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美麗的鈾礦石

 笑熬漿糊糊 2013-05-31

 

鈾礦有土狀、粉末狀、塊狀等等,有些土狀的鈾礦被稱為鈾黑,而塊狀的則被稱為瀝青鈾礦。鈾礦石是具有放射性的危險礦物。他們除了可以提取鈾用于核工業(yè)外,還可以從中提取到鐳和其他稀土元素。鈾,一種極為稀有的放射性金屬元素,在地殼中的平均含量僅為百萬分之二,其形成可工業(yè)利用礦床的幾率比其他金屬元素要小得多。鈾礦是礦石家族的“玫瑰花”,色彩艷麗,卻具放射性。鈾礦石有上百種,今擇其二十六種,詳細(xì)介紹。

一、脂鉛鈾礦

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【化學(xué)組成】天然的鈾氧化物的混合物,是晶質(zhì)鈾礦氧化后和水化合最后階段的產(chǎn)物。

【形態(tài)】往往呈致密塊體和皮殼,產(chǎn)于許多著名的晶質(zhì)鈾。

【成因及產(chǎn)狀】脂鉛鈾礦常常含有鉛和釷的氧化物以及大量的水,是一種鈾氧化物的混合物。為塊體或覆著在其他礦物上的殼狀。這種礦物的外觀變化很大,有些呈樹脂狀,故此得名。

二、斜水鉬鈾礦

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【化學(xué)組成】UMoO6(H2O)2·2H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】單斜晶系,斜方柱晶類。

【物理性質(zhì)】細(xì)晶粒,摩氏硬度2,比重4.6。

【成因及產(chǎn)狀】一種鈾礦。罕見礦物,產(chǎn)出于鈾礦脈之粘土礦物蝕變帶內(nèi)。

三、銅鈾云母

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【化學(xué)組成】 Cu[UO2]2[PO4]2·12H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】四方晶系。

【形態(tài)】板狀、短柱狀晶體,橫斷面四邊形或八邊形。

【物理性質(zhì)】顏色鮮艷,翠綠色。條痕較淺,淡綠色。透明。玻璃光澤,解理面珍珠光澤。參差狀斷口。摩氏硬度2-2.5,比重3.22-3.60,解理{001}完全。性脆,具強放射性。紫外光下發(fā)黃綠色熒光。

【鑒定特征】以其鮮明的顏色 , 四方板狀晶形,強放射性等為特征。

【成因及產(chǎn)狀】次生礦物,產(chǎn)于原生鈾礦床的氧化帶中是鈾礦床較普遍產(chǎn)出的礦物,形成于酸性環(huán)境。

【主要用途】提取鈾的原料之一。

【其它】世界上著名的產(chǎn)地有德國、西班牙、英國、澳大利亞和美國等。

四、鐵鈾云母

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【化學(xué)組成】Fe2+(H2O)8[UO2(PO4)]2

【晶體結(jié)構(gòu)】單斜晶系,薄板狀晶體。

【物理性質(zhì)】顏色,橄欖綠、青銅黃色、黃色。透明。玻璃光澤。摩氏硬度2.5-3,比重3.4,解理{010}完全。

【成因及產(chǎn)狀】一種鈾礦。產(chǎn)于黃鐵礦晶質(zhì)鈾礦脈的氧化帶,與銅鈾云母、水磷鈾礦共生。

五、水鈾礦

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【化學(xué)組成】UO2)6O2(OH)8.6H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】斜方晶系

【物理性質(zhì)】薄片狀、針柱狀晶體。放射狀。紫黑色,條痕褐紫色。金屬光澤,摩氏硬度2-3,解理{100}完全。

【成因及產(chǎn)狀】鈾礦之一。瀝青鈾礦蝕變產(chǎn)物,與深黃鈾礦、柱鈾礦共生。

六、水硅鈣鈾礦

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【化學(xué)組成】Ca{(UO2)2[Si2O5]3}.5H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】單斜晶系。

【物理性質(zhì)】晶體鱗片狀。放射狀、球粒狀。淺黃色、黃綠色。透明。珍珠光澤。摩氏硬度3.5,比重3.35,解理{100}完全。

【成因及產(chǎn)狀】紫外線下發(fā)弱綠色熒光。形成于鈾礦床氧化帶,是分布很廣的表生鈾礦物。具有重要的找礦意義。

七、深黃鈾礦

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【化學(xué)組成】Ca[(UO2)6O4(OH)6].8H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】斜方晶系,斜方雙錐晶類。

【物理性質(zhì)】晶體沿b軸呈柱狀、針狀或板狀。常可見聚片 雙晶 、或三連晶、棕黃-鮮黃色,條痕 淺黃。油脂光澤、玻璃光澤、金剛光澤,摩氏硬度2-3,比重5.09-5.68,溶于酸中。360攝氏度時失去全部水。

【成因及產(chǎn)狀】鈾礦床氧化帶最早期產(chǎn)物。常與板鉛鈾礦共生。

八、七水硒銅鈾礦又稱水硒銅鈾礦

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【化學(xué)組成】Cu(UO2)3(SeO3)3(OH)2·7H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】斜方晶系。

【物理性質(zhì)】晶體呈板狀,沿{100}延展,此面有平行于{001}方向的條紋。淡黃綠色至淡綠褐色。由于表面脫水使晶體經(jīng)常不透明。解理沿[100]完全。密度4.4克/厘米^3。

【成因及產(chǎn)狀】產(chǎn)于鈾礦床氧化帶,與硅鉛鈾礦、硅銅鈾礦、硅鈣鈾礦、藍(lán)硒銅礦、高硒銅礦、硒銅鉛鈾礦、硒鋇鈾礦和孔雀石等共生。

九、綠鈾礦

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【化學(xué)組成】Cu[UO2(OH)4]

