第二章 铀元素及铀矿物的基本特征第一节第一节 铀元素性质及铀的分布铀元素性质及铀的分布第二节第二节 铀矿物的基本特征铀矿物的基本特征2021/5/251二、铀元素化学性质二、铀元素化学性质 一、铀元素物理性质一、铀元素物理性质 第一节第一节 铀元素性质及铀的分布铀元素性质及铀的分布三、铀在地壳中的分布及存在形式三、铀在地壳中的分布及存在形式2021/5/252一、铀元素物理性质一、铀元素物理性质 U的的原原子子序序数数是是92，原原子子量量是是238，在在自自然然界界中中有有三三种种同同位位素素，即即U238、U235和和U234，其其丰丰度度分分别别为为99.2739、0.7205和和0.0056。铀铀的的三三种种同同位位素素都都有有放放射射性性，能能够够自自发发地地蜕蜕变变成成另另一一种种原原子子核核，同同时时放放出出射射线线，它它们们的的半半衰衰期期分分别别是是4.5109a、7.3108a和和2.6105a。2021/5/253铀铀测测年年法法图图解解2021/5/254 铀铀的密度很大，也与其的密度很大，也与其变变体有关，在常温下体有关，在常温下铀铀的密度的密度值为值为19.05g/cm3。根据此。根据此值计值计算出算出铀铀的的原子体原子体积为积为12.5cm3/mol。铀铀的其他物理性的其他物理性质质列入列入表表1。 金属金属铀铀可用可用还还原法或原法或电电解法制取。解法制取。纯纯金属金属铀铀外貌象外貌象钢钢，呈，呈银银白色，具金属光白色，具金属光泽泽，微，微带带淡淡蓝蓝色色色色调调。粉末状金属。粉末状金属铀铀由于受到氧化呈灰黑色。由于受到氧化呈灰黑色。熔熔点是点是1405。铀铀的硬度比的硬度比铜铜稍低，其稍低，其布氏硬度布氏硬度为为240260kg/mm2。硬度随着温度升高而减小，并。硬度随着温度升高而减小，并且与且与铀铀的的变变体有关。体有关。铀铀的硬度最小，以至不能用的硬度最小，以至不能用布氏硬度布氏硬度测测量。量。2021/5/255性质性质单位单位特征值特征值性质性质单位单位特征值特征值熔点熔点1132.3导热率导热率卡卡/厘米厘米秒秒度度0.064熔熔 化化热热卡卡/摩尔摩尔2700.0磁化率磁化率电磁单位电磁单位/g1.74106升升 华华热热千卡千卡/摩尔摩尔129.0电阻率电阻率微欧姆微欧姆cm30.0比热比热千卡千卡/摩尔摩尔0.028电电 导导 （ 020）微欧微欧10.034沸点沸点3818气化热气化热千卡千卡/摩尔摩尔110密度密度g/cm319.05原子体积原子体积cm3/摩尔摩尔12.5表表1 1金属铀的物理性质（引自王剑锋，金属铀的物理性质（引自王剑锋，19861986） 2021/5/256 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。在1.013105Pa条件下，条件下，铀在铀在667.7相变成相变成铀；铀；当温度升高到当温度升高到774.8时，时，铀又相变成铀又相变成铀。铀。、三相铀的平衡点的压力为三相铀的平衡点的压力为29.8108Pa，温，温度是度是798。当压力超过。当压力超过29.8108Pa时，时，铀直铀直接转变为接转变为铀。铀。 铀的三种变体的存在条件和特点列入表铀的三种变体的存在条件和特点列入表2 2。2021/5/257同素异形体同素异形体UUU存存在在温温度度（）（）（1105Pa） 667.7667.7774.8774.81132.3晶体结构晶体结构斜方斜方a=2.854b=5.869c=4.955四方四方a=b=10.754c=5.6525体心立方体心立方a=3.534a=b=c密度（密度（g/cm3）19.0518.1317.91机械性质机械性质延展性延展性脆性脆性塑性塑性表表2 2铀的三种同素异形体的特性铀的三种同素异形体的特性 （引自王剑锋，（引自王剑锋，19861986） 2021/5/258二、铀元素化学性质二、铀元素化学性质 铀铀位位于于周周期期表表第第三三族族，属属锕锕系系元元素素（锕锕系系元元素素为为89Ac103Lr），作作为为锕锕系系元元素素，其其电电子子层层结结构构有有一一明明显显的的特特点点，即即具具有有三三个个不不饱饱和和的的电电子子层层最最外外层层（Q）、次次外外层层（P）和和外外数数第第三三层层（O）；并并且且最最外外层层电电子子相相等等，只只有有两两个个电电子子（7S电电子子），次次外外层层中中除除钍钍（Th）有有两两个个6d电电子子外外，其其它它元元素素只只有有一一个个d电电子子或或没没有有d亚亚层层。外外数数第第三三层层（5f亚亚层层）从从镤镤（91号号）到到铹铹（103号）逐渐被填满。号）逐渐被填满。2021/5/259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 锕锕 钍钍 镤镤 铀铀 镎钚镅锔铻镎钚镅锔铻98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr锎锎 锿锿 镄钔镄钔 锘锘 铹铹2021/5/2510价电子层结构为价电子层结构为5f36d17s2，成键的价电子为最外，成键的价电子为最外层的层的2个个s电子，次外层的电子，次外层的1个个d 电子和外数第三层电子和外数第三层的的3个个f电子。根据电子的丢失程度不同，可呈现不电子。根据电子的丢失程度不同，可呈现不同的价态。如同的价态。如+3、+4、+5、+6几种价态，所以几种价态，所以铀铀具有变价的特性具有变价的特性。 铀是铀是92号元素，它的电子结构为：号元素，它的电子结构为：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f36d12021/5/25111、铀的稳定氧化态、铀的稳定氧化态 铀在参与化学反应时，铀在参与化学反应时， 价电子层失去电子的顺价电子层失去电子的顺序序是先失去是先失去7s亚层电子和亚层电子和6d亚层电子而显亚层电子而显3的氧的氧化态，再失去部分或全部化态，再失去部分或全部5f 亚层电子而显亚层电子而显+4、+5、+6的氧化态，其中的氧化态，其中+4和和+6的氧化态比较稳定，的氧化态比较稳定，+3和和+5的氧化态不稳定。的氧化态不稳定。 2021/5/2512UO22+ 0.052V UO2 0.612V U4 0.607 U3 1.796 U +0.334V(在在HCl溶液中溶液中)铀的标准电极电位：铀的标准电极电位：在在25，pH=1的强酸性介质中：的强酸性介质中：2021/5/2513图图中中最最右右端端为为还还原原物物质质，左左端端为为氧氧化化物物质质。电电极极电电位位大大于于零零：说说明明化化学学反反应应自自由由能能小小于于零零，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，说明碱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。 UO2(OH)2 0.49V U(OH)4 2.14V U(OH)3 2.17V U在在25，pH=14的强碱性介质中：的强碱性介质中：2021/5/2514U33e=U E=-1.796V（酸酸性性条条件件） E=-2.17V（碱性条件碱性条件）U4e=U3 E=-0.607V（酸酸性性条条件件） E=-2.17V（碱性条件碱性条件） U、U3在在酸酸碱碱性性溶溶液液中中都都是是强强还还原原剂剂，在在没没有有其其它它氧氧化化剂剂的的条条件件下下，两两者者都都可可以以把把水水中中的的H还还原原成成H2，而而其其本本身身则则被被氧氧化化成成U4离离子，说明子，说明U、U3在水溶液中不能稳定存在。在水溶液中不能稳定存在。U、U3的还原性的还原性2021/5/2515 在同一种元素中，同时进行着两种相在同一种元素中，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，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化反应的发生与物质的稳定性有一定的联系。系。UO2的歧化反应的歧化反应2021/5/2516UO2与与UO22和和U4之间的电位图：之间的电位图：此此反反应应能能否否自自发发进进行行，可可根根据据ZZnFnF反反应应式式来来判判断断，该该式式中中ZZ为为反反应应自自由由能能（千千卡卡），n n为为得得失失电电子子数数，F F为为法法拉拉第第常常数数23.0623.06千千卡卡/ /伏伏，为电池电动势（伏）。为电池电动势（伏）。UO22 0.025V UO2 0.612V U4总反应式可写为：总反应式可写为： 2UO2=UO22+U4 (1) UO22+e=UO2 EUO2/UO22=-EUO2/UO22=-0.025VUO2+e=U4 EUO2/U4=+0.612V2021/5/2517 铀的稳定氧化态只在自然界只有铀的稳定氧化态只在自然界只有+4+4和和+6+6价两价两种，并且种，并且+4+4价在还原条件下稳定，价在还原条件下稳定，+6+6价在氧化价在氧化条件下稳定条件下稳定。 现在只要（现在只要（1）式中的）式中的E大于零，反应即能自大于零，反应即能自发进行。发进行。总总=EUO2/UO2+EUO2/U4= -0.052+0.612=+0.56V 计算得出计算得出总总大于零，说明大于零，说明UO2的歧化反应的歧化反应在酸性溶液中以能自发进行，因此在酸性溶液中以能自发进行，因此+5价的氧化价的氧化态不稳定，它要同时被氧化和还原成态不稳定，它要同时被氧化和还原成+6价和价和+4价。价。 2021/5/25182、铀和铀酰的性质、铀和铀酰的性质 由于铀的稳定氧化态只有由于铀的稳定氧化态只有+4和和+6价两种，在价两种，在溶液中，氧化态为溶液中，氧化态为+4的铀是以简单的的铀是以简单的U4离子离子形式存在；而氧化态为形式存在；而氧化态为+6的铀在水溶液中很不的铀在水溶液中很不稳定，易与氧结合成铀酰离子（稳定，易与氧结合成铀酰离子（UO22）或重）或重铀酸根离子形式（铀酸根离子形式（U2O72-）存在。）