鈾礦資源與浸礦技術(shù)

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1、鈾礦資源和浸礦技術(shù)第二章鈾資源和鈾礦物2.1鈾資源鈾資源是在目前和將來(lái)提供鈾礦加工工藝研究和生產(chǎn)的基礎(chǔ)。鈾礦成因的研究可以為尋找鈾礦指明方向。研究和了解鈾礦石的組成和性質(zhì)將為確定鈾礦加工工藝提供依據(jù)。2.1.1鈾礦的成因鈾在地殼中的分布特性和存在形式是由它的化學(xué)性質(zhì)決定的。從地球化學(xué)的角度，鈾具有如下性質(zhì)[2.1]：（1）鈾是親氧（或親石）元素，即鈾與氧可以形成牢固的化合物。這是由鈾的核外電子層結(jié)構(gòu)決定的，見(jiàn)表2-1。表2-1鈾原子的核外電子層結(jié)構(gòu)電子層KLMNOPQ電子數(shù)28183218+③8+①②由表2-1可見(jiàn)，當(dāng)鈾失去價(jià)電子以后，鈾離子（六價(jià)）的最外電子層

2、（P層）為8個(gè)電子，呈惰性氣體型，與氧、氟、氯的親合力較強(qiáng)，極易形成氧化物或含氧鹽。大多數(shù)鈾都分布在地表以下20km以內(nèi)的地殼中，就是因?yàn)樵摱蔚貧ぶ饕怯裳趸飿?gòu)成的硅酸鹽巖石層，這也是自然界中不存在鈾的硫化物、氮化物、碳化物、氫化物以及鈾不可能以金屬形式存在的原因。（2）自然界中鈾有兩種穩(wěn)定價(jià)態(tài)：四價(jià)和六價(jià)。因此，鈾可以參與地球化學(xué)作用的氧化-還原過(guò)程，形成種類繁多的鈾礦物。在高溫高壓的條件下，在含氧和含金屬氧化物的介質(zhì)中，鈾最穩(wěn)定的價(jià)態(tài)是四價(jià)。因此，在熔融硅酸鹽巖漿中鈾以UO2（晶質(zhì)鈾礦）形式存在。在氧化條件下，鈾容易從四價(jià)氧化為六價(jià)形成鈾酰離子（UO22+

3、）。在自然界，鈾酰離子能和其他陽(yáng)離子（主要是二價(jià)陽(yáng)離子，例如：Ca2+、Ba2+、Cu2+）一起與磷酸鹽、砷酸鹽、釩酸鹽、含水硅酸鹽、鉬酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等結(jié)合，形成各種鹽類。在各種凝膠質(zhì)細(xì)分散物（例如：褐鐵礦、蛋白質(zhì)、磷酸鈣、粘土礦物、有機(jī)物和瀝青等）上，鈾酰離子很容易被吸附。鈾酰離子的化合物容易溶解在含SO42－或CO32－等陰離子的水中，因此溶解的鈾可以隨地下水遷移，生成各種次生鈾礦物。（3）在化學(xué)性質(zhì)上，鈾是兩性元素。鈾的氧化物既可以與其他堿性氧化物作用生成鈾酸鹽，也可以與酸作用生成鈾?；衔铩?1（4）在結(jié)晶化學(xué)方面，鈾能形成多電荷的大離子團(tuán)，這就使

