03铀矿物各论

Clq2019/8/16第三章铀矿物各论一、四价铀矿物二、六价铀矿物Clq2019/8/16常见铀矿物Clq2019/8/16一、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者为主。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。Clq2019/8/16一、四价铀矿物（一）四价铀的简单氧化物（二）四价铀的复杂氧化物（三）四价铀的硅酸盐Clq2019/8/16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。（一）四价铀的简单氧化物Clq2019/8/16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。本类矿物溶于浓酸。Clq2019/8/16四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%，①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Clq2019/8/16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。Clq2019/8/16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。Clq2019/8/16②Th4+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238U→206Pb；232Th→208Pb），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。Clq2019/8/16晶质铀矿化学成分的UO2－UO3(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Clq2019/8/16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，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。①形态特征：Clq2019/8/16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（戎嘉树等，1980）Clq2019/8/16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Clq2019/8/16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。②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。③成因和产状；Clq2019/8/16矿物晶质铀矿沥青铀矿铀黑化学式UO2.17-2.70UO2.17-2.70UO2.70-2.92杂质组分常含不含或微含含或不含晶胞参数α（Å）5.48－5.435.45－5.40――形态特征晶体立方体、八面体、立方体与八面体及菱形十二面体聚形雏晶或细小的纤维状晶体――集合体粒状、浸染状胶状、葡萄状肾状、皮壳状、球粒状土状块体或呈沥青铀矿及晶质铀矿的假象光泽半金属光泽、沥青光泽沥青光泽土状光泽硬度6－55－34－1比重10.8－7.68.5－6.54.8－3.1成因产状伟晶岩、高温热液矿床、沉积变质矿床中低温热液矿床、沉积－后生矿床矿床氧化带与胶结带(3)晶质铀矿、沥青铀矿、铀黑的比较Clq2019/8/16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。Clq2019/8/16一、四价铀矿物（一）四价铀的简单氧化物（二）四价铀的复杂氧化物（三）四价铀的硅酸盐Clq2019/8/16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。（二）四价铀的复杂氧化物（铀和钛的复杂氧化物）Clq2019/8/16主要成分是UO2、UO3、ThO2、TR2O3、TiO2，在矿物中UO2含量在58%-7.2%之间，其中一部分U4+已氧化成U6+，此外，还常含呈类质同象如：Th、REE以及Fe、Pb、Si等杂质组分：本类矿物溶于氢氟酸，不溶于硫酸和硝酸，个别矿物溶于热硫酸和热磷酸。（1）化学成份Clq2019/8/16性质硬度比重反射率%加热前5.61—5.695.4615—17加热后5.71—5.796.03166—17.8本类矿物都是变生矿物，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。斜方钛铀矿在加热前后某些物性上的变化Clq2019/8/16①形态特征：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（三方），它们的晶体呈柱状、板状或不规则粒状。（2）物理性质及与相似矿物的对比Clq2019/8/16②颜色及光泽：颜色为黑色，条痕褐黑色，沥青光泽、半金属光泽至金刚光泽。③无解理，断口贝壳状，硬度4.5-6，比重4.1-6，具磁性或电磁性。④薄片中透明至不透明，均质，反射光下呈灰色，反射率15-17%，内反射呈现褐红色或无内反射。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X射线粉晶分析、差热分析等方法进行鉴定，但在X射线粉晶分析之前，必须在700-900°C条件下对矿物加热，加热作用是使矿物恢复结晶状态。Clq2019/8/16165°C660°C750°C钛铀矿斜方钛铀矿620°C100°C340°C790°C680°C铈铀钛铁矿本类矿物的差热分析Clq2019/8/16本类矿物与铀的简单氧化物有些类似，两者区别在于：（1）形态不同，常具柱状、板状晶形，并处在变生态（2）表面新鲜，无次生变化，不溶于酸；（3）溶解性不同后者具立方体晶形或呈胶状，结晶质或隐晶质，易风化，表面常具表生铀矿物，能溶于酸，此外，还可根据Ti的微化反应进行区别。铀钛复杂氧化物与类似矿物的区别：Clq2019/8/16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。（3）成因产状Clq2019/8/16一、四价铀矿物（一）四价铀的简单氧化物（二）四价铀的复杂氧化物（三）四价铀的硅酸盐Clq2019/8/16铀的硅酸盐是以U4+和SiO44-为主要成分的化合物，其矿物种目前只有一种-铀石。铀石是一工业铀矿物，它在自然界分布较广，是目前提提炼铀的主要矿物原料之一，因此具有极为重要的工业意义。在自然产生的铀石中，多呈变生态，实验表明，在变生铀石中，除结晶质铀石的残留体和变生程度不等的铀石外，还形成了极其分散的晶质铀矿（或沥青铀矿）和非晶态的SiO2，因此，宏观上纯净的铀石单矿物实际上常是多矿物集合体。（三）四价铀的硅酸盐Clq2019/8/16主要成分是UO2：70.2-83%；SiO2：7.3-16.8%，H2O含量不定，一般不超过10.7%，其中有一部分U4+已氧化为U6+，此外，还常含Al、Fe、Ca、Mg、Na、As、P等杂质，有时亦含Th和TR元素。U[SiO4]式中化学成分理论值，UO2为81.8%、SiO2为18.2%，铀石中的化学组成与理论值相比SiO2含量明显不足，其不足部分可能为OH-所补偿，在矿物中尚未发现无水的U[SiO4]。铀石溶于硝酸、盐酸和硫酸，与铀的简单氧化物类似。（1）化学组成：化学式为U[SiO4]1-x(OH)4x(x0.5)Clq2019/8/16铀石的晶形（2）物理性质及其它物性①形态特征：铀石晶体呈柱状、针状，纺垂状，非常小，集合体呈散染粒状，放射状、晶簇状、肾状、皮壳状。Clq2019/8/16②颜色及其它物性：颜色为黑色、褐黑色、灰褐色；玻璃光泽至半金属或金刚光泽，晶体透明，变生态半透明；无解理，断口参差状至贝壳状；硬度4.5-5.5，密度4.39-5.18；薄片中呈棕红色、绿褐色，透明具弱多色性；反射光下呈灰色(反射率为7.0-11.7%)，具干裂纹。（2）物理性质及其它物性Clq2019/8/16150℃474℃700℃970℃铀石的差热曲线在150℃处有一吸热谷（与脱水有关）。在474℃处有一放热高峰，同时矿物转变为U3O8。人工合成的铀石（USiO4）在空气中焙烧至500℃后，即变为U3O8与SiO2，在真空中焙烧至1000℃时，其结构可保持不变。（2）物理性质及其它物性Clq2019/8/16铀石很容易与沥青铀矿相混淆，如肾状的铀石和沥青铀矿，晶体的铀石和呈铀假象的沥青铀矿之间，在形态和物理性质方面都非常相似，因此铀石和沥青铀矿在手标本上很难区别，两者的显著区别在于铀石透明，非均质，反射率偏低，裂纹少；而沥青铀矿不透明，均质，反射率偏高（11—21%），裂纹多，及具同心环带结构。铀石与类似矿物的区别：（2）物理性质及其它物性Clq2019/8/16铀石是分布较广的原生铀矿物，产于中低温热液铀矿床及后生淋积铀矿床中。在中、低温热液矿床中，铀石可产于花岗岩型，火山岩型，不整合面型等多种热液铀矿床中，与沥青铀矿或与