第3讲(铀元素及铀矿物)
铀矿物学

胶状沥青铀矿(显微镜下特征)
胶状沥青铀矿(显微镜下特征)
角砾状沥青铀矿(显微镜下特征)
角砾状沥青铀矿(显微镜下特征)
4.1 四价铀矿物
4.1.4 铀和钛的复杂氧化物
钛铀矿
晶体化学式: 理想:UTi2O6 实际:(U,Ce,Ca)(Ti,Te)2O6
钛铀矿(黑褐色)
4.1 四价铀矿物
(5)铀的硅酸盐 铀 石 晶体化学式: 理想:U[SiO4] 实际:U[SiO4]1-x(OH)4x
4.1 四价铀矿物
4.1.3 四价铀的简单氧化物 晶质铀矿 等轴晶系,萤石型结构。晶体呈立方体 或立方体与八面体、菱形十二面体的聚形, 有时呈八面体或菱形十二面体。强放射性, 钢灰色和黑色,比重大,可溶于酸。表面常 见表生铀矿物。
晶质铀矿
晶质铀矿
晶质铀矿
晶质铀矿(黑色)
晶质铀矿(黑色)
4.1 四价铀矿物
4.2 六价铀矿物
4.2.8 铀酰的复盐 铀酰硫酸—碳酸盐 板菱铀矿: NaCa3(UO2) [CO3]3[SO4]F.10H2O
板菱铀矿(黄色)
板菱铀矿(黄色)
板菱铀矿(黄色)
4.3 含铀矿物
4.3.1 含铀矿物的类型 1.铀呈类质同像混入物的含铀矿物
方钍石、贝塔石(铌钛铀矿)、褐钇铌矿、黑稀 金矿、钍石、锆石、曲晶石、独居石……
4.2 六价铀矿物
4.2.3 铀酰氢氧化物
本类矿物均产于铀矿床或矿化点氧化带,为 晶质铀矿或沥青铀矿原地氧化的产物,碱性条件 下形成。常见呈隐晶质致密块体沿沥青铀矿中的 裂隙或干裂纹分布;或呈环带状包围晶质铀矿和 沥青铀矿;或呈晶质铀矿和沥青铀矿的假象。 此外,铀酰的氢氧化物常与铀酰硅酸盐紧密 连生,形成黄褐、黄橙色的细粒多矿物集合体— —“脂铅铀矿”。
铀矿
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主要的采铀矿的公司有BHP Billiton全资子公司(澳大利亚西部矿业公司)(2007年时的开采量是3354 吨)、ERA、
主要的铀矿有有奥林匹克坝(2007年产量为3985吨U308)、兰杰矿2007年产量为5412吨U308)、贝利佛 (2007年产量为748吨U308)。
1980年在法国在阿基坦发现了新铀矿,使法国本土铀矿的蕴藏量又增加了约25%。
开发利用
法国本土铀矿Βιβλιοθήκη 藏量较为丰富,从已探明储量来看,可供开采的铀矿达8万吨。丰富的铀矿使得法国可以大 量使用核能发电(法国全国共有58个核电机组,78%以上能源都靠核电站供应)。
谢谢观看
品种介绍
品种介绍
方铀矿(uranatemnite)、沥青铀矿(pitchblende)、铌钛铀矿、晶质铀矿、非晶铀矿、钒钾铀矿、板铅铀 矿、钡磷铀矿、翠砷铜铀矿、钙镁铀矿、钙铀云母、硅镁铀矿、磷锌铀矿、绿铀矿。
澳大利亚
澳大利亚
澳大利亚铀矿分布图澳大利亚是全球铀矿储量最丰富的国家之一,也是世界主要的产铀国家。83%的储量是 在1961年-1971年在澳大利亚北部地区发现的,澳大利亚的铀矿类型多种多样,矿石埋藏较浅,品位较高,大部 分可以露天开采,2007年时价位在每公斤130美元以内的可开采储量为124.30万吨,2007年铀产量为吨U308(折 合7820吨铀)(产量居世界第二,第一位为加拿大)。
2007年澳大利亚铀工业从业人员有1200人,其中勘探人员500人。
法国的
产地分布
开发利用
产地分布
法国本土铀矿分布的地域广大,但主要集中在中央高原的莫尔旺山(Morvan)、沃莱山(Velay)、弗雷地 区(Forez)、洛泽尔山(Mont Lozère)、鲁埃格(Rouergue)、马尔热里德山(Margeride)、多尔多涅河 流域和利穆赞大区。此外,在旺代高原(Nassif vendéen)、塞尔山(Serre)、孚日山脉、下朗格多克 (Bas-Languedoc)、莫比尔昂省、普罗旺斯东部也有分布。
03铀矿
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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。
《铀的基本性质》课件
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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
