
发光颜色
淡青绿色 淡黄绿色 淡青绿色 淡黄绿色
中等
淡绿色 淡黄绿色
的特性来检查铀、钍矿物和研究其分布特点的方法。
该方法要求将含有铀、钍矿物的标本磨制成光面或光片。在暗室
中将光面或光片紧压在照相底片(最好是X光底片)上，样品即自行
铀资源地质学复习要点
第一编铀的性质与铀矿物特征1.U的原子序数为92，原子质量为238，自然界中有三种同位素：U238〉U235〉U2342.金属铀的制取：还原法，电解法3.钝金属铀：外貌像钢，呈银白色，具有金属光泽，微带淡蓝色色调.粉末状：由氧化呈灰黑色.熔点：1405摄氏度.硬度：比铜稍低.密度：很大.常温：19.05g/cm34.在一定温度与压力下：金属铀发生相变：1.013x10的5次方pa下：阿尔法-U 贝塔-U 伽马-U存在温度：小于667.7度667.7-774.8度大于774.8-1152.3度晶体结构：斜方四方体-立方密度: 19.05 18.15 17.91机械性质：延展性脆性塑性5.铀的化学性质：十分活泼，几乎可以与稀有气体元素以外的所有元素发生化学反应。
所需温度取决于铀的粒度与反应元素的性质。
6.铀的还原能力很强，金属铀和低价态铀都为强还原剂，U0与U3+能与水强烈反应，自身氧化为U4+或UO22+。
7.地壳中不存在金属铀与三价铀化合物8.U6+为亲氧元素，故自然界中U既不形成自然金属，也不形成硫化物，砷化物或碲化物9.铀为：强络合物形成条件与无机和有机配位体络合形成多种络合物10.U5+→UO2+仅在PH为2—4的水溶液中存在。
至今尚未在地壳中找到是否存在U5+络合物11.①自然界中：铀的氧化态只为4价与6价。
②实验室条件中：U的过滤态为+3价与+5价12.+4价具有弱碱性，故只存在于强酸溶液中。
+6价一般溶于稀酸13.+6价具有两性特征，（1）在酸性与中性介质中呈弱碱性（2）在碱性中呈弱酸性第二章铀矿物的基本特征1.U离子亲石元素与氧有强亲和力，在自然界只形成：氧化物，氢氧化物与含氧盐类矿物，而不形成硫，砷，氟化物，类矿物，也不存在单质铀2.铀酰离子结构：（1）单独的U6+离子不稳定，U6+在矿物中几乎为UO22+形式存在（2）UO22+呈哑铃状（U-O共价键很牢固）（3）其电荷全集中于：赤道平面，沿垂直长轴平面分布：①赤道平面—离子键②水平长轴—分子键3.六价铀矿物晶体结构有三种类型：层状型，健状性，架状型。
《铀资源地质学》简答题答案
四、简答题1、铀矿物的成因类型有哪些？各自表现如何？铀矿物形成于各式各样的地质条件下。
在岩浆作用、伟晶作用、热液作用、变质作用、沉积作用、后生淋积作用和分化作用下都能形成铀矿物。
（1）岩浆成因铀矿物含铀高的岩浆岩主要是酸性岩和碱性岩，矿物均为熔浆中直接结晶的产物。
铀矿物颗粒都十分细小，或呈包裹体状分布在黑云母等暗色矿物以及其它造岩矿物中，或者呈浸染状分布在造岩矿物的粒间和裂隙中。
岩浆成因的铀矿物或含铀矿物富含Th和REE。
（2）伟晶成因铀矿物含铀伟晶岩主要是花岗伟晶岩和碱性伟晶岩。
伟晶岩成因的铀矿物或含铀矿物的特点是化学成分复杂，矿物以富含Th和REE为特征。
（3）热液成因铀矿物热液铀矿床主要形成在中、低温条件下。
中、低温热液铀矿床中的主要铀矿物是沥青铀矿。
热液成因沥青铀矿的单体一般较粗，但也有十分微细者。
沥青铀矿中不含或只含痕量Th和REE。
（4）沉积—变质成因铀矿物铀矿物目前仅发现在石英卵石砾岩型铀矿床中，主要铀矿物是晶质铀矿和钛铀矿。
矿物颗粒都很细小，常分散于造岩矿物的粒内和岩石孔隙中。
（5）沉积成因和后生淋积成因铀矿物在沉积过程中一般不产生铀矿物。
后生淋积作用是铀的外生成矿作用中一个重要成矿阶段，在这个阶段形成的铀矿物主要有沥青铀矿、铀石和人形石等。
这些矿物的单体十分细小，常分散地分布在含矿主岩的胶结物和各种空隙中。
铀矿物成分中不含Th和REE。
（6）氧化带中的铀矿物在铀矿床和地壳中各种富铀地段的氧化带中能形成种类繁多的表生铀矿物。
这些矿物主要是原生铀矿物的氧化产物。
表生铀矿物的发育取决于矿区的气候、地形和地质构造等条件，而形成矿物的类别则与介质的酸碱度有关。
2、简述岩浆岩型铀矿床的成矿特征。
（1）该类矿床产出的大地构造位置，主要是元古代、古生代褶皱带内或稳定地块边缘，区内岩石大都经受区域变质，局部产有深熔岩浆的侵入体。
（2）产铀岩体的岩性上包括有酸性岩和碱性岩两大类。
（3）产铀岩体的活动具有多期多阶段性特征。
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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。
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。
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 U3＋ －1.796 U
+0.334V(在HCl溶液中)
U4＋ －0.607
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
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
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℃。当压力超过29.8×108Pa时，α铀直接转变 为γ铀。
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。
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。
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 。
③UO2＋的歧化反应
在同一种元素中，同时进行着两种相反 的化学反应，一部分原子或离子被氧化， 另一部分原子或离子被还原，这种反应称 为歧化反应，或叫自身氧化还原反应。歧 化反应的发生与物质的稳定性有一定的联 系。
UO2＋与UO22＋和U4＋之间的电位图：
UO22＋ 0.025V UO2＋ ＋0.612V U4＋
UO22＋+e=UO2＋
锕系元素包括如下：
89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 锕钍镤 铀镎 钚 镅 锔 铻 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr 锎 锿 镄 钔 锘铹
铀是92号元素，它的电子结构为：
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d 106p67s25f36d1
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 ＋
四方 a=b=10.754Å c=5.6525Å
18.13
体心立方 a=3.534Å a=b=c
17.91
脆性
塑性
二、铀元素化学性质
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。
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
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－源自20℃）铀的三种变体的存在条件和特点列入表2。
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
密度（g/cm3）
﹤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
三、铀在地壳中的分布及存在形式
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。
上节课回顾－第一章绪论
1、学科研究对象及与其它学科的关系－研究对象分7 个方面、综合性学科 2、学科发展简史－根据几个重大事件划分
3、铀资源概况－资源分布、类型等
四、铀矿工业指标－概念及主要指标
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
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
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。
②U、U3＋的还原性
U3＋＋3e=U E°=-1.796V（酸性条件） E°=2.17V（碱性条件）