内容提要：内容提要：第一章第一章 铀元素性质基本特征铀元素性质基本特征n1.1 1.1 铀元素的物理性质铀元素的物理性质n1.2 1.2 铀元素的化学性质铀元素的化学性质n1.3 1.3 铀元素在自然界中的分布铀元素在自然界中的分布n1.4 1.4 铀元素在自然界中的存在形式铀元素在自然界中的存在形式第二章第二章 铀矿物的基本特征铀矿物的基本特征n2.1 2.1 铀矿物的化学成分铀矿物的化学成分n2.2 2.2 铀矿物的晶体化学特点铀矿物的晶体化学特点n2.3 2.3 铀矿物的形态特征铀矿物的形态特征n2.4 2.4 铀矿物的物理性质铀矿物的物理性质n2.5 2.5 铀矿物的成因铀矿物的成因 参看参看铀资源地质学铀资源地质学pp.16-47.pp.16-47.1章节课堂一、元素铀的物理性质及其用途一、元素铀的物理性质及其用途n铀：铀：元素符号元素符号 U U，原子序数，原子序数9292。18411841年由年由W M Peligot W M Peligot （ 法国，巴黎）首次作为金属法国，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，即学元素，铀主要含三种同位素，即238238U U、235235U U和和234234U U，都具有放射性，能够自发地蜕，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。变成另一种原子核，同时放出射线。n它们的半衰期分别是它们的半衰期分别是4.54.510109 9a a，7.37.310108 8a a和和2.62.610105 5a a。第一章：铀元素性质基本特征第一章：铀元素性质基本特征2章节课堂n纯金属铀呈银白色，具有金属光泽，微带淡蓝纯金属铀呈银白色，具有金属光泽，微带淡蓝色色调。金属铀易氧化，所以色色调。金属铀易氧化，所以在自然界几乎见在自然界几乎见不到纯金属铀单质不到纯金属铀单质。粉末状金属铀由于受到氧。粉末状金属铀由于受到氧化呈灰黑色（化呈灰黑色（+4+4价）。价）。n在天然矿石中铀的三种同位素共生，其中在天然矿石中铀的三种同位素共生，其中235235U U的含量非常低，只有约的含量非常低，只有约0.72050.7205，其他两种同其他两种同位素的相对丰度分别为，位素的相对丰度分别为，238238U U：99.2739%99.2739%；234234U U：0.0056%0.0056%。3章节课堂n其中其中235235U U，在中子轰击下可发生链式核裂变反，在中子轰击下可发生链式核裂变反应，可用作原子弹的核装料和核电站反应堆的应，可用作原子弹的核装料和核电站反应堆的燃料。燃料。n为满足核武器和核动力的需求，一些国家建造为满足核武器和核动力的需求，一些国家建造了铀浓缩厂，以天然铀矿作原料，运用同位素了铀浓缩厂，以天然铀矿作原料，运用同位素分离法（扩散法、离心法和激光法等）使天然分离法（扩散法、离心法和激光法等）使天然铀的三种同位素分离，以提高铀的三种同位素分离，以提高235235U U的丰度，提的丰度，提炼浓缩铀。炼浓缩铀。4章节课堂n根据国际原子能机构的定义，根据国际原子能机构的定义，丰度为丰度为3 3的的235235U U为核电站发电用低浓缩铀，为核电站发电用低浓缩铀，235235U U丰度大于丰度大于8080的铀为高浓缩铀，其中丰度大于的铀为高浓缩铀，其中丰度大于90%90%的称为武的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。n 获得铀是非常复杂的系列工艺，要经过探矿、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，需要很高的科技水缩分离是其中最后的流程，需要很高的科技水平。平。获得公斤武器级获得公斤武器级235235U U需要需要200200吨铀矿石吨铀矿石。5章节课堂n所谓所谓贫铀贫铀是从金属铀中提炼出核材料是从金属铀中提炼出核材料235235U U以后以后得到的副产品，其主要成分是放射性较低的得到的副产品，其主要成分是放射性较低的238238U U，故称贫化铀，简称贫铀。根据近年来国，故称贫化铀，简称贫铀。根据近年来国外新闻媒体的报道，外新闻媒体的报道，7070年代中期几个核武器及年代中期几个核武器及核燃料生产国都在进行贫铀（核燃料生产国都在进行贫铀（238238U U）材料的应）材料的应用研究，主要是研制贫铀合金动能穿甲弹。