Минералогия и методы исследования радиоактивных руд Тема: профессор, д.г.-м.н.

реклама
Минералогия и методы исследования
радиоактивных руд
Тема: Особенности физических и
физико-химических свойств урановых
минералов.
профессор, д.г.-м.н.
Язиков Егор Григорьевич
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
1. Радиоактивность
Радиоактивность – свойство ядра атома урана, так
же как тория, радия и других радиоактивных
элементов,
непрерывно
и
самопроизвольно
распадаться с последовательным превращением в
другие элементы.
Установлены три главных ряда радиоактивных
превращений: 1) ряд урана, 2) ряд актиния и 3) ряд
тория. В урановых минералах, помимо урана, как
правило,
имеются
элементы
его
ряда,
последовательно
образующиеся
в
результате
радиоактивного распада и
его производные,
заканчивающиеся радиогенным свинцом.
2
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Воздействие
радиоактивных
веществ
на
вмещающую породу и минералы: плеохроичный дворик,
метамиктный распад
3
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
С течением времени в урановых минералах
между
радиоактивными
элементами
ряда
устанавливается так называемое радиоактивное
равновесие, при котором число распадающихся в
единицу
времени
атомов
какого-либо
радиоактивного элемента равно числу атомов этого
же элемента, возникающих за единицу времени из
материнского вещества (урана).
При радиоактивном равновесии отношение весовых
количеств каждого члена ряда к урану есть величина
постоянная.
В частности, отношение радия к урану при
равновесии равно 3,4х10-7.
4
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
В соответствии с этим в минералогии
радиоактивно-равновесными считаются такие
минералы, в которых соблюдается указанное
выше отношение радия к урану.
Отсутствие равновесия в минерале указывает
на избирательное выщелачивание урана или
радия или на недавнее время образования
минерала.
Все
геологически
молодые
вторичные
минералы
урана,
особенно
современные
отложения сульфатов и карбонатов в горных
выработках, радиоактивно неравновесны и
содержат избыток урана по отношению к
радию.
5
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
При
минералогических
исследованиях радиометрические методы
позволяют:
1)
быстро
производить
оценку
радиоактивности
в
минеральных
соединениях урана, тория и радия, с
выделением
их
из
всех
других
существующих минеральных видов;
2) установить природу радиоактивности
(уран, торий или радий) и выделить группы
урановых, уран-ториевых, ториевых и
радийсодержащих минералов.
6
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
2. Люминесценция
Под люминесценцией понимают
свечение, испускаемое
холодным (не раскаленным)
веществом, в частности
минералом, под влиянием
внешних воздействий.
В зависимости от источника
возбуждения
различают
катодолюминесценцию
–
явление
свечения вещества под влиянием бомбардировки
электронами,
фотолюминесценцию
–
явление
свечения вещества под влиянием поглощенной
лучистой энергии ультрафиолетовых лучей и другие
виды люминесценции.
7
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
По
характеру
свечения
флуоресценцию
и
различают
фосфоресценцию.
Флуоресценция
–
люминесценция,
прекращающаяся сразу после удаления
источника возбуждения; фосфоресценция –
люминесценция, продолжающаяся после
удаления источника возбуждения.
Свойством
люминесценции
обладают
многие минералы, в том числе и урановые.
Катодолюминесценция
свойственна
минералам урана и минералам других
групп: алмазу, шеелиту, апатиту, флюориту,
кальциту, кварцу и др.
8
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Фотолюминесценция
в
зеленоватых
тонах,
наблюдаемая
в
ультрафиолетовых лучах длинных волн (λ ~
300-400
мμ),
является
характерным
свойством урановых минералов, тогда как
фотолюминесценция в коротковолновых
ультрафиолетовых лучах, кроме урановых,
распространяется также на ряд других
минералов – шеелит, апатит, топаз, кальцит
и др.
9
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Из урановых минералов люминесцируют не все, а лишь
соединения шестивалентного урана, в состав которых
уран входит в форме уранила (UO2)2+, обладающего
свойствами двухвалентного катиона.
Однако
не
все
минералы,
содержащие
уранил,
люминесцируют,
так
как
большое
влияние
на
люминесценцию оказывают сопутствующие ему другие
катионы и анионы.
Из элементов анионного комплекса люминесценцию гасят
или значительно ослабляют кремний и ванадий, поэтому
силикаты
и
ванадаты
не
люминесцируют
или
люминесцируют слабо. Карбонаты, сульфат-карбонаты,
фосфаты,
арсенаты
и
сульфаты
люминесцируют
отчетливо.
