第4讲（铀矿物各论及鉴定方法）.doc

地质学基础与铀矿地质讲义2007（铀矿地质部分）（第4讲） 内容提要 第三章 铀矿物各论 3.13.3 四、六价铀矿物和含铀矿物 第四章 铀矿物的鉴定方法与研究方法 4.1 铀矿物的鉴定程序 4.2 铀矿物的鉴定方法简介 参看铀资源地质学pp.48-76. 第三章铀矿物各论 3.1 四价铀矿物 一、铀的简单氧化物 铀的简单氧化物是以UO2为主要成分的矿物。在本类矿物中只有一个矿物种即晶质铀矿（Uraninite）。 沥青铀矿（Pitchblende）是晶质铀矿的变种，而铀黑（Uranium Blacks）是粉末状的晶质铀矿。它们在形态特点、地质产状和混入物成分等方面均有别于晶质铀矿。 晶质铀矿和沥青铀矿是目前炼铀的主要矿物原料。 1、化学成分 铀的简单氧化物的晶体化学式为（U4,U6,Th,REE,Pb）Ox。 本类矿物的主要化学成分是UO2，但其中一部分U4已氧化成U6。此外，还常含呈类质同象的Th、REE等，放射性衰变成因的Pb以及其它杂质。 （1）含氧系数 晶质铀矿的含氧系数x＝2.172.50；沥青铀矿的含氧系数x＝2.42.7；铀黑的含氧系数x＝2.702.92。 可见，在晶质铀矿、沥青铀矿以及铀黑中，UO2与UO3的分子数比值在很大范围内变化，后者比前者常含有较多的UO3。另外，铀黑中常含水，并含大量杂质。 （2）类质同象 Th和REE是晶质铀矿中的主要类质同象混入物，Th和REE含量的高低是晶质铀矿的重要标型特征。 晶质铀矿中ThO2和REE2O3含量一般在1％以上，而沥青铀矿通常含0.00n 0.0n ThO2和0.n REE2O3，铀黑与沥青铀矿相似。 晶质铀矿中经常含有n 的PbO，这主要是放射性衰变成因的铅，其含量与矿物的地质年代正相关，早期形成的晶质铀矿其铅含量比晚期形成这要高。 晶质铀矿和沥青铀矿的主要成分和微量元素组分的变化与其形成环境有密切的关系。一般讲，当形成温度较高时，则其成分中UO2与UO3的比值越大，ThO2和REE2O3的含量也越高；反之，当形成温度较低时，则其成分中UO2与UO3的比值越小，ThO2和REE2O3的含量也越低。矿物的地质年龄越大，则其中PbO含量越高。 2、形态 （1）晶质铀矿 晶质铀矿的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，粗大的晶体（粒径达10 cm）很少见，有时可见萤石型穿插双晶。集合体形态呈散染粒状、树枝状。 （2）沥青铀矿 呈隐晶质，通常以球粒状、胶状、肾状、葡萄状、皮壳状及致密块状等胶状集合体形式产出。 （3）铀黑 残余铀黑常有呈沥青铀矿的假象，属于结晶质或非晶质。结晶质铀黑为等轴晶系，石英型结构，实际上，残余铀黑就是氧化程度较高的沥青铀矿；再生铀黑主要以集合体形式存在，呈薄膜状、烟灰状，质很松散。 3、物理性质 晶质铀矿和沥青铀矿呈钢灰色和黑色，条痕黑色、绿黑色至褐黑色，不透明。具有沥青光泽，晶质铀矿的晶面呈半金属光泽，氧化后呈土状光泽。无解理。断口呈贝壳状和参差状。硬度4～6，单晶体硬度可达5.5～6。 铀黑呈灰黑、深灰、淡绿灰色。质松散，土状光泽，有时呈弱沥青光泽。断口扁平并呈贝壳状和参差状。硬度为1～4。 