存在。2021/5/2519（I）U4(0.971.01) Th4(1.021.06 )TR3(0.861.18 )其其中中Y族族稀稀土土（0.860.98 ），铈铈族族稀稀土土（1.001.18 ），由由于于TR3和和 U4有有相相似似的的离离子子半半径径和和性性质质，故故相相互互之之间间极极易易发发生生置置换换反反应应，因因此此，在在一一条条件件下下，四四价价铀铀矿矿物物含含有有TR和和Th等等类类质质同同象象混混入入物物。另另外外，在在与与稀稀土土元元素素之之间间的的置置换换上上，由由于于半半径径（离离子子）的的相相近近性性，决决定定了了铀铀倾倾向向于于置置换换钇钇族族稀稀土土元元素素，而而钍钍倾倾向向于于置置换换铈族稀土元素。铈族稀土元素。离子的半径离子的半径(=10-10m)2021/5/2520（II） UO22（铀酰）呈哑铃型（铀酰）呈哑铃型（见附图），其（见附图），其长轴长约长轴长约6.046.84 ，离子半径很大，（最大，离子半径很大，（最大的金属阳离子的金属阳离子Cs的离子半径是的离子半径是1.60 ），因此），因此没有其它任何阳离子可与它呈类质同象，一般没有其它任何阳离子可与它呈类质同象，一般Th4+与与UO22不不共生，但共生，但在复盐中在复盐中可作为一可作为一种组分出种组分出现。现。2021/5/2521U4呈呈绿绿色色，UO22呈呈黄黄色色。离离子子的的这这种种颜颜色色性性质质决决定定了了四四价价铀铀矿矿物物与与六六价价铀铀矿矿物物的的基基本本色色调。调。离子的颜色离子的颜色（I）U4呈呈弱弱碱碱性性，当当pH=2时时，U4发发生生水水解解，水水解结果具酸性反应，并最后生成解结果具酸性反应，并最后生成U（OH）4沉淀。沉淀。U4+H2O=U(OH)3+H U4+4H2O=U(OH)4 + 4H离子的酸碱性离子的酸碱性2021/5/2522（II）U6+显显两两性性，但但酸酸性性较较强强，碱碱性性较较弱弱，在在酸酸性性溶液中呈溶液中呈UO22，在碱性溶液中呈，在碱性溶液中呈U2O72-。 酸性溶液酸性溶液UO3+2H=UO22+H2O 碱性溶液碱性溶液2UO3+2OH-=U2O72-+H2OUO22显显碱碱性性，存存在在于于pH3的的介介质质环环境境中中，当当pH3时时，UO22发发生生水水解解，当当pH4时时，形形成成氢氢氧氧化化铀铀酰沉淀，反应式如下：酰沉淀，反应式如下： pH3时时：UO22+H2O=UO2OH+H pH4时时：UO2OH+H2O=UO2(OH)2 +H当当溶溶液液碱碱性性较较强强时时，在在溶溶液液中中存存在在着着UO22和和U2O72相互转化的平衡关系。相互转化的平衡关系。 2UO22+6OH-=U2O72-+3H2O2021/5/2523U4在在还还原原条条件件下下稳稳定定，UO22在在氧氧化化条条件件下下稳定，两者可以相互转化。稳定，两者可以相互转化。UO22+2e=U4这这种种性性质质对对铀铀矿矿物物的的形形成成和和变变化化起起着着重重要要的的作作用，如在氧化带用，如在氧化带U4矿物转变为矿物转变为U6矿物，如：矿物，如：2UO2+O2+3H2O=2UO2(OH)2H2O 沥青铀矿柱铀矿沥青铀矿柱铀矿离子的稳定条件离子的稳定条件在胶结带：在胶结带：UO22+Fe2+2H2S=UO2+FeS2+4H2021/5/25241铀在地壳中的分布铀在地壳中的分布主主要要介介绍绍铀铀在在地地壳壳中中各各类类岩岩石石中中的的分分布布情情况况（即即在三大岩类中的分布情况）。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的分布铀铀在在岩岩浆浆岩岩中中含含量量变变化化幅幅度度很很宽宽，由由超超基基性性岩岩到到酸酸性性岩岩含含量量逐逐渐渐增增高高，一一般般变变化化是是自自超超基基性性岩岩中中的的0.00nppm到到酸酸性性岩岩中中的的n个个ppm(10-6)，如如橄橄榄榄岩岩类类为为0.0030.006ppm，花花岗岗岩岩、流流纹纹岩岩为为3.54.8ppm。三、铀在地壳中的分布及存在形式三、铀在地壳中的分布及存在形式2021/5/2525 岩浆岩中铀分布在造岩矿物和副矿物中，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，的平均铀含量，在深色矿物中，铀含量较高，是浅色矿物的是浅色矿物的35倍。倍。 岩浆岩中含量变化的特点与铀的成矿作用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。和基性岩中，到今还未找到铀矿床的产出。2021/5/2526铀在大陆地壳中的相对丰度（据铀在大陆地壳中的相对丰度（据Roberton等，等，1978） 2021/5/2527 沉沉积积岩岩占占地地壳壳体体积积的的5%，地地壳壳大大陆陆面面积积的的3/4，有有许多的铀矿床的成因与沉积岩的含铀性相关。许多的铀矿床的成因与沉积岩的含铀性相关。 根根据据统统计计资资料料表表明明，沉沉积积岩岩中中铀铀含含量量的的变变化化幅幅度度很很大大，从从0.nppm到到n10ppm，一一般般随随沉沉积积物物粒粒度度变变细细铀铀含含量量升升高高，通通常常与与沉沉积积物物中中的的P、H2S和和有有机机质质含含量量密密切相关，且呈正消长关系。切相关，且呈正消长关系。 不不同同种种类类沉沉积积岩岩中中的的铀铀含含量量：砂砂岩岩一一般般为为0.454.0ppm；粘粘土土岩岩含含铀铀一一般般为为24.5ppm；碳碳酸酸盐盐岩岩的的含含铀量比较稳定，为铀量比较稳定，为2ppm左右。左右。铀在沉积岩中的分布铀在沉积岩中的分布2021/5/2528 含铀较高的沉积岩有海相成因的磷块岩，含含铀较高的沉积岩有海相成因的磷块岩，含铀量可达铀量可达50300ppm,它是一种重要的潜在铀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。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：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；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及后生淋积成因的铀矿床均与上述富铀沉积岩密切相关。密切相关。2021/5/2529 铀铀矿矿床床在在变变质质岩岩中中的的产产出出通通常常是是产产在在中中低低级级变变质质程程度度的的 ，在在高高级级变变质质相相的的岩岩石石中中则则很很少少见，它与铀在变质岩中的分布规律相关。见，它与铀在变质岩中的分布规律相关。 铀铀在在变变质质岩岩中中的的分分布布也也非非常常复复杂杂，但但一一般般来来说说，不不同同的的变变质质岩岩类类有有不不同同的的铀铀含含量量。长长英英质质岩岩类类要要比比铁铁镁镁质质岩岩类类和和碳碳酸酸盐盐岩岩类类要要高高；同同一一岩岩类类中中，不不同同变变质质岩岩石石的的含含铀铀性性也也有有差差异异。如如：长长英英质质类类的的岩岩石石：片片麻麻岩岩U：0.44.6ppm， 结结 晶晶 片片 岩岩 U： 1.3 4.9ppm； 石石 英英 岩岩 U：1.0ppm；铁镁石英岩；铁镁石英岩U：0.2ppm。铀在变质岩中的分布：铀在变质岩中的分布：2021/5/2530 实际上上述实际上上述差别的存在是由变质原岩的的化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也决定着变质岩的铀含量，通常是：含铀较高，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。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：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绿片岩相绿帘角闪岩相低级麻粒岩相高级麻粒岩相超变质作用的榴辉岩相高级麻粒岩相超变质作用的榴辉岩相。2021/5/2531 铀铀矿矿物物形形式式：这这是是一一种种重重要要的的存存在在形形式式，目目前前已已经经发发现现的的有有200余余种种铀铀矿矿物物，但但比比较较常常见见的的铀铀矿矿物物只只有有四四十十余余种种，分分内内生生成成因因和和外外生生成成因因（表表生生）两两大大类类。内内生生成成因因的的铀铀矿矿物物如如：晶晶质质铀铀矿矿及及变变种种沥沥青青铀铀矿矿，钛钛铀铀矿矿，斜斜方方钛钛铀铀矿矿，铀铀石石，铀铀钍钍矿矿等等；表表生生成成因因的的铀铀矿矿物物如如硅硅钙钙铀铀矿矿，钙钙铀铀云云母母，铜铜铀铀云云母母，芙芙蓉蓉铀铀矿矿，板板菱菱铀铀矿矿等等等等。外外生生（表表生生）成成因因铀铀矿矿物物以以其其颜颜色色鲜鲜艳艳为为特特征征，并并与与内内生生成成因因铀铀矿矿物物（颜颜色色较较深深、暗）相区别。暗）相区别。2在地壳中的存在形式：在地壳中的存在形式：2021/5/2532 类类质质同同象象置置换换系系指指地地球球化化学学性性质质相相近近的的元元素素以可变的数量在矿物晶格中相互转换。以可变的数量在矿物晶格中相互转换。 铀铀的的类类质质同同象象置置换换能能力力较较强强，它它即即可可以以进进行行等等价价的的类类质质同同象象置置换换，如如U4与与Th4+之之间间，又又可可以以进进行行异异价价的的类类质质同同象象置置换换，如如U4与与TR3之之间。间。 由于铀与其它元素之间的类质同象置换，形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。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：类质同象置换形式：2021/5/2533 以以分分散散吸吸附附状状态态存存在在的的铀铀是是一一种种非非常常普普遍遍的的存存在在形形式，它主要赋存在岩石中的以下部位。