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第三章 铀矿物通论 教学目的：让学生了解铀矿物的化学成分、晶体化学特点及铀矿物的成因和分类，掌握铀矿 物的基本特征及鉴定方法。 教学重点和难点：铀矿物的特点和成因，铀矿物的鉴定。 主要教学内容及要求： 了解铀矿物的化学成分、晶体化学特点及铀矿物的成因和分类； 理解主要铀矿物的特征； 掌握铀矿物的特征及鉴定方法。 矿物是具有相对固定的化学成分和确定的内部结构的天然产物，铀矿物是以铀为基本组 分的矿物，现已发现 155 种铀矿物，下面分别叙述其基本特征。 第一节 铀矿物的化学成分 一、铀矿物的组成元素 在自然界，铀能与许多种化学元素结合。与铀结合的阴离子主要是 O2 －，而（OH ）一 只见于少数铀矿物中，F－只见于个别铀旷物中。许多元素以络阴离子形式与铀结合。铀矿物 4－ 3－ 3－ 6－ 2 － 2 － 2 － 中常见的络阴离子有[SiO ] ，[PO ] ，[AsO ] ，[V O ] ，[CO ] ，[SO ] ，[MoO ] ， 4 4 4 2 8 3 4 4 [SeO ]2－和[TeO ]2 －等。 3 3 参与铀矿物组成的阳离子主要是亲石元素（惰性气体型离子和靠近惰性气体型离子一侧 的过渡型离子）中的 K ，Na ，Ca，Mg ，Ba ，AI ，Ti，Th，Y ，RE ，Nb ，Ta 和 Mn 等，其 次是亲硫元素（铜型离子）中的 Cu，Pb ，Zn ，Bi ，Tl 以及亲铁元素（过渡型离子）中的Fe ， Co，Ni 和 Mo 等（图 1.1）。在个别情况下，亲气元素H 和 N 以H+和 NH4+ 的形式参与铀矿 物的组成。 二、铀矿物化学成分的特点和变化 （一）铀的价态 铀是变价元素，在矿物中以+4 和+6 两种价态存在。 3 1 2 铀原子有 6 个价电子，其价电子层结构式为 5f 6d 7s 。当这6 个价电子相继失去时，铀 可以形成+2 ，+3 ，+4 ，+5 和+6 五种价态。但是，在自然界除+4 和+6 外，其他价态都不稳 定。 氧化态为零的铀在水溶液中是极强的还原剂。因此，在自然界不能形成铀的单质。 在自然界+4 和+6 价的铀以 U4+和 UO22+ （铀酰）离子形式存在。 铀以+4 和+6 两种价态存在这一现象有十分重要的意义，因为四价铀和六价铀，不但在 晶体化学性质上，而且在地球化学性质上都有重大的差别。 22 在化学成分上既含四价铀，又含六价铀，在结构上以 U4+ 为基本构造单元的矿物称为四 价铀矿物。在成分上以六价铀为主（或全部是六价铀），在结构上以铀酰一阴离子组合（主 要是铀酰-阴离子层）为基本构造单元的矿物称为六价铀矿物。 四价铀矿物多数为内生作用的产物，能稳定地存在于还原环境下；六价铀矿物多数为表 生作用的产物，能稳定地存在于氧化环境下。当外界环境改变时，矿物中的 U4+和 U6+能相 互转化。 （二）元素组合 铀属于亲石元素，与氧有很强的亲合力，因此在自然界只形成氧化物、氢氧化物和含氧 盐类矿物，而不形成硫化物、砷化物和氟化物类矿物，也不存在自然元素型的单质铀。 铀矿物中的元素组合因铀的价态而异。这是铀矿物化学成分的又一特点。 由图 1.1 可见，与四价铀结合的元素几乎全部属于亲石元素* 。它们组成的矿物有简单 氧化物、复杂氧化物、硅酸盐和磷酸盐等。 与六价铀结合的元素种类很多。除亲石元素外，还有亲硫元素、亲铁元素和亲气元素。 它们组成的矿物有氢氧化物和含氧盐类。六价铀矿物的形成条件表明，亲硫元素、亲铁元素 和亲气元素只是在氧化环境下才参与铀矿物的组成的。这反映了物理一化学条件的强烈影 响。在表生作用带的氧化条件下，许多元素的活动性增强，铀也以化学性质十分活泼的铀酰 形式参与地壳表层的地球化学反应，所以才形成了上述元素组合。 （三）类质同象 类质同象是引起矿物化学