【晶體結(jié)構(gòu)】三斜晶系。

【物理性質(zhì)】平行雙面晶體,板狀晶形。黑綠色,條痕綠色。摩氏硬度4,比重4.96-5.03,解理{110} 完全。鏡下弱多色性。溶于熱鹽酸,加熱時會釋放水分。 

【成因及產(chǎn)狀】一種鈾礦。產(chǎn)于鈾的硫化礦床的次生富集帶,次生產(chǎn)物。

十、碳鎂鈾礦又稱菱鎂鈾礦

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【化學(xué)組成】Mg2(UO2)(CO3)3·18H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】單斜晶系。

【物理性質(zhì)】晶體呈針柱狀、細(xì)長柱狀,沿[001]延長。組成束狀、皮殼狀。黃色,脫水后呈淺黃色。玻璃光澤。透明。性脆,硬度1~2。密度2.05克/厘米^3。

【成因及產(chǎn)狀】在紫外光照射下發(fā)弱的黃綠色熒光。是表生鈾礦物,與石膏、板菱鈾礦、纖鈾碳鈣石等共生。

十一、硅銅鈾礦

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【化學(xué)組成】Cu(H3O)2[(UO2)(SiO4)]2·3H2O 

【晶體結(jié)構(gòu)】單斜晶系。

【物理性質(zhì)】常呈很細(xì)的針狀晶體。粉末狀、致密塊狀、腎狀、放射狀、球粒狀,常呈薄膜狀、薄層狀。淺綠色、濁綠色。透明。摩氏硬度3.5-4,比重3.8,解理{010}完全,性脆。鏡下具多色性。

【成因及產(chǎn)狀】鈾礦之一。次生礦物,產(chǎn)于鈾礦床氧化帶近表面部位。

十二、硅鉛鈾礦又稱水硅鉛鈾礦、硅鈾鉛礦

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【化學(xué)組成】Pb[UO2SiO4]·H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】單斜晶系。

【物理性質(zhì)】晶體呈柱狀、細(xì)針狀和發(fā)狀。呈放射狀、星狀,有時亦見隱晶質(zhì)。棕黃、赭石黃、琥珀黃色。條痕褐黃色。半金剛光澤、油脂光澤、強玻璃光澤,塊狀具暗淡光澤。解理沿[001]完全,沿[100]、[010]不完全。硬度4~5。密度5.037~6.5克/厘米^3。不發(fā)熒光。有的資料提及發(fā)弱的淡棕色熒光。

【成因及產(chǎn)狀】產(chǎn)于鈾礦床氧化帶,在氧化帶深部與硅鈾礦、板鉛鈾礦、β硅鈣鈾礦共生;在氧化帶內(nèi)部與各種鈾酰砷酸鹽、磷酸鹽礦物、硅鈣鈾礦、玻璃蛋白石共生。

十三、硅鎂鈾礦

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【化學(xué)組成】Mg(H3O)2[(UO2)(SiO4)]2·3H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】單斜晶系,斜方柱晶類。

【物理性質(zhì)】常呈致密塊狀或似纖維的薄層狀、放射狀、球粒狀。淡黃色,玻璃光澤。透明。摩氏硬度3.35,比重3.54,解理{100}完全,性脆。具有弱的濁黃綠色熒光。

【成因及產(chǎn)狀】鈾礦之一。次生礦物,產(chǎn)于鈾礦床氧化帶。

十四、硅鉀鈾礦

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【化學(xué)組成】K[UO2(SiO3OH)]2·H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】斜方晶系。

【物理性質(zhì)】礦物晶體呈針狀、細(xì)長柱狀,呈發(fā)狀、纖維狀、皮殼狀、放射狀和似葡萄狀。顏色呈稻草黃色、黃色、淺黃色。條痕淺黃色。玻璃光澤,解理面上為珍珠光澤,放射狀,為絲絹光澤,微晶體為土狀光澤。解理沿[010]完全,沿{001}不完全。硬度3.5~4.0。密度3.49~4.20克/厘米^3。

【成因及產(chǎn)狀】在紫外光照射下發(fā)暗淡的綠色熒光或不發(fā)熒光。產(chǎn)于鈾礦床氧化帶,是原生鈾礦物氧化的產(chǎn)物,與黃鈣鈾礦、紅鈾礦、水膽礬、石膏等礦物共生。

十五、硅鈣鈾礦

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【化學(xué)組成】Ca[UO2(SiO3OH)]2·5H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】單斜晶系。

【物理性質(zhì)】晶體呈針狀或長柱狀,呈放射狀、纖維狀、薄膜狀或致密塊狀。檸檬黃、淺稻黃或淺黃白色,有玻璃光澤及絲絹光澤,解理面呈珍珠光澤。致密塊體呈蠟狀光澤。硬度2~3,相對密度3.68~3.86。

【成因及產(chǎn)狀】在紫外線照射下發(fā)微弱的污黃綠色熒光或不發(fā)熒光(致密塊體)。鈾礦之一,含鈾55.59%。形成于鈾礦床氧化帶,是分布很廣的表生鈾礦物,具有重要的找礦意義。

十六、鈣鈾云母

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【化學(xué)組成】 Ca(H2O)8[UO2(PO4)]2·nH2O

【晶體結(jié)構(gòu)】四方晶系。

【形態(tài)】板狀、片狀、鱗狀晶體,有時成雙晶。也有鱗片狀、球狀、粉末狀、被膜狀。

【物理性質(zhì)】顏色有綠黃、淺綠、淺黃色。處于潮濕環(huán)境時,顏色鮮艷,透明度好。完全底面解理。金剛光澤,解理面珍珠光澤。摩氏硬度2-2.5,比重3.05-3.19。性脆,具強放射性。

