铀矿资源与浸矿技术

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1、铀矿资源和浸矿技术第二章铀资源和铀矿物2.1铀资源铀资源是在目前和将来提供铀矿加工工艺研究和生产的基础。铀矿成因的研究可以为寻找铀矿指明方向。研究和了解铀矿石的组成和性质将为确定铀矿加工工艺提供依据。2.1.1铀矿的成因铀在地壳中的分布特性和存在形式是由它的化学性质决定的。从地球化学的角度，铀具有如下性质[2.1]：（1）铀是亲氧（或亲石）元素，即铀与氧可以形成牢固的化合物。这是由铀的核外电子层结构决定的，见表2-1。表2-1铀原子的核外电子层结构电子层KLMNOPQ电子数28183218+③8+①②由表2-1可见，当铀失去价电子以后，铀离子（六价）的最外电子层

2、（P层）为8个电子，呈惰性气体型，与氧、氟、氯的亲合力较强，极易形成氧化物或含氧盐。大多数铀都分布在地表以下20km以内的地壳中，就是因为该段地壳主要是由氧化物构成的硅酸盐岩石层，这也是自然界中不存在铀的硫化物、氮化物、碳化物、氢化物以及铀不可能以金属形式存在的原因。（2）自然界中铀有两种稳定价态：四价和六价。因此，铀可以参与地球化学作用的氧化-还原过程，形成种类繁多的铀矿物。在高温高压的条件下，在含氧和含金属氧化物的介质中，铀最稳定的价态是四价。因此，在熔融硅酸盐岩浆中铀以UO2（晶质铀矿）形式存在。在氧化条件下，铀容易从四价氧化为六价形成铀酰离子（UO22+

3、）。在自然界，铀酰离子能和其他阳离子（主要是二价阳离子，例如：Ca2+、Ba2+、Cu2+）一起与磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐、含水硅酸盐、钼酸盐、碳酸盐、硫酸盐等结合，形成各种盐类。在各种凝胶质细分散物（例如：褐铁矿、蛋白质、磷酸钙、粘土矿物、有机物和沥青等）上，铀酰离子很容易被吸附。铀酰离子的化合物容易溶解在含SO42－或CO32－等阴离子的水中，因此溶解的铀可以随地下水迁移，生成各种次生铀矿物。（3）在化学性质上，铀是两性元素。铀的氧化物既可以与其他碱性氧化物作用生成铀酸盐，也可以与酸作用生成铀酰化合物。11（4）在结晶化学方面，铀能形成多电荷的大离子团，这就使

4、铀只能与为数不多的元素（例如：钍、稀土、钇、铌、钽、锆、铪等）有较密切的类质同象关系。铀矿床是铀矿物的堆积体，铀矿床是分散在地壳中的铀元素在各种地质作用下不断集中而成的，也是地壳不断演变的结果，这种地质作用称为“成矿作用”。按照地质作用的能量来源，“成矿作用”又可分为内成矿作用和外成矿作用。2.1.1.1内成矿作用内成矿作用是由地球内部热能所产生的作用力引起的，可分为岩浆作用和变质作用。2.1.1.1.1岩浆作用岩浆作用是由岩浆活动产生的。岩浆是地球内部自然作用形成的粘稠而含有挥发性组分的硅酸盐熔浆。岩浆的化学成分以硅、铝、镁、铁、钾、钙、氧等为主，这些元素在岩

5、浆中的含量可达99%以上，称为“主要造岩元素”。这些造岩元素在岩浆中的存在形式通常用氧化物的形式来表示，例如：SiO2、Al2O3等。SiO2是岩浆中含量最多的组分，岩浆中挥发性组分主要是H2O，此外还有CO2、SO2、H2S等。岩浆有两个主要类型，一个是含硅和铝为主的酸性岩浆（或称为：花岗岩浆），另一个是含镁和铁较多的玄武岩浆。铀和其他金属元素是以微量元素的形式存在于岩浆中，其中酸性岩浆是形成铀矿床的重要来源。在地壳运动的不同时期和不同条件下，随着岩浆逐步冷却，岩浆的凝固结晶和从岩浆中汽化的热液物质沉积富集的结果形成各种金属元素（包括铀）的矿床。一般来说，与岩

6、浆活动有关的成矿作用可以分为以下三个阶段[2.1]：（1）岩浆阶段。岩浆阶段是岩浆从地球深处侵入地壳或喷出地表，到大部分岩浆冷凝为岩石的过程。据推测，在地球内部，岩浆的温度可以达到800℃~2000℃，压力可以达到几千个大气压。当地壳运动过程中出现断裂带时，由于局部压力下降，岩浆就会向压力降低的方向移动，沿各种不同类型的断裂带上升到地壳的上部或直接喷出地表。在这个过程中，岩浆不断与周围的岩石相互作用，不断改变自己的成分和状态，其中的大部分开始冷却并凝固成岩石。在这个岩浆阶段所发生的地质作用称为“岩浆分异作用”，由岩浆分异作用凝固形成的岩石称为“岩浆岩”或“火成岩

7、”。岩浆分异作用符合质量作用定律。在岩浆阶段可能凝固结晶析出的是在岩浆中含量较多、熔点较高的元素。因此，在岩浆岩中主要矿物为硅酸盐矿物，例如：橄榄石类、辉石类、角闪石类、云母类、长石类和石英（SiO2）。在岩浆阶段，铀不能形成独立的矿物，因为：①铀在岩浆中的含量低，在粘滞性很高的岩浆中铀及其化合物不易扩散。所以当岩浆中主要元素开始结晶时，铀还不能富集到形成铀矿物的浓度。②铀的离子半径较大，不能与在岩浆阶段结晶析出的造岩元素形成类质同象的矿物。③岩浆阶段的结晶作用是在缺氧的情况下进行的，岩浆中含量高的元素（Fe和Si等）都处于低价态，它们与氧的亲合力比铀强。因此，

8、在岩浆阶段铀难以与氧结合