贫用研究，主要是研制贫铀合金动能穿甲弹。贫铀也不是绝对不含铀也不是绝对不含235235U U，仍有微弱的放射性，仍有微弱的放射性，这些都会对人体产生伤害，对环境造成污染。这些都会对人体产生伤害，对环境造成污染。 6章节课堂 由于涉及核武器问题，铀浓缩技术是国际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。作为判断一个国家是否进行核武器研究的标准。 7章节课堂二、铀元素的化学性质二、铀元素的化学性质n铀属于锕系元素，铀的氧化态是铀属于锕系元素，铀的氧化态是+6+6、+5+5、+4+4和和+3+3价，离子半径的大小与配位数有关，离子半价，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。径越大，配位数就越高。n铀的化学性质十分活波，几乎可以与稀有气体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。元素以外的所有元素发生化学反应。例如：块例如：块状金属铀在室温条件下的空气中可以缓慢氧化，状金属铀在室温条件下的空气中可以缓慢氧化，形成黑色的形成黑色的UOUO2 2薄膜，高度粉碎的金属铀在室薄膜，高度粉碎的金属铀在室温的空气和水中都能自燃。温的空气和水中都能自燃。 8章节课堂n铀的还原能力很强，金属铀和低价态铀都是强铀的还原能力很强，金属铀和低价态铀都是强还原剂。由于还原剂。由于U U3+3+U U0 0和和U U4+4+U U3+3+两个电对的两个电对的标准电极电位，在各种酸碱度的水溶液中都低标准电极电位，在各种酸碱度的水溶液中都低于氢的标准电极电位，因此于氢的标准电极电位，因此U U0 0和和U U3+3+都能与水都能与水强烈反应，把氢还原而自身氧化成强烈反应，把氢还原而自身氧化成U U4+4+或或UOUO2 22+2+。因此，地壳中不存在金属铀和三价铀化合物。因此，地壳中不存在金属铀和三价铀化合物。另外，五价铀离子另外，五价铀离子UOUO2 2+ +仅能在仅能在pHpH值为值为2 24 4的的水溶液中存在，超过该范围它歧化成水溶液中存在，超过该范围它歧化成U U4+4+和和UOUO2 22+2+，因此，因此U U5+5+在自然界也很不稳定。在自然界也很不稳定。9章节课堂n鉴于铀的上述性质，自然界中铀的氧化态只能鉴于铀的上述性质，自然界中铀的氧化态只能是是4 4价（价（U U4+4+）和）和6 6价（价（U U6+6+），），3 3价（价（U U3+3+）和）和5 5价价（U U5+5+）的）的U U构成过渡态，只在实验室条件下稳构成过渡态，只在实验室条件下稳定。定。其中其中U U6+6+是可溶态，是可溶态，U U4+4+是不溶态。是不溶态。n铀与氧有高度亲和性，是一种亲氧元素。因此，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，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。多的络合物。 10章节课堂三、铀元素在自然界中的分布三、铀元素在自然界中的分布n铀在地壳中的平均丰度是铀在地壳中的平均丰度是2.72.71010-6 -6，尽管在地，尽管在地壳中分布广泛，但是含量低，是一种典型的分壳中分布广泛，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，才可以聚集散元素，只在特定的地质条件下，才可以聚集而成矿。而成矿。n不同岩性中铀含量变化很大，在岩石中的分布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。和丰度与岩石的成因和成岩作用有关。11章节课堂四、铀元素在自然界中的存在形式四、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态，或者说是铀和其他元素结合规律的表现。表现。 关于铀在地壳中的存在形式，大致可分关于铀在地壳中的存在形式，大致可分为以下三种：为以下三种：12章节课堂1、铀矿物、铀矿物 自然界中铀以自然界中铀以四价和六价四价和六价两种价态两种价态存在。在内生作用和外生作用中，四价存在。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和六价铀都可形成独立的铀矿物和含铀矿物。铀矿物。