铀的基本性质ppt课件.ppt

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1、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,二、铀元素化学性质,一、铀元素物理性质,第一节 铀元素性质及铀的分布,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4.5109a、7.3108a和2.6105a。,铀测年法图解,铀的密度很大，也与其变体有关，在常温下铀的密度值为19.05g/cm3。根据此值计算出铀

2、的原子体积为12.5cm3/mol。铀的其他物理性质列入表1。,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240260kg/mm2。硬度随着温度升高而减小，并且与铀的变体有关。铀的硬度最小，以至不能用布氏硬度测量。,表1金属铀的物理性质（引自王剑锋，1986）,金属铀在一定的温度和压力下发生相变。在1.013105Pa条件下，铀在667.7相变成铀；当温度升高到774.8时，铀又相变成铀。、三相铀的平衡点的压力为29.8108Pa，温度是798。当压力超过29.8108P

3、a时，铀直接转变为铀。,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）,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89Ac103Lr），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。,锕系元素包括如下：,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

4、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。,铀是92号元素，它的电子结构为：,1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f36d1,1、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。,UO22+ 0.052V UO2 0.612V U4 0.607 U3 1.7

5、96 U,+0.334V(在HCl溶液中),铀的标准电极电位：,在25，pH=1的强酸性介质中：,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。,UO2(OH)2 0.49V U(OH)4 2.14V U(OH)3 2.17V U,在25，pH=14的强碱性介质中：,U33e=U E=-1.796V（酸性条件） E=-2.17V（碱性条件）U4e=U3 E=-0.607V（酸性条件） E=-2.17V（碱性条件） U、U3在酸碱性

6、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。,U、U3的还原性,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的歧化反应,UO2与UO22和U4之间的电位图：,此反应能否自发进行，可根据ZnF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，为电池电动势（伏）。,UO22 0.025V UO2 0.612V U4

7、,总反应式可写为： 2UO2=UO22+U4 (1),UO22+e=UO2 EUO2/UO22=-EUO2/UO22=-0.025VUO2+e=U4 EUO2/U4=+0.612V,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。,现在只要（1）式中的E大于零，反应即能自发进行。总=EUO2/UO2+EUO2/U4= -0.052+0.612=+0.56V 计算得出总大于零，说明UO2的歧化反应在酸性溶液中以能自发进行，因此+5价的氧化态不稳定，它要同时被氧化和还原成+6价和+4价。,2、铀和铀酰的性质,由于铀的稳定氧化态只有+4和+6价两种，

8、在溶液中，氧化态为+4的铀是以简单的U4离子形式存在；而氧化态为+6的铀在水溶液中很不稳定，易与氧结合成铀酰离子（UO22）或重铀酸根离子形式（U2O72-）存在。,（I）U4(0.971.01) Th4(1.021.06 )TR3(0.861.18 )其中Y族稀土（0.860.98 ），铈族稀土（1.001.18 ），由于TR3和 U4有相似的离子半径和性质，故相互之间极易发生置换反应，因此，在一条件下，四价铀矿物含有TR和Th等类质同象混入物。另外，在与稀土元素之间的置换上，由于半径（离子）的相近性，决定了铀倾向于置换钇族稀土元素，而钍倾向于置换铈族稀土元素。,离子的半径(=10-10m)

9、,（II） UO22（铀酰）呈哑铃型（见附图），其长轴长约6.046.84 ，离子半径很大，（最大的金属阳离子Cs的离子半径是1.60 ），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。,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。,离子的颜色,（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,离子的酸碱性,（II）U6+显两性，但酸性较强，碱性较弱，在酸性溶液中呈UO22，在碱

10、性溶液中呈U2O72-。 酸性溶液UO3+2H=UO22+H2O 碱性溶液2UO3+2OH-=U2O72-+H2OUO22显碱性，存在于pH3的介质环境中，当pH3时，UO22发生水解，当pH4时，形成氢氧化铀酰沉淀，反应式如下： pH3时：UO22+H2O=UO2OH+H pH4时：UO2OH+H2O=UO2(OH)2 +H当溶液碱性较强时，在溶液中存在着UO22和U2O72相互转化的平衡关系。 2UO22+6OH-=U2O72-+3H2O,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。UO22+2e=U4这种性质对铀矿物的形成和变化起着重要的作用，如在氧化带U4矿物转变

