铀资源地质学全册配套完整教学课件

铀资源地质学全册配套完整教学课件铀资源地质学课程性质：必修课课时46个，理论课时42个，实验课时4个授课人：考核方式与成绩

平时（包括考勤、课外作业等）：40％

期末考核成绩：60％

注：三到第十一周，共八周，十五次课。四次以上（包括四次）迟到或无故缺席理论课，不能参加考核。期末考试成绩低于50分，没有平时成绩。

每次上课必点名。

主要参考书和文献：铀资源地质学-哈尔滨工程大学出版社铀地球化学-原子能出版社铀成矿原理-原子能出版社铀矿床学-原子能出版社铀矿物学-原子能出版社其它参考文献：各种铀矿地质期刊第一章：绪论一、学科研究对象和内容二、学科发展简史三、铀资源概况四、铀矿工业指标

第一章：绪论一、学科研究对象和内容二、学科发展简史三、铀资源概况四、铀矿工业指标

铀资源地质学是一门综合性学科，它研究的对象涉及多个方面。研究铀元素性质与结构特征，铀元素在不同年代、不同地质空间、不同地质作用下迁移与富集、形成与分布的地球化学特征和地球化学行为的学科，也是研究不同地质背景、不同构造环境下铀成矿作用的学科。一、学科研究对象和内容研究铀元素：即铀元素的物理性质、化学性质；研究铀矿物：铀矿物的物理性质、化学组成、晶体化学结构、成因类型、产出特征、鉴别标志及铀矿物之间的共生组合关系；研究对象和内容：3.研究铀的地球化学作用研究铀元素内部结构和铀的地球化学参数与铀的分布、迁移、富集、搬运和沉淀的关系；原子半径、离子半径、电价、变价性、负电性、离子电位、配位数、放射性衰变、半衰期、同位素；温度、压力、浓度、Eh、pH；3.研究铀的地球化学作用研究铀在三大岩类中的地球化学行为；岩浆岩：不同岩浆源区的岩浆岩；沉积岩：不同沉积物来源的沉积岩；变质岩：不同变质源岩和不同变质程度；3.研究铀的地球化学作用研究基于铀放射性而创建的方法；U-Pb同位素测年法；热释光法；裂变径迹法；中子活化法；3.研究铀的地球化学作用研究铀在热液中的地球化学行为；研究铀在生态链和成矿链中的异同点；研究铀在常温常压条件下的成矿作用以及铀在地下水中迁移、沉淀模式；研究铀与其他元素共生组合的成因关系；研究铀矿床产出地质环境、控矿因素、矿化特征及其共生组合规律、成矿背景和成矿模式；研究并总结国内、外主要铀矿化类型，成因模式和找矿模式；研究并总结典型矿床实例；4.研究铀矿床5.研究铀的成矿原理、成矿理论铀的区域成矿背景及区域成矿作用机理；不同地质历史发展阶段中铀的成矿作用；不同地幔类型和壳幔作用过程与铀成矿；不同成矿环境、大地构造背景下铀的成矿作用；5.研究铀的成矿原理、成矿理论不同岩浆岩体系和多期、多阶段、多层次岩浆作用与铀成矿作用；不同地壳类型和不同地壳演化成熟度与铀成矿作用的关系；矿化剂、还原剂（CO2、F）与铀成矿作用。5.研究铀的成矿原理、成矿理论浅成低温的活化成矿理论；常温常压下水成铀矿理论（砂岩型铀成矿理论）；6.研究铀矿床的时、空分布规律；研究铀成矿时代特征；研究铀矿床类型的空间演变；研究世界型铀成矿带、成矿省（区）特征及规律；研究中国的铀成矿省（区）、成矿带特征及成矿规律；本学科的目的和任务：为了勘察铀矿资源，为人类找到满足国民经济发展的铀资源服务；为人类科学进步，探索地球起源，地球演化，地球动力学等科学前沿服务。7.研究铀矿水冶工艺类型、工艺条件及矿床综合地质经济评价；第一章：绪论一、学科研究对象和内容二、学科发展简史三、铀资源概况四、铀矿工业指标