13章节课堂n由于内生作用中的温度、氧逸度等物理化学条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。在这些矿物中的存在形式有明显的不同。n岩浆作用是在温度高、氧逸度低的条件下进行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（如四价形式存在，多数晶质铀矿（如晶质铀矿、晶质铀矿、沥青铀矿和铀黑沥青铀矿和铀黑）的含氧系数为）的含氧系数为2.172.172.502.50。介。介质氧逸度随着温度降低而逐渐升高，因而在中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，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，多数为沥青铀矿的含氧系数较高，多数为2.42.42.72.7。14章节课堂 外生作用以大量游离氧的参与为特征，因而外生作用以大量游离氧的参与为特征，因而在外生条件下，铀通常以六价形式（在外生条件下，铀通常以六价形式（UOUO2 22+2+）存在。外生作用中，铀矿物的形成可通过两种存在。外生作用中，铀矿物的形成可通过两种方式：方式：nUOUO2 22+2+和和POPO4 43- 3-，AsOAsO4 43- 3-，VOVO4 43- 3-，COCO3 32- 2-等络阴等络阴离子结合，形成颜色鲜艳的各种次生铀矿物，离子结合，形成颜色鲜艳的各种次生铀矿物，在这些含铀酰的次生铀矿物中，铀以六价形式在这些含铀酰的次生铀矿物中，铀以六价形式存在；存在；nUOUO2 22+2+和和S S2- 2-，FeFe2+2+及有机质等还原剂作用而形及有机质等还原剂作用而形成沥青铀矿、铀黑、铀石等矿物，铀在这些矿成沥青铀矿、铀黑、铀石等矿物，铀在这些矿物中以四价和六价两种形式存在。物中以四价和六价两种形式存在。 15章节课堂2、类质同象置换、类质同象置换n类质同象置换系指地球化学性质相近的元素以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替代。可变的数量在矿物晶格中相互替代。铀的类质铀的类质同象置换能力较强，它既可进行等价类质同象同象置换能力较强，它既可进行等价类质同象置换，如置换，如U U4+4+ThTh4+4+，又可进行异价类质同象置，又可进行异价类质同象置换，如换，如U U4+4+REEREE3+3+。但是铀和其他元素之间的。但是铀和其他元素之间的类质同象置换必须遵循离子半径相近、电负性类质同象置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，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置换也产生明显的影响，温度对铀的类质同象置换也产生明显的影响，温度升高有利于类质同象置换的进行。温度升高有利于类质同象置换的进行。16章节课堂n四价铀的类质同象置换广泛地出现在富四价铀的类质同象置换广泛地出现在富含钍、稀土等元素的简单氧化物、复杂含钍、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矿等矿物中，铀和钍之间可以形成连续的类质同象系列。的类质同象系列。17章节课堂3、分散吸附状态、分散吸附状态n分散吸附状态的铀是一种非常普遍的存在形式。分散吸附状态的铀是一种非常普遍的存在形式。n由于铀的亲氧性和化学活波性，呈吸附状态的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（尤铀不是呈原子状态存在，而是呈离子状态（尤其是其是UOUO2 22+2+和络离子），被吸附在矿物晶体表和络离子），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。矿物的结晶水、液态包裹体和粒间溶液中。18章节课堂一、铀矿物的化学成分一、铀矿物的化学成分1、铀矿物的组成元素、铀矿物的组成元素n在自然界，铀矿物有多种组成元素。简单阴离在自然界，铀矿物有多种组成元素。简单阴离子主要是子主要是O O2- 2-，许多元素以络阴离子形式与铀结，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合。铀矿物中常见的络阴离子有SiOSiO4 4 4- 4-，POPO4 4 3- 3-，AsOAsO4 4 3- 3-，等等。