11、为U6矿物，如：2UO2+O2+3H2O=2UO2(OH)2H2O 沥青铀矿柱铀矿,离子的稳定条件,在胶结带：UO22+Fe2+2H2S=UO2+FeS2+4H,1铀在地壳中的分布主要介绍铀在地壳中各类岩石中的分布情况（即在三大岩类中的分布情况）。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0.0030.006ppm，花岗岩、流纹岩为3.54.8ppm。,三、铀在地壳中的分布及存在形式,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

12、量，在深色矿物中，铀含量较高，是浅色矿物的35倍。 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。,铀在大陆地壳中的相对丰度（据Roberton等，1978）,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。 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n10ppm，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。 不同种类沉积岩中的铀含量：砂岩一般为0.454.0ppm；粘土岩含

13、铀一般为24.5ppm；碳酸盐岩的含铀量比较稳定，为2ppm左右。,铀在沉积岩中的分布,含铀较高的沉积岩有海相成因的磷块岩，含铀量可达50300ppm,它是一种重要的潜在铀资源；海相黑色页岩，含铀亦较高，据对法国石炭系圣希不莱特页岩的含铀量测定，高达1244ppm。铀含量在富含有机质和粘土质岩石中偏高的原因有两个方面： I粘土质和有机质对铀的吸附作用； II有机质分解造成的还原环境有利于海水中的铀不断转入沉积物中，各种沉积成岩成因及后生淋积成因的铀矿床均与上述富铀沉积岩密切相关。,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。

14、 铀在变质岩中的分布也非常复杂，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。如：长英质类的岩石：片麻岩U：0.44.6ppm，结晶片岩U：1.34.9ppm；石英岩U：1.0ppm；铁镁石英岩U：0.2ppm。,铀在变质岩中的分布：,实际上上述差别的存在是由变质原岩的的化学成分及含铀性决定的，同时变质程度的高低也决定着变质岩的铀含量，通常是：含铀较高的长英质类原岩，变质后岩石中的铀含量也相对较高，并随变质程度的加深铀含量逐渐降低。即在变质岩中铀含量由高而低的变化是： 绿片岩相绿帘角闪岩相低级麻粒岩相高级麻粒岩相超

15、变质作用的榴辉岩相。,铀矿物形式：这是一种重要的存在形式，目前已经发现的有200余种铀矿物，但比较常见的铀矿物只有四十余种，分内生成因和外生成因（表生）两大类。内生成因的铀矿物如：晶质铀矿及变种沥青铀矿，钛铀矿，斜方钛铀矿，铀石，铀钍矿等；表生成因的铀矿物如硅钙铀矿，钙铀云母，铜铀云母，芙蓉铀矿，板菱铀矿等等。外生（表生）成因铀矿物以其颜色鲜艳为特征，并与内生成因铀矿物（颜色较深、暗）相区别。,2在地壳中的存在形式：,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。 铀的类质同象置换能力较强，它即可以进行等价的类质同象置换，如U4与Th4+之间，又可以进行异价的类质同象

16、置换，如U4与TR3之间。 由于铀与其它元素之间的类质同象置换，形成了一系列的含铀矿物，如铀钍矿、方钍矿、独居石、褐帘石、锆石、磷灰石、黑稀金矿复稀金矿等，上述矿物是砂矿床的重要组成部分。,类质同象置换形式：,以分散吸附状态存在的铀是一种非常普遍的存在形式，它主要赋存在岩石中的以下部位。 a、吸附在矿物晶体表面，解理面与晶纹裂缝面上； b、被岩石中的有机质（包括炭质、沥青质）所吸附； c、溶解在矿物的结晶水，液态包裹体和粒间溶液中。 铀的吸附剂有层状硅酸盐、磷块岩、铝土矿、水云母、钛和铁的氢氧化物以及蛋白石等。吸附作用可使岩石、矿物中的铀含量升高。,分散吸附状态形式：,在地壳的三大岩类中，由于

17、成岩地质条件的不同，铀的存在形式也明显不同。 在岩浆岩中，铀的存在形式分两种情况：即侵入岩中铀可以三种形式存在；但在喷出岩中，由于岩浆冷却迅速，其中所含的大部分铀都以分散的方式集中在玻璃质或显微结构的基质中。,在变质岩中，由于变质作用时的温度和压力的影响，原岩中存在的各种形式的铀，部分或大部分都发生活化转移，或以分散吸附形式沿岩石，矿物中的裂隙分布，或在新的条件下以类质同象形式固定于某些副矿物中，或随变质溶液从岩石中迁移出去。,在沉积岩中，除极少数来自母岩的副矿物中所含的铀是以类质同象形式存在以外，大部分都有呈分散吸附状态。在富铀的沉积岩中，则有可能见到沥青铀矿、铀石等铀矿物。,第二节 铀矿物