4、鉴定特征 （1）晶质铀矿 强放射性，黑色，等轴粒状晶形，半金属至沥青光泽，密度大（6.5～9.7），溶于浓硝酸和浓硫酸并有铀的微化反应以及常有次生变化。 （2）沥青铀矿 强放射性，黑色，葡萄状、肾状的集合体形态，沥青光泽，密度大（6～9），溶于浓硝酸和浓硫酸并有铀的微化反应以及常有次生变化。此外，灰色微带褐色的反射色也是其重要的鉴定特征。 （3）铀黑 灰黑色、呈薄膜状、烟灰状，质很松散。土状光泽，有时呈弱沥青光泽。断口扁平并呈贝壳状和参差状。硬度为1～4。 X射线粉晶分析和反光显微镜下鉴定是晶质铀矿和沥青铀矿的主要鉴定方法。 5、成因和产状 晶质铀矿和沥青铀矿能在各种地质作用中形成。 （1）晶质铀矿 晶质铀矿常见于花岗岩和花岗伟晶岩中。此外，还形成于岩浆岩型矿床、伟晶岩型矿床、高温热液型矿床、中温热液型矿床和沉积－变质矿床。晶质铀矿主要是高温条件下结晶的产物。 （2）沥青铀矿 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型铀矿床中。 （3）铀黑 铀黑是麦尔科夫在1939年提出的概念。根据形成条件，他区分了两种铀黑残余铀黑和再生铀黑。残余铀黑是沥青铀矿在酸性介质中不能充分氧化的产物，产于含硫化物热液铀矿床及后生淋积铀矿床氧化带底部的胶结带中；再生铀黑是在还原条件下，从含铀地下水中析出的，产于含硫化物铀矿床氧化带底部的胶结带中或后生淋积铀矿床中。 二、铀的硅酸盐 铀的硅酸盐是以U4和SiO44-为主要成分的矿物。目前只发现了一个矿物种铀石。该矿物在自然界分布较广，有重要的工业意义，是目前炼铀的主要矿物原料之一。 铀石（Coffinite）的晶体化学式为U[SiO4]1-xOH4x （x0.5） （1）化学组成 在化学组成中，其中一部分U4已氧化为U6。因为很难分离出纯净的单矿物样品，所以其试样中常混有大量杂质，如Ca，Mg，Fe，Al，P，V和As等。 在铀石中有时含有Th和REE元素。ThO2含量为00.57，REE2O3含量为0％～2.53，主要以类质同象形式存在。 （2）铀石的变生态 铀石多呈变生态。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（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常是多矿物集合体，铀石单体各部分的变生程度是不均匀的。新形成的矿物相一般都十分细小，没有发生聚集结晶作用，但如有热液作用叠加，则形成局部聚集。 （3）形状 单晶体呈柱状、短柱状、针状、矛状及纺锤状，非常细小。集合体呈散染粒状、放射状、晶簇状、肾状、皮壳状。 （4）物理性质 黑色、褐黑色、灰黑色。条痕浅灰至黑色。玻璃光泽至半金属光泽或金属光泽。透明至不透明。无解理。性脆。断口呈参差状至贝壳状。硬度为4.5～5.5。密度为4.39～5.18USiO4的密度为7.15 g/cm3。 （5）鉴定特征 无晶形的铀石与沥青铀矿之间，以及呈晶体的铀石与呈铀石假象的沥青铀矿之间，在形态和物理性质方面非常相似，因此在手标本中很难区别。两者的区别在于铀石透明至不透明（变生铀石），非均质（变生者均质），裂纹较少，溶于酸但比沥青铀矿的溶解慢，在盐酸中溶解时还需加热；而沥青铀矿不透明，均质，裂纹多。 （6）成因 铀石是分布较广的原生铀矿物。 中低温热液成因和后生成因的铀矿床中分布有铀石。 三、铀和钛的复杂氧化物 本类矿物包括三个矿物种，即钛铀矿、斜方钛铀矿和铈铀钛铁矿。其中钛铀矿具有重要的工业意义，而铈铀钛铁矿只具有有限的工业价值。 本类矿物的主要成分是UO2和TiO2。矿物中UO2含量变化较大，最高可达58％，最低为7.2％。其中一部分U4已氧化为U6，此外，还常含呈类质同象的Th，REE等，以及Fe，Ca，Pb，Si等杂质。 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。本类矿物的晶体呈柱状、板状或不规则粒状、黑色、褐黑色、深褐色。条痕黄褐至暗绿褐色、褐黑色。沥青光泽至半金属光泽。无解理。断口呈贝壳状。硬度为4.5～6。密度为4.1～6。具磁性或电磁性。 本类矿物在外表特征上与铀的简单氧化物矿物有某些相似。但本类矿物多呈柱状、板状，条痕黄褐色，表面鲜艳，无表生铀矿物，不溶于酸，在X射线照射下不发生衍射；而铀的简单氧化物矿物多呈立方体或胶态集合体，条痕黑色，易氧化，表面及裂隙面常有表生铀矿物，能溶于酸，在X射线照射下能发生衍射。 四、铀的磷酸盐 铀的磷酸盐是以U4和PO43-为主要成分的矿物。本类矿物包括人形石、莱磷铀矿和维磷铀矿三种矿物。其中仅人形石具有一定的工业价值。 人形石由于最早发现于日本人形卡矿区而得名。 本类矿物中，UO2含量为56％～77％，P2O5为29～17％。本类矿物除人形石含Ca外，其他矿物都不含其他金属阳离子，一般都含水。 人形石（Ningyoite）的晶体化学式为Ca2-xUx[PO4]2nH2O （x≤1，n1，2） 本类矿物的晶体呈针状、片状，非常细小。集合体呈星状、球粒状、椭球状、葡萄状、放射状、土状块体。绿色。丝绢光泽、土状光泽。密度为4～5。在紫外线照射下不发荧光。 绿色、针状和片状晶形以及PO43-的微化反应是本类矿物的鉴定特征。各矿物种之间可根据显微镜下特征和粉晶衍射数据区别。 3.2 六价铀矿物 一、铀酰氢氧化物和重铀酸盐 目前已知的铀酰氢氧化物和重铀酸盐有24个矿物种和1个变种。它们均产于铀矿床或铀矿化点氧化带，而且在产状上与原生铀矿物有密切的联系，因此有重要的意义。 1、化学成分 本类矿物主要由UO22，OH-和O2-组成。此外，还含有金属阳离子和水分子。UO3含量为52～90％，一般为71～84％。 2、形态和物理性质 铀酰氢氧化物的晶体呈板状、针状及柱状。板状晶体的截面常呈六角形或矩形。其集合体呈放射状、玫瑰状、纤维状及毛毡状等。晶体一般很少见，通常以隐晶质致密块体或皮壳状集合体形式产出。 本类矿物多呈黄、橙及橙红色。其颜色主要取决于金属阳离子的成分。不含其他金属阳离子的和含碱金属、碱土金属等惰性气体型离子的铀酰氢氧化物一般呈黄色，而含有过渡型离子者则呈该离子的特征色。 本类矿物透明或半透明。晶体呈金刚光泽或半金刚光泽，隐晶质集合体呈油脂光泽或黯淡光泽。在紫外线照射下不发荧光。有一组完全解理。 二、铀酰硅酸盐 目前已知的铀酰硅酸盐有15个矿物中。其中有些矿物在自然界分布很广，有重要的找矿意义。 1、化学成分 本类矿物的化学成分主要由UO22和SiO44-组成，此外，还含有金属阳离子和水分子。