，等等。n阳离子主要是亲石元素，其次是部分亲硫元素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，亲气元素和亲铁元素等。在个别情况下，亲气元素H H和和N N以以H H+ +和和NHNH4 4+ +的形式参与铀矿物的组成。的形式参与铀矿物的组成。 第二章：铀矿物的基本特征第二章：铀矿物的基本特征19章节课堂2、铀矿物化学成分的特点、铀矿物化学成分的特点（1 1）铀的价态）铀的价态n铀是变价元素，在矿物中以铀是变价元素，在矿物中以+4+4和和+6+6两种价态存两种价态存在。铀原子有在。铀原子有6 6个价电子，其价电子层结构式个价电子，其价电子层结构式为为5f 5f3 36d6d1 17s7s2 2。当这。当这6 6个价电子相继失去时，铀可个价电子相继失去时，铀可以形成以形成+2+2、+3+3、+4+4、+5+5和和+6+6五种价态。但是，五种价态。但是，在自然界除在自然界除+4+4和和+6+6外外，其他价态都不稳定。，其他价态都不稳定。20章节课堂n因此，因此，U U4+4+和和UOUO2 22+2+能稳定地存在于水溶液中。能稳定地存在于水溶液中。铀以铀以+4+4和和+6+6两种价态存在这一现象具有重要的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性质上，而且在地球化学性质上都有重大的差别。别。n在化学成分上在化学成分上既含有四价铀，又含六价铀，在既含有四价铀，又含六价铀，在结构上结构上U U4+4+为基本构造单元的矿物为基本构造单元的矿物称为四价铀称为四价铀矿物。在成分上矿物。在成分上以六价铀为主（或全部是六价以六价铀为主（或全部是六价铀），在结构上以铀酰（铀），在结构上以铀酰（UOUO2 22+2+）阴离子组）阴离子组合为基本构造单元的矿物合为基本构造单元的矿物称为六价铀矿物。称为六价铀矿物。 21章节课堂 四价铀矿物多数为内生作用的产物，能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，矿于氧化环境下。当外界环境改变时，矿物中的物中的U U4+4+和和U U6+6+能相互转化。能相互转化。 22章节课堂（2 2）元素组合）元素组合n铀属于亲石元素，与氧有很强的亲合力，因此铀属于亲石元素，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。矿物，也不存在自然元素型的单质铀。n铀矿物中的元素组合因铀的价态而异，这是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。矿物化学成分的又一特点。n与四价铀结合的元素基本上是亲石元素。它们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、硅酸组成的矿物有简单氧化物、复杂氧化物、硅酸盐和磷酸盐等。盐和磷酸盐等。23章节课堂n与六价铀结合的元素种类很多。除亲石元素外，与六价铀结合的元素种类很多。除亲石元素外，还有亲铁元素、亲硫元素和亲气元素。它们组还有亲铁元素、亲硫元素和亲气元素。它们组成的矿物有氢氧化物和含氧盐类。六价铀矿物成的矿物有氢氧化物和含氧盐类。六价铀矿物的形成条件表明，亲硫元素、亲铁元素和亲气的形成条件表明，亲硫元素、亲铁元素和亲气元素只是在氧化条件下才参与铀矿物的组成。元素只是在氧化条件下才参与铀矿物的组成。24章节课堂（3 3）类质同象）类质同象n类质同象是引起矿物化学成分变化的主要因素类质同象是引起矿物化学成分变化的主要因素之一。之一。n因为因为U U4+4+的离子半径与的离子半径与ThTh4+4+及及REEREE3+3+的相近，所的相近，所以一些四价铀矿物中常含有钍和稀土元素的类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。如晶质铀矿方钍石类质同象质同象混入物。如晶质铀矿方钍石类质同象系列。系列。n六价铀矿物中类质同象主要表现为阴离子之间六价铀矿物中类质同象主要表现为阴离子之间的置换，如：的置换，如：O O2- 2-和和OHOH- -之间、之间、POPO4 4 3- 3-和和AsOAsO4 4 3- 3-之间的置换。阳离子类质同象不太明显，仅见之间的置换。阳离子类质同象不太明显，仅见于少数矿物中。于少数矿物中。