18、的基本特征,一、铀矿物的化学组成,二铀矿物的晶体化学特点,三、铀矿物的物理性质,四铀矿物的成因类型,一、铀矿物的化学组成,铀矿物的组成元素包括铀离子，其它阳离子和各种阴离子，它们之间的相互化合或络合形成铀矿物。 一般来说，组成元素可分为如下几大类：,1铀矿物组成元素,阴离子组成,阳离子组成,其它阳离子或络阳离子：H+、H3O+、NH+4,阳离子组成：,以亲石元素为主，其次有亲铁、亲硫元素，具体分为：,碱金属元素：K、Na、Cs,碱土金属元素：Ca、Ba、Mg,重金属元素：Cu、Pb、Zn、Bi、Fe、Mn、Co、Ni,其它金属元素：Al、Th、Tl、Nb、Ta、Mo、Tr、Zr,阴离子组成：有

19、O2- 、OH-、 F-、SiO4-、PO43-、AsO43-、V2O86-、CO32-、SO42-、MoO42-、SeO32-、TeO32-等。,其中与铀结合的阴离子主要是O2 - ，而OH -只见极少数铀矿物中，F -只见于个别铀矿物中，其它酸根离子与铀络合成铀的络合物。,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；,2铀矿物类型,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，

20、类质同象不发育。,铀矿物可分为四价铀矿物和六价铀矿物。,铀是一个放射性元素，组成铀矿物的化学成分总是在变化。铀衰变的最终产物206Pb越积越多。形成时代较早的铀矿物，放射性衰变成因的铅积累多，据统计，晶质铀矿中PbO含量最高可达20.45%，铅的含量与铀矿物形成的年龄成正比，UPb法可作为测定地质年龄的方法。在中、新生代形成的沥青铀矿中含铅较低，这是由于铀衰变时间较短的缘故。,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（它主要是由于U4+离子半径较大的缘故） 。晶体结构类型有三种：,二铀矿物的晶体化学特点,

21、1四价铀矿物的晶体化学特点,a、配位型（或称萤石型） ：主要是简单氧化物，但由于部分U4+变成了U6+所以结构发生了畸变，对称度降低，其晶格与萤石不完全相同。,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,复杂层状结构斜方钛铀矿,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。,在四价铀矿物中广泛发育着U4+和Th4+和TR3+之间的类质同象，

22、四价铀矿物中经常含有Th和TR，Th和稀土元素矿物中也常含有U4+，这是由于它们之间的离子半径相近和其它性质相似的原因所致。,类质同象,Zr4+（0.82）、Ca2+（1.03）也能与铀（U4+）发生类质同象置换，但它们之间的置换通常是单向的，属极性类质同象，在锆石和磷灰石中，Zr4+和Ca2+常被U4+所置换，然而在四价铀的矿物中，尚未发现Zr4+和Ca2+的类质同象混合物。,类质同象置换多发生在高温环境条件，如伟晶岩脉中的晶质铀矿常含较多的Th和TR；而在中低温热液成因的沥青铀矿中只含痕量的Th和TR，有时甚至完全不含。,U4+矿物中也含有U6+ ，但它们之间不是类质同象关系，U6+是四价

23、铀的氧化物。,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。 发生变生作用的主要条件有二：,变生作用（非晶化作用）,b.矿物成分复杂：如要含有易于形成络离子的变价元素，类质同象发育，原子间相互配位复杂。,a.矿物中含有放射性元素，如U、Th等。,容易发生变生作用的矿物有U-Ti复杂氧化物，含U的Nb-Ta复杂氧化物及一部分四价铀的硅酸盐。,（）具油脂光泽、沥青光泽、无解理、贝壳状断口、半透明或碎片边缘微透光，密度、硬度低。,（）光性上为均质体（或局部残留非均质性），折光率和反射性偏低。,变生矿物的特点（相对非变生矿物而言