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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
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核电站
铀资源勘查 高放废物处置
Company Logo
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:
铀矿资源评价
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铀元素及铀矿物的基本特征1. 铀元素性质及铀的分布铀的性质(同位素、氧化态、稳定条件、离子性质);+3、+4、+5、+6几种价态铀的稳定氧化态只在自然界只有+4和+6价两种,并且+4价在还原条件下稳定,+6价在氧化条件下稳定。
U4+—(0.97—1.01Å) UO22+(铀酰)呈哑铃型,U4+呈绿色, UO22+呈黄色。
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。
U6+显两性,但酸性较强,碱性较弱,在酸性溶液中呈UO22+,在碱性溶液中呈U2O72-U4+在还原条件下稳定,UO22+在氧化条件下稳定,两者可以相互转化。
碱性溶液中铀以高价态的形式可稳定存在铀在自然界的分布及存在形式。
①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)②铀在沉积岩中的分布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。
③铀在变质岩中的分布:铀矿床在变质岩中的产出通常是产在中低级变质程度的,在高级变质相的岩石中则很少见,它与铀在变质岩中的分布规律相关。
但一般来说,不同的变质岩类有不同的铀含量。
长英质岩类要比铁镁质岩类和碳酸盐岩类要高;同一岩类中,不同变质岩石的含铀性也有差异。
2.在地壳中的存在形式:①铀矿物形式②类质同象置换形式③分散吸附状态形式:二.铀矿物的晶体化学特点(四价铀矿物、六价铀矿物)1.四价铀矿物的晶体化学特点①四价铀矿物的晶体结构类型四价铀在矿物中的离子形式存在,形成离子键化合物,多数属离子晶格,在晶体结构中铀具有较高的配位数,为8和6晶,体结构类型有三种:a、配位型(或称萤石型)b、岛状型(或称锆石型)c、层状型②类质同象在四价铀矿物中广泛发育着U4+和Th4+和TR3+之间的类质同象④变生作用变生作用系指在铀、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。
第3讲铀元素及铀矿物
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(2)元素组合
铀属于亲石元素,与氧有很强的亲合力,因此 在自然界中只形成氧化物、氢氧化物和含氧盐 类矿物,而不形成硫化物、砷化物和氟化物类 矿物,也不存在自然元素型的单质铀。
铀矿物中的元素组合因铀的价态而异,这是铀 矿物化学成分的又一特点。
与四价铀结合的元素基本上是亲石元素。它们 组成的矿物有简单氧化物、复杂氧化物、硅酸 盐和磷酸盐等。
六价铀矿物中类质同象主要表现为阴离子之间 的置换,如:O2-和OH-之间、[PO4]3-和[AsO4]3之间的置换。阳离子类质同象不太明显,仅见 于少数矿物中。
(4)放射性衰变
铀属于放射性元素,因此铀矿物的化学成分是 不恒定的。
自从铀矿物在地壳中形成之后,其成分就按照 一定的规律发生着变化,结果矿物中的铀含量 逐渐减少,而铀的衰变产物206Pb、207Pb却越积 越多(铀238经8次α衰变和6次β衰变,最终衰变 为铅206;铀235经7次α衰变和4次β衰变,最终 衰变为铅207;铀234衰变为钍230)。
子主要是O2-,许多元素以络阴离子形式与铀结 合。铀矿物中常见的络阴离子有[SiO4]4-, [PO4]3-,[AsO4]3-,等等。 阳离子主要是亲石元素,其次是部分亲硫元素 和亲铁元素等。在个别情况下,亲气元素H和 N以H+和NH4+的形式参与铀矿物的组成。
2、铀矿物化学成分的特点
(1)铀的价态
六价铀矿物中结构水主要以羟基(OH)-形式存 在们,与仅 结在 构少 联数系矿紧物密中,以因离此子只有H3在O+较形高式温存度在下。才它 能从矿物中逸出,同时矿物的结构也随之而遭 到破坏。