25章节课堂（4 4）放射性衰变）放射性衰变n铀属于放射性元素，因此铀矿物的化学成分是铀属于放射性元素，因此铀矿物的化学成分是不恒定的。不恒定的。n自从铀矿物在地壳中形成之后，其成分就按照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，而铀的衰变产物逐渐减少，而铀的衰变产物206206PbPb、207207PbPb却越积却越积越多（铀越多（铀238238经经8 8次次 衰变和衰变和6 6次次 衰变，最终衰变衰变，最终衰变为铅为铅206206；铀；铀235235经经7 7次次 衰变和衰变和4 4次次 衰变，最终衰变，最终衰变为铅衰变为铅207207；铀；铀234234衰变为钍衰变为钍230230）。）。26章节课堂n在形成时代较晚的矿物中，此变化甚微，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，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，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。甚至要反映在矿物的化学式中。27章节课堂（5 5）铀矿物中的水）铀矿物中的水 大多数六价铀矿物都含水，其中以层间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。和结构水为主。而四价铀矿物一般不含水。1 1）层间水）层间水 层间水以水分子形式存在，参与矿物晶格的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。组成，其性质介于结晶水与吸附水之间。2 2）结构水）结构水 六价铀矿物中结构水主要以羟基六价铀矿物中结构水主要以羟基(OH)(OH)- -形式存形式存在，仅在少数矿物中以离子在，仅在少数矿物中以离子H H3 3O O+ +形式存在。它形式存在。它们与结构联系紧密，因此只有在较高温度下才们与结构联系紧密，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能从矿物中逸出，同时矿物的结构也随之而遭到破坏。到破坏。28章节课堂二、铀矿物的晶体化学特点二、铀矿物的晶体化学特点1、四价铀矿物的晶体化学特点、四价铀矿物的晶体化学特点 （1 1）键性和晶格类型）键性和晶格类型 四价铀矿物的晶体结构分析表明，铀在四价铀矿物的晶体结构分析表明，铀在其中以其中以U U4+4+离子形式存在，四价铀矿物主离子形式存在，四价铀矿物主要是离子键化合物，多数属于离子晶格。要是离子键化合物，多数属于离子晶格。因为因为U U4+4+的离子半径较大，所以其配位数的离子半径较大，所以其配位数较高。较高。29章节课堂（2 2）晶体结构类型）晶体结构类型 四价铀矿物的晶体结构有配位型、岛状型和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。层状型三种类型。n四价铀简单氧化物的结构属于配位型，在其晶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，同一个角顶联结着面体有共用棱和共用角顶，同一个角顶联结着4 4个配位多面体；个配位多面体；n四价铀硅酸盐的结构属于岛状型，在其结构中，四价铀硅酸盐的结构属于岛状型，在其结构中，彼此孤立的彼此孤立的SiOSiO4 4 四面体通过四面体通过U U4+4+离子相连；离子相连；n铀钛复杂氧化物和铀钼复杂氧化物具有复铀钛复杂氧化物和铀钼复杂氧化物具有复杂层状结构。其结构单元层由杂层状结构。其结构单元层由TiOTiO6 6 八面体或八面体或MoOMoO6 6 八面体组成。八面体组成。30章节课堂岛状型岛状型层状型层状型31章节课堂（3 3）变生作用）变生作用 在铀、钍衰变过程中放出的射线的作用在铀、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。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。仍保持着晶体外形的矿物。 32章节课堂2、六价铀矿物的晶体化学特点、六价铀矿物的晶体化学特点（1 1）铀酰离子的结构）铀酰离子的结构 单独的单独的U U6+6+离子在自然界是不稳定的。离子在自然界是不稳定的。