10
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Влияние катионов на люминесценцию урановых
минералов различно. Катионы Na+, К+, Ва2+, Са2+,
Mg2+
и
Аl3+
являются
активаторами
люминесценции.
В присутствии их упомянутые группы химических
соединений
(карбонаты,
сульфат-карбонаты,
фосфаты,
арсенаты
и
сульфаты)
сильно
люминесцируют.
При этом с увеличением атомного веса катиона, а
также ионного радиуса и общей растворимости
соединений, люминесценция ослабевает.
Тяжелые катионы Cu2+, Fe2+, Mn2+, Pb2+ и Bi3+
являются гасителями люминесценции во всех
урановых минералах.
11
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Люминесценция урановых минералов обычно
наблюдается в длинноволновых ультрафиолетовых
лучах с λ ~ 300-400 мμ, при этом она характеризуется
интенсивностью, цветом и строением спектра.
По интенсивности различают очень сильную,
сильную, умеренную, слабую и очень слабую
люминесценцию.
Спектр люминесценции характеризуется зелеными и
желтыми тонами различных оттенков; строение
спектра полосчатое; он характеризуется пятью
полосами в желто-зеленой и частично голубой части
спектра.
12
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Люминесценция отсутствует в урановых
минералах, в состав которых входит
четырехвалентный уран, а
также в
двадцати двух минералах шестивалентного
урана, содержащих в своем составе, как
правило, Pb, Cu, Mn, Fe или Bi.
Для пяти минералов люминесценция не
выяснена,
остальные
вторичные
соединения обнаруживают люминесценцию
того или иного оттенка и интенсивности.
13
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Тип
шрекингерита
свечение
–
голубовато-зеленое
Тип отенита – желтовато-зеленое
свечение
Тип уранофана – грязное
желто-зеленое свечение
14
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
3. Цвет и черта
Цвет минерала и отчасти цвет черты,
зависящие
от
формы
валентности
входящего в их состав урана, а иногда от
присутствия других элементов (Cu, Pb, Mn,
Ta, Nb, Ti и др.), являются характерными
признаками,
позволяющими
разделить
урановые минералы на наиболее крупные
группы.
15
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
3. Цвет и черта
Минералы, образованные одновременно четырех- и
шестивалентным ураном (окислы) обычно черные
или серые с черной и почти черной чертой.
Минерал четырехвалентного урана (лермонтовит)
имеет темный зеленовато-серый цвет.
Минералы других редких элементов, содержащие в
своем
составе
четырехвалентный
уран
(танталониобаты,
титанаты,
торои
цирконосиликаты)
обычно
черные
или
темноокрашенные с цветной чертой. Минералы
шестивалентного урана (гидроокислы, карбонаты,
уранилсиликаты, фосфаты, арсенаты, ванадаты,
сульфаты) ярко и светло окрашены в желтые,
бурые, красные или зеленые тона различных
оттенков.
16
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
4. Форма выделений
Форма выделений – облик кристаллов и характер
агрегатов иногда имеют для урановых минералов
важное
значение
в
качестве
руководящего
диагностического признака, как группового, так и
индивидуального.
Различают урановые минералы кристаллические
(группа
уранинит
–
торианит,
гидроокислы,
карбонаты,
силикаты,
фосфаты,
арсенаты,
ванадаты, сульфаты), метамиктные (торосиликаты,
танталониобаты,
титано-танталониобаты),
аморфные и скрытокристаллические (настуран,
хлопинит, урановые черни, ряд гидроокислов,
некоторые силикаты и другие соединения).
17
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
4. Форма выделений
Облик
кристаллов
как
один
из
основных
руководящих групповых признаков приобретает
исключительно важное значение при диагностике
темных и черных минералов урана. Среди них
следует выделять, с одной стороны, более или
менее
удлиненно-призматические
кристаллы
ромбической или гексагональной сингонии и, с
другой, кристаллы
изометрических очертаний
кубической
сингонии.
Пластинчатый
и
слюдоподобный облик кристаллов свойственны
фосфатам, арсенатам и ванадатам (урановые
слюдки).