【鑒定特征】鮮明的顏色,四方板狀晶形,極完全解理。

【成因及產(chǎn)狀】產(chǎn)于鈾礦床氧化帶,有時產(chǎn)于偉晶巖中,也有膠狀產(chǎn)于泥煤中者。

【主要用途】鈾礦原料。

【其它】主要產(chǎn)地有法國、葡萄牙、美國、澳大利亞。

十七、釩鈾鋇鉛礦

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【化學(xué)組成】(Ba,Pb)(UO2)2V2O8·5(H2O)

【晶體結(jié)構(gòu)】斜方晶系。

【形態(tài)】晶體常呈發(fā)狀。

【物理性質(zhì)】顏色橙色、黃色、綠色、咖啡色。條痕淺黃色。半透明至透明。珍珠光澤。硬度3。比重4.52。

【鑒定特征】以顏色、硬度及晶體形態(tài)為鑒定特征。

【成因及產(chǎn)狀】產(chǎn)于熱液及沉積鈾礦床氧化帶。

【主要用途】鈾礦原料。

【其它】世界著名產(chǎn)地有加蓬、美國、德國、英格蘭等。

十八、釩鉀鈾礦又稱“釩酸鉀鈾礦”

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【化學(xué)組成】K2[VO2]2[VO4]2·3H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】單斜晶系。

【物理性質(zhì)】晶體細(xì)小,片狀或板狀。通常呈粉末塊狀。鮮黃或淡黃綠色。玻璃光澤,硬度2—2.5,比重4.46,具強放射性。易溶于稀酸中。

【主要用途】分布于有機質(zhì)的沉積巖的風(fēng)化帶(主要是砂巖),或見于沉積鈾礦床的氧化帶中,是提取鈾、釩及鐳的礦物原料。鈾主要用于原子能工業(yè)。中國華東、西南有鈾礦。

【其它】釩鉀鈾礦是提煉鈾的重要礦物,為含水的鉀鈾酰釩酸鹽。純釩鉀鈾礦可含53%的鈾和12%的釩。黃色、軟質(zhì),有些呈小塊體,有些呈土狀。

十九、釩鈣鈾礦

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【化學(xué)組成】Ca(U02)2[V8O8]·8H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】斜方晶系。

【物理性質(zhì)】釩鈣鈾礦是一種鈾和釩的氧化物礦物。黃色,蠟狀光澤;像云母樣具有層狀,呈塊體、鱗片狀、板條狀結(jié)晶或放射狀晶體。晶體呈板狀、鱗片狀或板條狀,沿[001]呈扁平狀,沿b軸延長.常呈扇形、放射狀、致密狀、鱗片狀、薄膜狀,亦呈晶簇產(chǎn)出。黃、金黃或檸檬黃色,有時帶綠色調(diào)。解理面上具珍珠光澤,具暗淡光澤或蠟狀光澤。透明至不透明。解理沿[001]完全,沿[100]和[010]清楚。硬度約為2,易破碎.密度3.3~3.6克/厘米^3。

【成因及產(chǎn)狀】在紫外光照射下不發(fā)熒光或發(fā)極弱的污黃綠色熒光.它是常見的表生鈾礦物,主要產(chǎn)于砂巖型和碳酸鹽型鈾礦床氧化帶,與釩鉀鈾礦\板菱鈾礦、石膏、方解石等共生。

二十、翠砷銅鈾礦

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【化學(xué)組成】Cu(H2O)8[UO2(AsO4)]2·nH2O

【晶體結(jié)構(gòu)】四方晶系,復(fù)四方雙錐晶類,常呈板狀晶形。

【物理性質(zhì)】祖母綠色,玻璃光澤,摩氏硬度2.5,比重3.2,鏡下具多色性。成分中水的含量和外界條件密切相關(guān),加熱到110攝氏度時會失去一半水。

【成因及產(chǎn)狀】次生礦物,產(chǎn)于鈾礦氧化帶較深處。

二十一、 鋇鈾云母

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【化學(xué)組成】Ba(H2O)8[UO2(PO4)]2 

【晶體結(jié)構(gòu)】四方晶系,四方偏四方面體晶類。

【物理性質(zhì)】厚板狀晶體。黃綠、淺綠色。玻璃光澤、金剛光澤,解理面珍珠光澤。摩氏硬度2-2.5,比重3.5-3.53,解理{001}完全,紫外線下呈綠黃色。鏡下具多色性。室溫中可逸出六分子的水。

【成因及產(chǎn)狀】產(chǎn)于鈾礦床氧化帶,與鈾的各類磷酸鹽共生。

二十二、貝塔石

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【化學(xué)組成】(Ca,Na,U)2(Ti,Nb,Ta)2O6(OH)

【晶體結(jié)構(gòu)】等軸晶系。

【形態(tài)】常呈八面體,也見四角三八面體與八面體的聚形。

【物理性質(zhì)】顏色淺綠褐色、深褐色。條痕褐色。油脂光澤。無解理。貝殼狀斷口。性脆。硬度4-5。比重3.75-4.82。

【鑒定特征】以其形態(tài)、顏色和透射光下無色到淺黃色為特征。

【成因及產(chǎn)狀】天河石花崗偉晶巖中與微斜長石、黑云母、易解石、釷石等共生。長霓巖化的花崗偉晶巖中與輝石、角閃石、黑云母、磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯石等共生。另外,在熱液脈中也曾發(fā)現(xiàn)貝塔石與綠柱石、釷鈾礦及獨居石等共生。

【主要用途】提取鈾礦的原料之一。

【其它】世界著名的產(chǎn)地有馬達(dá)加斯加和挪威等地。貝塔石的變種有:稀土貝塔石,鉭貝塔石、鉛貝塔石鋁貝塔石、釷貝塔石和鉛貝塔石等。該礦物的其它名稱還有:貝塔石、鈮鈦鈾礦、鈦酸鈮酸鈾礦。