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；、吸附在矿物晶体表面，解理面与晶纹裂缝面上； b、被被岩岩石石中中的的有有机机质质（包包括括炭炭质质、沥沥青青质质）所所吸吸附；附； c、溶溶解解在在矿矿物物的的结结晶晶水水，液液态态包包裹裹体体和和粒粒间间溶溶液液中。中。 铀铀的的吸吸附附剂剂有有层层状状硅硅酸酸盐盐、磷磷块块岩岩、铝铝土土矿矿、水水云云母母、钛钛和和铁铁的的氢氢氧氧化化物物以以及及蛋蛋白白石石等等。吸吸附附作作用用可可使使岩石、矿物中的铀含量升高。岩石、矿物中的铀含量升高。分散吸附状态形式：分散吸附状态形式：2021/5/2534 在地壳的三大岩类中，由于成岩地质条件的在地壳的三大岩类中，由于成岩地质条件的不同，铀的存在形式也明显不同。不同，铀的存在形式也明显不同。 在岩浆岩中，在岩浆岩中，铀的存在形式分两种情况：即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，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。分散的方式集中在玻璃质或显微结构的基质中。 2021/5/2535 在变质岩中，在变质岩中，由于变质作用时的温度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，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些副矿物中，或随变质溶液从岩石中迁移出去。出去。 2021/5/2536 在沉积岩中在沉积岩中，除极少数来自母岩的副矿物，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，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。则有可能见到沥青铀矿、铀石等铀矿物。 2021/5/2537第二节第二节 铀矿物的基本特征铀矿物的基本特征一、铀矿物的化学组成一、铀矿物的化学组成二铀矿物的晶体化学特点二铀矿物的晶体化学特点三、铀矿物的物理性质三、铀矿物的物理性质四铀矿物的成因类型四铀矿物的成因类型 2021/5/2538一、铀矿物的化学组成一、铀矿物的化学组成 铀铀矿矿物物的的组组成成元元素素包包括括铀铀离离子子，其其它它阳阳离离子子和和各各种种阴阴离离子子，它它们们之之间间的的相相互互化化合合或或络络合合形形成铀矿物。成铀矿物。 一般来说，组成元素可分为如下几大类：一般来说，组成元素可分为如下几大类： 1铀矿物组成元素铀矿物组成元素阴离子组成阴离子组成阳离子组成阳离子组成2021/5/2539其它阳离子或络阳离子：其它阳离子或络阳离子：H+、H3O+、NH+4阳离子组成：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：以亲石元素为主，其次有亲铁、亲硫元素，具体分为：碱金属元素碱金属元素：K、Na、Cs碱土金属元素碱土金属元素：Ca、Ba、Mg重金属元素重金属元素：Cu、Pb、Zn、Bi、Fe、Mn、Co、Ni其它金属元素其它金属元素：Al、Th、Tl、Nb、Ta、Mo、Tr、Zr2021/5/2540 阴离子组成：阴离子组成：有有O2- 、OH-、 F-、SiO4-、PO43-、AsO43-、V2O86-、CO32-、SO42-、MoO42-、SeO32-、TeO32-等。等。 其中与铀结合的阴离子主要是其中与铀结合的阴离子主要是O2 - ，而，而OH -只见极少数铀矿物中，只见极少数铀矿物中，F -只见于个别铀矿物中，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。其它酸根离子与铀络合成铀的络合物。2021/5/2541 在在自自然然界界中中纯纯四四价价铀铀的的矿矿物物很很少少，它它往往往往含含有有U6+成成分分，U6+的的产产生生与与U4+的的自自氧氧化化的的形形成成及及形形成成后后的的环环境境变变化化（氧氧化化作作用用）有有关关，四四价价铀铀矿矿物物的的成成分分复复杂杂，矿矿物物中中各各组组分分之之间间的的比比例例不固定，不固定，类质同象相当普遍类质同象相当普遍； 2铀矿物类型铀矿物类型 六价铀矿物绝大多数是含水矿物，六价铀矿物绝大多数是含水矿物，化学成分化学成分比较稳定，每种矿物的金属阳离子，比较稳定，每种矿物的金属阳离子，UO22+和络和络阴离子含量之间都有固定的比值，阴离子含量之间都有固定的比值，类质同象不类质同象不发育发育。 铀矿物可分为铀矿物可分为四价铀矿物四价铀矿物和和六价铀矿物六价铀矿物。2021/5/2542 铀是一个放射性元素，组成铀矿物的化学成铀是一个放射性元素，组成铀矿物的化学成分总是在变化。分总是在变化。铀衰变的最终产物铀衰变的最终产物206Pb越积越积越多。越多。形成时代较早的铀矿物形成时代较早的铀矿物，放射性衰变成放射性衰变成因的铅积累多因的铅积累多，据统计，晶质铀矿中，据统计，晶质铀矿中PbO含量含量最高可达最高可达20.45%，铅的含量与铀矿物形成的年铅的含量与铀矿物形成的年龄成正比龄成正比，UPb法法可作为可作为测定地质年龄测定地质年龄的方法的方法。在中、新生代形成的沥青铀矿中含铅较低，。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。这是由于铀衰变时间较短的缘故。2021/5/2543四价铀矿物的晶体结构类型。四价铀矿物的晶体结构类型。四四价价铀铀在在矿矿物物中中的的离离子子形形式式存存在在，形形成成离离子子键键化化合合物物，多多数数属属离离子子晶晶格格，在在晶晶体体结结构构中中铀铀具具有有较较高高的的配配位位数数，为为8和和6（它它主主要要是是由由于于U4+离离子半径较大的缘故）子半径较大的缘故） 。晶体结构类型有三种：晶体结构类型有三种：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2021/5/2544a、配位型配位型（或称萤石型）（或称萤石型） ：主要是简单氧化：主要是简单氧化物，但由于部分物，但由于部分U4+变成了变成了U6+所以结构发生了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。畸变，对称度降低，其晶格与萤石不完全相同。萤石型结构萤石型结构晶质铀矿晶质铀矿萤石型结构的对称型为：萤石型结构的对称型为：3L44L36L29PC2021/5/2545b、岛状型岛状型（或称锆石型）：是指四价铀的硅或称锆石型）：是指四价铀的硅酸盐与锆石的结构相似，在结构中，彼此孤立酸盐与锆石的结构相似，在结构中，彼此孤立的的SiO4四面体通过四面体通过U4+离子相连（三角十二面离子相连（三角十二面体）体） 。岛状型结构岛状型结构铀石铀石2021/5/2546复杂层状结构复杂层状结构斜方钛铀矿斜方钛铀矿c、层状型层状型：是铀的复杂氧化物，如：是铀的复杂氧化物，如U-Ti和和U-Mo复杂氧化物具有复杂层状结构，其结构单元由复杂氧化物具有复杂层状结构，其结构单元由TiO6八面体或八面体或MoO6八面体组成。八面体组成。2021/5/2547 在在四四价价铀铀矿矿物物中中广广泛泛发发育育着着U4+和和Th4+和和TR3+之之间间的的类类质质同同象象，四四价价铀铀矿矿物物中中经经常常含含有有Th和和TR，Th和和稀稀土土元元素素矿矿物物中中也也常常含含有有U4+，这这是是由由于于它它们们之之间间的的离离子子半半径径相相近近和和其其它它性性质质相似的原因所致。相似的原因所致。 类质同象类质同象2021/5/2548 Zr4+（0.82）、）、Ca2+（1.03）也能与铀）也能与铀（U4+）发生类质同象置换，但它们之间的置换）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，通常是单向的，属极性类质同象，在锆石和磷在锆石和磷灰石中，灰石中，Zr4+和和Ca2+常被常被U4+所置换，然而在四所置换，然而在四价铀的矿物中，尚未发现价铀的矿物中，尚未发现Zr4+和和Ca2+的类质同象的类质同象混合物。混合物。 类质同象置换多发生在高温环境条件，类质同象置换多发生在高温环境条件，如伟如伟晶岩脉中的晶岩脉中的晶质铀矿常含较多的晶质铀矿常含较多的Th和和TR；而而在在中低温热液成因的沥青铀矿中只含痕量的中低温热液成因的沥青铀矿中只含痕量的Th和和TR，有时甚至完全不含。，有时甚至完全不含。 U4+矿物中也含有矿物中也含有U6+ ，但它们之间不是类质同，但它们之间不是类质同象关系，象关系，U6+是四价铀的氧化物。是四价铀的氧化物。 2021/5/2549 变变生生作作用用系系指指在在铀铀、钍钍衰衰变变过过程程中中放放出出的的射射线线作作用用下下和和核核裂裂变变碎碎片片的的作作用用下下某某些些含含铀铀、钍钍矿矿物物的的晶体结构遭到破坏从而呈非晶态的现象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：发生变生作用的主要条件有二：变生作用（非晶化作用）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。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，如矿物中含有放射性元素，如U、Th等。等。 容易发生变生作用的矿物有容易发生变生作用的矿物有U-Ti复杂氧化物，复杂氧化物，含含U的的Nb-Ta复杂氧化物及一部分四价铀的硅酸盐。复杂氧化物及一部分四价铀的硅酸盐。2021/5/2550（）具油脂光泽、沥青光泽、无解理、）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，贝壳状断口、半透明或碎片边缘微透光，密度、硬度低。密度、硬度低。（）光性上为均质体（或局部残留非均）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。