03铀矿

《能源矿产学》张静[e-mail]矿床与勘探教研室铀矿地质学简介矿床与勘探教研室张静[e-mail]国防工业；–核武器民用核能源–核电站1954年，前苏联原子能发电站开始运转；1956年，英国；1975年，美国。法国，比利时、保加利亚瑞典等国的核电量也已占本国总电力生产的50％～70％。–医用等铀矿资源用途我国核电站的建设也正在稳步发展。核能是一种很有发展前途的能源。铀矿资源是核工业的基础，是国家的战略性资源。第一节世界铀矿资源概况第二节铀的性质与铀矿物特征第三节铀矿床的工业要求第四节铀矿床学概论第五节我国的铀矿资源第一节世界铀矿资源概况20世纪60年代以来，国际经济合作与发展组织的核能机构与国际原子能机构在其成员国的协助下，出版了有关世界铀资源、铀生产与需求的定期刊物，俗称“红皮书”。每2年一期。中国《铀矿地质》一、空间分布特点铀资源的已知资源主要集中在10个国家和地区，它们占了全球铀资源量的90%。世界铀储量分布情况世界主要产铀国家或地区：–1.澳大利亚–2.南非–3.美国–4.加拿大–5.尼日尔–6.巴西–7.纳米比亚世界已探明的具有工业价值的铀矿床，大都分布于北美和非洲，其储量约占目前世界铀总储量的62％。70年代以来，澳大利亚大规模铀矿床的发现使之成为世界铀矿资源重要基地之一。欧洲：除俄罗斯和法国外，其余国家还没有找到重要的铀矿资源基地。英国、瑞典、葡萄牙、西班牙、联邦德国、捷克斯洛伐克和南斯拉夫等国家只发现了一些中、小型铀矿床，它们在世界铀矿储量中占的比重极小。在亚洲国家中，中国为主，中小型铀矿床为主。近10年来，印度、巴基斯坦和日本等相继发现了一些中、小型铀矿床或远景地区，但己探明的铀矿储量远不能满足本国原子能工业发展的需要。铀储量在不同铀成矿时代中的分布：–元古代约占50％，–中新生代约占33％，–古生代约占17％。二、时代分布特点已发现的铀矿床类型有20多种，其中具有工业意义的只有如下6种：–砂岩型、元古宙不整合脉型、含铀砾岩型、热液脉型、白岗岩型及钙结岩型。–此外，还有澳大利亚的奥林匹克（Cu-Au-U）型。–前3种的铀储量约占世界工业铀总储量的72.8％，而其余类型只占27.2％。三、铀矿类型第一节世界铀矿资源概况第二节铀的性质与铀矿物特征第三节铀矿床的工业要求第四节铀矿床学概论第五节我国的铀矿资源铜铀云母（Torbernite）【化学组成】Cu[UO2]2[PO4]2·12H2O。【晶体结构】四方晶系。【形态】板状、短柱状，横断面四边形或八边形。【物理性质】颜色鲜艳，翠绿色。条痕淡绿色。透明。玻璃光泽，解理面珍珠光泽。参差状断口。摩氏硬度2-2.5，比重3.22-3.60，解理{001}完全。性脆，具强放射性。紫外光下发黄绿色荧光。【成因及产状】次生矿物，产于原生铀矿床的氧化带中，形成于酸性环境。【主要用途】提取铀的原料之一。铀，极为稀有的放射性金属元素，地壳中的平均含量仅百万分之二，形成可工业利用矿床的几率比其他金属元素要小得多。铀矿是矿石家族中的“玫瑰花”，色彩绚丽，却具放射性。铀是核裂变的主要物质，极重要的战略资源，保持国家核威慑力量和维系核大国地位的坚强保障。一、铀的性质铀铀矿物很早就被收藏。1789年，德国化学家克拉普罗特(Klaproth)发现铀元素。1841年，法国化学家用金属钠还原氧化铀时，获得金属铀。1896年，贝可勒尔发现了铀的放射性，并证实了它可以转化为其它元素。1898年，居里夫妇从捷克斯洛伐克雅希莫夫铀矿石中提取了镭(3t铀提取1g镭)。–铀矿石除了用于提取镭之外，还用于玻璃、陶瓷、着色及合金钢工业。1938年12月，德国科学家奥托·哈恩证实并阐明了铀在中子轰击下产生裂变现象，从此打开了利用原子能的大门，铀开始引起了人们的极大的兴趣和关注。1U地球化学U原子序数92；地表氧化作用条件下，U、Th容易分离（U6+，UO22+络合物，易溶于水）。