二、学科的发展简史铀元素的发现（1789）铀放射性的发现（1896）铀核能裂变的发现（1939）核能的利用（至今）铀的氧化物于1789年被德国化学家克拉普洛特(Klaproth)发现，1841年法国科学家还原出金属铀，至今已有二百余年的历史，但发展的速度很不一致。早期阶段发展速度非常缓慢，自1789年到1896年这近一个世纪的时间里，铀仅以化合物的形式作为染色剂用于陶瓷工业、玻璃工业和纺织工业。铀元素的发现至铀放射性的发现之前1789至18961896年法国物理学家贝克勒尔发现铀矿物样品能使感光胶片感光，从而发现了铀的放射性。1898年居里夫人证明含有铀元素的化合物都具有放射性，并发现了元素镭，同年居里夫妇从铀矿石中提取出镭。此后铀的应用范围扩大到了医疗等方面。但到1940年以前，全世界生产的铀的总量不超过4000吨，提取的镭约仅1000克。铀放射性的发现至铀核裂变能的发现之前1896至19391938-1939年德国物理化学家哈恩和斯特拉斯曼发现铀核裂变时能释放出巨大的能量:1Kg单质铀（U235）能量相当于2万吨TNT；1PoundU235完全燃烧可代替1360吨优质煤。铀核裂变能的发现到核能的利用时期1939至今铀资源双重用途：核武器和核反应堆；核电站的和平利用。核能的利用时期1945年8月美国在日本的广岛，长崎投放了二颗原子弹，这二颗原子弹展示了原子能的威力，拉开了世界核武器竞赛的序幕，铀矿由此成为战略资源。◆核能在军事方面的应用核能的应用1946年前苏联建成第一座反应堆。1949年9月，前苏联第一颗原子弹爆炸成功，虽比美国晚了4年多，但是使美国失去了对原子弹的垄断。

1952年6月14日，美国第一艘核潜艇“鹦鹉螺号”下水，11月1日在爱纽维特克进行首次氢弹试验并获成功。1954年6月2日前苏联原子能发电站开始运转；1956年10月17日，英国柯达·霍尔第一号原子能发电站开始运转；美国于1975年建成第一个原子能发电站。◆核能的和平利用

截止2005年3月，拥有核电站的国家和地区已达35个，投入运转和正在建设中用于发电的核反应堆473座，其中已投入发电的440座，计划中建49座，装机总量36647.2万千瓦。核发电量占了全世界总电量16%，法国、比利时、保加利亚、斯洛伐克、瑞典其核电发电量占总电量的比例已逼近50%及以上，成了国家能源供给命脉。核能碳排放量最低！不同能源链温室气体排放系数（等效碳g/k·wh）90年代技术新技术最大最小褐煤336261228(2005~2020)煤357264206(2005~2020)石油246219149(2005~2020)太阳能76.427.38.2(2010~2020)水力64.41.1生物质16.68.4风13.12.5核5.72.5CompanyLogo核电目前在我国电力中所占比例很小，占1%左右田湾核电站大亚湾核电站岭澳核电站秦山核电站我国《中长期发展规划》提出大力发展核电图中所示，到2007年为止的情况是我国目前的现状。2007年以后到2020年的状况，根据核电中长期发展规划中提出的核电建设项目进度设想安排。为了同时考虑首炉装料的影响，人为设定了当年投入运行的核电装机容量。2020年以后到2050年的状况，基本按十三五期间的建设速度安排，即每年有400万千瓦的核电装机容量投入运行。我国核电运行装机容量发展趋势预测CompanyLogo我国核电发展对铀资源的需求我国天然铀需求和累计需求趋势预测我国天然铀需求和累计需求趋势预测医学：用来诊断治疗疑难病症，研究生物机体内的反应；食品保存，起保鲜作用；种子改良；成分的分析；材料的鉴别等等；铀矿链的产品从军用广泛走向了民用，从而在国民经济地位越来越显得重要。原子能在社会各个领域的广泛应用：第二次世界大战以后（1945），铀资源越来越引起人们重视。该时期铀矿地质工作存在三个地质勘查阶段，其中包括了生产、科研、理论专著、成果等全方位发展。1）第二次世界大战后到二十世纪五、六十年代：第一次找铀高潮；南非的维特瓦斯兰德矿床（1945年确定了砾岩中普遍含铀，1952年开始对铀作副产品回收，到1999年底已产U3O815万t）;◆铀矿地质工作的三个地质勘查阶段加拿大的布兰德河矿床（1948年开始勘探，到1990年已产U3O813万t），大熊湖地区的比弗洛支、埃尔多拉多。在美国科罗拉多、犹他、内华达、怀俄明等州及新墨西哥的格兰茨矿区进行大量的勘探工作，获得了一批铀矿床。该时期所获的铀矿储量，全球（仅指市场机制的国家）达80×104t，年开采量达18200t。前苏联乌克兰和东欧的波希米亚地块也陆续发现了一批新铀矿床。该时期，沉积成因的矿床在市场经济为主的世界中占主导地位，其中铀储量占90%，开采量占80%，促进了外生作用中铀矿物（次生铀矿物）及铀的地球化学和铀的成矿作用的研究，取得了一系列成果。