二十三、鋇磷鈾礦

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【化學(xué)組成】Ba(H2O)[(UO2)4(PO4)2(OH)8]

【晶體結(jié)構(gòu)】斜方晶系。

【物理性質(zhì)】薄板狀、片狀晶體,皮殼狀。黃色,淺黃條痕。摩氏硬度2-3,比重4.2。

【成因及產(chǎn)狀】紫外線下橙褐色微弱熒光。一種鈾礦,與鈾的磷酸鹽共生。

二十四、板鉛鈾礦

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【化學(xué)組成】Pb2[(UO2)O4(OH)6]·H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】斜方晶系,斜方雙錐晶類。

【物理性質(zhì)】針狀柱狀晶體,纖維狀、糖粒狀、土狀。紅棕色,桔黃色,條痕桔紅色。金剛光澤、玻璃光澤。摩氏硬度4-5,比重7.192。450攝氏度時全部脫水。 

【成因及產(chǎn)狀】產(chǎn)于鈾礦床氧化帶下部,與深黃鈾礦、紅鈾礦共生。

二十五、板菱鈾礦又稱板碳鈾礦

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【化學(xué)組成】NaCa3(UO2)[F|(CO3)3|SO4]·10H2O

【晶體結(jié)構(gòu)】斜方晶系。

【物理性質(zhì)】晶體呈板狀,沿[001]呈扁平狀,具明顯的假六方形輪廓。底面發(fā)育良好而呈似云母狀。呈葉片狀、鱗片狀或皮殼狀、薄膜狀。黃、綠黃、藍(lán)綠色。玻璃光澤至珍珠光澤。透明。解理沿[001]完全,沿[100]清楚。硬度2.5~3。性脆。密度2.47~2.55克/厘米^3。

【成因及產(chǎn)狀】在紫外光照射下發(fā)很強的藍(lán)綠色熒光。是表生鈾礦物,含鈾酰的溶液蒸發(fā)在坑道壁七形成,或形成于干燥炎熱地區(qū)鈾礦床氧化帶的上部,多與菱鎂鈾礦、多水碳鈣鎂鈾礦、石膏等共生。

二十六、瀝青油礦

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【化學(xué)組成】瀝青鈾礦是一種具放射性的富含鈾的礦石,主要成分為二氧化鈾,同時亦包含三氧化鈾、鉛、釷和稀土元素。

【歷史】其發(fā)現(xiàn)歷史可以追溯到至少十五世紀(jì)德國厄爾士山脈的銀礦開采過程中。書面記錄來卻是源自F.E.Brckmann在1727年對捷克共和國Jchymov地區(qū)的礦物記錄。鈾元素于1789年被德國化學(xué)家馬丁·克拉普羅特(Martin Heinrich Klaproth)在Johanngeorgenstadt礦脈首先發(fā)現(xiàn)。所有的瀝青鈾礦中均含有少量鈾的放射性衰變產(chǎn)物鐳。同時也含有少量鉛的同位素Pb-206和Pb-207,U-235和U-238的衰變產(chǎn)物。作為α衰變 的產(chǎn)物,瀝青鈾礦中還存在少量的氦。這也是氦在太陽光譜中被發(fā)現(xiàn)后第一次在地球瀝青鈾礦中被發(fā)現(xiàn)。瀝青鈾礦中還能找到極少量的锝(大約0.2ng/kg),由U-238裂變產(chǎn)生。

【用途】瀝青鈾礦是鈾的主要礦藏來源。目前地球上所發(fā)現(xiàn)的已知含鈾量最高的礦床分別在剛果民主共和國的Shinkolobwe(曼哈頓計劃的最初礦源),加拿大薩斯喀徹溫省北部的阿薩巴斯卡盆地。另一個瀝青鈾礦的主要產(chǎn)地在加拿大西北地區(qū)的大熊湖,與銀礦同存。