二、铀矿物的晶体化学特点
1、四价铀矿物的晶体化学特点 (1)键性和晶格类型 四价铀矿物的晶体结构分析表明,铀在 其中以U4+离子形式存在,四价铀矿物主 要是离子键化合物,多数属于离子晶格。 因为U4+的离子半径较大,所以其配位数 较高。
第三章 铀矿物通论
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3.1 铀矿物的化学成分
• (2)铀矿物化学成分的特点和变化
• 类质同象 类质同象是引起矿物化学成分变化的主要因素之一。由于 U4+的离子半径与Th4+及REE3+的相近,所以一些四价铀矿 物中常含有钍和稀土元素的类质同象混入物。 六价铀矿物 中类质同象主要表现为阴离子之间的置换,如O2-和(OH) -之间、[PO ]3-和[AsO ]3-之间的置换。阳离子类质同象 4 4 不太明显,仅见于少数矿物中。 • 放射性衰变 铀原子核属于不稳定原子核,铀矿物的化学成分是不恒定的。 自从铀矿物在地壳中形成之后,其成分就按照一定的规律发 生着变化,结果矿物中的铀含量逐渐减少,而铀的衰变产 物——206Pb却越积越多。在形成时代较晚的矿物中,此变 化甚微,可忽略不计。在形成时代较早的矿物中,放射性衰 变成因的铅可积累得相当多,甚至要反映在矿物的化学式中。
• 板条状
板条状晶形见于铀-钛复杂氧化物、六价铀的碳酸盐、磷酸盐 和砷酸盐中。少数六价铀的硅酸盐、磷酸盐和砷酸盐矿物能 结晶成长片状晶体。3.3 矿物的形态 • (2)集合体形态
• 显晶集合体 散染粒状集合体、放射状集合体、纤维状集 合体、鳞片状集合体、晶簇状集合体、微晶 皮壳状集合体。 • 隐晶和胶态集合体 肾状集合体、葡萄状集合体、致密状集合体、 薄膜状集合体、粉末状集合体、皮壳状集合 体。
形态判别:柱状、片状、粉末状、块状 颜色判别:红、黄、绿 荧光判别:是否发荧光,荧光的颜色、强度 产状判别:与原生铀矿物的关系 微化试验: 详细鉴定:
放射性照相
放射性照相
放射性晕圈
放射性晕圈
3.6 铀矿物的分类和命名
本书采用西多连科的晶体化学分类。具体分类如下。
六价铀矿物 四价铀矿物 铀酰氢氧化物和重铀酸盐 四价铀的简单氧化物 铀酰硅酸盐 四价铀和钛的复杂氧化物 铀酰磷酸盐 四价铀和钼的复杂氧化物 铀酰砷酸盐 四价铀的硅酸盐 铀酰钒酸盐 铀酰碳酸盐 四价铀的磷酸盐 铀酰硫酸盐 含铀矿物 铀酰钼酸盐 铀呈类质同象混入物的含铀矿物 铀酰亚硒酸盐 铀呈吸附质的含铀矿物 铀酰亚碲酸盐 铀呈铀矿物超显微包裹体的含铀矿物 铀酰的复盐
03铀矿物各论
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(一)四价铀的简单氧化物
铀的简单氧化物是以UO2为主要成分的铀 的氧化物,铀矿物包括晶质铀矿及其变种沥青 铀矿和铀黑,其中晶质铀矿和沥青铀矿含U3O8 达73-90%,具有重要的工业意义,是目前提炼 铀的主要铀矿物原料。
晶质铀矿(uraninite)的晶体化学式为(U4+、 U6+、Th、RE、Pb)Ox式中x=2.17-2.70其中x称含 氧系数。沥青铀矿和铀黑与晶质铀矿有基本相同 的化学组分和晶体结构,属同一矿物种,但是, 沥青铀矿和铀黑在混入物成分、形态、产状及某 些物理性质等方面与晶质铀矿有明显的差别,是 晶质铀矿的不同变种。
带
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。
粉末状的铀黑易与铁锰的氢氧化物相混淆, 但铀黑具有强放射性。
人工合成的铀的简单氧化中x=2.00-3.00,在自然 界中铀的简单氧化物x=2.17-2.70,计算含氧系数时, Th和TR等类质同象混入物是可以忽略不计的,对于不 含或少含Th和TR的晶质铀矿和沥青铀矿,用上述方法 计算的含氧系数则不能正确反映其化学成分,计算出 的含氧系数值偏高,需要另外计算。
(3)成因产状
本类矿物形成于高温条件下,产于酸性和碱 性伟晶岩中,以及高温热液脉和变质铀矿床中, 亦产于酸性和碱性岩浆岩中。
在砂岩中也有产出,在前寒武纪石英卵石砾 岩型铀矿床中产有变质成因的钛铀矿所形成的巨 型工业铀床。
一、四价铀矿物
铀元素的知识点总结

铀元素的知识点总结
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。