18
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Облик кристаллов:
кристаллы изометрических очертаний кубической
сингонии (уранинит)
19
Облик кристаллов:
удлиненно-призматические кристаллы ромбической
сингонии СКУПИТ (ШЕПИТ) UO2(OH)2•H2O ∞
20
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Облик кристаллов:
Пластинчатый и слюдоподобный облик кристаллов
свойственны фосфатам, арсенатам и ванадатам
(урановые слюдки). ОТЕНИТ (АУТУНИТ, ОТУНИТ)
Ca(UO2)2 (PO4)2 • 10H2O
21
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
5. Блеск
Блеск
лишь
для
небольшой
части
минералов имеет руководящее значение
при
диагностике
(ряд
настуран
–
остаточные
черни).
Большинство
же
минералов
урана
обладает
сходным
блеском:
первичные
минералы
–
смоляным, алмазным и иногда жирным,
вторичные, как правило, – стеклянным,
реже восковым, перламутровым, матовым
и редко (гидроокислы) алмазным.
22
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Первичные минералы – смоляным, алмазным и
иногда жирным:
Вторичные, как правило, – стеклянным, реже
восковым, перламутровым, матовым и редко
(гидроокислы) алмазным: торбернит и карнотит
23
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
6. Магнитность
Магнитные свойства, характерные для черных и
темноокрашенных танталониобатов и большинства
титанатов, дают возможность отделять их при
помощи обычного электромагнита от группы
немагнитных урановых минералов, в которую
входят
темноокрашенные
гидроокислы,
торосиликаты
и
единичные
представители
титанатов.
Окислы урана, благодаря наличию примесей,
практически
все
электромагнитны.
Фосфаты,
арсенаты и остальные минералы шестивалентного
урана магнитными свойствами не обладают.
24
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
7. Твердость
Твердость урановых минералов изменяется в
весьма широких пределах от 1 до 6-7, что является
дополнительным признаком. Однако только для
группы
окислов
твердость
приобретает
руководящее
значение,
позволяя
разделять
настуран и остаточные черни, а также отражая
различные
стадии
окисления
настурана.
Приближенное определение твердости производят
при помощи эталонов десятибалльной шкалы
Мооса. Более точное определение необходимо
проводить с помощью микротвердомера.
25
Твёрдость по Моосу
Эталонный минерал Другие минералы с аналогичной твердостью
1 - Тальк (Mg3Si4O10(OH)2)
Царапается
ногтем
Графит
2 - Гипс (CaSO4·2H2O) Царапается ногтем
Галит,
хлорит, слюда
3 - Кальцит (CaCO3)
Царапается медью
Биотит,
золото, серебро
4 - Флюорит (CaF2)
Легко царапается ножом, оконным
стеклом
Доломит, сфалерит
5 - Апатит (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))
С
усилием
царапается ножом, оконным стеклом Гематит, лазурит
6 - Ортоклаз (KAlSi3O8) 72
Царапает
стекло.
Обрабатывается напильником Опал, рутил
7 - Кварц (SiO2) Поддаётся обработке алмазом, царапает
стекло Гранат, турмалин
8 - Топаз (Al2SiO4(OH-,F-)2)
Поддаётся
обработке
алмазом, царапает стекло
Берилл,
шпинель,
аквамарин
9 - Корунд (Al2O3)
Поддаётся обработке алмазом,
царапает стекло
Сапфир, рубин, карбид вольфрама
10 - Алмаз (C)
Режет стекло
26
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
8. Удельный вес
Удельный вес является одной из наиболее твердых
и надежных констант в минералогии, однако для
большинства урановых минералов используется
лишь
как
вспомогательный
диагностический
признак. Это отчасти объясняется тем, что значения
удельных
весов
для
сходных
минералов
перекрываются (группа титанатов, танталониобатов,
силикатов, арсенатов и др.) и тем, что минералы
более легко разделяются по другим признакам,
требующим для своего определения значительно
меньшего количества чистого материала.
27
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
Как руководящий диагностический
признак, удельный вес используется для
выделения органических соединений урана
(тухолит, карбуран, согренит).
Наибольшие
колебания
величины
удельного веса свойственны минералам
непостоянного химического состава –
окислам,
танталониобатам
и
титанотанталониобатам.
28
Особенности физических и физико-химических
свойств урановых минералов
10.Растворимость
Растворимость урановых минералов имеет большое
значение для их определения и анализа. В
зависимости
от формы валентности урана и
кристаллохимических
особенностей,
урановые
минералы по-разному реагируют с теми или иными
растворителями, что используется при разделении
их методом фазового анализа.
Относительно легкая растворимость главной массы
урановых минералов в кислотах положена в основу
простейших химических методов определения в них
урана и других элементов, а также метода
отпечатков.
29
Благодарю за внимание!
30
Скачать