    鈾,原子序數(shù)92,原子量238.0289,是最重要的核燃料,元素名源于紀(jì)念1781年發(fā)現(xiàn)的天王星。是致密而有延展性的銀白色放射性金屬。鈾在接近絕對零度時有超導(dǎo)性,有延展性。鈾的化學(xué)性質(zhì)活潑,易與絕大多數(shù)非金屬反應(yīng),能與多種金屬形成合金。鈾最初只用做玻璃著色或陶瓷釉料,1938年發(fā)現(xiàn)鈾核裂變后,開始成為主要的核原料。1789年德國化學(xué)家克拉普羅特從瀝青鈾礦中發(fā)現(xiàn)鈾的氧化物。
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    鈾(普通話拼音:yóu ;英語拼寫:Uranium),得名于天王星的名字“Uranus”。鈾是元素周期表中第七周期MB族元素,錒系元素 之一,是重要的天然放射性元素,元素符號U,原子序數(shù)92,原子量238.0289。鈾原子有92個質(zhì)子和92個電子,其中6個是價電子。鈾是銀白色金屬,熔點1132.5`C,沸點3745℃,密度18.95g/c砰,電阻率30.8X10-8n"m,抗拉強度450MPa,屈服強度207MPa,彈性模數(shù)172GPa。鈾在接近絕對零度時有超導(dǎo)性,有延展性。鈾的熱中子吸收截面為7.60b,鈾有15種同位素,其原子量從227-240。所有鈾同位素皆不穩(wěn)定,具有微弱放射性。鈾的天然同位素組成為:238u(自然豐度99.275%,原子量238.0508,半衰期4.51X109a),235U(自然豐度0.720%,原子量235.0439,豐衰期7.00X108a),234U(自然豐度0.005%,原子量234.0409,豐衰期2.47X105a)。其中235u是惟一天然可裂變核素,受熱中子轟擊時吸收一個中子后發(fā)生裂變,放出總能量為195MeV,同時放2~3個中子,引發(fā)鏈?zhǔn)胶肆炎儯?38U是制取核燃料 的原料。
    鈾的外電子層構(gòu)型為[Rn]5f36dl7s2,有+3,+4,+5,+6四種價態(tài),其中+4和+6價化合物穩(wěn)定。鈾的化學(xué)性質(zhì)活潑,能和所有的非金屬作用(惰性氣體除外),能與多種金屬形成合金??諝庵幸籽趸?,生成一層發(fā)暗的氧化膜,高度粉碎的鈾空氣中極易自燃,塊狀鈾在空氣中易氧化失去金屬光澤,在空氣中加熱即燃燒,鈾能與所有非金屬反應(yīng),250℃下和硫反應(yīng),400℃下和氮反應(yīng)生成氮化物,1250℃下和碳反應(yīng)生成碳化物,250-300℃下和氫反應(yīng)生成UH3,UH3在真空350-400℃下分解,放出氫氣。鈾與鹵素反應(yīng)生成鹵化物,鈾能與汞、錫、銅、鉛、鋁、鉍、 、鎳、錳、鈷、鋅、鈹作用生成金屬間化合物,金屬鈾緩慢溶于硫酸和磷酸,有氧化劑存在時會加速溶解,鈾易溶于硝酸,鈾對堿性溶液呈惰性,但有氧化劑存在時,能使鈾溶解,鈾及其化合物均有較大的毒性,空氣中可溶性鈾化合物的允許濃度為0.05mg/m3,不溶性鈾化合物允許濃度為0.25mg/m3,人體對天然鈾的放射性允許劑量,可溶性鈾化合物為7400Bq,不溶性鈾化合物為333Bq。  
美麗的鈾礦石 - hubao.an - hubao.an的博客主要鈾化合物
鈾之英文名稱 Uranus 沿自天王星,而天王星名字來自希臘神祇烏拉諾斯。
    1789年由 M.J. Klaproth (德國,伯林)發(fā)現(xiàn),1841年由 W.M. Peligot (法國,巴黎)首次作為金屬分離出。
    存在于許多巖石中,但大量只存在于瀝青鈾礦 和釩鉀鈾礦中。
在自然界中,鈾以鈾-238(99.2742%)、鈾-235(0.7204%)以及極微量的鈾-234(0.0054%)等同位素存在。鈾衰變時釋放出α粒子,過程緩慢,擁有很長的半衰期。鈾-238的半衰期約為44.7億年,鈾-235則為7.04億年[4],常用于測定地質(zhì)年代。少量存在于獨居石 等稀土礦石中。鈾是自然元素中質(zhì)量次重、原子量次高的元素,僅次于钚-244[3]。它的密度比鉛高出約70%,但不如金、鎢密食。鈾在自然界中以數(shù)百萬分率的低含量存在于土壤、礦石和水中,可借由開采瀝青鈾礦等含鈾礦物并提煉之。
    古時候它被用作玻璃顏料,現(xiàn)在用作核反應(yīng)及核彈燃料。千百年來鈾一直被用作給玻璃染色的色素,然而現(xiàn)在純金屬鈾是核反應(yīng)堆和原子彈中使用的核燃料。少量用于電子管制造業(yè)中的除氧劑和惰性氣體提純(除氧、氫)。
鈾最初只用做玻璃著色或陶瓷釉料,1938年發(fā)現(xiàn)鈾核裂變后,開始成為主要的核原料。在居里夫婦 發(fā)現(xiàn) 以后,由于鐳具有治療癌癥的特殊功效,鐳的需要量不斷增加,因此許多國家開始從瀝青鈾礦中提煉鐳,而提煉過鐳的含鈾礦渣就堆在一邊,成了“廢料”。然而,鈾核裂變現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后,鈾變成了最重要的元素之一。這些“廢料”也就成了“寶貝”。從此,鈾的開采工業(yè)大大地發(fā)展起來,并迅速地建立起了獨立完整的原子能工業(yè) 體系。
 