相对原
电
子
模
型
从铀矿石中提取铀直到制成核纯(见放射性核素纯度)铀化合物的工艺过程,是天然铀生产的重要步骤。
主要产品有重铀酸铵(俗称黄饼)和三碳酸铀酰铵等。
纯化(又称精制)后的铀化合物产品,必须达到核纯的要求。
精制的产品进一步干燥、煅烧,加工成二氧化铀或八氧化三铀,
供制作反应堆元件或六氟化铀(用于U-235的同位素分离)用。
整个过程须经下述单元操作:铀矿石的破碎和磨细、铀矿石的浸取、矿浆的固液分离、离子交换和溶剂萃取法提取铀浓缩物、溶剂萃取法纯化铀浓缩物。
可根据矿石种类、产品要求等不同情况,选择由上述单元操作所组成的适当流程。
在居里夫妇发现镭以后,由于镭具有治疗癌症的特殊功效,镭的需要量不断增加,因此许多国家开始从沥青铀矿中提炼镭,而提炼过镭的含铀矿渣就堆在一边,成了“废料”。
然而,铀核裂变现象发现后,铀变成了最重要的元素之一。
这些“废料”也就成了“宝贝”。
从此,铀的开采工业大大地发展起来,并迅速地建立起了独立完整的原子能工业体系。
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。
铀矿地质2资料文档
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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
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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。
铀矿地质3.pptx
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合理的分类应该是既不过于简单,也不过 于复杂,而且分类中应有统一的标准。
铀矿床的最早分类见于1946年由前苏联 学者谢尔宾纳和谢尔巴科夫提出,铀矿床的 成因具体分类可参阅有关文献。
现在采用的铀矿床分类: 以含矿主岩岩性为依据的主要工业铀矿床 分类,从成因方面作为分类依据已经逐渐不被 看重。
桃山、诸广复式岩体中单矿物铀、钍含量一览表
岩体
桃 山
诸 广
矿物种类 黄铁矿 石英 钾长石 斜长石 黑云母 磁铁矿 钛铁矿 锆石 黄铁矿 石英 钾长石 斜长石 黑云母 钛铁矿 锆石
样品数 5 8 13 13 27 15 5 13 4 7 12 11 6 3 15
U(×10-6) 398.80 3.63 9.62 13.39 47.53 47.27 237.80 3026.00 262.50 7.00 11.00 2.73 23.23 269.00 2190.60
3)花岗岩中铀的存在形式
铀在花岗岩中呈铀矿物、类质同象及分散 吸咐3种存在形式。
铀矿物形式:如晶质铀矿、方钍石、铌铁 矿、钛铀矿、褐钇铌矿、黑稀金矿、复稀金 矿、易解石、铌钛铀矿、铈铀钛铁矿、烧绿 石等。
类质同象置换:如褐钆铌矿、方钍石、黑 稀金矿、复稀金矿、烧绿石,以及硅酸盐副 矿物如锆石、榍石、磷钇矿等矿物。
第三章 岩浆铀矿床
一、概述 二、岩浆作用中的铀地球化学
三、岩浆铀矿床成矿地质条件及矿床一 般特征
一、概述
概念: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。
岩浆铀矿床的特征:矿石品位不高,围岩 与矿体界线不清,成矿与成岩同时发生或接续 形成,成矿温度、压力较其他成因类型的铀矿 床高,成矿作用单一。
铀矿主要成分
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铀矿主要成分铀矿是一种含有铀元素的矿石,主要成分是铀化合物。
铀是一种重要的放射性元素,具有广泛的应用价值。
铀矿的开采和加工是核能工业的重要环节。
铀矿的主要成分是铀化合物,其中最常见的是铀酸盐。
铀酸盐是一种黄色晶体,在自然界中广泛存在。
铀酸盐的化学式为UO2(CO3)2·3H2O,是一种含有铀元素的碳酸盐化合物。
铀酸盐是铀矿的主要来源之一。
除了铀酸盐,铀矿中还含有其他铀化合物,如铀铜矿(U3O8)和铀铁矿(UFe2O4)。
铀铜矿是一种黑色晶体,是铀的氧化物。
铀铜矿在自然界中较为常见,是铀矿的重要成分之一。
铀铁矿是一种含有铀和铁元素的矿石,化学式为UFe2O4。
铀铁矿的颜色多样,可以是黑色、棕色或绿色。