24、）,变生矿物进一步变化的结果是，分解成各个组成元素的简单氧化物和氢氧化物，甚至变成凝胶(SiO2)。但对这种非晶质体焙烧后，不能恢复原始结构，只能形成U3O8或铀酸盐。,（）矿物中非结构水含量偏高，加热焙烧后会重新结晶，但不一定恢复到原始结构。,（）恢复晶体结构时发生放热反应。,2六价铀矿物的晶体化学特点,（）铀酰离子的结构及特点：单独的U6+离子在自然界是不稳定的，由于U6+具有很高的正电荷，半径小（0.80），在能量上处于不稳定状态，很容易与氧结合，形成UO22+络离子。,晶体结构的基本特点：,铀酰为一线型离子，呈哑铃状，UO之间的平均距离为1.9。此距离比U6+与O2-的离子半径之和（0

25、.8+1.32=2.12）要小得多，这说明铀原子与氧原子之间 的电子云相互重迭，UO为共价键。,铀酰沿长轴方向的总长是6.046.84，(U6+、O2-半径之和为2.12，在长轴方向最长为2个O2-，1.3222=5.28；U6+两半径之和为20.8=1.6，因而2O2-与U6+之间总长应为5.28 +1.6=6.88)为一巨型离子，在自然界任何一阳离子的半径都比它小(如最大半径的金属离子Cs+为1.60 ，而UO22+如按半径计算为3.02-3.42 )，因其形态特殊，它不与任何其它阳离子发生类质同象置换。,铀酰中的两个氧原子几乎是电中性。O2-的负电荷几乎完全被U-O键所中和，铀酰的两个正

26、电荷集中在垂直于铀酰长轴的平面，即赤道平面上铀酰与周围的离子（原子）形成两种类型的键。在赤道平面上，铀对周围离子的引力最强，基本上是离子键；而沿长轴，即O-U-O的方向上，键力很弱，基本上是分子键。,UO22+中由于铀原子的内层电子5f电子参与了UO之间的共价键的组成，所以UO键非常牢固，无论在固体，还是在液体中，铀酰离子都很稳定，不易分解。,（）晶体结构类型有三种类型:,链状结构（如高硅钾铀矿组）,层状结构最常见,架状结构（硅铀矿组）,它们仅见于个别矿物中。,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。每一种化学组成相同、结构不同的晶体都是一种同质

27、多象变体，在矿物上是独立的矿物种，在六价铀矿物中发现了一系列同质多象变体。,同质多象和多型性,如： a、六价铀的磷酸盐和砷酸盐，当铀酰为四次配位时，结构松散，这种结构有变得更紧密的趋势（五次配位），以致形成了同质多象变种；,b、铀酰氢氧化物中，铀酰为六次配位，当环境改变时，OH-可被O2-取代，引起配位数的变化。（2OH-O2-），也可能形成同质多象变种；,c、六价铀的硅酸盐矿物、硅钙铀矿和硅钙铀矿，也属于同质多象变种。,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。多型也就是一维的同质多象，不同的多型变体，尽管有时可能属于不

28、同的晶系，但是它们的晶体结构和一系列性质上的差异都很小，所以仍然属于同一矿物种。,多型现象在六价铀矿物中广泛发育，在六价铀的磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐、碳酸盐和氢氧化物中都发现了多型。如钙铀云母准钙铀云母、铜铀云母准铜铀云母、钡铀云母准钡铀云母等，这些矿物普遍含层间水，而且水含量能在一定范围内变化，于是构成了一系列多型性矿物。,三、铀矿物的物理性质,1放射性,2光学性质,3力学性质,4荧光性质,1放射性,铀矿物与其它非放射性元素矿物的重要区别在于它具有放射性。 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、射线的现象。这一过程称之为放射性衰变，其中释放出粒子和粒子的过程

29、称为蜕变和蜕变，电离能力为，穿透能力为：=1：100：10000。,使照相底片感光。在射线作用下，底片乳胶中的银盐（AgBr）被还原，Ag+Ag，照片经处理后，被照射后即变黑。底片变黑的程度与矿物中放射性元素含量及照射时间成正比，根据这种特性，产生了放射性照相方法-普遍放射性照相和显微放射性照相。,放射性特征的表现：,使气体分子发生电离，使硫化锌、碘化钠等晶体发荧光。电离的强度与放射性强度成正比，据此产生了各种放射性测量方法。,使绝缘物质遭受辐射损伤。在放射性衰变过程中产生的带电粒子和人工裂变过程中产生的裂变碎片，在以高速向四周发射时带有巨大的能量，能使周围的绝缘物质（如电影胶片片基、涤纶薄膜