在外生成矿作用方面，提出卷型铀矿床的成矿模式，进行了卷状铀矿床形成的模拟试验，创立了砂岩型铀矿成矿理论，前苏联将其归纳成层间氧化带成矿；在内生成矿方面，前苏联和法国地学工作者对花岗岩体中铀的存在形式作了系统研究，通过浸出试验，发现花岗岩中有相当一部分铀易被稀酸和天然水溶液浸出。论著方面：1955年和1958年，联合国组织在日内瓦召开了两次和平利用原子能会议，会上各国铀矿地质工作者就铀的性质、铀矿物特征、铀地球化学、铀成矿作用提出了一系列论文。前苏联和美国相继出版了系列铀矿地质学的著作：《铀矿物学》、《表生带铀的地球化学》、《铀地球化学的基本特征》、《铀、钍地球化学手册》、《铀矿普查与勘探》、《铀矿普查勘探方法》。中国出版了《普通矿产及铀矿找矿勘探地质学》。主要表现是：新的铀矿类型不断被突破；富、大型铀矿床不断发现；世界铀矿资源大幅度增长。按联邦德国《原子经济》1988年报道资料，非中央计划经济世界控制铀矿资源，与1959年的80×104t相比，三十年后铀资源量翻了3－4番。2）二十世纪七十－八十年代前后：发展高峰期铀矿化类型：有内生和外生或表生类型；成矿时代：元古代到古生代直到中新生代都有；成矿主岩：有变质岩或花岗岩、火山岩、沉积岩、碳酸盐、磷块岩；成矿地质背景：有挤压造山、后造山环境、拉张、后拉张环境；成矿产出地质部位：有元古宙不整合面型、假不整合型等等；各种类型均发现有大型、超大型铀矿床。矿床实例有：1970年发现的北澳贾比卢卡矿床；1968年发现的加拿大阿萨巴斯卡盆地中拉比特(Rabbit)湖矿床；1975年发现凯湖矿床；1966年发现非洲尼日利亚的阿尔利特砂岩型铀矿，纳米比亚的罗辛白岗岩型铀矿床；1975年发现南澳的隐爆角砾杂岩型奥林匹克坝矿床；1966年发现俄罗斯斯特烈措夫矿田火山岩型铀矿床（红石矿床）；1973年发现了澳大利亚西区钙结岩型伊利里铀矿床。铀矿新理论，新方法充分应用于铀矿勘查中，铀矿研究成果推动了铀矿地质学的发展。

