Минералы урана

Изотопный состав урана

Всего известно 14 изотопов урана (с массовыми числами от 227 до 240). В естественном уране содержится три изотопа – U-238 (99,27 %, период полураспада 4,46 млрд. лет), U-235 (0,72 %, период полураспада 704 млн. лет) и U-234 (0,0057 %, период полураспада 245 тыс. лет.). Все природные изотопы урана являются альфа-излучателями.

Хотя содержание изотопа U-235 в общем постоянно, могут иметь место некоторые колебания его количества, вследствие обеднения руды из-за реакций деления, имевших место, когда концентрация U-235 была много выше, чем сегодня. Самый известный такой природный "реактор", возрастом 1.9 миллиарда лет, был обнаружен в 1972 году в шахте Окло в Габоне. Когда этот реактор действовал, в природном уране содержалось 3% U-235, столько же, сколько и в современном топливе для атомных электростанций. Наличие природных вод, выступавших в качестве замедлителя нейтронов, обусловило возможность протекания реакции деления. Теперь ядро шахты выгорело и обеднено, содержит лишь 0,44% U-235. Естественные реакторы в Окло и несколько еще, открытых поблизости, являются единственными в своем роде до сих пор. Содержание U-234 в руде очень незначительно. В отличие от U-235 и U-238, из-за своей короткой жизни все количество этого изотопа образуется вследствие распада атомов U-238:

U²³⁸ → (4.51 миллиарда лет, альфа-распад) → Th²³⁴

Th²³⁴ → (24.1 дней, бета-распад) → Pa²³⁴

Pa²³⁴ → (6.75 часов, бета-распад) → U²³⁴

Обычно U-234 существует в равновесии с U-238, распадаясь и образуясь с одинаковой скоростью. Однако распадающиеся атомы U-238 существуют некоторое время в виде тория и протактиния, поэтому могут химически или физически отделиться от руды (выщелачиваться подземными водами). Поскольку U-234 обладает относительно коротким временем полураспада, весь этот изотоп, находящийся в руде, образовался в последние несколько миллионов лет. Примерно половину радиоактивности природного урана составляет вклад U-234.

U-236 обладает периодом полураспада 23.9 миллиона лет и не встречается в природе в значительных количествах. Он накапливается, если уран облучается нейтронами в реакторах, и потому используется как "сигнализатор" отработанного уранового ядерного топлива.

Всего известно около 250 минералов урана, из которых чуть более ста являются собственными урановыми, а остальные урансодержащими. В основу классификации урановых минералов можно положить несколько признаков:

1. Химический состав

2. Кристаллографические признаки

3. Принадлежность к вмещающим горным породам

4. Происхождение горных пород и минералов

Классификация собственных урановых минералов по химическому составу

1. Безводные оксиды

1.1. Группа уранинита. Сюда относятся минералы общий состав которых можно выразить формулой k UO₂∙l UO₃∙m PbO, где k: l ≥ 3, т.е. имеющие средний состав UO_2,14-2,28.

Уранинит

К минералам данной группы относится, например, Брёггерит k (U,Th)O₂∙l UO₃∙m PbO.

1.2. Группа настурана. Сюда относятся четыре минерала, состав которых выражается формулой k UO₂∙l UO₃∙m PbO, где k: l = 1: 2, т.е. U₃O₈. Синонимами настурана являются урановая смолка, урановая смоляная обманка.

1.3. Группа урановых черней.

Это несколько разновидностей рыхлых аморфных оксидов переменного состава, образовавшихся в результате окисления и разрушения настурана или даже уранинита. Синонимом урановых черней являются сажистые оксиды урана.

2. Безводные оксиды урана и тория

К минералам данной группы относится торианит, (Th,U)O₂, содержание тория превышает в минерале содержание урана; если концентрация урана сопоставима с концентрацией тория, то минерал носит название ураноторианита. К этой же группе относится алданит, (Th,U)O₂∙l UO₃∙m PbO.