铀矿中的铀化合物含量较低,通常只有几个百分比。
为了提取铀元素,需要对铀矿进行浸出、浓缩和提纯等工艺过程。
铀矿的开采和加工需要遵守严格的安全措施,以防止辐射危害和环境污染。
铀是一种重要的放射性元素,具有广泛的应用价值。
铀可以用于核能发电、核武器制造、放射治疗和放射性同位素的制备等领域。
核能发电是铀最主要的应用之一,通过核裂变反应释放出的能量可以转化为电能。
铀的放射性性质使其成为核武器制造的重要材料。
铀也可以用于放射治疗,用于治疗癌症等疾病。
此外,铀还可以用于制备放射性同位素,用于医学诊断和科学研究。
铀矿的开采和利用对环境和人类健康都存在一定的风险。
铀矿开采会产生大量的放射性废弃物,如尾矿和放射性水。
这些废弃物需要进行安全储存和处理,以防止对环境造成污染。
此外,铀矿开采和加工工人也需要受到辐射防护,以减少辐射危害。
铀矿的主要成分是铀化合物,如铀酸盐、铀铜矿和铀铁矿。
铀矿的开采和加工是核能工业的重要环节,铀具有广泛的应用价值,但同时也存在一定的环境和健康风险。
在开采和利用铀矿的过程中,需要严格遵守安全措施,以确保安全和环保。
铀矿物学
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1、铀矿物的化学成分有哪些主要特点?铀矿物的组成元素、铀的价态、元素组合、类质同像、放射性衰变、铀矿物中的水(四价铀矿物一般不含水。
大多数六价铀矿物都含水,以层间水和结构水为主。
)2、四价铀矿物与六价铀矿物的晶体化学特点有哪些?四价铀矿物的晶体化学特点1 )键性和晶格类型2)晶体结构类型3)类质同像4)变生作用3、铀矿物的物理性质有哪些主要特点?(P32-33)4、铀矿物的成因有哪些?(P31)5、铀矿物分为哪几类?I.四价铀矿物•四价铀的简单氧化物:晶质铀矿、沥青铀矿(胶状晶质铀矿)、铀黑(粉末状晶质铀矿)•四价铀和钛的复杂氧化物:钛铀矿•四价铀和钼的复杂氧化物:褐钼铀矿、紫钼铀矿•四价铀的硅酸盐:铀石•四价铀的磷酸盐:稀土磷铀矿Ⅱ.六价铀矿物铀酰氢氧化物:简单氢氧化物:柱铀矿;复杂氢氧化物:红铀矿、黄钙铀矿、黄钡铀矿•铀酰硅酸盐:硅钙铀矿、β硅钙铀矿•铀酰磷酸盐:钙铀云母、铜铀云母、钡铀云母•铀酰砷酸盐:(准)钙砷铀云母、(准)翠砷铜铀矿•铀酰钒酸盐:钒钙铀矿、钒钾铀矿•铀酰碳酸盐:纤碳铀矿、菱铀矿•铀酰硫酸盐:水硫铀矿、β水硫铀矿•铀酰钼酸盐:钼铀矿、水钼铀矿•铀酰亚硒酸盐:硒铅铜铀矿、硒钡铀矿•铀酰亚碲酸盐碲铅铀矿、碲铀矿•铀酰的复盐:铀酰硫酸盐-碳酸盐:板菱铀矿;铀酰硫酸盐-磷酸盐:湘江铀矿5、四价铀矿物总的特征是什么?在化学成分上既含四价铀,又含六价铀,而在晶体结构上以U4+为基本构造单元的铀矿物。
本类矿物呈黑色、褐黑色或暗褐色,不透明或半透明。
多数为内生作用的产物,能稳定的存在于还原环境下。
具有重要的工业价值。
6、四价铀矿物与六价铀矿物的总体特征区别?六价铀矿物的基本组成、颜色、晶体结构、透明度、荧光特征、形成环境及其他特征进行详细描述7、铀酰氢氧化物手标本上主要的鉴定特征?脂铅铀矿、裂隙、干裂纹。
第三章铀矿物通论
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第三章 铀矿物通论教学目的:让学生了解铀矿物的化学成分、晶体化学特点及铀矿物的成因和分类,掌握铀矿物的基本特征及鉴定方法。
教学重点和难点:铀矿物的特点和成因,铀矿物的鉴定。
主要教学内容及要求:了解铀矿物的化学成分、晶体化学特点及铀矿物的成因和分类;理解主要铀矿物的特征;掌握铀矿物的特征及鉴定方法。
矿物是具有相对固定的化学成分和确定的内部结构的天然产物,铀矿物是以铀为基本组分的矿物,现已发现155种铀矿物,下面分别叙述其基本特征。
第一节铀矿物的化学成分一、铀矿物的组成元素在自然界,铀能与许多种化学元素结合。
与铀结合的阴离子主要是O2-,而(OH)一只见于少数铀矿物中,F-只见于个别铀旷物中。
许多元素以络阴离子形式与铀结合。
铀矿物中常见的络阴离子有[SiO4]4-,[PO4]3-,[AsO4]3-,[V2O8]6-,[CO3]2-,[SO4]2-,[MoO4]2-,[SeO3]2-和[TeO3]2-等。
参与铀矿物组成的阳离子主要是亲石元素(惰性气体型离子和靠近惰性气体型离子一侧的过渡型离子)中的K,Na,Ca,Mg,Ba,AI,Ti,Th,Y,RE,Nb,Ta和Mn等,其次是亲硫元素(铜型离子)中的Cu,Pb,Zn,Bi,Tl以及亲铁元素(过渡型离子)中的Fe,Co,Ni和Mo等(图1.1)。