U U6+6+在矿物中几乎是以铀酰离子（在矿物中几乎是以铀酰离子（UOUO2 22+2+）形式存在。经形式存在。经X X射线分析确定，铀酰离子射线分析确定，铀酰离子呈哑铃形。呈哑铃形。33章节课堂（2 2）晶体结构类型）晶体结构类型n六价铀矿物的晶体结构有三种类型。其六价铀矿物的晶体结构有三种类型。其中中层状型结构层状型结构最常见，而链状型结构和最常见，而链状型结构和架状型结构仅见于个别矿物中。架状型结构仅见于个别矿物中。34章节课堂（3 3）同质多象和多型性）同质多象和多型性n同质多象同质多象系指同种化学成分的物质，在不同的系指同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件下结晶成不同晶体结构的现象。物理化学条件下结晶成不同晶体结构的现象。这些不同结构的晶体称为该物质的同质多象变这些不同结构的晶体称为该物质的同质多象变体。体。n多型性多型性系指化学成分相同的物质，形成若干种系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仅仅在层的堆积顺序上有所不同的层状晶体结构的现象（目前在非层状结构中也发现有多型构的现象（目前在非层状结构中也发现有多型现象）。多型是一维的同质多象。现象）。多型是一维的同质多象。n六价铀矿物的晶体结构以层状结构为主，因此六价铀矿物的晶体结构以层状结构为主，因此多型在其中广泛发育。多型在其中广泛发育。35章节课堂三、铀矿物的形态特征三、铀矿物的形态特征 铀矿物的形态是各式各样的，其形铀矿物的形态是各式各样的，其形态特点不仅可作为矿物的鉴定特征，而态特点不仅可作为矿物的鉴定特征，而且能对其形成条件提供重要的信息。且能对其形成条件提供重要的信息。36章节课堂1 1、单体形态、单体形态 铀矿物常具有特定的晶形，其晶体习性大体上有以下铀矿物常具有特定的晶形，其晶体习性大体上有以下几类：几类：（1 1）等轴粒状）等轴粒状 等轴粒状晶形见于铀的简单氧化物、含铀的简单氧化等轴粒状晶形见于铀的简单氧化物、含铀的简单氧化物和复杂氧化物中。例如，晶质铀矿的晶体常呈立方物和复杂氧化物中。例如，晶质铀矿的晶体常呈立方体、立方体与八面体或菱形十二面体的聚形。体、立方体与八面体或菱形十二面体的聚形。37章节课堂晶质铀矿晶质铀矿38章节课堂（2 2）柱状和双锥状）柱状和双锥状 具有柱状和针状晶形的铀矿物较常见，具有柱状和针状晶形的铀矿物较常见，例如铀石、钛铀矿等。例如铀石、钛铀矿等。六价铀的硅酸盐六价铀的硅酸盐常以十分典型的针状和纤维状形态出现。常以十分典型的针状和纤维状形态出现。39章节课堂（3 3）板状和片状）板状和片状n板状和片状晶形是板状和片状晶形是六价铀的磷酸盐、砷酸盐和六价铀的磷酸盐、砷酸盐和钒酸盐的典型形态钒酸盐的典型形态，这三类矿物常形成四方片，这三类矿物常形成四方片状及矩形片状晶体。状及矩形片状晶体。（4 4）板条状）板条状n板条状晶形见于铀板条状晶形见于铀- -钛复杂氧化物，六价铀的碳钛复杂氧化物，六价铀的碳酸盐、磷酸盐和砷酸盐中。酸盐、磷酸盐和砷酸盐中。40章节课堂2、集合体形态、集合体形态 铀矿物多数是以集合体状态产出的。其集铀矿物多数是以集合体状态产出的。其集合体形态可分为下列两类：合体形态可分为下列两类：（1 1）显晶集合体）显晶集合体 1 1）散染粒状集合体：）散染粒状集合体： 散染粒状集合体由许多粒状单体组成，但各散染粒状集合体由许多粒状单体组成，但各个单体并不集中，而是分散地呈浸染状产出。个单体并不集中，而是分散地呈浸染状产出。 41章节课堂 2 2）放射状集合体）放射状集合体 放射状集合体是六价铀硅酸盐的典型形态。放射状集合体是六价铀硅酸盐的典型形态。此外，它也常见于六价铀的氢氧化物、碳酸盐此外，它也常见于六价铀的氢氧化物、碳酸盐和钼酸盐等类矿物中。和钼酸盐等类矿物中。 3 3）纤维状集合体）纤维状集合体 纤维状集合体见于六价铀的硅酸盐、碳酸盐、纤维状集合体见于六价铀的硅酸盐、碳酸盐、亚硒酸盐和氢氧化物中。亚硒酸盐和氢氧化物中。 4 4）鳞片状集合体；）鳞片状集合体； 5 5）晶簇状集合体；）晶簇状集合体； 6 6）微晶皮壳状集合体）微晶皮壳状集合体42章节课堂43章节课堂（2 2）隐晶和胶态状集合体）隐晶和胶态状集合体n1 1）肾状集合体；）肾状集合体；n2 2）葡萄状集合体；）葡萄状集合体；n3 3）致密状集合体；）致密状集合体；n4 4）薄膜状集合体；）薄膜状集合体；n5 5）粉末状集合体；）粉末状集合体；n6 6）皮壳状集合体。）