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）变生矿物的特点（相对非变生矿物而言） 2021/5/2551 变生矿物进一步变化的结果是，分解成各个组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。但对这种非晶质体焙烧后，不能恢复原始结构，只能形成结构，只能形成U3O8或铀酸盐。或铀酸盐。 （）矿物中非结构水含量偏高，加热焙烧后会）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。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。）恢复晶体结构时发生放热反应。2021/5/25522六价铀矿物的晶体化学特点六价铀矿物的晶体化学特点（）铀酰离子的结构及特点）铀酰离子的结构及特点：单独的：单独的U6+离子在离子在自然界是不稳定的，由于自然界是不稳定的，由于U6+具有很高的正电荷，具有很高的正电荷，半径小（半径小（0.80），在能量上处于不稳定状态，），在能量上处于不稳定状态，很容易与氧结合，形成很容易与氧结合，形成UO22+络离子。络离子。晶体结构的基本特点：晶体结构的基本特点：2021/5/2553 铀铀酰酰为为一一线线型型离离子子，呈呈哑哑铃铃状状，UO之之间间的的平平均均距距离离为为1.9。此此距距离离比比U6+与与O2-的的离离子子半半径径之之和和（0.8+1.32=2.12）要要小小得得多多，这这说说明明铀铀原原子子与与氧氧原子之间原子之间 的电子云相互重迭，的电子云相互重迭，UO为共价键。为共价键。2021/5/2554 铀酰沿长轴方向的总长是铀酰沿长轴方向的总长是6.046.84，(U6+、O2-半径之和为半径之和为2.12，在长轴方向最长为，在长轴方向最长为2个个O2-，1.3222=5.28；U6+两半径之和为两半径之和为20.8=1.6，因而，因而2O2-与与U6+之间总长应为之间总长应为5.28 +1.6=6.88)为一巨型离子，在自然界任何一阳为一巨型离子，在自然界任何一阳离子的半径都比它小离子的半径都比它小(如最大半径的金属离子如最大半径的金属离子Cs+为为1.60 ，而，而UO22+如按半径计算为如按半径计算为3.02-3.42 )，因其形态特殊，它不与任何其它阳离子发生类，因其形态特殊，它不与任何其它阳离子发生类质同象置换。质同象置换。2021/5/2555 铀酰中的两个氧原子几乎是电中性铀酰中的两个氧原子几乎是电中性。O2-的负的负电荷几乎完全被电荷几乎完全被U-O键所中和，铀酰的两个正电键所中和，铀酰的两个正电荷集中在垂直于铀酰长轴的平面，即荷集中在垂直于铀酰长轴的平面，即赤道平面上赤道平面上铀酰与周围的离子（原子）形成两种类型的键。铀酰与周围的离子（原子）形成两种类型的键。在赤道平面上在赤道平面上，铀对周围，铀对周围离子的引力最强离子的引力最强，基本，基本上上是离子键是离子键；而沿；而沿长轴，即长轴，即O-U-O的方向上，键的方向上，键力很弱，基本上是分子键力很弱，基本上是分子键。 UO22+中由于铀原子的内层电子中由于铀原子的内层电子5f电子参与了电子参与了UO之间的共价键的组成之间的共价键的组成，所以，所以UO键非常牢键非常牢固，无论在固体，还是在液体中，铀酰离子都很固，无论在固体，还是在液体中，铀酰离子都很稳定，不易分解。稳定，不易分解。2021/5/2556（）晶体结构类型）晶体结构类型有三种类型有三种类型:链状结构链状结构（如高硅钾铀矿组）（如高硅钾铀矿组） 层状结构层状结构最常见最常见架状结构架状结构（硅铀矿组）（硅铀矿组）,它们仅见于个别矿物中。它们仅见于个别矿物中。2021/5/2557 同同质质多多象象是是指指同同种种化化学学成成分分（石石墨墨和和金金刚刚石石），在在不不同同的的热热力力学学条条件件下下结结晶晶成成不不同同晶晶体体结结构构的的现现象象。每每一一种种化化学学组组成成相相同同、结结构构不不同同的的晶晶体体都都是是一一种种同同质质多多象象变变体体，在在矿矿物物上上是是独独立立的的矿矿物物种种，在在六六价价铀铀矿矿物物中中发发现现了了一一系系列列同同质质多多象变体象变体。 同质多象同质多象和和多型性多型性2021/5/2558如：如： a、六价铀的磷酸盐和砷酸盐，当铀酰为四次配位、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；配位），以致形成了同质多象变种；b、铀酰氢氧化物中，、铀酰氢氧化物中，铀酰为六次配位，当环铀酰为六次配位，当环境改变时，境改变时，OH-可被可被O2-取代，引起配位数的变取代，引起配位数的变化。（化。（2OH-O2-），），也可能形成同质多象变也可能形成同质多象变种；种；c、六价铀的硅酸盐矿物、六价铀的硅酸盐矿物、硅钙铀矿和硅钙铀矿和硅钙铀矿，硅钙铀矿，也属于同质多象变种。也属于同质多象变种。2021/5/2559 多型多型是一种特殊类型的同质多象，是指化学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顺序上有所不同的层状晶体结构的现象。多型。多型也就是一维的同质多象，不同的多型变体，尽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同的晶系，但是它们的晶体管有时可能属于不同的晶系，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。属于同一矿物种。 2021/5/2560 多型现象在六价铀矿物中广泛发育多型现象在六价铀矿物中广泛发育，在六价，在六价铀的磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐、碳酸盐和氢氧铀的磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐、碳酸盐和氢氧化物中都发现了多型。如钙铀云母化物中都发现了多型。如钙铀云母准钙铀云准钙铀云母、铜铀云母准铜铀云母、钡铀云母准钡母、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量能在一定范围内变化，于是构成了一系列多型性矿物。型性矿物。2021/5/2561三、铀矿物的物理性质三、铀矿物的物理性质1放射性放射性2光学性质光学性质3力学性质力学性质 4荧光性质荧光性质2021/5/25621放射性放射性 铀矿物与其它非放射性元素矿物的重要区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。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，同时释放出发地蜕变为另一种原子核，同时释放出、射线的现象。射线的现象。这一过程称之为放射性衰变，其这一过程称之为放射性衰变，其中释放出中释放出粒子和粒子和粒子的过程称为粒子的过程称为蜕变和蜕变和蜕蜕变，电离能力为变，电离能力为，穿透能力为，穿透能力为：=1：100：10000。2021/5/2563使使照照相相底底片片感感光光。在在射射线线作作用用下下，底底片片乳乳胶胶中中的的银银盐盐（AgBr）被被还还原原，Ag+Ag，照照片片经经处处理理后后，被被照照射射后后即即变变黑黑。底底片片变变黑黑的的程程度度与与矿矿物物中中放放射射性性元元素素含含量量及及照照射射时时间间成成正正比比，根根据据这这种种特特性性，产产生生了了放放射射性性照照相相方方法法-普普遍遍放放射性照相和显微放射性照相。射性照相和显微放射性照相。放射性特征的表现：放射性特征的表现： 使气体分子发生电离，使硫化锌、碘化钠等使气体分子发生电离，使硫化锌、碘化钠等晶体发荧光。晶体发荧光。电离的强度与放射性强度成正比，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。据此产生了各种放射性测量方法。2021/5/2564 使绝缘物质遭受辐射损伤使绝缘物质遭受辐射损伤。在放射性衰变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（如电影胶片片的能量，能使周围的绝缘物质（如电影胶片片基、涤纶薄膜、白云母、石英、长石、磷灰石基、涤纶薄膜、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，据此产生了的时间成正比，据此产生了径迹蚀刻和裂变径径迹蚀刻和裂变径迹法。迹法。2021/5/2565能使周围的矿物变色。能使周围的矿物变色。放射矿物周围的长石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、白云母等矿物云母、绿泥石、角闪石、辉石、白云母等矿物中。中。能使含铀、钍的铌钽钛复杂氧化物、硅酸盐能使含铀、钍的铌钽钛复杂氧化物、硅酸盐等矿物发生非晶化，成为变生态等矿物发生非晶化，成为变生态。2021/5/2566颜色、条痕：颜色、条痕： 四价铀矿物的颜色以深色调为主四价铀矿物的颜色以深色调为主。2光学性质光学性质 四价铀的硅酸盐呈四价铀的硅酸盐呈黑色、褐黑色、灰褐色黑色、褐黑色、灰褐色。 四价铀的铀四价铀的铀钛复杂氧化物呈钛复杂氧化物呈黑色黑色、褐黑色、褐黑色、暗褐色、红褐色暗褐色、红褐色，条痕暗褐色、黄褐色；，条痕暗褐色、黄褐色； 四价铀的简单氧化物呈四价铀的简单氧化物呈黑色黑色、灰黑色灰黑色，条痕黑色；，条痕黑色；2021/5/2567晶质铀矿晶质铀矿晶质铀矿晶质铀矿钛铀矿钛铀矿铀黑铀黑2021/5/2568 六六价价铀铀矿矿物物的的颜颜色色十十分分鲜鲜艳艳，大大都都呈呈黄黄色色、黄黄绿绿色色和和绿绿色色，少少数数呈呈橙橙红红色色、橙橙色色、褐褐色色、粉粉红红色色，六六价价铀铀矿矿物物的的颜颜色色主主要要与与色色素素离离子子有有关关，铀酰离子是主要的色素离子。