金属阳离子成分主要是碱金属和碱土金属元素以及亲硫元素Cu和Pb，个别情况下有Co，Ni，H和UU6等。 全部铀酰硅酸盐都是含水矿物。一般在12％左右。水在矿物中以水分子或OH-形式存在。 2、形态和物理性质 铀酰硅酸盐的晶体多呈柱状、针状，仅个别矿物呈片状。集合体呈放射状、星状、纤维状、毛毡状、球粒状、薄膜状、皮壳状和致密块状等。其针状晶形十分突出。 本类矿物一般为浅黄和黄色，只有当其含铜时呈绿色，含铅时呈橙黄色。晶体透明至半透明。玻璃光泽或蜡状光泽，解理面呈珍珠光泽，纤维状集合体具有丝绢光泽，致密块体具有蜡状至暗淡光泽。 本类矿物常具有一组完全解理，有时还有一至两组中等解理。硬度一般为2～3，但硅铅铀矿的硬度可达4～5。 本类矿物均溶于稀酸，并有硅胶反应。 浅黄色和针状晶形是铀酰硅酸盐的典型特征。 三、铀酰磷酸盐 目前已知的铀酰磷酸盐有33个矿物种和4个变种。其中有些矿物在自然界分布十分广泛，有重要的找矿意义。 1、化学成分 本类矿物主要由UO22和PO43-组成，此外，还含有金属阳离子和水。金属阳离子的成分主要是Ca、Ba、Cu、Mg、Al等。 所有的铀酰磷酸盐都是含水矿物，其含水量一般为14％～16％。水在矿物中以H2O，OH-或H3O形式存在。 2、形态和物理性质 本类矿物的晶形为其层状晶体结构的反映。 磷酸盐铀云母的晶体多呈四方形、矩形或八角形状及板状，而磷钙铀矿组矿物的晶体多呈板条状、柱状、针状或长片状。 磷酸盐铀云母常形成结晶完好的晶体，其集合体呈晶簇状、鳞片状、微晶皮壳状及被膜状。磷钙铀矿组矿物的晶体一般都比较细小，也很少见，其集合体通常呈微晶皮壳状、薄膜状及粉末状等，较少呈晶簇状、放射状及鳞片状。 本类矿物的颜色多为黄色及浅绿黄色。当含色素离子时，则呈其特征色。 大部分磷酸盐铀云母都具有一组完全的解理。本类矿物的硬度一般为2～3。 所有的铀酰磷酸盐都易溶于稀酸。 四、铀酰钒酸盐 目前已知的铀酰钒酸盐有12个矿物种和2个变种。这些矿物一般都产在沉积和后生铀矿床及铀矿化点氧化带，是重要的找矿标志。其中钒钾铀矿和钒钙铀矿有时能形成具有独立工业价值的铀矿床。 1、化学成分 本类矿物主要由UO22和VO43-组成。此外，还含有金属阳离子和水。金属阳离子以K和Ca最常见。 所有的铀酰钒酸盐都是含水矿物。其水含量一般为9％～16％。水在矿物中多以H2O分子形式存在，个别矿物含OH-或H3O。 2、形态和物理性质 铀酰钒酸盐的晶体呈菱形、假六方形和矩形片状、板状及板条状。晶体细小，也很少见。集合体通常呈粉末状、被膜状及皮壳状，有时呈细鳞片状、放射状及晶簇状。 本类矿物多呈鲜黄和柠檬黄色。晶体具有金刚光泽至蜡状光泽，解理面呈珍珠光泽，集合体具有蜡状光泽至土状光泽。 本类矿物一般具有一组完全解理，硬度为2～3。 所有的铀酰钒酸盐都易溶于稀酸。 五、铀酰的复盐 铀酰与两种以上络阴离子结合而成的矿物称为铀酰的复盐。目前已知的铀酰复盐有三类共4个矿物种。其中板菱铀矿分布较广，是重要的找矿标志。 板菱铀矿NaCa3UO2[CO3]3[SO4]F10H2O 鉴定特征晶体呈假六方板状，有时可见聚片双晶，集合体呈鳞片状、玫瑰状、皮壳状、肾状、球粒状及盐霜状。 浅绿黄、浅绿色，较少呈浅黄色。透明至半透明。玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。有一组完全解理，性脆。硬度为2.5。 3.3 含铀矿物 含铀矿物是以铀为非基本组分，但具有偏高的铀含量的矿物。铀在其中的价态可以是4，也可以是6。 根据铀在矿物中的存在形式，含铀矿物可分为下列三类 ①铀呈类质同象混入物的含铀矿物； ②铀呈吸附质状态的含铀矿物； ③铀呈铀矿物超显微包裹体的含铀矿物。 一、铀呈类质同象混入物的含铀矿物 在简单氧化物、复杂氧化物、硅酸盐和磷酸盐等4类矿物中有一系列含铀矿物，其中的U4呈类质同象状态置换了矿物中的Th4，REE3，Zr4等离子。在该类矿物中通常都含有U6，U6是U4的氧化产物。 例如 方钍石（Th,U）O2； 二、铀呈吸附质状态的含铀矿物 本类含铀矿物包括钙的氟化物，铜和镉的硫化物，硅、铁、锰和钛的氧化物，钙的碳酸盐，硫酸盐，磷酸盐和钼酸盐及一部分层状硅酸盐。它们的铀含量都很低，而且变化范围较大，一般为0.015.0。 本类含铀矿物除具有放射性外，其他性质与不含铀的同种矿物相比，基本没有差别。 本类含铀矿物中呈吸附质的铀主要呈6价氧化态，以UO22，UO2OH，UO22OH22等形式被矿物吸附。 三、铀呈铀矿物超显微包裹体的含铀矿物 已发现的铀矿物的超显微包裹体有晶质铀矿、铀石、钙铀云母等。铀矿物包裹体多分布在含铀矿物的晶格缺陷、微裂隙及微孔洞中。 第四章铀矿物的鉴定方法与研究方法 一、铀矿物的鉴定程序 铀矿物的鉴定可分为三个步骤矿物外表特征鉴定、矿物分离及矿物鉴定。 1、矿物外表特征鉴定 矿物外表特征鉴定是矿物工作中的基本方法，也是进一步鉴定与研究的前提。其任务在于凭借肉眼，用放大镜和小刀等简单工具，根据矿物的颜色、条痕、光泽、单体和集合体形态，硬度、解理、断口等外表特征，对矿物的名称或所属类别作出初步鉴定。 2、矿物分离 为了获得可靠的分析数据，必须保证样品的纯度。为此需要利用一定的手段，以挑选出纯净的单矿物。 矿物分离的步骤如下碎样和筛分，分选。 3、矿物鉴定 本步骤的任务是运用各种手段比较准确地测定矿物在物理性质、晶体结构及化学成分等方面的某些参数，并在此基础上确定矿物的种名及其他有意义的特征。 二、铀矿物的鉴定方法 1、放射性照相 放射性照相是利用铀、钍矿物对照相底片辐照后能使其感光的特性，来检查铀、钍矿物和研究其分布特点的方法。 2、裂变径迹分析 裂变径迹分析是利用矿物中铀、钍原子核的裂变碎片在周围介质中形成的径迹，来测定矿物中铀、钍含量和研究其空间分布的方法。 3、简易化学定性分析（微化分析） 简易化学定性分析是利用化学试剂和少量样品，根据发生的特征化学反应而对矿物的化学成分作出定性测定的方法。 4、荧光分析 5、光性鉴定 6、X射线分析 7、热分析 8、电子探针X射线微区分析 9、红外光谱分析 思考题 1、四价铀矿物分哪几种矿物类型，各类型中主要的化学成分是什么 2、四价铀矿物中铀的简单氧化物、铀的硅酸盐矿物的主要鉴定特征。 3、六价铀矿物分哪几种矿物类型，各类型的主要化学成分是什么 4、六价铀矿物中铀酰氢氧化物、铀酰硅酸盐的主要鉴定特征。 5、含铀矿物中的铀的存在形式。 6、了解铀矿物的鉴定程序，简要了解铀矿物的鉴定方法。 作业1、2、3、4、5 7