    鈾 - 綜合性質(zhì)
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    元素周期表·鈾
名稱 鈾(U)
系列 錒系元素 
周期,元素分區(qū) 7,f
類型 金屬 
外表 銀白色
太陽中的含量 0.001ppm
海水中的含量 0.00313ppm
發(fā)現(xiàn)人 馬丁?海因里希?克拉普羅特(Martin Heinrich Klaproth)(1789)
    原子量 238.0289
原子半徑(計算值) 175 pm
范德華半徑 186 pm
離子半徑 0.81(+6)埃
氧化態(tài) U+6(U+2,U+3,U+4,U+5)
負(fù)電性 1.38(鮑林標(biāo)度)
核外電子排布 [氡]5f3 6d1 7s2(2-8-18-32-21-9-2)
第一電離能 597.6 KJ/mol
第二電離能 1420 KJ/mol
晶體結(jié)構(gòu) 晶胞為正交晶胞
結(jié)晶變體 斜方晶體、四方晶體、體心立方體
晶胞參數(shù) a=285.37pm
b=586.95pm
c=495.48pm
α=90°
β=90°
γ=90°
    性質(zhì) 固體、放射性、順磁性
密度 18.95 g/cm^3
熔點 1132.0℃(1405K)
沸點 3818.0℃(4407K)
摩爾體積 12.49 cm^3/mol
汽化熱 477 kJ/mol
熔化熱 15.48 kJ/mol
聲速 3155 m/s(293.15K)
比熱 120 J/(kg?K)
電導(dǎo)率 3.8×10^6/(m?Ω)
熱導(dǎo)率 27.6 W/(m?K) 
    地球上存量最多的同位素是鈾-238,再者是可用作核能發(fā)電的燃料的鈾-235,豐度最少的是鈾-234。此外還有12種人工同位素(鈾-226~鈾-240)。同位素及放射線:
U-230[20.8d] 
U-231[4.2d] 
U-232[70y] 
U-233[159000y] 
U-234(放 α[247000y])
U-235(放 α[700040000y]) 
U-236[23400000y] 
U-237[6.75d] 
U-238(放 α[4479000000 
同位素   豐度    半衰期      衰變模式  衰變能量MeV 衰變產(chǎn)物
U-232   人造    68.9年      自發(fā)分裂   
                            α衰變      5.414      Th-228
U-233   人造   159200年     自發(fā)分裂    197.93  
                            α衰變      4.909      Th-229
U-234  0.006%  245500年     自發(fā)分裂    197.78  
                            α衰變      4.859      Th-230
U-235  0.72%  7.038×10^8年 自發(fā)分裂    202.48  
                           α衰變       4.679      Th-231
U-235m 人造    約25分鐘   同質(zhì)異構(gòu)轉(zhuǎn)變    <1     Kr-92,Ba-141,2個種子
U-236  人造  2.342×10^7年  自發(fā)分裂    201.82 
                           α衰變       4.572      Th-232
U-236m 人造  121×10^-9秒   自發(fā)分裂      <1 
U-237  人造     6.75日      β衰變      0.519      Np-237
U-238 99.275% 4.468×10^9年 自發(fā)分裂 205.87 -
                            α衰變     4.270       Th-234 
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    形成效果圖
鈾的氟化物六氟化鈾(UF6),它的熔點是攝氏56度、三相點是攝氏64度及稍高于大氣壓力。提煉鈾-235的方法之一就是分離不同分子量的六氟化鈾。 鈾235能產(chǎn)生非常大的動能.約等于10噸多的木炭
 
    鈾可以進(jìn)行核反應(yīng),其釋放的巨大能量可用來發(fā)電或作為武器。
用中子撞擊鈾-235,可引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。鈾-238經(jīng)慢中子撞擊后會變成鈾-239,然后衰變到钚(臺灣、港澳譯作鈽),也可以進(jìn)行核反應(yīng)。
鈾-238的衰變
U(鈾)-238 → Th(釷)-234 → Pa(鏷)-234 → U(鈾)-234 → Th(釷)-230 → Ra(鐳)-226 → Rn(氡)-222 → Po(釙)-218 → Pb(鉛)-214 或 At(砈)-218 → Bi(鉍)-214 → Po(釙)-214 或 Tl(鉈)-210 → Pb(鉛)-210 → Bi(鉍)-210 → Po(釙)-210 或 Tl(鉈)-206 → Pb(鉛)-206。 
    發(fā)現(xiàn)人:克拉普羅特 (M.H.Klaproth)   
 發(fā)現(xiàn)年代:1789年
發(fā)現(xiàn)過程:1789年,由德國 化學(xué)家克拉普羅特(M.H.Klaproth)從瀝青鈾礦中分離出,就用1781年新發(fā)現(xiàn)的一個行星——天王星 命名它為uranium,元素符號定為U。1841年,(E.M.Peligot)指出,克拉普羅特分離出的“鈾”,實際上二氧化鈾。他用鉀還原四氯化鈾,成功地獲得了金屬鈾。1896年有人發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性衰變。1939年,哈恩(O.Hahn)和斯特拉斯曼(F.Strassmann)發(fā)現(xiàn)了鈾的核裂變現(xiàn)象。自此以后,鈾便變得聲價百倍。
 
    鈾的地殼豐度為2.3X10-4%,海水中鈾濃度3X10-7%,已發(fā)現(xiàn)鈾礦和含鈾礦物約有500多種,其中常見并具有工業(yè)價值的約20-30種,如原生鈾礦中的瀝青鈾礦物(含鈾40%-76%),晶質(zhì)鈾礦物(含鈾65%-75%)和欽鈾礦(含鈾>40%),次生鈾礦中的釩鈣鈾礦(含鈾50%-60%),鉀礬鈾礦(含鈾約50%)等。此外含鈾的磷酸鹽礦、褐煤、頁巖等都可成為提鈾的原料。世界鈾礦資源主要分布在6大聚集區(qū):①北美(加拿大、美國);②澳大利亞;③中非和南非(尼日爾、納米比亞、加蓬、南非);④西歐(法國、西班牙);⑤南美(巴西、阿根廷);⑥獨聯(lián)體國家。20世紀(jì)80年代公布的世界鈾儲量約443萬噸。中國有豐富的鈾資源,到目前為止已找到10多種類型的鈾礦床,中國鈾資源的95%分布于花崗巖型礦床(38%)、砂巖型礦床(21%)、火山巖型礦床(20%)和碳酸鈾的提取冶金包括鈾精礦和富集物浸出、鈾的富集和分離。高純鈾化合物(UO2、UF6、UF4、U308等)的制取,同位素分離和金屬鈾制取等階段。鈾的提取冶金具有兩個特點:①鈾礦石的品位很低,一般含(238U十235U)0.1%-0.2%,而其中235U僅為0.0007%-0.0014%,為獲得核純鈾,必須經(jīng)過多次富集和提純;②核純鈾需再經(jīng)同位素分離,制成不同豐度的濃縮235U。 
    1、鈾是重要的核燃料,主要用于原子能發(fā)電和核武器,1kg235U核完全裂變所釋放的能量相當(dāng)于燃燒2500t優(yōu)質(zhì)煤所放出的能量,核燃料動力堆用于原子能發(fā)電、供熱和潛水艇等船艇的動力裝置,世界核能發(fā)電量約占總發(fā)電量的23%。
核電站應(yīng)用較多的反應(yīng)堆為:輕水堆(以燒結(jié)低濃UO2為燃料)、重水堆(以天然UO2芯塊作燃料)和塊中心增殖堆(以PUO2和天然UO2混合物作燃料)。
2、軍事上鈾用作核武器燃料,用純凈235 92U制造的原子彈叫原子彈。估計一顆鈾原子彈約需10kg純鈾。另一種原子彈是由238 92U產(chǎn)出的懷彈。
3、同時鈾和懷也是熱核武器氫彈的引爆劑,鈾核裂變時產(chǎn)生的200多種放射性同位素,經(jīng)分離后廣泛用于國民經(jīng)濟各個部門,如農(nóng)業(yè)上用于輻照育種,食品工業(yè)用于食品保鮮滅菌,醫(yī)藥上用于放射治療,工業(yè)上用于無損探傷、地質(zhì)勘探、文物考古等。利用鈾的高密度,還用于制造殺傷力大的穿甲彈(鈾彈)。
 