推动了区域地质研究；推动了盆地动力学特征研究；盆地沉积体系研究；岩浆岩特征及演化规律研究；推动了矿石建造、矿化类型、成矿模式、成矿系列、找矿模式研究；推动了岩石地球化学、微量元素地球化学、同位素地球化学研究；推动了水文地球化学、生物地球化学研究；推动了遥感地质研究；推动了一系列新方法，如航空能谱测量（U、Th、K）、径迹法、活性炭法等；推动了核探测仪器的大发展，推动环境和辐射防护工作，推动了核废料地质处置的研究等。推动其他各学科的发展突出理论研究是该时期的特点：一些国家设立了专门的研究所及专门部门或公司从事铀矿地质研究。造就了一批著名的铀矿地质学家，建立起了比较系统的铀成矿理论和普查勘探方法，涌现出了一批展示铀矿地质学研究成果的代表性著作和论文。铀矿采矿工艺的创新，使砂岩型铀矿研究走上新的阶段砂岩型铀矿的地下开采转为地下溶浸开采是铀矿采矿工艺上的创新，该项试验从六十年代中期开始，六十年代后期试采成功。新的层间氧化带矿床成矿模式建立，新的地浸砂岩铀矿成矿理论日趋完善，为九十年代铀矿地质走上低谷时，寻找低成本，高效益铀矿资源奠定了理论基础。①高浓缩铀充斥市场：由于冷战结束，前苏联解体，高浓缩铀转为非军事用途，1994年苏美签订了20年的高浓缩铀转化协议，协定生效的第一个5年中，美国浓缩铀公司必须每年购买10t高浓缩铀，相当于310t低浓缩铀，等同于3100t金属铀，在其余15年中每年须购30t高浓缩铀，相当每年提供9300t金属铀。3）上个世纪九十年代：低谷期②冷战结束，铀的军事用途被遏止，库存铀的大量抛售引起供需失调，再加上美国三哩岛核电站和乌克兰切尔诺贝里核电站事故等系列原因，导致了铀矿地质生产出现了自九十年代后的低谷期。③铀矿地质勘查投入费用减少：仅非中央计划的国家，1986年为18100万美元，1992年减为11900万美元，1994年减为6900万美元。之后1995—1997年又出现短期回升，总额达1.53亿美元，但到1998年勘察费用又重新下降并一直持续到2001年，仅有8300万美元。④全球铀的生产量减低：1994年降到31448t，而世界铀需求为56900t。2000年全球核反应堆所需求的铀量为61176t，当年的铀生产大约为36000t，铀的价格逐步下跌，促使一批铀矿山被关闭。⑤铀的市场价格下跌：1996年7月为42.9美元/kgU，1997年全年平均31.43美元/kgU，1998年全年平均23.43美元/kgU，1999年27美元/kgU。铀的勘查力量减弱，铀矿生产的萧条也带来了整个铀矿地质行业的不景气。该阶段铀矿地质的工作思路是：围绕“低成本、高效益”铀矿的成因，产出特点进行系统研究，各种类型的可地浸砂铀矿和富、大的不整合面型铀矿床成了各国找矿重点。砂岩型铀矿的地浸生产也就在这个时期崭露头角。地浸砂岩铀矿采矿工艺鄂尔多斯LEACHINGCIRCUITSATELLITEINSTALLATION

Injector

wellsPumpInjectorwellsProducingwellSurfaceMineralisedlevelInjectionlineWellfieldH2SO4+O2InjectionpumpColumnofresinforfixationStoragebasin

SandfilterTowardselutionProductionline砂岩型铀矿的地浸生产地浸砂岩铀矿矿石(松散)铀矿产品:黄饼(碳酸铀酰铵或重铀酸铵)起步阶段：中国的铀矿地质于上个世纪50年代起步，60年代发现了一批铀矿床，并建立起铀矿地质学的教学、科研系统。发展阶段：70－80年代是大发展阶段，中国在铀矿类型上总结了自己的四大类型：花岗岩型、火山岩型、砂岩型、碳硅泥岩型铀矿床的控矿因素、成矿特征、成矿环境、成矿模式。◆中国的铀矿地质发展学科发展标志：出版了一系列的专著－

“铀矿物学”、“铀地球化学”、“铀矿床学”、“铀矿地质简明教程”、“花岗岩型铀矿”、“铀矿田矿床构造”、“铀矿找矿勘探地质学”等等；创办了“铀矿地质”和“世界核地质科学”刊物。第一章：绪论一、学科研究对象和内容二、学科发展简史三、铀资源概况四、铀矿工业指标