在个别情况下,亲气元素H和N以H+和NH4+的形式参与铀矿物的组成。
二、铀矿物化学成分的特点和变化(一)铀的价态铀是变价元素,在矿物中以+4和+6两种价态存在。
铀原子有6个价电子,其价电子层结构式为5f36d17s2。
当这6个价电子相继失去时,铀可以形成+2,+3,+4,+5和+6五种价态。
但是,在自然界除+4和+6外,其他价态都不稳定。
氧化态为零的铀在水溶液中是极强的还原剂。
因此,在自然界不能形成铀的单质。
在自然界+4和+6价的铀以U4+和UO22+(铀酰)离子形式存在。
铀以+4和+6两种价态存在这一现象有十分重要的意义,因为四价铀和六价铀,不但在晶体化学性质上,而且在地球化学性质上都有重大的差别。
铀元素及铀矿物基本特征.pptx
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铀 测 年 法 图 解
第3页/共110页
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。
UO22++e=UO2+ E°UO2+/UO22+=-E°UO22+/UO2+=-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23.06千卡/ 伏,ε为电池电动势(伏)。
第10页/共110页
锕系元素包括如下:
89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np பைடு நூலகம்4Pu 95Am 97Bk 锕钍镤 铀镎 钚 镅 锔 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr 锎 锿 镄 钔 锘铹
96Cm 铻
第11页/共110页
二、铀元素化学性质
铀是92号元素,它的电子结构为:
岩浆岩中含量变化的特点与铀的成矿作用 相一致,在岩浆岩中产出的铀矿床基本上产于 酸性岩或含铀较高的碱性岩中,而在超基性岩 和基性岩中,到今还未找到铀矿床的产出。
第34页/共110页
1、铀在地壳中的分布
② 铀在沉积岩中的分布
沉积岩占地壳体积的5%,地壳大陆面积的3/4,有 许多的铀矿床的成因与沉积岩的含铀性相关。
铀
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铀
铀元素简介
造核弹用的 铀矿石
铀在元素周期表中的位 置
稀土加拿大铀矿
是元素周期表中锕系的金属 是元素周期表中锕系的金属 锕系 元素,原子序数为92 92, 元素,原子序数为92,元素 符号是U 符号是U。
造核弹用的 铀矿石
铀在元素周期表中的位 置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
强度等级
显微发光强度 (相对强度) 相对强度)
宏观特征
典型矿物
极 强 强 中 等 弱 极 弱
300-1200 - 120-300 - 10-120 - 0.7-10 - 0.1-0.7 -
半暗的室内可见 暗室中很鲜明 暗室中明显 暗室中可辩别 暗室中难见
钙铀云母 铝铀云母 水硫铀矿 菱镁铀矿 钒钙铀矿
造核弹用的 铀矿石
铀在元素周期表中的位 置
铀的同位素
铀在自然界中的含量
稀土加拿大铀矿
铀是自然元素中质量次重、 铀是自然元素中质量次重、原子 质量次重 次高的元素,仅次于钚量次高的元素,仅次于钚244[3]。它的密度 密度比铅高出约 244[3]。它的密度比铅高出约 70%,但不如金、钨密实。 70%,但不如金、钨密实。铀在 自然界中以数百万分率 数百万分率的低含量 自然界中以数百万分率的低含量 存在于土壤、矿石和水中, 存在于土壤、矿石和水中,可借 由开采沥青铀矿等含铀矿物 沥青铀矿等含铀矿物并提 由开采沥青铀矿等含铀矿物并提 炼之。 炼之。
谢 谢 观 赏
铀的同位素
稀土加拿大铀矿