皮壳状集合体。44章节课堂 在广西发现的中国第一块铀矿石，现存核工业北京地质在广西发现的中国第一块铀矿石，现存核工业北京地质研究院。研究院。 20062006年年1 1月月1515日，是我国核工业创建周年日，是我国核工业创建周年纪念日。纪念日。15561556年的这天，一块从广西开采出来的铀矿石，年的这天，一块从广西开采出来的铀矿石，使中央作出了发展原子能事业的战略决策。使中央作出了发展原子能事业的战略决策。 45章节课堂四、铀矿物的物理性质四、铀矿物的物理性质1 1、放射性、放射性n铀、钍矿物与其他矿物的最重要的区别在于具铀、钍矿物与其他矿物的最重要的区别在于具有放射性。放射性系指铀、钍等元素的原子核有放射性。放射性系指铀、钍等元素的原子核能自发地蜕变为另一种原子核，同时放出能自发地蜕变为另一种原子核，同时放出 、 、 射线的现象。这一过程称为放射性衰变。射线的现象。这一过程称为放射性衰变。n 射线由快速运动的射线由快速运动的 粒子流组成，粒子流组成， 粒子带有粒子带有两个正电荷，质量数为两个正电荷，质量数为4 4，实际上就是氦的原，实际上就是氦的原子核；子核； 射线是一群高速运动的电子束，射线是一群高速运动的电子束， 粒子粒子就是带负电荷的粒子、就是带负电荷的粒子、 射线是一种波长极短射线是一种波长极短的电磁辐射。的电磁辐射。46章节课堂n由于铀、钍等元素的放射性特征，铀、钍矿物，由于铀、钍等元素的放射性特征，铀、钍矿物，甚至含微量铀、钍的矿物，都很容易用仪器探甚至含微量铀、钍的矿物，都很容易用仪器探测出来，而且可以根据射线的强度和能谱测定测出来，而且可以根据射线的强度和能谱测定矿物中铀钍的含量。矿物中铀钍的含量。n另外，射线的作用还表现为能使铀、钍矿物周另外，射线的作用还表现为能使铀、钍矿物周围的矿物变色。例如，铀、钍矿物，含铀、钍围的矿物变色。例如，铀、钍矿物，含铀、钍矿物周围的浅灰白色的长石和方解石常变为浅矿物周围的浅灰白色的长石和方解石常变为浅红色，无色石英常变为暗灰色，无色萤石常变红色，无色石英常变为暗灰色，无色萤石常变为紫色和黑紫色。为紫色和黑紫色。 47章节课堂2 2、光学性质、光学性质（1 1）颜色、条痕和透明度）颜色、条痕和透明度 铀矿物的颜色主要取决于矿物中铀的价铀矿物的颜色主要取决于矿物中铀的价态和金属阳离子的成分。态和金属阳离子的成分。48章节课堂n四价铀矿物的颜色多为黑、褐黑或暗褐色，条四价铀矿物的颜色多为黑、褐黑或暗褐色，条痕为黑、暗褐或黄褐色，不透明或半透明。痕为黑、暗褐或黄褐色，不透明或半透明。n六价铀矿物的颜色十分鲜艳。其颜色主要为黄六价铀矿物的颜色十分鲜艳。其颜色主要为黄色与黄绿色，反映了铀酰离子的特征色（黄色）色与黄绿色，反映了铀酰离子的特征色（黄色）。当矿物中含有碱金属和碱土金属等惰性气体当矿物中含有碱金属和碱土金属等惰性气体型离子时，矿物仍为黄色和黄绿色。当矿物中型离子时，矿物仍为黄色和黄绿色。当矿物中含过渡元素离子时，则矿物呈现这些离子的特含过渡元素离子时，则矿物呈现这些离子的特征色，例如含征色，例如含CuCu2+2+者呈绿色，含者呈绿色，含CoCo2+2+和和MnMn4+4+者者呈粉红色。呈粉红色。49章节课堂 六价铀矿物的六价铀矿物的条痕一般无色或呈浅彩色条痕一般无色或呈浅彩色。其。其透明度较高，多为透明矿物，较少为半透明矿透明度较高，多为透明矿物，较少为半透明矿物。当矿物呈隐晶质致密集合体时，其透明度物。当矿物呈隐晶质致密集合体时，其透明度较差。较差。 50章节课堂（2 2）光泽）光泽n矿物的光泽与其透明度、反射率及折光率有关，矿物的光泽与其透明度、反射率及折光率有关，也与矿物单体的集合方式有关。也与矿物单体的集合方式有关。n四价铀矿物四价铀矿物具有沥青光泽、油脂光泽或半金属具有沥青光泽、油脂光泽或半金属光泽。沥青光泽是晶质铀矿、沥青铀矿及钛铀光泽。沥青光泽是晶质铀矿、沥青铀矿及钛铀矿等的典型特征。矿等的典型特征。n六价铀矿物六价铀矿物一般具有玻璃光泽，这与它们多数一般具有玻璃光泽，这与它们多数为透明矿物且具有中等折光率有关。为透明矿物且具有中等折光率有关。 51章节课堂（3 3）发光性）发光性n矿物在外来能量（如紫外线）激发下能矿物在外来能量（如紫外线）激发下能发射可见光的性质称为发光性。发光性发射可见光的性质称为发光性。发光性是六价铀矿物的特征。六价铀矿物的发是六价铀矿物的特征。六价铀矿物的发光颜色取决于最强光谱线（带）的波长。