30、、白云母、石英、长石、磷灰石等）受到辐射损伤而留下痕迹，这种痕迹称为径迹。径迹的密度与放射性元素含量及受辐射的时间成正比，据此产生了径迹蚀刻和裂变径迹法。,能使周围的矿物变色。放射矿物周围的长石常变成浅红色或褐红色，碳酸盐矿物变成粉红色或玫瑰色，石英变为烟灰色或黑色，萤石变成紫色或黑紫色。薄片中可见含铀、钍矿物包裹体周围常形成变色晕，这种变色晕常见于黑云母、绿泥石、角闪石、辉石、白云母等矿物中。,能使含铀、钍的铌钽钛复杂氧化物、硅酸盐等矿物发生非晶化，成为变生态。,颜色、条痕：,四价铀矿物的颜色以深色调为主。,2光学性质,四价铀的硅酸盐呈黑色、褐黑色、灰褐色。,四价铀的铀钛复杂氧化物呈黑色、褐

31、黑色、暗褐色、红褐色，条痕暗褐色、黄褐色；,四价铀的简单氧化物呈黑色、灰黑色，条痕黑色；,晶质铀矿,晶质铀矿,钛铀矿,铀黑,六价铀矿物的颜色十分鲜艳，大都呈黄色、黄绿色和绿色，少数呈橙红色、橙色、褐色、粉红色，六价铀矿物的颜色主要与色素离子有关，铀酰离子是主要的色素离子。,同时含有四价铀和六价铀的矿物都呈黑色、紫黑色或蓝黑色。,含铜和锰的铀酰矿物呈粉红色；,含铅和铋的铀酰矿物呈橙色和橙红色；,含碱金属、碱土金属元素矿物呈黄色、黄绿色、浅绿黄色；,板菱铀矿,板铅铀矿,钡磷铀矿,翠砷铜铀矿,钒钙铀矿,钒钾铀矿,钙铀云母,绿铀矿,菱镁铀矿,水砷铅铀矿,硅镁铀矿,深黄铀矿,斜水钼铀矿,光泽：矿物的光泽

32、与其透明度、反射率及折光率有关，也与单矿物集合体的集合方式有关。,四价铀矿物的晶体及胶状集合体呈半金属光泽、沥青光泽；,非晶化矿物呈沥青光泽、树脂光泽或油脂光泽；,粉末状矿物呈土状光泽。,其它光学性质：,四价铀矿物薄片中不透明或呈很深的褐色、黄色，均质至弱非均质；反射光下呈灰色，反射率6-21%，有些矿物具褐色或褐红色的内反射。,六价铀矿物多数透明至半透明，由于含包裹体和脱水的影响，矿物常变混浊，在薄片中呈浅黄、浅黄绿、浅绿色，二轴晶或一轴晶。,3力学性质,密度：矿物的密度取决于矿物的化学成分和晶体结构。,六价铀矿物密度普遍较低。,四价铀矿物密度普遍较大；,硬度（摩斯硬度-下同） ：矿物的硬度

33、主要取决于其内部结构中质点间联结力的强弱，即取决于其化学键的类型和强度。,六价铀矿物多为层状结构，层内为离子键，层间为分子键、氢键或弱离子键，因此其化学键的强度较弱，此外，六价铀矿物普遍含水分子，因而其硬度普遍降低，一般只有2-3。,四价铀矿物主要为离子键化合物，其结构中原子堆积密度较大，因此其硬度较大，一般为5-6。仅铀-钼复杂氧化物的硬度较低，为2-3。,解理：,六价铀矿物通常具有平行于底面的完全解理，有时还发育几组中等解理。,四价铀矿物的解理一般不发育，断口呈贝壳状或半贝壳状；,4荧光性质,荧光性是六价铀矿物的另一突出特性。荧光是在外来能量（紫外线）的激发下，矿物发光的现象。 荧光的原理

34、是：矿物在紫外线照射下，其中的原子或离子吸收了紫外光的光量子，外层电子发生能级跃迁而处于激发态，电子由低能级跃迁到高能级的轨道，激发态很不稳定，经过短暂的一瞬间，该电子由激发态恢复到基态，即跳回原来能级或更低能级的轨道，同时以光子形式放出一定的能量，这样就产生了荧光。,六价铀的荧光与铀酰离子有关，当铀酰是矿物的基本组成部分，或者以吸附质状态存在时，都能引起荧光。 发荧光的矿物一般还含有Ca2+、Mg2+、Ba2+、K+、Na+、Al3+、H+、NH4+等； 但如含有U4+、Th4+、Cu2+、Pb2+、Fe2+、Mn2+、Bi3+等重金属阳离子则起熄灭剂作用； 凡含有重金属阳离子的矿物一般都不