铀原子有92个质子和92个电子,其中6 铀原子有92个质子和92个电子,其中6个 92 价电子。它的中子数目介于141 146个 141至 是价电子。它的中子数目介于141至146个 之间,共有六个同位素 六个同位素, 之间,共有六个同位素,最普遍存在的是 238(146个中子 个中子) 235(143个中 铀-238(146个中子)及铀-235(143个中 )。所有铀同位素皆不稳定 具有微弱 所有铀同位素皆不稳定, 子)。所有铀同位素皆不稳定,具有微弱 放射性。 放射性。 在自然界中,铀以铀 在自然界中,铀以铀-238 99.2742%)、 )、铀 235(0.7204%) (99.2742%)、铀-235(0.7204%)以及 极微量的铀 234(0.0054%) 极微量的铀-234(0.0054%)等同位素存 铀衰变时释放出α粒子,过程缓慢, 在。铀衰变时释放出α粒子,过程缓慢, 拥有很长的半衰期。 238的半衰期约为 拥有很长的半衰期。铀-238的半衰期约为 44.7亿年 亿年, 235则为7.04亿年[4], 则为7.04亿年[4] 44.7亿年,铀-235则为7.04亿年[4],常 测定地质年代。 用于测定地质年代 用于测定地质年代。
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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%。
三、铀元素在自然界中的分布
铀在地壳中的平均丰度是2.7×10-6,尽管在地 壳中分布广泛,但是含量低,是一种典型的分 散元素,只在特定的地质条件下,才可以聚集 而成矿。 不同岩性中铀含量变化很大,在岩石中的分布 和丰度与岩石的成因和成岩作用有关。
四、铀元素在自然界中的存在形式 铀的存在形式系指在一定的物理化 学条件下,铀在各种地质体中的赋存状 态,或者说是铀和其他元素结合规律的 表现。 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。
二、铀矿物的晶体化学特点
1、四价铀矿物的晶体化学特点其中以U4+离子形式存在,四价铀矿物主 要是离子键化合物,多数属于离子晶格。 因为U4+的离子半径较大,所以其配位数 较高。
(2)晶体结构类型
四价铀矿物的晶体结构有配位型、岛状型和 层状型三种类型。 四价铀简单氧化物的结构属于配位型,在其晶 格中,离子键在三度空间均匀分布,各配位多 面体有共用棱和共用角顶,同一个角顶联结着 4个配位多面体; 四价铀硅酸盐的结构属于岛状型,在其结构中, 彼此孤立的[SiO4]四面体通过U4+离子相连; 铀-钛复杂氧化物和铀-钼复杂氧化物具有复 杂层状结构。其结构单元层由[TiO6]八面体或 [MoO6]八面体组成。
四价铀矿物多数为内生作用的产物,能 稳定地存在于还原环境中;六价铀矿物 多数为表生作用的产物,能稳定地存在 于氧化环境下。当外界环境改变时,矿 物中的U4+和U6+能相互转化。
(2)元素组合
铀属于亲石元素,与氧有很强的亲合力,因此 在自然界中只形成氧化物、氢氧化物和含氧盐 类矿物,而不形成硫化物、砷化物和氟化物类 矿物,也不存在自然元素型的单质铀。 铀矿物中的元素组合因铀的价态而异,这是铀 矿物化学成分的又一特点。 与四价铀结合的元素基本上是亲石元素。它们 组成的矿物有简单氧化物、复杂氧化物、硅酸 盐和磷酸盐等。
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
四价铀的类质同象臵换广泛地出现在富 含钍、稀土等元素的简单氧化物、复杂 氧化物、硅酸盐和磷酸盐类矿物中。在 简单氧化物如晶质铀矿、方钍石、铀钍 矿等矿物中,铀和钍之间可以形成连续 的类质同象系列。
3、分散吸附状态
分散吸附状态的铀是一种非常普遍的存在形式。 由于铀的亲氧性和化学活波性,呈吸附状态的 铀不是呈原子状态存在,而是呈离子状态(尤 其是UO22+和络离子),被吸附在矿物晶体表 面、解离面与晶缝裂隙面上,或被岩石中的有 机质(包括碳质、沥青指)所吸附,或溶解在 矿物的结晶水、液态包裹体和粒间溶液中。
鉴于铀的上述性质,自然界中铀的氧化态只能 是4价(U4+)和6价(U6+),3价(U3+)和5价 (U5+)的U构成过渡态,只在实验室条件下稳 定。其中U6+是可溶态,U4+是不溶态。 铀与氧有高度亲和性,是一种亲氧元素。因此, 自然界中,铀既不形成自然金属也不形成硫化 物、砷化物或碲化物。铀是强络合物形成体, 它能与无机和有机含氧配位体络合形成种类繁 多的络合物。
铀属于锕系元素,铀的氧化态是+6、+5、+4 和+3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。