美麗的鈾礦石 - hubao.an - hubao.an的博客 在居里夫婦 發(fā)現(xiàn) 以后,由于鐳具有治療癌癥 的特殊功效,鐳的需要量不斷增加,因此許多國家開始從瀝青鈾礦 中提煉擂,而提煉過鐳的含鈾礦渣就堆在一邊,成了“廢料”。 然而,鈾核裂變現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后,鈾變成了最重要的元素之一。這些“廢料”也就成了“寶貝”。從此,鈾的開采工業(yè)大大地發(fā)展起來,并迅速地建立起了獨立完整的原子能工業(yè)體系。
鈾是一種帶有銀白色光澤的金屬,比 稍軟,具有很好的延展性,很純的鈾能拉成直徑0.35毫米的細(xì)絲或展成厚度0.1毫米的薄箔。鈾的比重很大,與黃金 差不多,每立方厘米約重19克,象接力棒那樣的一根鈾棒,竟有十來公斤重。
鈾的化學(xué)性質(zhì)很活潑,易與大多數(shù)非金屬元素發(fā)生反應(yīng)。塊狀的金屬鈾暴露在空氣中時,表面被氧化層覆蓋而失去光澤。粉末狀鈾于室溫下,在空氣中,甚至在水中就會自燃。美國用貧化鈾制造的一種高效的燃燒穿甲彈—“貧鈾彈 ”,能燒穿30厘米厚的裝甲錒板,“貧鈾彈”利用的就是鈾極重而又易燃這兩種性質(zhì)。
鈾元素在自然界的分布相當(dāng)廣泛,地殼中鈾的平均含量約為百萬分之2.5,即平均每噸地殼物質(zhì)中約含2.5克鈾,這比 、 、 、 等元素的含量還高。鈾在各種巖石中的含量很不均勻。例如在花崗巖中的含量就要高些,平均每噸含3.5克鈾。依此推算,一立方公里的花崗巖就會含有約一萬噸鈾。海水中鈾的濃度相當(dāng)?shù)?,每噸海水平均只?.3毫克鈾,但由于海水總量極大,且從水中提取有其方便之處,所以目前不少國家,特別是那些缺少鈾礦資源的國家,正在探索海水提鈾的方法。由于鈾的化學(xué)性質(zhì)很活潑,所以自然界不存在游離的金屬鈾,它總是以化合狀態(tài)存在著。已知的鈾礦物有一百七十多種,但具有工業(yè)開采價值的鈾礦只有二、三十種,其中最重要的有瀝青鈾礦(主要成分為八氧化三鈾 )、(二氧化鈾 )、鈾石 和鈾黑 等。很多的鈾礦物都呈黃色、綠色或黃綠色。有些鈾礦物在紫外線下能發(fā)出強烈的熒光,我們還記得,正是鈾礦物(鈾化合物)這種發(fā)熒光的特性,才導(dǎo)致了放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。
    世界鈾資源量超過1500萬噸。據(jù)WISE資料,截止2003年1月1日,世界已知常規(guī)鈾可靠資源回收成本小于130美元/kg 鈾的資源量為316.92萬噸。其中回收成本小于40美元/kg鈾資源量約173.05萬噸;回收成本小于80美元/kg鈾資源量約245.82萬噸。世界鈾資源量較多的國家有澳大利亞、哈薩克斯坦、美國、加拿大、南非、納米比亞、俄羅斯、和尼日爾,鈾資源量均在10萬噸以上。我國鈾礦資源也十分豐富。
鈾及其一系列衰變子體的放射性是存在鈾的最好標(biāo)志。人的肉眼雖然看不見放射性,但是借助于專門的儀器卻可以方便地把它探測出來。因此,鈾礦資源的普查和勘探幾乎都利用了鈾具有放射性這一特點:若發(fā)現(xiàn)某個地區(qū)巖石、土壤、水、甚至植物內(nèi)放射性特別強,就說明那個地區(qū)可能有鈾礦存在。
鈾礦的開采與其它金屬礦床的開采并無多大的區(qū)別。但由于鈾礦石的品位一般很低(約千分之一),而用作核燃料的最終產(chǎn)品的純度又要求很高(金屬鈾的純度要求在99.9%以上,雜質(zhì)增多,會吸收中子而妨礙鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行),所以鈾的冶煉不象普通金屬那樣簡單,而首先要采用“水冶工藝”,把礦石加工成含鈾60~70%的化學(xué)濃縮物(重鈾酸銨),再作進(jìn)一步的加工精制。
鈾水冶得到的化學(xué)濃縮物(重鈾酸氨)呈黃色,俗稱黃餅子,但它仍含有大量的雜質(zhì),不能直接應(yīng)用,需要作進(jìn)一步的純化。為此先用硝酸將重鈾酸銨溶解,得到硝酸鈾酰溶液。再用溶劑萃取法純化(一般用磷酸三丁酯作萃取劑),以達(dá)到所要求的純度標(biāo)準(zhǔn).純化后的硝酸鈾酰溶液需經(jīng)加熱脫硝,轉(zhuǎn)變成三氧化鈾,再還原成二氧化鈾。二氧化鈾是一種棕黑色粉末,很純的二氧化鈾本身就可以用作反應(yīng)堆的核燃料。
為制取金屬鈾,需要先將二氧化鈾與無水氟化氫反應(yīng),得到四氟化鈾 ;最后用金屬鈣(或鎂)還原四氟化鈾,即得到最終產(chǎn)品金屬鈾。如欲制取六氟化鈾以進(jìn)行鈾同位素分離,則可用氟氣與四氟化鈾反應(yīng)。 至此,能作核燃料使用的金屬鈾和二氧化鈾都生產(chǎn)出來了,只要按要求制成一定尺寸和形狀的燃料棒或燃料塊(即燃料元件),就可以投入反應(yīng)堆使用了。但是對于鈾處理工藝來說,這還只是一半。