4、鈾只能與為數(shù)不多的元素（例如：釷、稀土、釔、鈮、鉭、鋯、鉿等）有較密切的類質(zhì)同象關(guān)系。鈾礦床是鈾礦物的堆積體，鈾礦床是分散在地殼中的鈾元素在各種地質(zhì)作用下不斷集中而成的，也是地殼不斷演變的結(jié)果，這種地質(zhì)作用稱為“成礦作用”。按照地質(zhì)作用的能量來(lái)源，“成礦作用”又可分為內(nèi)成礦作用和外成礦作用。2.1.1.1內(nèi)成礦作用內(nèi)成礦作用是由地球內(nèi)部熱能所產(chǎn)生的作用力引起的，可分為巖漿作用和變質(zhì)作用。2.1.1.1.1巖漿作用巖漿作用是由巖漿活動(dòng)產(chǎn)生的。巖漿是地球內(nèi)部自然作用形成的粘稠而含有揮發(fā)性組分的硅酸鹽熔漿。巖漿的化學(xué)成分以硅、鋁、鎂、鐵、鉀、鈣、氧等為主，這些元素在巖

5、漿中的含量可達(dá)99%以上，稱為“主要造巖元素”。這些造巖元素在巖漿中的存在形式通常用氧化物的形式來(lái)表示，例如：SiO2、Al2O3等。SiO2是巖漿中含量最多的組分，巖漿中揮發(fā)性組分主要是H2O，此外還有CO2、SO2、H2S等。巖漿有兩個(gè)主要類型，一個(gè)是含硅和鋁為主的酸性巖漿（或稱為：花崗巖漿），另一個(gè)是含鎂和鐵較多的玄武巖漿。鈾和其他金屬元素是以微量元素的形式存在于巖漿中，其中酸性巖漿是形成鈾礦床的重要來(lái)源。在地殼運(yùn)動(dòng)的不同時(shí)期和不同條件下，隨著巖漿逐步冷卻，巖漿的凝固結(jié)晶和從巖漿中汽化的熱液物質(zhì)沉積富集的結(jié)果形成各種金屬元素（包括鈾）的礦床。一般來(lái)說(shuō)，與巖

6、漿活動(dòng)有關(guān)的成礦作用可以分為以下三個(gè)階段[2.1]：（1）巖漿階段。巖漿階段是巖漿從地球深處侵入地殼或噴出地表，到大部分巖漿冷凝為巖石的過(guò)程。據(jù)推測(cè)，在地球內(nèi)部，巖漿的溫度可以達(dá)到800℃~2000℃，壓力可以達(dá)到幾千個(gè)大氣壓。當(dāng)?shù)貧み\(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)斷裂帶時(shí)，由于局部壓力下降，巖漿就會(huì)向壓力降低的方向移動(dòng)，沿各種不同類型的斷裂帶上升到地殼的上部或直接噴出地表。在這個(gè)過(guò)程中，巖漿不斷與周圍的巖石相互作用，不斷改變自己的成分和狀態(tài)，其中的大部分開(kāi)始冷卻并凝固成巖石。在這個(gè)巖漿階段所發(fā)生的地質(zhì)作用稱為“巖漿分異作用”，由巖漿分異作用凝固形成的巖石稱為“巖漿巖”或“火成巖

7、”。巖漿分異作用符合質(zhì)量作用定律。在巖漿階段可能凝固結(jié)晶析出的是在巖漿中含量較多、熔點(diǎn)較高的元素。因此，在巖漿巖中主要礦物為硅酸鹽礦物，例如：橄欖石類、輝石類、角閃石類、云母類、長(zhǎng)石類和石英（SiO2）。在巖漿階段，鈾不能形成獨(dú)立的礦物，因?yàn)椋孩兮櫾趲r漿中的含量低，在粘滯性很高的巖漿中鈾及其化合物不易擴(kuò)散。所以當(dāng)巖漿中主要元素開(kāi)始結(jié)晶時(shí)，鈾還不能富集到形成鈾礦物的濃度。②鈾的離子半徑較大，不能與在巖漿階段結(jié)晶析出的造巖元素形成類質(zhì)同象的礦物。③巖漿階段的結(jié)晶作用是在缺氧的情況下進(jìn)行的，巖漿中含量高的元素（Fe和Si等）都處于低價(jià)態(tài)，它們與氧的親合力比鈾強(qiáng)。因此，

8、在巖漿階段鈾難以與氧結(jié)合