地幔地壳中U的丰度都很低。在部分熔融和岩浆分离结晶作用过程中，U富集在液相中，进入富Si的矿物，因此从超基性、基性岩，到酸性岩，U浓度依次增加，花岗岩富集U。岩浆岩中，U主要富集在副矿物中，造岩矿物中低。2.U的放射性衰变U的同位素都具天然放射性，自然界有6个–238U99.2740％–235U0.7204％–234U0.0057％–233U、236U和237U丰度很低3.铀在矿石中的存在形式铀呈独立矿物形式：–如晶质铀矿、沥青铀矿和铀石等矿物；铀呈类质同象混入物的含铀矿物：–如方钍石、烧绿石和褐钇铌矿等；铀呈吸附状态存在于其它矿物中：–如绿泥石、褐铁矿、蛋白石及有机物。独立铀矿物是矿石中铀的主要存在形式。自然界已发现铀矿物和含铀矿物200余种，常见铀矿物和含铀矿物仅40多种。铀矿物也依其成因分为原生和次生铀矿物。–从数量上看，次生铀矿物种类较多，而原生铀矿物种类较少。–从工业利用上看，原生铀矿物是铀的主要来源，次生铀矿物是次要的。4.具有工业价值的铀矿物和含铀矿物原生铀矿物：晶质铀矿UO227.00-72.25%,UO313.27-54.59%沥青铀矿UO227.55-59.30%,UO322.23-52.8%铀黑UO21.5-11.70%,UO39.8-40.4%铀石UO246.3-68.3%铈铀钦铁矿U3O89.8-20.0%钛铀矿UO21.13%,UO336.8%人形石U3O845%主要含铀矿物氧化铀含量范围：晶质铀矿穿插双晶晶质铀矿uraninite理想的化学成分为UO2晶质铀矿uraninite等轴晶系的氧化物矿物。立方体或八面体为主，但少见；一般成细粒状产出。黑色，条痕棕黑色。半金属光泽，风化面光泽暗淡。贝壳状断口。摩氏硬度约5.5。比重7.5～10.0。氧化程度深的,颜色趋于暗棕,比重明显偏小。粒状、钟乳状或土状集合体。–肾状、钟乳状隐晶质或非晶质集合体称为沥青铀矿，–松散隐晶质或非晶质的无光泽粉末状、土状集合体称为铀黑。钍、钇、铈等稀土元素可类质同象替代铀，含量高的分别称为钍铀矿或钇铀矿。砂岩中有一条1.5cm宽的铀矿脉，亮黄色者为2mm宽的水铀矾条带.PaulM.Schumacher晶质铀矿块状集合体葡萄状沥青铀矿沥青铀矿（肾状、钟乳状隐晶质或非晶质集合体）次生铀矿物：–钒钾铀矿UO363％－65％–钒钙铀矿UO357％－58％–钙铀云母UO355.08％－62.90％–铜铀云母UO357％－61％–铜砷铀云母UO351.13％含铀矿物：–钍石UO30.46%－9.0％–方钍石UO21．13％，UO318．88％–烧绿石UO215.55％-18.42%–黑稀金矿UO25．61％～16．40％–铌钦铀矿UO213．22％-25．31％–氟磷灰石UO20．08％－0．20％–胶磷矿UO20.5％－0.17％–独居石UO20.33%－15.64％铜铀云母（Torbernite）四方晶系复四方双锥晶类。板状、短柱状晶体，横断面四边形或八边形。姜黄色、祖母绿色、苹果绿色，颜色鲜艳，条痕较浅。透明。玻璃光泽，解理面珍珠光泽。摩氏硬度2-2.5，比重3.22-3.60，解理{001}完全。性脆，具强放射性。紫外光下发黄绿色荧光。镜下多色性明显，一轴正晶。铀矿床中普遍出露的矿物，形成于酸性环境。Cu(H2O)8[UO2(PO4)]2.nH2O(n可达12），铜铀云母（Torbernite）板状、短柱状晶体，横断面四边形或八边形。红伟晶岩中的硅钙铀矿钙铀云母深黄铀矿（Becquerelite）目前大量开采的原生铀矿物是沥青铀矿、晶质铀矿，一些铀矿床中，人形石和铈铀钛铁矿也得到开采。此外，次生铀矿物，如铀的钒酸盐和磷酸盐等也被开采，但其数量不多。海水中蕴藏着巨大的铀储量，其总量约为40×108t，但是在海水中铀的含量很低，平均值只有3×10-9，难于利用。