35、发荧光。,铀酰钒酸盐、硅酸盐和钼酸盐发弱荧光；,铀酰的磷酸盐、砷酸盐、碳酸盐、硫酸盐和复盐能发较强荧光；,铀酰氢氧化物、亚硒酸盐和亚碲酸盐不发荧光。,发荧光的铀酰矿物都含水分子，含结构水对发荧光不利。,荧光的颜色和强度是铀酰矿物的重要鉴定标志。,荧光色主要有两种：一种是淡黄绿色，称为“钙铀云母型”；另一种是淡青绿色，称为“板菱铀矿型”。此外还有少量矿物呈绿、褐、黄、黄褐等荧光色。,四铀矿物的成因类型,铀矿物形成于多种地质条件下，岩浆作用、伟晶作用、热液作用、变质作用、沉积作用、后生淋积作用和风化作用都能形成铀矿物。,表生条件下主要形成六价铀矿物或铀酰矿物。,一般来说，内生条件下主要形成四价铀矿

36、物，通常称之为原生铀矿物，如晶质铀矿、沥青铀矿或多种含铀的金属复杂氧化物；,沉积成因和后生淋积成因的铀矿物如铀石、沥青铀矿等习惯上称之为原生铀矿物。 许多矿物的形成都不是单一成因，可形成于多种地质条件，同种矿物常因形成条件的变化而具有不同的矿物组合、微量元素组成和形态特点，因此对这些特征的研究有助于正确解释矿物的成因，对指导找矿和评价工作具有重要意义。,在酸性岩花岗岩中以副矿物形式的矿物有晶质铀矿、钛铀矿等铀矿物；含铀矿物有钍石、方钍石、铀钍石、烧绿石、独居石、褐帘石、锆石、磷灰石、贝塔石、细晶石等，所有这些矿物的颗粒都十分细小，并多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

37、染状分布在造岩矿物的粒间和裂隙中。,1产于岩浆岩中的铀矿物,铀主要富集于酸性及碱性岩浆岩中，尤其是富集岩浆晚期的分异产物中。,在酸性火山岩中有锆石、榍石和金红石等含铀副矿物。,岩浆成因的铀矿物或含铀矿物富含Th和TR。,在碱性岩碱性正长岩和霞石正长岩中以副矿物形式产出的主要是绿层硅铈钛矿、铀烧绿石、易解石、方钍石、钍石、榍石、锆石和氟磷灰石等含铀矿物。,伟晶岩中铀的地球化学性质和岩浆岩中相似，铀以四价为主。铀的存在形式也与岩浆岩中相似，但矿物颗粒比较粗大，矿物的种类也较多。,2产于伟晶岩中的铀矿物,在花岗伟晶岩中常见有晶质铀矿、钛铀矿和铈铀钛铁矿等铀矿物和褐钇铌矿、黑稀金矿、贝塔石、铀烧绿石、

38、钇烧绿石、细晶石、铀易解石、方钍石和钍石等含铀矿物,含铀伟晶岩主要是花岗伟晶岩和碱性伟晶岩。,在碱性正长伟晶岩中产出的有烧绿石、易解石、绿层硅铈钛矿、菱形绿柱石、钍石和方钍石等含铀矿物。,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TR为特征。,高温热液成因的铀矿物有晶质铀矿、钛铀矿、铈铀钛铁矿，含铀矿物有铀钍石、褐帘石等，矿物中含有一定量的Th和TR，共生矿物有碳酸盐、钴-镍硫化物、磁铁矿、钛铁矿和金红石等。,3热液成因铀矿物,根据热液作用温度的不同可分为高温和中低温。,中低温热液成因的铀矿物如岩浆期后热液矿物和地下水成因热液矿物，铀矿物成分简单。 主要是四价铀的简单氧

