第3讲铀元素及铀矿物

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。

铀矿石种类铀矿石是一种含有铀元素的矿石，它是核能的主要原料之一。

铀矿石主要分为天然铀矿石和人工放射性矿石两大类。

下面将介绍几种常见的铀矿石。

1. 铀铀矿石铀铀矿石是指含有铀元素最多的铀矿石。

它的化学公式为U3O8，通常呈黑色或暗棕色。

铀铀矿石主要存在于地下，常见的矿石有铀铀矿、铀钒铀矿等。

铀铀矿石是目前核能工业使用最广泛的矿石之一，是核燃料的重要来源。

2. 铀钨矿石铀钨矿石是指含有铀和钨元素的矿石。

它的化学公式为(U,Fe)(WO4)2，通常呈黑色或棕黑色。

铀钨矿石中的铀主要以四氧化三铀的形式存在。

铀钨矿石主要存在于花岗岩、石英脉和砂岩中，常见的矿石有钨铀矿、钨钼铀矿等。

铀钨矿石中的钨元素也是重要的工业原料之一。

3. 铀铀矿石铀铀矿石是指含有铀和钍元素的矿石。

它的化学公式为(U,Th)4O8，通常呈黑色或暗棕色。

铀铀矿石主要存在于岩石中，常见的矿石有钍铀矿、钍铀矿等。

铀铀矿石中的钍元素也是一种放射性元素，具有一定的利用价值。

4. 铀锆矿石铀锆矿石是指含有铀和锆元素的矿石。

它的化学公式为(U,Zr)SiO4，通常呈黑色或棕黑色。

铀锆矿石主要存在于花岗岩中，常见的矿石有锆铀矿、锆石等。

铀锆矿石中的锆元素是一种重要的工业金属，在核工业中也具有一定的应用。

5. 铀钾矿石铀钾矿石是指含有铀和钾元素的矿石。

它的化学公式为(UO2,K2O)·2SiO2·2H2O，通常呈黄色或绿色。

铀钾矿石主要存在于砂岩、岩石和泥炭中，常见的矿石有钾铀矿、铀泥炭矿等。

铀钾矿石中的钾元素也是一种重要的工业原料之一。

在核能工业中，铀矿石是不可或缺的燃料。

通过提取和加工铀矿石，可以获得铀浓缩物，用于核反应堆的燃料。

铀矿石的开采和利用也需要严格的安全措施，以避免对人类和环境造成不良影响。

铀矿石的种类繁多，不同种类的矿石在性质和用途上有所差异，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的矿石进行利用。

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。

铀矿物目前已发现的铀矿物和含铀矿物约170种以上，其中25—30种具有实用意义列举如下：沥青铀矿(U3O8) 含U 42—76%晶质铀矿(U3O8) 含U 55—64%钙铀云母(Ca(UO2)2P2O8·8H2O) 含U 46—52%铜铀云母(Cu(UO2)2P2O8·2H2O) 含U 42%钒钾铀矿K2〔UO2〕2〔VO4〕2·3H2O 含U 42—46%钒钙铀矿CaO、2UO3V2O5·nH2O 含U 41—48%钛铀矿(TiO2·U2O3)TiO3，铀石U(SiO4)1-x(OH)4x，硅钙铀矿(H2O)2Ca(UO2)(SiO4)·3H2O钍矿物方钍石(Th，U，Ce)O2 含ThO2 70—80%钍石ThSiO4 含ThO2 48—72%独居石(Ce，La，Dy)PO4·ThO2 含ThO2 5—10%沥青铀矿沥青铀矿(pitchblende)，晶质铀矿的沥青状隐晶质变种。

又称非晶铀矿或铀沥青。

成分UO2，含U42％～76％，常含铅，不含或微含钍、稀土元素。

是提取铀的最主要矿物原料。

等轴晶系。

矿物外形为胶态肾状、钟乳状、葡萄状或致密块状。

沥青黑色，条痕黑色，树脂光泽或半金属光泽。

莫氏硬度3～5，比重6.5～8.5。

具强放射性。

主要产于中、低温热液矿床和沉积、淋积矿床中。

晶质铀矿uraninite 理想的化学成分为UO2 ，化学成分U4+mUn6+O2m+3n。

晶体属等轴晶系的氧化物矿物。

天然矿物中总有部分U(氧化为U(故化学式实际为(UU)O2+，值最大可达0.6。

富含U(的土状变种称为铀黑。

钍、钇、铈等稀土元素可类质同象替代铀，含量高的分别称为钍铀矿或钇铀矿。

晶质铀矿具强放射性，化学成分中总是含有少量的铅、镭和氦，其中铅和氦是铀、钍放射性蜕变的最终稳定产物。

镭和地球上的氦都首先是在晶质铀矿中发现的。

根据铅铀比和氦铀比可以测定矿物的地质年龄。

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。