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、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。紫黑色或蓝黑色。 含铜和锰的铀酰矿物呈粉红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、黄绿含碱金属、碱土金属元素矿物呈黄色、黄绿色、浅绿黄色色、浅绿黄色；2021/5/2569板菱铀矿板菱铀矿板铅铀矿板铅铀矿钡磷铀矿钡磷铀矿翠砷铜铀矿翠砷铜铀矿2021/5/2570钒钙铀矿钒钙铀矿钒钾铀矿钒钾铀矿钙铀云母钙铀云母绿铀矿绿铀矿2021/5/2571菱镁铀矿菱镁铀矿水砷铅铀矿水砷铅铀矿硅镁铀矿硅镁铀矿2021/5/2572深黄铀矿深黄铀矿斜水钼铀矿斜水钼铀矿2021/5/2573 光泽光泽：矿物的光泽与其透明度、反射率及：矿物的光泽与其透明度、反射率及折光率有关，也与单矿物集合体的集合方式有关。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、四价铀矿物的晶体及胶状集合体呈半金属光泽、沥青光泽；沥青光泽； 非晶化矿物呈沥青光泽、树脂光泽或油脂光泽；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。粉末状矿物呈土状光泽。2021/5/2574其它光学性质其它光学性质： 四价铀矿物薄片中不透明或呈很深的褐色、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，反射黄色，均质至弱非均质；反射光下呈灰色，反射率率6-21%，有些矿物具褐色或褐红色的内反射。，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。黄、浅黄绿、浅绿色，二轴晶或一轴晶。 2021/5/25753力学性质力学性质 密度：密度：矿物的密度取决于矿物的化学成矿物的密度取决于矿物的化学成分和晶体结构。分和晶体结构。 六价铀矿物密度普遍较低。六价铀矿物密度普遍较低。 四价铀矿物密度普遍较大；四价铀矿物密度普遍较大；2021/5/2576矿物类别矿物类别变化范围变化范围含含Bi时时含含Pb时时四价铀矿物四价铀矿物简单氧化物简单氧化物6.510.8铀铀-钛复杂氧化物钛复杂氧化物4.36.0硅酸盐硅酸盐4.45.1铀铀-钼复杂氧化物钼复杂氧化物4.2六价铀矿物六价铀矿物铀酰氢氧化物铀酰氢氧化物3.65.76.45.17.4铀酰硅酸盐铀酰硅酸盐3.04.75.86.0铀酰磷酸盐铀酰磷酸盐2.54.14.45.8铀酰砷酸盐铀酰砷酸盐2.54.15.86.06.4铀酰钒酸盐铀酰钒酸盐2.94.74.9铀酰硫酸盐铀酰硫酸盐3.34.0铀酰钼酸盐铀酰钼酸盐4.04.7铀酰碳酸盐铀酰碳酸盐2.15.76.9铀酰亚硒酸盐铀酰亚硒酸盐4.44.95.3铀酰亚碲酸铀酰亚碲酸6.66.95.72021/5/2577硬度（摩斯硬度硬度（摩斯硬度-下同下同） ：矿物的硬度主要取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。决于其化学键的类型和强度。 六价铀矿物多为层状结构六价铀矿物多为层状结构，层内为离子键，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，此外，六价铀矿物普遍含水分键的强度较弱，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四价铀矿物主要为离子键化合物，其结构中其结构中原子堆积密度较大，因此其硬度较大，一般为原子堆积密度较大，因此其硬度较大，一般为5-6。仅铀。仅铀-钼复杂氧化物的硬度较低，为钼复杂氧化物的硬度较低，为2-3。2021/5/2578解理：解理： 六价铀矿物通常具有平行于底面的完全解理，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。有时还发育几组中等解理。 四价铀矿物的解理一般不发育，断口呈贝壳状四价铀矿物的解理一般不发育，断口呈贝壳状或半贝壳状；或半贝壳状；2021/5/25794荧光性质荧光性质 荧光性是六价铀矿物的另一突出特性。荧光性是六价铀矿物的另一突出特性。荧光是荧光是在外来能量（紫外线）的激发下，矿物发光的现在外来能量（紫外线）的激发下，矿物发光的现象象。 荧光的原理是：矿物在紫外线照射下，其中荧光的原理是：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。一定的能量，这样就产生了荧光。2021/5/2580 六六价价铀铀的的荧荧光光与与铀铀酰酰离离子子有有关关，当当铀铀酰酰是是矿矿物物的的基基本本组组成成部部分分，或或者者以以吸吸附附质质状状态态存存在在时时，都能引起荧光。都能引起荧光。 发发荧荧光光的的矿矿物物一一般般还还含含有有Ca2+、Mg2+、Ba2+、K+、Na+、Al3+、H+、NH4+等等； 但但如如含含有有U4+、Th4+、Cu2+、Pb2+、Fe2+、Mn2+、Bi3+等重金属阳离子则起熄灭剂作用；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发荧光凡含有重金属阳离子的矿物一般都不发荧光。 2021/5/2581 铀酰钒酸盐、硅酸盐和钼酸盐发弱荧光铀酰钒酸盐、硅酸盐和钼酸盐发弱荧光； 铀酰的磷酸盐、砷酸盐、碳酸盐、硫酸铀酰的磷酸盐、砷酸盐、碳酸盐、硫酸盐和复盐能发较强荧光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铀酰氢氧化物、亚硒酸盐和亚碲酸盐不发荧光。发荧光。2021/5/2582 发发荧荧光光的的铀铀酰酰矿矿物物都都含含水水分分子子，含含结结构构水水对对发荧光不利。发荧光不利。 荧光的荧光的颜色和强度颜色和强度是铀酰矿物的重要鉴定标志。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，称为荧光色主要有两种：一种是淡黄绿色，称为“钙铀云母型钙铀云母型”；另一种是淡青绿色，称为；另一种是淡青绿色，称为“板菱板菱铀矿型铀矿型”。此外还有少量矿物呈绿、褐、黄、黄。此外还有少量矿物呈绿、褐、黄、黄褐等荧光色。褐等荧光色。2021/5/2583四铀矿物的成因类型四铀矿物的成因类型 2021/5/2584 铀铀矿矿物物形形成成于于多多种种地地质质条条件件下下，岩岩浆浆作作用用、伟伟晶晶作作用用、热热液液作作用用、变变质质作作用用、沉沉积积作作用用、后后生生淋淋积作用和风化作用都能形成铀矿物。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表生条件下主要形成六价铀矿物或铀酰矿物铀酰矿物。 一般来说，一般来说，内生条件下主要形成四价铀矿物，内生条件下主要形成四价铀矿物，通常称之为通常称之为原生铀矿物原生铀矿物，如晶质铀矿、沥青铀矿或，如晶质铀矿、沥青铀矿或多种含铀的金属复杂氧化物；多种含铀的金属复杂氧化物；2021/5/2585 沉沉积积成成因因和和后后生生淋淋积积成成因因的的铀铀矿矿物物如如铀铀石石、沥青铀矿等习惯上称之为原生铀矿物沥青铀矿等习惯上称之为原生铀矿物。 许许多多矿矿物物的的形形成成都都不不是是单单一一成成因因，可可形形成成于于多多种种地地质质条条件件，同同种种矿矿物物常常因因形形成成条条件件的的变变化化而而具具有有不不同同的的矿矿物物组组合合、微微量量元元素素组组成成和和形形态态特特点点，因因此此对对这这些些特特征征的的研研究究有有助助于于正正确确解解释释矿矿物物的的成成因因，对对指指导导找找矿矿和和评评价价工工作作具具有有重重要要意义。意义。2021/5/2586在在酸酸性性岩岩花花岗岗岩岩中中以以副副矿矿物物形形式式的的矿矿物物有有晶晶质质铀铀矿矿、钛钛铀铀矿矿等等铀铀矿矿物物；含含铀铀矿矿物物有有钍钍石石、方方钍钍石石、铀铀钍钍石石、烧烧绿绿石石、独独居居石石、褐褐帘帘石石、锆锆石石、磷磷灰灰石石、贝贝塔塔石石、细细晶晶石石等等，所所有有这这些些矿矿物物的的颗颗粒粒都都十十分分细细小小，并并多多呈呈包包裹裹体体状状分分布布在在黑黑云云母母等等暗暗色色矿矿物物以以及及其其它它造造岩岩矿矿物物中中，或或者呈浸染状分布在造岩矿物的粒间和裂隙中。者呈浸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。富集岩浆晚期的分异产物中。2021/5/2587 在酸性火山岩中有锆石、榍石和金红石等含在酸性火山岩中有锆石、榍石和金红石等含铀副矿物。铀副矿物。 岩浆成因的铀矿物或含铀矿物富含岩浆成因的铀矿物或含铀矿物富含Th和和TR。 在碱性岩在碱性岩碱性正长岩和霞石正长岩中以副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、锆石和氟石、易解石、方钍石、钍石、榍石、锆石和氟磷灰石等含铀矿物。磷灰石等含铀矿物。 2021/5/2588伟伟晶晶岩岩中中铀铀的的地地球球化化学学性性质质和和岩岩浆浆岩岩中中相相似似，铀铀以以四四价价为为主主。铀铀的的存存在在形形式式也也与与岩岩浆浆岩岩中中相相似，但矿物颗粒比较粗大，矿物的种类也较多。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钛铁矿等铀矿物铀矿物和褐钇铌矿、黑稀金矿、贝塔和褐钇铌矿、黑稀金矿、贝塔石、铀烧绿石、钇烧绿石、细晶石、铀易解石、石、铀烧绿石、钇烧绿石、细晶石、铀易解石、方钍石和钍石等方钍石和钍石等含铀矿物含铀矿物 含铀伟晶岩主要是花岗伟晶岩和碱性伟晶岩含铀伟晶岩主要是花岗伟晶岩和碱性伟晶岩。2021/5/2589 在碱性正长伟晶岩中产出的有烧绿石、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。