39、化物-沥青铀矿和四价铀的硅酸盐-铀石； 铀矿物不含或只含痕量Th和TR； 共生矿物有石英、方解石、萤石以及少量的铜、铅、锌、钼的硫化物，有时与钴-镍硫化物共生。,沉积过程中一般不产生铀矿物，仅能在黑色页岩、磷块岩、含有机质砂岩和石灰岩中形成贫矿化，在沉积岩中铀常赋存在有机质、胶磷矿、磷钙石及粘土矿物中，铀在其中主要呈吸附质状态，或者呈超显微状铀矿物裹体；对于抗风化能力强的独居石、烧绿石、褐钇铌矿、黑稀金矿和锆石等含铀矿物也能聚集成砂矿。,4沉积成因和后生淋积成因的的铀矿物,在成岩过程中，分散于沉积物中的铀发生初步富集，有时能发生铀的成矿，形成沥青铀、铀石、含铀胶磷矿和含铀有机质等。,后生淋积作

40、用阶段是铀的外生成矿作用中的一个重要成矿阶段，在这一阶段分散在沉积岩中的贪矿化，或者在沉积盆地基底岩石中的铀矿物或分散状的铀经过风化、溶解、地下水的搬运，能够沿透水层、破碎带或不整合面汇聚起来，在氧化还原界面附近形成含铀砂岩型、含铀的石灰岩型、含铀煤型，以及碳硅板岩中的淋积铀矿床，在上述铀矿床中，铀主要以沥青铀矿和铀石形式存在，矿物颗粒一般十分细小，常与有机质和硫化物伴生，不含Th和TR。,这一成因类型的铀矿物目前仅发现在石英卵石砾岩型铀矿床中，该类矿床是最具工业价值的沉积-变质成因铀矿床。主要铀矿物是晶质铀矿和钛铀矿，以及少量的沥青铀矿，铀与Th、TR共生，与自然Au、黄铁矿、独居石、锆石、

41、锡石、钛铁矿、金红石等矿物伴生，一般认为属变质成因的铀矿物是钛铀矿，而晶质铀矿是受变质的古砂矿矿物。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-变质成因的铀矿物,在氧化带，原生铀矿物或含铀岩石的铀被溶解，经地下水搬运后，再以六价铀矿物的形式沉淀下来，以该方式形成的铀矿物称为表生铀矿物或次生铀矿物。,6产于氧化带中的表生铀矿物,表生铀矿物能否产生，首先决定于原生铀矿物的类别，一般抗风化能力较强的含铀矿物不能形成表生铀矿物，能形成表生铀矿物的原生矿物只有铀的简单氧化物及四价铀的硅酸盐，此外，富铀花岗岩和富铀沉积岩由于淋积作用也可形成表生铀矿物。,原生铀矿物在近地表条件氧化后，能

42、变为六价铀的氢氧化物和各种含氧酸盐，在氧化带底部的氧化-还原过渡条件下，则能形成以六价铀为主，并含有四价铀的矿物，如水沥青铀矿、铀黑、水斑铀矿、黑碳钙铀矿、钼铀矿和紫钼铀矿等。,由于氧化带的物理化学条件变化很大，同时存在多种阴、阳离子参加氧化带中的地球化学反应，因此表生铀矿物的种类极为繁多。,表生铀矿物的发育程度取决于原生铀矿床形成后的气候、地形和地质构造等条件，形成表生铀矿物的类别与介质的酸碱度有关，在酸性介质中形成六价铀的硫酸盐、磷酸盐、砷酸盐和钼酸盐等，在碱性介质中形成六价铀的氢氧化物、硅酸盐和碳酸盐等 。,一般地，含硫化物多的热液铀矿床在氧化带条件下能形成酸性介质中的表生铀矿物，而在沉

43、积成岩及后生作用形成的铀矿床氧化带中则能形成碱性介质中的表生铀矿物。,第三章 铀矿物各论,一、四价铀矿物,二、六价铀矿物,一、四价铀矿物,四价铀矿物包括四价铀的简单氧化物，四价铀的复杂氧化物，四价铀的硅酸盐，磷酸盐和钼酸盐，在自然界较为常见且具有工业价值的铀矿物基本上以前三大要素为主。另外，在磷酸盐中的个别铀矿物如人形石具有一定的工业价值。,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。,1四价铀的简单氧化物,晶质铀矿（uraninite）的晶体化学式为

44、（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。,本类矿物溶于浓酸。,四价铀的简单氧化物的主要成分是UO2、UO3、ThO2、TR2O3、PbO，其中含UO275.41-23.1%，UO314.83-63%， 矿物中UO2:UO3在沥青铀矿或无钍晶质铀矿中为5-0.44，在残余铀黑中(铀黑又可分为残余铀黑和再生铀黑)为0.44-0.05，上述比值实际上是反映氧原子数的比例值，矿物的