三、铀资源的概况

自20世纪60年代中期以来，国际经济合作与发展组织（OECD）的核能机构（NEA）与国际原子能机构（IAEA）在其成员国的协作下，联合出版了有关世界铀资源，铀生产与铀需求的定期刊物，俗称“红皮书”，1973年以后，“红皮书”每两年一版，但九十年代初之前的世界铀资源，通常不包括中国、俄罗斯（含前苏联）及东欧国家的储量，被称为非中央计划经济国家铀储量。WORLDURANIUMPRODUCTION-20052countriesareproducing51%7countriesareproducing89%2companies(CAMECOandAREVA)areproducingaround30%oftheworldwideuraniumproductionCIS=22%Total2005:41250tU.Productionin%

RedBook2005铀资源/储量按可信度分为：可靠储量(ReasonablyAssuredResources：RAR)；一级估算附加资源量(EstimateAdditionalResource-1：EAR-1)；二级估算附加资源量(EAR-2);推测资源量(SpeculateResource；SR)。其中RAR和EAR-1被合并称为已知资源(KnownResources)，EAR-2和SR被合并称为未查明资源(UndiscoveredResources)。可靠储量可分为：实证的可靠储量(StudyRAR)是具有最高可信度的铀资源，随市场需求的增加将被优先开放；属性未完全确定的可靠储量(Non-AttributedRAR)指其生产成本尚未直接论证可归属于RAR级的那些已知铀矿床的资源量；可靠储量(ReasonablyAssuredResources)是指产于具有一定规模、品位和形态的已知矿床中的铀。1、铀资源的已知资源(RAR＋EAR-1)近十五年来变化不大，<80美元/kgU在300×104t摆动，<130美元/kgU在400×104t摆动；2、铀资源的已知资源主要集中在十个国家和地区，这十个国家的铀资源量占了全球铀资源量的90%。

世界铀资源的特点：ReasonablyAssuredResourcesfortop10uraniumresourcecountries3、部分国家铀资源未统计在内，如俄罗斯RAR＋EAR－1类资源52×104t(2000年)，乌兹别克斯坦预测231500t，保有储量170000t(2002年)，总和将近40×104t，这样世界铀矿储量的保持储量将会在前面数字上增加40×104t；4、铀成矿类型虽然繁多，但具有规模的只有砂岩型、含铀砾岩型、元古宙不整合面型、脉型、交代型、角砾杂岩、含铀白岗岩型、伟晶岩型。第一章：绪论一、学科研究对象和内容二、学科发展简史三、铀资源概况四、铀矿工业指标

铀矿的工业指标系指矿床储量的最低限量，最低可采品位和最低可采厚度。确定铀矿的工业指标的依据是：（1）已发现矿床的储量和矿石品位（2）矿床开采技术条件和经济指标：即铀矿勘探、开采和冶炼过程中所消耗的总成本需低于所能获得金属铀的实际价值和国际市场上商品铀的价格。四．铀矿的工业指标中国的标准是含u%前苏联的标准含u%一级：极富矿石＞1%＞1%二级：富矿石0.5－1%

0.3－1%三级：普通矿石0.1－0.5%

0.1－0.3%四级：贫矿石0.05－0.1%

0.05－0.1%五级：极贫矿石＜0.05%

0.03－0.05%对矿石品位的要求：在世界范围内，对于单独开采的铀矿，通常要求铀矿石的最低工业品位为U3O8为0.07－0.08%，如开采费用和技术加工费用低，工业品位可降到U3O8为0.05－0.06%，如矿石中含有其它有用组分，品位可降至0.01－0.04%。（地浸采铀可大大降低铀品位）

对矿床储量的要求：没有统一的分级标准，西方国家多采用如下分级，以U3O8计算储量：巨型矿床＞10万吨U3O8；大型矿床1－10万吨U3O8；中型矿床1千－1万吨U3O8；