3. Водные оксиды урана и уранаты. К этому классу относится более 18 минералов. Примерами являются беккерелит – 3UO₃∙5H₂O, кюрит – 2PbO∙5UO₃∙4H₂O, гуммит – UO₃∙nH₂O.

Беккерелит	Кюрит	Гуммит

4. Силикаты урана – класс включает в себя девять минералов, типичным представителем является казолит - PbO∙UO₃∙SiO₂∙H₂O.

Казолит

5. Карбонаты урана делятся на две группы:

5.1. Безводный карбонат – минерал Резерфордит, UO₂CO₃.

Резерфордит

5.2. Водные карбонаты (всего около десяти минералов), представителем которых является шарпит – 5UO₂CO₃∙UO₃∙8H₂O.

6. Сульфаты урана.

К этому классу относится уракоит (урановая охра) – (UO₂)₃(OH)₄SO₄∙12H₂O и ещё семь минералов. Также известен один сульфокарбонат урана – минерал шрёкингерит, Na₂Ca₃UO₂(OH)₂SO₄(CO₃)₃∙4H₂O.

Шрёкингерит

7. Фосфаты урана представляют собой большой класс соединений, насчитывающий более 20 минералов. В качестве примера можно привести пржевальскит – Pb(UO₂)₂(PO₄)₂∙4H₂O и торбернит – Cu(UO₂)₂(PO₄)₂·8-12(H₂O).

Торбернит

8. Арсенаты урана.

К арсенатам относятся семь минералов, в частности вальпургит – (BiO)₄UO₂(AsO₄)₂∙3H₂O.

Вальпургит

9. Ванадаты урана представляют собой интерес, так как являются важным сырьевым источником не только для извлечения урана, но и для получения соединений ванадия. К данному классу относятся около семи минералов, важнейшими из которых являются карнотит – K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O, тюямунит – Ca(UO₂)₂(VO₄)₂·8H₂O, ферганит – (UO₂)₃(VO₄)₂·6H₂O.

Карнотит	Тюямунит

10. Молибдаты урана включают несколько минералов, представителем которых является иригинит – (UO₂)₂(MoO₄)₂·4H₂O.

Классификация урансодержащих минералов по химическому составу

1. Органические соединения тория и урана. К этому классу относится более 10 минералов переменного состава, содержащих торий, уран, углерод, водород, кислород и другие элементы, образовавшиеся в результате сорбции ториевых и урановых соединений органическими материалами. Примерами являются тухолит и карбуран.

2. Силикаты тория и циркония, содержащие уран. Сюда относятся более десятка минералов, в которых ионы урана(IV) изоморфно замещают ионы тория или циркония. В качестве примеров можно привести торит – Th(U)SiO₄∙nH₂O (n = 1-1,5), циркон – Zr(U)SiO₄ и малакон – Zr(U)SiO₄∙H₂O.

3. Танталониобаты, содержащие уран. Всего в этом классе имеется семь групп, включающих более 40 минералов. В качестве основных следует упомянуть фергюсонит, пирохлор, самарскит.

Самарскит

3.1. Группа фергюсонита. Сюда относятся несколько минералов, например Y,Ce(Fe,U)(Nb,Ta)O₄.

3.2. Группа пирохлора-микроклина. Состав пирохлора, (Na₂,CaU)Nb₂O₆(O,OH,F), колеблется в широких пределах. Содержание в нём урана может составлять 2-8%.

4. Титанаты, содержащие уран. Этот класс включает в себя более десяти минералов примером которых является браннерит – (U,Ca,Fe,Y,Th)₃Ti₅O₁₆.

5. Урансодержащие фосфаты представляют обширных класс соединений. Наиболее важными минералами являются монацит – Ce(Ca,Th,U)PO₄ и ксенотим – Y(Ca,Th,U)PO₄.

Дата добавления: 2014-01-07