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，矿物以富含是化学成分复杂，矿物以富含Th和和TR为特为特征。征。2021/5/2590 高高温温热热液液成成因因的的铀铀矿矿物物有有晶晶质质铀铀矿矿、钛钛铀铀矿矿、铈铈铀铀钛钛铁铁矿矿，含含铀铀矿矿物物有有铀铀钍钍石石、褐褐帘帘石石等等，矿矿物物中中含含有有一一定定量量的的Th和和TR，共共生生矿矿物物有有碳碳酸酸盐盐、钴钴-镍镍硫硫化化物物、磁磁铁铁矿矿、钛钛铁铁矿矿和和金金红红石石等。等。 3热液成因铀矿物热液成因铀矿物 根据热液作用温度的不同可分为高温和中低根据热液作用温度的不同可分为高温和中低温。温。2021/5/2591 中低温热液成因中低温热液成因的铀矿物如岩浆期后热液矿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。物和地下水成因热液矿物，铀矿物成分简单。 主要是主要是四价铀的简单氧化物四价铀的简单氧化物-沥青铀矿和沥青铀矿和四四价铀的硅酸盐价铀的硅酸盐-铀石；铀石； 铀矿物不含或只含痕量铀矿物不含或只含痕量Th和和TR； 共生矿物有石英、方解石、萤石以及少量的共生矿物有石英、方解石、萤石以及少量的铜、铅、锌、钼的硫化物，有时与钴铜、铅、锌、钼的硫化物，有时与钴-镍硫化镍硫化物共生。物共生。2021/5/2592 沉沉积积过过程程中中一一般般不不产产生生铀铀矿矿物物，仅仅能能在在黑黑色色页页岩岩、磷磷块块岩岩、含含有有机机质质砂砂岩岩和和石石灰灰岩岩中中形形成成贫贫矿矿化化，在在沉沉积积岩岩中中铀铀常常赋赋存存在在有有机机质质、胶胶磷磷矿矿、磷磷钙钙石石及及粘粘土土矿矿物物中中，铀铀在在其其中中主主要要呈呈吸吸附附质质状状态态，或或者者呈呈超超显显微微状状铀铀矿矿物物裹裹体体；对对于于抗抗风风化化能能力力强强的的独独居居石石、烧烧绿绿石石、褐褐钇钇铌铌矿矿、黑稀金矿和锆石等含铀矿物也能聚集成砂矿。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步富集，有时能发生铀的成矿，形成沥青铀、铀，形成沥青铀、铀石、含铀胶磷矿和含铀有机质等。石、含铀胶磷矿和含铀有机质等。2021/5/2593 后生淋积作用阶段是铀的外生成矿作用中的后生淋积作用阶段是铀的外生成矿作用中的一个重要成矿阶段一个重要成矿阶段，在这一阶段分散在沉积岩，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、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，小，常与有机质和硫化物伴生，不含不含Th和和TR。2021/5/2594 这这一一成成因因类类型型的的铀铀矿矿物物目目前前仅仅发发现现在在石石英英卵卵石石砾砾岩岩型型铀铀矿矿床床中中，该该类类矿矿床床是是最最具具工工业业价价值值的的沉沉积积-变变质质成成因因铀铀矿矿床床。主主要要铀铀矿矿物物是是晶晶质质铀铀矿矿和和钛钛铀铀矿矿，以以及及少少量量的的沥沥青青铀铀矿矿，铀铀与与Th、TR共共生生，与与自自然然Au、黄黄铁铁矿矿、独独居居石石、锆锆石石、锡锡石石、钛钛铁铁矿矿、金金红红石石等等矿矿物物伴伴生生，一一般般认认为为属属变变质质成成因因的的铀铀矿矿物物是是钛钛铀铀矿矿，而而晶晶质质铀铀矿矿是是受受变变质质的的古古砂砂矿矿矿矿物物。矿矿物物颗颗粒粒都都很很细细小小。常常分散于造岩矿物的粒内和岩石孔隙中。分散于造岩矿物的粒内和岩石孔隙中。5沉积沉积-变质成因的铀矿物变质成因的铀矿物2021/5/2595 在在氧氧化化带带，原原生生铀铀矿矿物物或或含含铀铀岩岩石石的的铀铀被被溶溶解解，经经地地下下水水搬搬运运后后，再再以以六六价价铀铀矿矿物物的的形形式式沉沉淀淀下下来来，以以该该方方式式形形成成的的铀铀矿矿物物称称为为表表生生铀矿物或次生铀矿物。铀矿物或次生铀矿物。 6产于氧化带中的表生铀矿物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，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。也可形成表生铀矿物。2021/5/2596原原生生铀铀矿矿物物在在近近地地表表条条件件氧氧化化后后，能能变变为为六六价价铀铀的的氢氢氧氧化化物物和和各各种种含含氧氧酸酸盐盐，在在氧氧化化带带底底部部的的氧氧化化-还还原原过过渡渡条条件件下下，则则能能形形成成以以六六价价铀铀为为主主，并并含含有有四四价价铀铀的的矿矿物物，如如水水沥沥青青铀铀矿矿、铀铀黑黑、水水斑斑铀铀矿矿、黑黑碳碳钙钙铀铀矿矿、钼钼铀铀矿矿和和紫紫钼钼铀矿等。铀矿等。 由于氧化带的物理化学条件变化很大，同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。学反应，因此表生铀矿物的种类极为繁多。2021/5/2597 表表生生铀铀矿矿物物的的发发育育程程度度取取决决于于原原生生铀铀矿矿床床形形成成后后的的气气候候、地地形形和和地地质质构构造造等等条条件件，形形成成表表生生铀铀矿矿物物的的类类别别与与介介质质的的酸酸碱碱度度有有关关，在在酸酸性性介介质质中中形形成成六六价价铀铀的的硫硫酸酸盐盐、磷磷酸酸盐盐、砷砷酸酸盐盐和和钼钼酸酸盐盐等等，在在碱碱性性介介质质中中形形成成六六价价铀铀的的氢氢氧化物、硅酸盐和碳酸盐等氧化物、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，而带条件下能形成酸性介质中的表生铀矿物，而在沉积成岩及后生作用形成的铀矿床氧化带中在沉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。则能形成碱性介质中的表生铀矿物。2021/5/2598第三章第三章 铀矿物各论铀矿物各论一、四价铀矿物一、四价铀矿物二、六价铀矿物二、六价铀矿物2021/5/2599一、四价铀矿物一、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磷酸盐中的个别铀矿物如人形石具有一定的工业价值。业价值。 2021/5/25100 铀铀的的简简单单氧氧化化物物是是以以UO2为为主主要要成成分分的的铀铀的的氧氧化化物物，铀铀矿矿物物包包括括晶晶质质铀铀矿矿及及其其变变种种沥沥青青铀铀矿矿和和铀铀黑黑，其其中中晶晶质质铀铀矿矿和和沥沥青青铀铀矿矿含含U3O8达达73-90%，具具有有重重要要的的工工业意义，是目前提炼铀的业意义，是目前提炼铀的主要铀矿物原料主要铀矿物原料。 1四价铀的简单氧化物四价铀的简单氧化物2021/5/25101 晶晶质质铀铀矿矿（uraninite）的的晶晶体体化化学学式式为为（U4+、U6+、Th、RE、Pb）Ox式式中中x=2.17-2.70其其中中x称称含含氧氧系系数数。沥沥青青铀铀矿矿和和铀铀黑黑与与晶晶质质铀铀矿矿有有基基本本相相同同的的化化学学组组分分和和晶晶体体结结构构，属属同同一一矿矿物物种种，但但是是，沥沥青青铀铀矿矿和和铀铀黑黑在在混混入入物物成成分分、形形态态、产产状状及及某某些些物物理理性性质质等等方方面面与与晶晶质质铀矿有明显的差别，是晶质铀矿的不同变种。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。本类矿物溶于浓酸。2021/5/25102 四四价价铀铀的的简简单单氧氧化化物物的的主主要要成成分分是是UO2、UO3、ThO2、TR2O3、PbO，其其中中含含UO275.41-23.1%，UO314.83-63%， 矿物中矿物中UO2:UO3在沥青铀矿或无钍晶质铀在沥青铀矿或无钍晶质铀矿中为矿中为5-0.44，在残余铀黑中在残余铀黑中(铀黑又可分为残余铀黑又可分为残余铀黑和再生铀黑铀黑和再生铀黑)为为0.44-0.05，上述比值实际上上述比值实际上是反映氧原子数的比例值是反映氧原子数的比例值，矿物的化学式可写矿物的化学式可写成成UOx,其中的其中的x就是含氧系数就是含氧系数,如矿物的实验式如矿物的实验式为为mUO2.nUO3，则含氧系数可表示为：，则含氧系数可表示为：x=(2m+3n)/(m+n)。（1）化学组成）化学组成2021/5/25103 人工合成的铀的简单氧化中人工合成的铀的简单氧化中x=2.00-3.00，在，在自然界中铀的简单氧化物自然界中铀的简单氧化物x=2.17-2.70，计算含氧计算含氧系数时，系数时，Th和和TR等类质同象混入物是可以忽略等类质同象混入物是可以忽略不计的，对于不含或少含不计的，对于不含或少含Th和和TR的晶质铀矿和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。高，需要另外计算。 2021/5/25104 含含氧氧系系数数在在一一定定程程度度上上可可以以反反映映铀铀的的简简单单氧氧化化物物的的形形成成条条件件，存存在在时时间间和和形形成成后后的的变变化化，不不同同产产状状及及不不同同温温度度条条件件下下形形成成的的简简单单氧氧化化物物具有不同的含氧系数，如：具有不同的含氧系数，如： 深深成成中中温温的的沥沥青青铀铀矿矿的的含含氧氧系系数数小小；外外生生成成因的沥青铀矿的含氧系数大。因的沥青铀矿的含氧系数大。 内内生生成成因因的的沥沥青青铀铀矿矿的的含含氧氧系系数数小小；外外生生成成因的沥青铀矿的含氧系数大。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。氧化作用可导致含氧系数的增大。2021/5/25105 Th4+与与U4+的的离离子子半半径径和和化化学学性性质质相相似似，可可与与U4+形形成成完完全全类类质质同同象象系系列列，如如方方钍钍石石、钍钍铀铀矿、铀方钍石等。矿、铀方钍石等。 TR3+与与U4+、Th4+之之间间能能形形成成异异价价类类质质同同像像置置换，所以也广泛存在于铀的简单氧化物中。