廢燃料之所以要從反應(yīng)堆中卸出來,并不是因為里面的裂變物質(zhì)(鈾235)已全部耗盡,而是因為能大量吸收中子的裂變產(chǎn)物積累得太多,致使鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 不能正常進(jìn)行了。所以,廢燃料雖“廢”,但里面仍有相當(dāng)可觀的裂變物質(zhì)沒有用掉,這是不能丟棄的,必須加以回收。而且在反應(yīng)堆中,鈾238吸收中子,生成钚239。钚239是原子彈的重要裝藥,它就含在廢燃料中,這就使得用過的廢燃料甚至比沒有用過的燃料還寶貴。除此而外,反應(yīng)堆運行期間,還生成其它很多種有用的放射性同位素,它們也含在廢燃料中,也需要加以回收。
從原理上講,廢燃料的處理與天然鈾的生產(chǎn)并無多大差別。一般先把廢燃料溶解,再用溶劑萃取法把鈾、钚和裂變產(chǎn)物相互分開,然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)募兓娃D(zhuǎn)化。但實際上,廢燃料的處理是十分困難的。世界上很多國家都能生產(chǎn)天然鈾,很多國家都有反應(yīng)堆,但是能處理廢燃料的國家卻并不多。
 鈾 - 鈾與原子彈
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    使用常規(guī)有規(guī)律的安放在鈾的周圍,然后使用電子雷管使這些炸藥精確的同時爆炸,產(chǎn)生的巨大壓力將鈾壓到一起,并被壓縮,達(dá)到臨界條件,發(fā)生爆炸?;蛘邔蓧K總質(zhì)量超過臨界質(zhì)量的鈾塊合到一起,也會發(fā)生猛烈的爆炸。
 臨界質(zhì)量是指維持核子連鎖反應(yīng)所需的裂變材料質(zhì)量。不同的可裂變材料,受核子的性質(zhì)(如裂變橫切面)、物理性質(zhì)、物料形狀、純度、是否被中子反射物料包圍、是否有中子吸收物料等等因素影響,而會有不同的臨界質(zhì)量。
 剛好可能以產(chǎn)生連鎖反應(yīng)的組合,稱為已達(dá)臨界點。比這樣更多質(zhì)量的組合,核反應(yīng)的速率會以指數(shù)增長,稱為超臨界 。如果組合能夠在沒有延遲放出中子之下進(jìn)行連鎖反應(yīng),這種臨界被稱為即發(fā)臨界,是超臨界的一種。即發(fā)臨界組合會產(chǎn)生核爆炸。如果組合比臨界點小,裂變會隨時間減少,稱之為次臨界。
 核子武器在引爆以前必須維持在。以鈾核彈為例,可以把鈾分成數(shù)大塊,每塊質(zhì)量維持在臨界以下。引爆時把鈾塊迅速結(jié)合。投擲在廣島的“小男孩”原子彈是把一小塊的鈾透過槍管射向另一大塊鈾上,造成足夠的質(zhì)量。這種設(shè)計稱為“槍式”。 钚核彈不能以這種方法引爆。第一枚钚原子彈“胖子”的钚是造成一個在次臨界以下的中空球狀。引爆時使用包圍在四周的炸藥把钚擠壓,增加密度及減少空間,造成即發(fā)臨界。這成設(shè)計稱為“內(nèi)爆式”。 
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    鈾主要含三種同位素 ,即鈾238、鈾235和鈾234,其中只有鈾235是可裂變核元素,在中子轟擊下可發(fā)生,可用作原子彈 的核裝料和核電站 反應(yīng)堆的燃料。
根據(jù)國際原子能機構(gòu)的定義,豐度為3%的鈾235為核電站發(fā)電用低濃縮鈾,鈾235豐度大于80%的鈾為高濃縮鈾,其中豐度大于90%的稱為武器級高濃縮鈾,主要用于制造核武器。
在天然礦石中鈾的三種同位素共生,其中鈾235的含量非常低,只有約0.7%。為滿足核武器和核動力的需求,一些國家建造了鈾濃縮廠,以天然鈾礦作原料,運用同位素分離法(擴散法、離心法和激光法等)使天然鈾的三種同位素分離,以提高鈾235的豐度,提煉濃縮鈾。
 
    鈾 - 鈾對人體的危害
    鈾屬高毒性元素,進(jìn)入人體的鈾頗難以體內(nèi)排出,由它發(fā)射的阿爾法射線所引起的體內(nèi)輻照損傷是高度累積性的,易蓄積在谷歌、肝腎部位。其顯示的化學(xué)毒性與汞相似,會引起腎臟病變、肝炎及神經(jīng)系統(tǒng)病變。但除非是戰(zhàn)事或突發(fā)性職業(yè)事故,日常生活中經(jīng)人體攝入多量鈾的事故是極為罕見的。

 

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