45、化学式可写成UOx,其中的x就是含氧系数,如矿物的实验式为mUO2.nUO3，则含氧系数可表示为：x=(2m+3n)/(m+n)。,（1）化学组成,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。,含氧系数在一定程度上可以反映铀的简单氧化物的形成条件，存在时间和形成后的变化，不同产状及不同温度条件下形成的简单氧化物具有不同的含氧系数，如： 深成中温的沥青铀

46、矿的含氧系数小；外生成因的沥青铀矿的含氧系数大。 内生成因的沥青铀矿的含氧系数小；外生成因的沥青铀矿的含氧系数大。 氧化作用可导致含氧系数的增大。,Th4+与U4+的离子半径和化学性质相似，可与U4+形成完全类质同象系列，如方钍石、钍铀矿、铀方钍石等。 TR3+与U4+、Th4+之间能形成异价类质同像置换，所以也广泛存在于铀的简单氧化物中。 PbO在铀简单氧化物中存在，有两方面成因的铅产生，一种是放射性衰变形成的铅（如238U206Pb；232Th208Pb），另一种是机械混入物的铅，它们呈自然铅或方铅矿以包裹体或细脉状分布于晶质铀矿及沥青铀矿中。,晶质铀矿化学成分的UO2UO3(ThO2+R

47、EE2O3)三元图左边方框内的投影点表示三元图中相应投影点的晶质铀矿中ThO2与REE2O3的相对比值1-晶质铀矿；2-钇铀矿；3-方钍石；4-铀方钍石,沥青铀矿化学成分的UO2UO3(ThO2+REE2O3)三元图左边方框内的投影点表示三元图中相应投影点的沥青铀矿中ThO2与REE2O3的相对比值1沥青铀矿；2含钍沥青铀矿,晶质铀矿为显晶质，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，晶体一般较细小，粗大晶体很少见，有时可见萤石型穿插双晶，集合体呈散染状和树枝状，晶体的结晶习性与成因关系密切，不同成因条件温度不同显示一定的差异；沥青铀矿为隐晶质及超显微隐晶质

48、，其集合体呈胶状、葡萄状、肾状、球粒状等，在电子显微镜下可见由纤维状晶体组成的沥青铀矿的球晶及球晶球粒。,（2）物理性质,晶质铀矿和沥青铀矿虽然具有相同的晶体结构（萤石型结构），但它们之间的析出形态完全不同。,形态特征：,晶质铀矿的晶形与双晶,花岗岩中晶质铀矿的晶形,花岗岩中晶质铀矿的环带结构（据戎嘉树等，1980）,沥青铀矿在反射光下可见同心环带和韵律条带，它们由一系列较薄的弯曲的，反复更替的条带组成，各条带在弯曲程度上大体一致，但宽度大小不一，在硬度、反射率和微量元素等方面也有所差别。环带和韵律条带的数量随着矿物沉淀间断次数的增多而增多，此外，沥青铀矿的干裂纹也很发育。 晶质铀矿在反射光下

49、也可见韵律条带，但其形态呈规则的几何图形出现，代表晶体在不同方向上的切面特征。 铀黑常呈土块状或沥青铀矿及晶质铀矿的假象。,晶质铀矿常见于花岗岩和花岗伟晶岩中，以及岩浆铀矿床、伟晶型铀矿床、高温热液铀矿床和沉积-变质铀矿床中，晶质铀矿主要是高温条件下从溶液中结晶的产物； 沥青铀矿主要产于中、低温热液铀矿床及砂岩型、碳硅泥岩型、煤岩型，沉积铀矿床和后生淋积铀矿床中； 铀黑则形成于各种氧化带和胶结带中。,光泽：,晶质铀矿呈现半金属光泽、沥青光泽；沥青铀矿呈现沥青光泽，而铀黑呈土块状光泽。,成因和产状；,(3)晶质铀矿、沥青铀矿、铀黑的比较,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，

50、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。,铀和钛的复杂氧化物主要是UO2和TiO2所组成的化合物。矿物有钛铀矿，斜方钛铀矿和铈铀钛铁矿，其中斜方钛铀矿是钛铀矿的同质多象变体，钛铀矿具有非常需要的工业价值，而铈铀钛铁矿的工业价值极为有限，斜方钛铀矿是我国首先发现的新的铀矿物种。,2四价铀的复杂氧化物（铀和钛的复杂氧化物）,主要成分是UO2、UO3、ThO2、TR2O3、TiO2，在矿物中UO2