光颜色取决于最强光谱线（带）的波长。52章节课堂（4 4）显微镜下的光学特征）显微镜下的光学特征 四价铀矿物在薄片中不透明至半透四价铀矿物在薄片中不透明至半透明。其中半透明者在薄片中呈棕红、绿明。其中半透明者在薄片中呈棕红、绿褐或黄绿色；六价铀矿物在薄片中透明褐或黄绿色；六价铀矿物在薄片中透明至半透明，浅黄、浅黄绿或浅绿色。至半透明，浅黄、浅黄绿或浅绿色。53章节课堂3 3、力学性质、力学性质（1 1）密度）密度n矿物的密度取决于矿物的化学成分和晶体结构。矿物的密度取决于矿物的化学成分和晶体结构。虽然铀的原子量很大，但是由于矿物中各组分虽然铀的原子量很大，但是由于矿物中各组分配比关系和晶体结构的不同，铀矿物并不都是配比关系和晶体结构的不同，铀矿物并不都是重矿物，各种铀矿物密度的差别较大。重矿物，各种铀矿物密度的差别较大。各类四各类四价铀矿物都是密度在价铀矿物都是密度在4 4（g/cmg/cm3 3）以上的重矿物）以上的重矿物，这反映了其结构中有较大的原子堆积密度；这反映了其结构中有较大的原子堆积密度；六六价铀矿物多为层状结构，而且有较大的层间空价铀矿物多为层状结构，而且有较大的层间空隙，因此大多数六价铀矿物都是中等密度的矿隙，因此大多数六价铀矿物都是中等密度的矿物，其密度一般只有物，其密度一般只有3 34 4。54章节课堂（2 2）硬度（摩氏硬度）硬度（摩氏硬度）n矿物的硬度主要取决于其内部结构中质点间联矿物的硬度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。结力的强弱，即取决于其化学键的类型和强度。n四价铀矿物主要为离子键化合物四价铀矿物主要为离子键化合物，其结构中原，其结构中原子堆积密度较大，因此其硬度较大，一般为子堆积密度较大，因此其硬度较大，一般为5 56 6，仅铀钼复杂氧化物的硬度较低，为，仅铀钼复杂氧化物的硬度较低，为2 23 3。六价铀矿物多为层状结构，层内为离子键，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，因此其化学层间为分子键、氢键或弱离子键，因此其化学键的强度较弱键的强度较弱。此外，六价铀矿物普遍含有水。此外，六价铀矿物普遍含有水分子，因而其硬度更趋降低，分子，因而其硬度更趋降低，一般只有一般只有2 23 3。 55章节课堂（3 3）解理）解理 四价铀矿物的解理一般不发育，六价铀四价铀矿物的解理一般不发育，六价铀矿物通常都具有平行于底面的完全解理。矿物通常都具有平行于底面的完全解理。56章节课堂五、铀矿物的成因五、铀矿物的成因n铀矿物可以形成于各式各样的地质条件下。铀矿物可以形成于各式各样的地质条件下。n四价铀矿物主要是内生作用的产物，六价铀矿四价铀矿物主要是内生作用的产物，六价铀矿物的绝大部分都是表生作用的产物。物的绝大部分都是表生作用的产物。n内生条件下形成的铀矿物一般都称为内生条件下形成的铀矿物一般都称为原生铀矿原生铀矿物物；由原生铀矿物氧化后形成的，或者以岩石；由原生铀矿物氧化后形成的，或者以岩石中溶于地下水的活性铀为铀源而形成的六价铀中溶于地下水的活性铀为铀源而形成的六价铀矿物称为矿物称为表生铀矿物表生铀矿物。 57章节课堂复习思考题：复习思考题：1 1、铀元素的主要物理性质及其用途。、铀元素的主要物理性质及其用途。2 2、铀元素的化学性质及其在自然界的主要存在价态。、铀元素的化学性质及其在自然界的主要存在价态。3 3、铀元素在自然界的存在形式，明确四价铀和六价铀矿物的形成的、铀元素在自然界的存在形式，明确四价铀和六价铀矿物的形成的不同环境条件。不同环境条件。4 4、了解铀矿物中的组成元素，四价铀矿物和六价铀矿物在元素组成、了解铀矿物中的组成元素，四价铀矿物和六价铀矿物在元素组成上的差异。上的差异。5 5、四价铀矿物和六价铀矿物的类质同象置换有何不同。、四价铀矿物和六价铀矿物的类质同象置换有何不同。6 6、四价铀矿物和六价铀矿物的晶体结构类型有哪些。、四价铀矿物和六价铀矿物的晶体结构类型有哪些。7 7、掌握几个概念：变生作用、同质多象、多型性。、掌握几个概念：变生作用、同质多象、多型性。8 8、铀矿物的单体形态与铀矿物组成的关系。、铀矿物的单体形态与铀矿物组成的关系。9 9、掌握铀矿物的主要物理性质（它们是鉴定矿物的主要依据）。、掌握铀矿物的主要物理性质（它们是鉴定矿物的主要依据）。1010、简要了解铀矿物的成因。、简要了解铀矿物的成因。作业：作业：2 2、5 558章节课堂