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，有在铀简单氧化物中存在，有两方面成因两方面成因的铅的铅产生，一种是产生，一种是放射性衰变形成的铅放射性衰变形成的铅（如（如238U206Pb；232Th208Pb），另一种是），另一种是机械混机械混入物的铅入物的铅，它们呈自然铅或方铅矿以包裹体或，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。细脉状分布于晶质铀矿及沥青铀矿中。 2021/5/25106晶质铀矿化学成分的晶质铀矿化学成分的UO2UO3(ThO2+REE2O3)三元图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铀矿中ThO2与与REE2O3的相对比值的相对比值1-晶质铀矿；晶质铀矿；2-钇铀矿；钇铀矿；3-方钍石；方钍石；4-铀方钍石铀方钍石2021/5/25107沥青铀矿化学成分的沥青铀矿化学成分的UO2UO3(ThO2+REE2O3)三元图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与与REE2O3的相对比值的相对比值1沥青铀矿；沥青铀矿；2含钍沥青铀矿含钍沥青铀矿2021/5/25108 晶晶质质铀铀矿矿为为显显晶晶质质，晶晶体体呈呈立立方方体体或或立立方方体体与与八八面面体体、菱菱形形十十二二面面体体的的聚聚形形，有有时时呈呈八八面面体体或或菱菱形形十十二二面面体体，晶晶体体一一般般较较细细小小，粗粗大大晶晶体体很很少少见见，有有时时可可见见萤萤石石型型穿穿插插双双晶晶，集集合合体体呈呈散散染染状状和和树树枝枝状状，晶晶体体的的结结晶晶习习性性与与成成因因关关系系密密切切，不不同同成成因因条条件件温温度度不不同同显显示示一一定定的的差差异异；沥沥青青铀铀矿矿为为隐隐晶晶质质及及超超显显微微隐隐晶晶质质，其其集集合合体体呈呈胶胶状状、葡葡萄萄状状、肾肾状状、球球粒粒状状等等，在在电电子子显显微微镜镜下下可可见见由纤维状晶体组成的沥青铀矿的球晶及球晶球粒。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）物理性质 晶质铀矿晶质铀矿和和沥青铀矿沥青铀矿虽然具有相同的晶体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结构（萤石型结构），但它们之间的析出形态完全不同。完全不同。形态特征：形态特征：2021/5/25109晶质铀矿的晶晶质铀矿的晶形与双晶形与双晶花岗岩中晶质铀花岗岩中晶质铀矿的晶形矿的晶形花岗岩中晶质铀矿的环带结花岗岩中晶质铀矿的环带结构（据戎嘉树等，构（据戎嘉树等，1980）2021/5/25110 沥沥青青铀铀矿矿在在反反射射光光下下可可见见同同心心环环带带和和韵韵律律条条带带，它它们们由由一一系系列列较较薄薄的的弯弯曲曲的的，反反复复更更替替的的条条带带组组成成，各各条条带带在在弯弯曲曲程程度度上上大大体体一一致致，但但宽宽度度大大小小不不一一，在在硬硬度度、反反射射率率和和微微量量元元素素等等方方面面也也有有所所差差别别。环环带带和和韵韵律律条条带带的的数数量量随随着着矿矿物物沉沉淀淀间间断断次次数数的的增增多多而而增增多多，此此外外，沥沥青铀矿的干裂纹也很发育。青铀矿的干裂纹也很发育。 晶晶质质铀铀矿矿在在反反射射光光下下也也可可见见韵韵律律条条带带，但但其其形形态态呈呈规规则则的的几几何何图图形形出出现现，代代表表晶晶体体在在不不同方向上的切面特征。同方向上的切面特征。 铀铀黑黑常常呈呈土土块块状状或或沥沥青青铀铀矿矿及及晶晶质质铀铀矿矿的的假象。假象。2021/5/25111 晶晶质质铀铀矿矿常常见见于于花花岗岗岩岩和和花花岗岗伟伟晶晶岩岩中中，以以及及岩岩浆浆铀铀矿矿床床、伟伟晶晶型型铀铀矿矿床床、高高温温热热液液铀铀矿矿床床和和沉沉积积-变变质质铀铀矿矿床床中中，晶晶质质铀铀矿矿主主要要是是高高温温条条件件下下从从溶溶液中结晶的产物；液中结晶的产物； 沥沥青青铀铀矿矿主主要要产产于于中中、低低温温热热液液铀铀矿矿床床及及砂砂岩岩型型、碳碳硅硅泥泥岩岩型型、煤煤岩岩型型，沉沉积积铀铀矿矿床床和和后后生生淋淋积积铀矿床中；铀矿床中； 铀黑铀黑则形成于各种氧化带和胶结带中。则形成于各种氧化带和胶结带中。光泽：光泽： 晶质铀矿晶质铀矿呈现半金属光泽、沥青光泽；沥青铀呈现半金属光泽、沥青光泽；沥青铀矿呈现沥青光泽，而铀黑呈土块状光泽矿呈现沥青光泽，而铀黑呈土块状光泽。成因和产状；成因和产状；2021/5/25112矿物矿物晶质铀矿晶质铀矿沥青铀矿沥青铀矿铀黑铀黑化学式化学式UO2.17-2.70UO2.17-2.70UO2.70-2.92杂质组分杂质组分常含常含不含或微含不含或微含含或不含含或不含晶胞参数晶胞参数（）5.485.435.455.40形态形态特征特征晶体晶体立立方方体体、八八面面体体、立立方方体体与与八八面面体体及及菱菱形形十十二二面体聚形面体聚形雏雏晶晶或或细细小小的的纤纤维维状状晶体晶体集合体集合体粒状、浸染状粒状、浸染状胶胶状状、葡葡萄萄状状肾肾状状、皮壳状、球粒状皮壳状、球粒状土土状状块块体体或或呈呈沥沥青青铀铀矿及晶质铀矿的假象矿及晶质铀矿的假象光泽光泽半金属光泽、沥青光泽半金属光泽、沥青光泽沥青光泽沥青光泽土状光泽土状光泽硬度硬度655341比重比重10.87.68.56.54.83.1成因产状成因产状伟伟晶晶岩岩、高高温温热热液液矿矿床床、沉积变质矿床沉积变质矿床中中低低温温热热液液矿矿床床、沉沉积后生矿床积后生矿床矿床氧化带与胶结带矿床氧化带与胶结带(3)晶质铀矿、沥青铀矿、铀黑的比较晶质铀矿、沥青铀矿、铀黑的比较 2021/5/25113 晶晶质质铀铀矿矿、沥沥青青铀铀矿矿与与黑黑色色非非放放射射性性矿矿物物及及含含铀铀矿矿物物有有某某些些相相似似，但但晶晶质质铀铀矿矿，沥沥青青铀铀矿矿的的析析出出形形态态，沥沥青青光光泽泽，密密度度大大和和强强放放射射性性都都是是明明显显的的区区别别标标志志，此此外外，可可根根据据晶晶质质铀铀矿矿和和沥沥青青铀铀矿矿易易氧氧化化，表表面面常常有有表表生生铀铀矿矿物物，溶溶于于酸酸并并有有铀铀的的微微化化反反应应等等与与含含铀铀的的复复杂杂氧氧化化物物相相区别。区别。 粉末状的铀黑易与铁锰的氢氧化物相混淆，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。但铀黑具有强放射性。 2021/5/25114铀铀和和钛钛的的复复杂杂氧氧化化物物主主要要是是UO2和和TiO2所所组组成成的的化化合合物物。矿矿物物有有钛钛铀铀矿矿，斜斜方方钛钛铀铀矿矿和和铈铈铀铀钛钛铁铁矿矿，其其中中斜斜方方钛钛铀铀矿矿是是钛钛铀铀矿矿的的同同质质多多象象变变体体，钛钛铀铀矿矿具具有有非非常常需需要要的的工工业业价价值值，而而铈铈铀铀钛钛铁铁矿矿的的工工业业价价值值极极为为有有限限，斜斜方方钛钛铀铀矿矿是我国首先发现的新的铀矿物种。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）四价铀的复杂氧化物（铀和钛的复杂氧化物）2021/5/25115 主主要要成成分分是是UO2、UO3、ThO2、TR2O3、TiO2，在在矿矿物物中中UO2含含量量在在58%-7.2%之之间间，其其中中一一部部分分U4+已已氧氧化化成成U6+，此此外外，还还常常含含呈呈类类质质同同象象如如：Th、TR以以及及Fe、Pb、Si等等杂杂质质组组分：分： 本本类类矿矿物物溶溶于于氢氢氟氟酸酸，不不溶溶于于硫硫酸酸和和硝硝酸酸，个别矿物溶于热硫酸和热磷酸个别矿物溶于热硫酸和热磷酸。（1）化学成份）化学成份2021/5/25116性性 质质硬硬 度度比比 重重反射率反射率（%）加热前加热前5.615.695.461517加热后加热后5.715.796.0316617.8 本类矿物都是变生矿物本类矿物都是变生矿物，在自然界尚未发，在自然界尚未发现过结晶质的钛铀矿，但发现有半变生的铈铀现过结晶质的钛铀矿，但发现有半变生的铈铀钛铁矿，变生后的矿物在某些物理性物质方面钛铁矿，变生后的矿物在某些物理性物质方面发生了明显变化，如斜方钛铀矿在加热前后某发生了明显变化，如斜方钛铀矿在加热前后某些物性上的变化。些物性上的变化。2021/5/25117形态特征：形态特征：本类矿物的晶系分别为钛铀矿本类矿物的晶系分别为钛铀矿（单斜）、斜方钛铀矿（斜方）、铈铀钛铁矿（单斜）、斜方钛铀矿（斜方）、铈铀钛铁矿（三方），它们的晶体呈柱状、板状或不规则（三方），它们的晶体呈柱状、板状或不规则粒状。粒状。（2）物理性质及与相似矿物的对比）物理性质及与相似矿物的对比2021/5/25118颜颜色色及及光光泽泽：颜颜色色为为黑黑色色，条条痕痕褐褐黑黑色色，沥沥青光泽、半金属光泽至金刚光泽。青光泽、半金属光泽至金刚光泽。无无解解理理，断断口口贝贝壳壳状状，硬硬度度4.5-6，比比重重4.1-6，具磁性或电磁性。，具磁性或电磁性。薄薄片片中中透透明明至至不不透透明明，均均质质，反反射射光光下下呈呈灰灰色色，反反射射率率15-17%，内内反反射射呈呈现现褐褐红红色色或或无无内内反射。反射。 本类矿物相互间性质十分相似，在不具晶形本类矿物相互间性质十分相似，在不具晶形时极难用肉眼辨认，可采用时极难用肉眼辨认，可采用X射线粉晶分析、差射线粉晶分析、差热分析等方法进行鉴定，但在热分析等方法进行鉴定，但在X射线粉晶分析之射线粉晶分析之前，必须在前，必须在700- -900C条件下对矿物加热，加热条件下对矿物加热，加热作用是使矿物恢复结晶状态。作用是使矿物恢复结晶状态。 