小型矿床500－1000吨U3O8我国及前苏联都是以金属铀进行分级划分。在我国：巨型矿床＞1万吨金属铀；大型矿床3000－10000吨金属铀；中型矿床1000－3000吨金属铀；小型矿床500－1000吨金属铀对开采厚度的要求：一般要求不能低于0.7m。地浸砂岩型铀矿对铀品位的要求要低得多，但有一个综合的参数作为衡量标准，即平米铀含量大于1㎏/㎡，品位大于万分之一（＞0.01%）简单回答以下问题：1.铀资源地质学研究内容和对象？2.铀资源地质学发展简史？3.世界上铀矿的主要类型？课后思考题上节课回顾－第一章绪论1、学科研究对象及与其它学科的关系－研究对象分7个方面、综合性学科

2、学科发展简史－根据几个重大事件划分3、铀资源概况－资源分布、类型等

四、铀矿工业指标－概念及主要指标

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4.5×109a、7.3×108a和2.6×105a。

铀的密度很大，也与其变体有关，在常温下α铀的密度值为19.05g/cm3。根据此值计算出铀的原子体积为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240－260kg/mm2。硬度随着温度升高而减小，并且与铀的变体有关。γ铀的硬度最小，以至不能用布氏硬度测量。性质单位特征值性质单位特征值熔点℃1132.3导热率卡/厘米·秒·度0.064熔化热卡/摩尔2700.0磁化率电磁单位/g1.74×10－6升华热千卡/摩尔129.0电阻率微欧姆·cm30.0比热千卡/摩尔0.028电导（0－20℃）微欧－10.034沸点℃3818气化热千卡/摩尔110密度g/cm319.05原子体积cm3/摩尔12.5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1.013×105Pa条件下，α铀在667.7℃相变成β铀；当温度升高到774.8℃时，β铀又相变成γ铀。α、β、γ三相铀的平衡点的压力为29.8×108Pa，温度是798℃。当压力超过29.8×108Pa时，α铀直接转变为γ铀。

铀的三种变体的存在条件和特点列入表2。同素异形体α－Uβ－Uγ－U存在温度（℃）（1×105Pa）﹤667.7667.7－774.8774.8－1132.3晶体结构斜方a=2.854Åb=5.869Åc=4.955Å四方a=b=10.754Åc=5.6525Å体心立方a=3.534Åa=b=c密度（g/cm3）19.0518.1317.91机械性质延展性脆性塑性表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89Ac－103Lr），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：89Ac90Th91Pa92U

93Np94Pu95Am96Cm97Bk锕钍镤铀镎钚镅锔铻98Cf99Es100Fm101Md102No103Lr锎锿镄钔锘铹价电子层结构为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：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f36d11、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＋＋0.612VU4＋－0.607U3＋－1.796U+0.334V(在HCl溶液中)①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：U3＋＋3e=UE°=-1.796V（酸性条件）E°=-2.17V（碱性条件）U4＋＋e=U3＋E°=-0.607V（酸性条件）E°=-2.17V（碱性条件）

U、U3＋在酸碱性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。②U、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。③UO2＋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△Z＝－nFε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，ε为电池电动势（伏）。UO22＋0.025VUO2＋＋0.612VU4＋总反应式可写为：2UO2＋=UO22＋+U4＋

(1)UO22＋+e=UO2＋

E°UO2＋/UO22＋=-E°UO2＋/UO22＋=-0.025VUO2＋+e=U4＋

E°UO2/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。ε总=E°UO2＋/UO2＋+E°UO2＋/U4＋=-0.052+0.612=+0.56V

计算得出ε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，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＋—(0.97—1.01Å)

Th4＋—(1.02—1.06Å)TR3＋—(0.86—1.18Å)其中Y族稀土（0.86－0.98Å），铈族稀土（1.00－1.18Å），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。①离子的半径(Å=10-10m)（II）UO22＋（铀酰）呈哑铃型（见附图），其长轴长约6.04－6.84Å，离子半径很大，（最大的金属阳离子Cs＋的离子半径是1.60Å），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。②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＋③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pH＜3的介质环境中，当pH＞3时，UO22＋发生水解，当pH＞4时，形成氢氧化铀酰沉淀，反应式如下：

pH＞3时：UO22＋+H2O=UO2OH＋+H＋

pH＞4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-+3H2OU4＋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＋矿物转变为U6＋矿物，如：2UO2+O2+3H2O=2UO2(OH)2·H2O