2、铀矿物化学成分的特点 (1)铀的价态
铀是变价元素,在矿物中以+4和+6两种价态存 在。铀原子有6个价电子,其价电子层结构式 为5f36d17s2。当这6个价电子相继失去时,铀可 以形成+2、+3、+4、+5和+6五种价态。但是, 在自然界除+4和+6外,其他价态都不稳定。
因此,U4+和UO22+能稳定地存在于水溶液中。 铀以+4和+6两种价态存在这一现象具有重要的 意义,因为四价铀和六价铀,不但在晶体化学 性质上,而且在地球化学性质上都有重大的差 别。 在化学成分上既含有四价铀,又含六价铀,在 结构上U4+为基本构造单元的矿物称为四价铀 矿物。在成分上以六价铀为主(或全部是六价 铀),在结构上以铀酰(UO22+)-阴离子组 合为基本构造单元的矿物称为六价铀矿物。
第二章:铀矿物的基本特征 一、铀矿物的化学成分
1、铀矿物的组成元素 在自然界,铀矿物有多种组成元素。简单阴离 子主要是O2-,许多元素以络阴离子形式与铀结 合。铀矿物中常见的络阴离子有[SiO4]4-, [PO4]3-,[AsO4]3-,等等。 阳离子主要是亲石元素,其次是部分亲硫元素 和亲铁元素等。在个别情况下,亲气元素H和 N以H+和NH4+的形式参与铀矿物的组成。
层状型
岛状型
(3)变生作用
在铀、钍衰变过程中放出的射线的作用 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称为变生作用。 变生矿物是指其内部结构遭到破坏,但 仍保持着晶体外形的矿物。
2、六价铀矿物的晶体化学特点
(1)铀酰离子的结构
单独的U6+离子在自然界是不稳定的。 U6+在矿物中几乎是以铀酰离子(UO22+) 形式存在。经X射线分析确定,铀酰离子 呈哑铃形。
2、类质同象置换
类质同象臵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替代。铀的类质 同象臵换能力较强,它既可进行等价类质同象 臵换,如U4+-Th4+,又可进行异价类质同象臵 换,如U4+-REE3+。但是铀和其他元素之间的 类质同象臵换必须遵循离子半径相近、电负性 相似、电价平衡、配位数相同等原则。此外, 温度对铀的类质同象臵换也产生明显的影响, 温度升高有利于类质同象臵换的进行。
铀的还原能力很强,金属铀和低价态铀都是强 还原剂。由于U3+-U0和U4+-U3+两个电对的 标准电极电位,在各种酸碱度的水溶液中都低 于氢的标准电极电位,因此U0和U3+都能与水 强烈反应,把氢还原而自身氧化成U4+或UO22+。 因此,地壳中不存在金属铀和三价铀化合物。 另外,五价铀离子UO2+仅能在pH值为2~4的 水溶液中存在,超过该范围它歧化成U4+和 UO22+,因此U5+在自然界也很不稳定。
在形成时代较晚的矿物中,此变化甚微, 可忽略不计。在形成时代较早的矿物中, 放射性衰变成因的铅可积累得相当多, 甚至要反映在矿物的化学式中。
(5)铀矿物中的水
大多数六价铀矿物都含水,其中以层间水 和结构水为主。而四价铀矿物一般不含水。 1)层间水 层间水以水分子形式存在,参与矿物晶格的 组成,其性质介于结晶水与吸附水之间。 2)结构水 六价铀矿物中结构水主要以羟基(OH)-形式存 在,仅在少数矿物中以离子H3O+形式存在。它 们与结构联系紧密,因此只有在较高温度下才 能从矿物中逸出,同时矿物的结构也随之而遭 到破坏。
第二章 铀矿物的基本特征
第一章:铀元素性质基本特征 一、元素铀的物理性质及其用途
铀:元素符号 U,原子序数92。1841年由
W M Peligot ( 法国,巴黎)首次作为金属 分离出。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。
(4)放射性衰变
铀属于放射性元素,因此铀矿物的化学成分是 不恒定的。 自从铀矿物在地壳中形成之后,其成分就按照 一定的规律发生着变化,结果矿物中的铀含量 逐渐减少,而铀的衰变产物206Pb、207Pb却越积 越多(铀238经8次α衰变和6次β衰变,最终衰变 为铅206;铀235经7次α衰变和4次β衰变,最终 衰变为铅207;铀234衰变为钍230)。
内容提要:
第一章 铀元素性质基本特征
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4 §2.5
铀元素的物理性质 铀元素的化学性质 铀元素在自然界中的分布 铀元素在自然界中的存在形式