2021/5/25119 165C 660C750C钛铀矿钛铀矿斜方钛铀矿斜方钛铀矿 620C100C340C 790C 680C铈铀钛铁矿铈铀钛铁矿 本本类类矿矿物物与与铀铀的的简简单单氧氧化化物物有有些些类类似似，两两者者区区别别在在于于：（1）形形态态不不同同，常常具具柱柱状状、板板状状晶晶形形，并并处处在在变变生生态态（2）表表面面新新鲜鲜，无无次次生生变变化化，不不溶溶于于酸酸；（3）溶溶解解性性不不同同后后者者具具立立方方体体晶晶形形或或呈呈胶胶状状，结结晶晶质质或或隐隐晶晶质质，易易风风化化，表表面面常常具具表表生生铀铀矿矿物物，能能溶溶于于酸酸，此此外外，还还可可根根据据Ti的的微微化化反反应应进进行区别。行区别。2021/5/25120 本本类类矿矿物物形形成成于于高高温温条条件件下下，产产于于酸酸性性和和碱碱性性伟伟晶晶岩岩中中，以以及及高高温温热热液液脉脉和和变变质质铀铀矿矿床床中中，亦亦产产于于酸酸性性和和碱碱性性岩岩浆浆岩岩中中，此此外外，在在砂砂岩岩中中也也有有产产出出，在在前前寒寒武武纪纪石石英英卵卵石石砾砾岩岩型型铀铀矿矿床床中中产产有有变变质质成成因因的的钛钛铀铀矿矿所所形形成成的的巨巨型型工工业铀床。业铀床。（3）成因产状）成因产状2021/5/25121 铀铀的的硅硅酸酸盐盐是是以以U4+和和SiO44-为为主主要要成成分分的的化化合合物物，其其矿矿物物种种目目前前只只有有一一种种-铀铀石石。铀铀石石是是一一工工业业铀铀矿矿物物，它它在在自自然然界界分分布布较较广广，是是目目前前提提提提炼炼铀铀的的主主要要矿矿物物原原料料之之一一，因因此此具具有有极极为为重要的工业意义。重要的工业意义。 在在自自然然产产生生的的铀铀石石中中，多多呈呈变变生生态态，实实验验表表明明，在在变变生生铀铀石石中中，除除结结晶晶质质铀铀石石的的残残留留体体和和变变生生程程度度不不等等的的铀铀石石外外，还还形形成成了了极极其其分分散散的的晶晶质质铀铀矿矿（或或沥沥青青铀铀矿矿）和和非非晶晶态态的的SiO2，因因此此，宏宏观观上上纯纯净净的的铀铀石石单单矿矿物物实实际际上上常常是是多多矿物集合体。矿物集合体。3 3四价铀的硅酸盐四价铀的硅酸盐2021/5/25122 主主要要成成分分是是UO2：70.2-83%；SiO2：7.3-16.8%，H2O含含量量不不定定，一一般般不不超超过过10.7%，其其中中有有一一部部分分U4+已已氧氧化化为为U6+，此此外外，还还常常含含Al、Fe、Ca、Mg、Na、As、P等杂质，有时亦含等杂质，有时亦含Th和和TR元素。元素。 USiO4式式中中化化学学成成分分理理论论值值，UO2为为81.8%、SiO2为为18.2%，铀铀石石中中的的化化学学组组成成与与理理论论值值相相比比SiO2含含量量明明显显不不足足，其其不不足足部部分分可可能能为为OH-所所补补偿偿，在在矿矿物物中中尚未发现无水的尚未发现无水的USiO4。 铀铀石石溶溶于于硝硝酸酸、盐盐酸酸和和硫硫酸酸，与与铀铀的的简简单单氧氧化化物物类类似。似。（1）化学组成：）化学组成：化学式为化学式为USiO41-x(OH)4x (x1(2：1) 硅硅铀铀矿矿组组，本本组组矿矿物物只只有一种，是唯一不含金属阳离子的铀酰硅酸盐。有一种，是唯一不含金属阳离子的铀酰硅酸盐。 UO22：SiO441(4：3至至2：1)通通式为式为M(UO2)3PO42(OH)2NH2O； 斜斜磷磷铅铅铀铀矿矿组组UO22:PO43-1(1:2)通通式式为为M(UO2) PO42NH2O 上述种类型以第上述种类型以第种类型的矿物最多，分布种类型的矿物最多，分布也最广，研究程度也最为成熟，通式中也最广，研究程度也最为成熟，通式中M为为Ca、Mg、Ba、Cu、Pb、Fe、Mn、Zn、Al、H和和NH4+等；等； 2021/5/25150 形形态态：本本类类矿矿物物的的铀铀云云母母类类矿矿物物（类类）晶晶体体多多呈呈四四方方、矩矩形形或或八八角角形形片片状状及及板板状状，结结晶晶完完好好，集集合合体体呈呈晶晶簇簇状状、鳞鳞片片状状、微微晶晶片片壳壳状状及及薄薄膜膜状状等等。而而磷磷钙钙铀铀矿矿组组（类类）的的矿矿物物晶晶体体多多呈呈板板条条带带、柱柱状状、针针状状和和长长片片状状。晶晶体体一一般般都都比比较较细细小小，其其集集合合体体通通常常呈呈微微晶晶皮皮壳壳状状、薄薄膜膜状状及及粉粉末末状状等等；少少量量可可呈呈晶晶簇簇状、放射状及鳞片状。状、放射状及鳞片状。 颜颜色色：多多为为黄黄色色、浅浅绿绿黄黄色色，当当含含色色素素离离子子时时，则则呈呈特特征征色色。如如含含Cu时时呈呈绿绿色色，含含锰时呈红褐色；含铁时呈橄榄绿或褐色。锰时呈红褐色；含铁时呈橄榄绿或褐色。2形态和物理性质：形态和物理性质：2021/5/25151 其其它它物物性性：矿矿物物透透明明至至半半透透明明，玻玻璃璃光光泽泽，解解理理面面为为珍珍珠珠光光泽泽，本本类类矿矿物物解解理理发发育育，其其中中大大部部分分铀铀云云母母矿矿物物发发育育一一组组完完全全解解理理及及两两组组中中等等解解理理，而而磷磷钙钙铀铀矿矿组组矿矿物物通通常常发发育育一一组组完完全全解解理理，硬硬度度2-3，密密度度3-4，含含铅铅时时较较重重，在在4以以上上，最最高高可可达达5-8，（斜斜磷磷铅铅铀铀矿矿），紫紫外外线线下下，含含Ca2、Ba2、Mg2、K、Al3、NH4和和H等等阳阳离离子子的的磷磷酸酸盐盐铀铀云云母母及及芙芙蓉蓉铀铀矿矿等等能能发发淡淡黄黄绿绿色色强强荧荧光光（钙钙铀铀云云母母型型荧荧光光色色），而而磷磷钙钙铀铀矿矿组组矿矿物物除除个别外，一般都不发荧光。个别外，一般都不发荧光。 本类矿物都溶于稀酸，并有本类矿物都溶于稀酸，并有PO43-的微化反应。的微化反应。2021/5/25152 本本类类矿矿物物中中分分布布最最广广的的是是钙钙铀铀云云母母和和准准钙钙铀铀云云母母，其其次次是是磷磷钙钙铀铀矿矿、准准钡钡铀铀云云母母、准准铜铜铀铀云云母母，其其余余矿矿物较为少见。物较为少见。 本本类类矿矿物物形形成成于于表表生生条条件件下下，既既可可以以是是原原生生铀铀矿矿物物的的氧氧化化产产物物产产于于原原生生铀铀矿矿床床的的氧氧化化带带；也也可可以以从从流流经经含含铀铀岩岩石石并并富富集集了了铀铀的的地地下下水水中中析析出出产产于于淋淋积积铀铀矿床中。矿床中。 本类矿物形成于酸性介质条件本类矿物形成于酸性介质条件，主要与围岩或矿石，主要与围岩或矿石中的黄铁矿等硫化物有关。其发育程度与含硫化物的中的黄铁矿等硫化物有关。其发育程度与含硫化物的数量密切相关。本类矿物从来不是呈原生铀矿物的假数量密切相关。本类矿物从来不是呈原生铀矿物的假象。象。 3成因产状成因产状2021/5/25153 已已发发现现有有12个个矿矿物物种种和和两两个个变变种种，是是主主要要的的找找矿矿标标志志，其其中中的的钒钒钾钾铀铀矿矿和和钒钒钙钙铀铀矿矿有有时时可可作作为为工工业业铀铀矿矿物物进进行行开开采采，它它是是目目前前仅仅有有的的可可作作为为工工业业铀铀矿矿物物的的铀铀酰酰类类矿矿物物，如如产产于于澳澳大大利利亚亚伊伊利利里里地地区区的的钙钙结结岩岩型型铀铀矿矿床床，其其中中的的工工业铀矿物即为钒钾（钙）铀矿。业铀矿物即为钒钾（钙）铀矿。（四）铀酰钒酸盐（四）铀酰钒酸盐2021/5/25154 组组成成本本类类矿矿物物的的主主要要成成分分为为UO22和和VO43-，以以及及金金属属阳阳离离子子和和水水。UO3占占28.10-74.74%，一一般般为为56-63%；V2O5占占15.84-49.00%，一一般般为为17-20%；金金属属阳阳离离子子成成分分有有Ca、Ba、K、Na、Cs、Cu、Pb、Al和和Ti等等，其其中中以以K、Ca最最为为常常见见；水水分分子子是是本本类类矿矿物物的的基基本本组组分分，含含水水量量5.98-20.47%，一一般般为为9-16%，通通常常以以水水分分子子形形式式存存在在，个个别别矿矿物物中中则则以以H3O和和OH-的的形形式式出出现现。但但矿矿物物中中的的含含水水量量普普遍遍较较磷磷酸酸盐盐和和砷砷酸酸盐盐为低。为低。1化学成分化学成分2021/5/25155 形形态态：本本类类矿矿物物的的晶晶体体呈呈菱菱形形，假假六六方方形形和和矩矩形形片片状状、板板状状和和板板条条状状，但但晶晶体体一一般般很很少少见见，集集合合体体呈呈粉粉未状、薄膜状、皮壳状和浸染状等。未状、薄膜状、皮壳状和浸染状等。 颜颜色色及及其其它它：矿矿物物颜颜色色多多呈呈鲜鲜黄黄至至柠柠檬檬黄黄色色，矿矿物物的的光光泽泽，晶晶体体具具蜡蜡状状光光泽泽至至金金刚刚光光泽泽，解解理理面面珍珍珠珠光光泽泽，集集合合体体呈呈蜡蜡状状至至土土状状光光泽泽；发发育育一一组组完完全全解解理理，两两组组中中等等解解理理，硬硬度度2-3，密密度度3.3-4.68，紫紫外外线线下下，一一般般不发荧光，仅钒钾铀矿有时发很弱的荧光。不发荧光，仅钒钾铀矿有时发很弱的荧光。 本类矿物都易溶于稀盐酸，并有本类矿物都易溶于稀盐酸，并有VO43-的微化反应。的微化反应。2形态和物理性质形态和物理性质2021/5/25156 主主要要产产在在沉沉积积岩岩形形成成的的氧氧化化带带中中，它它与与沉沉积积岩岩中中含含V较较高高有有关关，在在热热液液铀铀矿矿床床的的氧氧化化带带中中则则很很少少出出现现，是是原原生生铀铀矿矿物物（沥沥青青铀铀矿矿、铀铀石石）氧氧化化后后，以以过过溶溶解解迁迁移移而而形形成成的的次次生生铀铀矿矿物物，多多产产出出在在砂砂岩岩型型铀铀矿矿床床氧氧化化带带及及碳碳硅硅泥泥岩岩型型铀铀矿矿床床和和含含铀铀磷磷块块岩岩氧氧化化带带中中，在在砂砂岩岩中中它它们们分分布布在在裂裂隙隙面面上上和和胶胶结结物物中中，或或呈呈被被膜膜状状分分布布在在砾砾石石及及炭炭化化植植物物残残体体的的表表面面，其其赋赋存存部部位位离离原原生生铀铀矿矿物物一一般般都都不不远远，向向深深部部逐逐渐渐过过渡渡为为原原生生铀铀矿矿物物。本类矿物亦产于蒸发作用形成的蒸发岩型铀矿床中。本类矿物亦产于蒸发作用形成的蒸发岩型铀矿床中。本类矿物形成的介质环境为中性至弱碱性介质环境。本类矿物形成的介质环境为中性至弱碱性介质环境。分布最广的矿物是钒钾铀矿和钒钙铀矿，其它较少见。分布最广的矿物是钒钾铀矿和钒钙铀矿，其它较少见。3成因产状成因产状2021/5/251572021/5/25158