沥青铀矿柱铀矿④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）。①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0.003－0.006ppm，花岗岩、流纹岩为3.5－4.8ppm。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量，在深色矿物中，铀含量较高，是浅色矿物的3－5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。不同种类沉积岩中的铀含量：砂岩一般为0.45－4.0ppm；粘土岩含铀一般为2－4.5ppm；碳酸盐岩的含铀量比较稳定，为2ppm左右。②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50－300ppm,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。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：0.4－4.6ppm，结晶片岩U：1.3－4.9ppm；石英岩U：1.0ppm；铁镁石英岩U：0.2ppm。③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－超变质作用的榴辉岩相。①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。

②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。③分散吸附状态形式：

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。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。

上节课回顾

铀的性质（氧化态、稳定条件、离子性质）；

铀在自然界的分布及存在形式。第一节铀元素性质及铀的分布第二节铀矿物的基本特征一、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②阴离子组成①阳离子组成其它阳离子或络阳离子：H+、H3O+、NH+4①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、Zr②阴离子组成：有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，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，U－Pb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。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（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：3L44L36L29PCb、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，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。②类质同象Zr4+（0.82Å）、Ca2+（1.03Å）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二：④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。（ⅰ）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。（ⅱ）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）

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。

（ⅲ）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。

（ⅳ）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（ⅰ）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（0.80Å），在能量上处于不稳定状态，很容易与氧结合，形成UO22+络离子。①晶体结构的基本特点：

铀酰为一线型离子，呈哑铃状，U－O之间的平均距离为1.9Å。此距离比U6+与O2-的离子半径之和（0.8+1.32=2.12Å）要小得多，这说明铀原子与氧原子之间的电子云相互重迭，U－O为共价键。

铀酰沿长轴方向的总长是6.04－6.84Å，(U6+、O2-半径之和为2.12Å，在长轴方向最长为2个O2-，1.32×2×2=5.28Å；U6+两半径之和为2×0.8=1.6Å，因而2O2-与U6+之间总长应为5.28Å+1.6Å=6.88Å)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1.60Å，而UO22+如按半径计算为3.02-3.42Å)，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U－O之间的共价键的组成，所以U－O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。（ⅱ）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。

②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β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α、β、γ射线的现象。这一过程称之为放射性衰变，其中释放出α粒子和β粒子的过程称为α蜕变和β蜕变，电离能力为α＞β＞γ，穿透能力为α：β：γ=1：100：10000。②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：

①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。③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、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α径迹蚀刻和裂变径迹法。⑤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。④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。①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；

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；②光泽：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。

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。③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

①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；矿物类别变化范围含Bi时含Pb时四价铀矿物简单氧化物6.5——10.8————铀-钛复杂氧化物4.3——6.0————硅酸盐4.4——5.1————铀-钼复杂氧化物——4.2————六价铀矿物铀酰氢氧化物3.6——5.76.45.1——7.4铀酰硅酸盐3.0——4.7——5.8——6.0铀酰磷酸盐2.5——4.1——4.4——5.8铀酰砷酸盐2.5——4.15.8——6.06.4铀酰钒酸盐2.9——4.7——4.9铀酰硫酸盐3.3——4.0————铀酰钼酸盐4.0——4.7————铀酰碳酸盐2.1——5.7——6.9铀酰亚硒酸盐4.4——4.9——5.3铀酰亚碲酸6.6——6.9——5.7②硬度（摩斯硬度-下同）：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。

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。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。

在已知的铀酰矿物中，大约有50余种矿物能发不同程度的荧光，一些表生含铀矿物如含铀玻璃蛋白石、水铝英石等也能发荧光。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、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、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（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%，

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

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