–70年代以来，一些贫铀国家，如英国、德国和日本大力从事从海水中提取铀的研究工作。–1978年，日本首次从海水中提取重铀酸铵获得成功。但是，由于成本昂贵，尚不能得到开发和利用。5.铀矿资源的其它来源第三节铀矿床的工业要求一、铀矿床的经济评价1.综合的成本指标：–50美元/kgU3O8；80美元/kgU3O8；130美元/kgU3O8确定铀矿床的商品价格，至于何时采用何种成本指标取决于铀的市场价格和销售前景。成本指标直接影响所采用的铀矿床的工业指标，如最小储量、最小可采厚度、最低可采品位、边际品位，允许有害组分的最高含量等。2.矿石品位矿石品位指标不固定，随着市场价格的变化而变化。–50年代以来，我国普遍采用品位指标(金属铀):边际品位0.03%，最低工业品位0.05%。–某些国家的最低工业品位（U3O8）一般为0.07%－0.08%；–如果铀矿床的开采和选冶技术条件简便而经济，U3O8可降到0.05％－0.06％；若矿石中含有可供综合利用的组分，U3O8还可降到0.01％-0.04％。根据铀含量将矿石划分为如下品级：–极富矿石（一级矿石），铀含量1％–富矿石（二级矿石），铀含量0.3％-1%–普通矿石（三级矿石），铀含量0.1-0.3％–贫矿石（四级矿石），铀含量0.05-0.1％–表外矿石（五级矿石），铀含量0.03-0.05％3.矿床规模国际上，目前采用的铀矿床规模的分级标准大致是：巨型铀矿床U3O8储量大于100,000t大型铀矿床U3O8储量10,000-100,000t中型铀矿床U3O8储量1000－10,000t小型铀矿床U3O8储量500-1000t第四节铀矿床学概论一、铀矿床的分类–铀元素的地球化学性质非常活泼，往往在不同地质作用下形成不同类型的铀矿床。–多成因叠加成矿，许多铀矿床的形成和保存都经历了铀的沉淀富集、再活化再沉淀富集的复杂过程。目前，铀矿床分类方案不统一。铀矿床分类的历史回顾1979年，美国学者达拉加姆提出了内生铀矿床的分类方案，具体如下：（一）接触交代型铀矿床（二）侵入岩型铀矿床1．正长岩型铀矿床2.白岗岩型铀矿床3．花岗伟晶岩型铀矿床4．花岗岩型铀矿床5．伟晶岩型铀矿床6．热液脉型铀矿床（三）酸性火山岩型铀矿床1980年，前苏联学者丹切夫提出了外生铀矿床的分类方案。（一）地面表生作用形成的铀矿床1.机械风化作用形成的残积和坡积-洪积含铀矿物砂矿床2.化学风化作用形成的矿床氧化带和淋积铀矿床（二）沉积作用形成的铀矿床1．冲积和滨海砂矿床（三）成岩作用形成的铀矿床1．海相沉积物成岩作用形成的铀矿床2．陆相沉积物成岩作用形成的铀矿床（四）后生作用形成的铀矿床1.层间水形成的铀矿床2.构造裂隙水形成的铀矿床《铀资源地质学》的分类岩浆铀矿床伟晶岩型铀矿床热液铀矿床花岗岩型铀矿床火山岩型铀矿床不整合面型铀矿床交代岩型铀矿床角砾岩型铀矿床外生铀矿床砂岩型铀矿床碳硅泥岩型铀矿床钙结岩型铀矿床变质铀矿床我国铀矿地质工作者的分类：（一）花岗岩型铀矿床1．花岗岩体内部铀矿床2．花岗岩体外接触带铀矿床3．花岗岩体盖层铀矿床（二）火山岩型铀矿床1．火山岩体内部铀矿床2．火山岩体外接触带铀矿床3．火山岩体盖层铀矿床（三）碳硅泥岩型铀矿床1．炭板岩、硅板岩型铀矿床2．硅岩、硅灰岩型铀矿床3．碳酸盐岩型铀矿床（四）砂岩型铀矿床1．砂岩型铀矿床2．煤岩型铀矿床以围岩成分为基础的铀矿床分类，基本上总括了目前我国主要铀矿床类型及分布，有助于找矿和勘探。二、铀矿床形成过程———以砂岩型铀矿床为例砂岩型铀矿床是指工业铀矿化主要产于砂岩（包括含砾砂岩、粉砂岩、泥岩）中的铀矿床。一般属于后生成因。世界上分布最广的铀矿床类型之一，工业意义极大。1.成矿地质条件特征一般位于大陆型地壳基底的盆地内。大型盆地–例外，美国谢利盆地350km2，铀储量56000tU3O8。渗透性好的层/似层状、席状、带状砂体。炎热干旱、半干旱的交替气候岩石组合条件