天然金属铀的首次发现

正铀广泛分布于地球的各种地质体中,由于其化学性质活泼,通常以+3、+4、+5、+6价态的化合物状态存在,其中+4和+6价铀化合物稳定。四价态铀通常以晶质铀矿(或沥青铀矿)(UO2)形成于岩浆、热液、沉积和变质作用产物中,而六价态通常以铀酰离子(UO2+2)化合物溶于水体中或在沉积、蒸发和氧化的条件下形成硫酸盐、碳酸     

碳氮源对P.Fluorescens吸附和还原U(Ⅵ)的影响研究

为探讨不同碳氮源对培养基中铀酰离子的络合形态及荧光假单胞菌对铀吸附和还原作用的影响,本文以查氏培养基为基础,将蔗糖替换为葡萄糖或将硝酸钠替代为氯化铵,采用Visual MINTEQ分析研究铀酰离子络合形态。研究结果表明,碳氮源的种类对微生物生长无影响。U(Ⅵ)浓度为10 mg/L时,3种培养基中铀酰离子的主要络合形态均为UO2PO-4。U(Ⅵ)浓度为50~200 mg/L,查氏和葡萄糖碳源培养基中铀酰离子主要络合形态均为UO2(SO4)2-2。氯化铵氮源培养基中,U(Ⅵ)浓度为50 mg/L时铀酰离子的主要络合形态为UO2HPO4(aq),浓度为100~200 mg/L时主要是UO2Cl2(aq)。荧光假单胞菌对U(Ⅵ)耐受浓度高达100 mg/L,当U(Ⅵ)浓度达到200 mg/L时,菌体失活。荧光假单胞菌为活体时,对U(Ⅵ)的吸附率为84.02%~92.59%,还原率为3.32%~10.94%,不同碳氮源对铀吸附和还原的影响较小。荧光假单胞菌为死体时,对铀的吸附率为24.33%~39.05%;非葡萄糖碳源培养基中,对铀的还原率为37.50%~44.58%,含还原性葡萄糖的培养基条件下U(Ⅵ)的还原率为53.12%。还原性葡萄糖与荧光假单胞菌对铀的还原为协同作用。荧光假单胞菌为活体时,培养基成分被微生物充分利用,两者协同作用不明显。     

砂岩型铀矿床中铀矿物的形成机理

本文通过对砂岩型铀矿床中铀在不同地球化学环境中的行为、存在形式及铀矿物种类的分析，论述了主要工业铀矿物——沥青铀矿的形成机理：(1)铀是变价元素，在氧化环境中活化迁移，在还原环境中还原沉淀；(2)来自于氧化环境的[UO2(CO3)3]^4-、[UO2(CO3)2]^2-在氧化还原过渡带与有机质、硫化物及低价铁等还原剂发生反应，形成铀的简单氧化物——沥青铀矿；(3)有机质、粘土矿物等吸附UO2^2 ，加快了其被还原的速度，有利于铀的富集。因此认为：有机质还原UO2^2 形成H2S和H2S还原UO2^2 的作用是沥青铀矿形成的主要原因，这一反应在中性和弱碱性碳酸盐溶液中广泛和普遍存在。H2S等还原剂的存在是环境Eh值下降的主要原因，从而使水中的UO2^2 在氧化还原过渡带处于过饱和状态，加速了铀的吸附和沉淀。     

零价铁吸附-还原溶液中U(VI)的实验研究

研究零价铁(Zero-valent iron,ZVI)去除溶液中的U(VI),分析了pH值、反应时间、ZVI投加量、铀溶液初始浓度、其它离子(Mg2+、Mn2+、Cl-、NO-3、CO2-3和Cu2+)等条件因素对U(VI)去除效果的影响,并讨论其去除机理。结果表明:ZVI对溶液中U(VI)有较好的去除作用,在pH=4,振荡时间为120min,ZVI投加量为1.6g/L,铀溶液初始浓度为10mg/L,铀去除量为4mg/g时,U(VI)的去除率可达到63.7%。其它离子实验结果表明:Mg2+、Mn2+、Cl-、NO-3对ZVI去除U(VI)影响不超过3%,CO2-3和Cu2+影响相对较大。ZVI去除溶液中U(VI)以还原沉淀和吸附作用为主,吸附-还原反应遵循一级化学反应动力学方程。     

红石泉铀矿床铀的迁移形式及沉淀机制

红石泉矿床是以岩浆气成热液成矿作用占主导地位的复成因型铀矿床。根据热力学原理计算,初始含矿气成热液的pH值为5.29—5.58,Eh值为-0.323—-0.363伏。在初始含矿气成热液中,1g(aUO_2~(2 )/aU~(4 ))为11.46—12.74,mUO_2~(2 )/mU~(4 )为7.58×10~7—9.91×10~9,mUO_2(CO_3)_2~(2-)/∑U为83.4—96.7％,铀主要以UO_2(CO_3)_2~(2-)形式迁移。铀的沉淀是铀酰络离子UO_2(CO_3)_2~(2-)分解和铀酰离子UO_2~(2 )还原沉淀的统一的物理化学过程。压力减小,pH值增加、Eh值降低和铀浓度增大均有利于铀矿化。     

鄂尔多斯盆地东胜砂岩型铀矿床成矿水化学过程探讨

为了研究鄂尔多斯盆地东胜砂岩型铀矿成矿水化学过程,利用光薄片、电子探针、X射线衍射、扫描电镜和化学分析等方法对比分析了氧化带无矿化样品、氧化还原过渡带中低矿化及高铀样品的矿物学和地球化学特征。矿物学研究表明:①所有样品中斜长石均表现出强烈粘土化和绢云母化的特征;②铀矿物主要为铀石,呈胶状吸附在矿物颗粒(部分为炭屑)表面、粒间或裂隙中;③相对氧化带,氧化还原过渡带往往含有更多的炭屑和碳酸盐胶结物。稀土元素地球化学研究表明,氧化带无矿化样品和过渡带低矿化样品表现出较平坦的低分异的稀土配分模式;而过渡带高铀含炭屑样品表现出MREE富集的配分模式,高铀富碳酸盐胶结物的样品表现出轻稀土强烈左倾、重稀土平坦的配分模式。对比分析上述差异后认为,铀成矿与水化学作用密切相关,且成矿水溶液中无机络阴离子以CO32-为主,倾向于络合UO22+和HRE3+;而阳离子主要为斜长石的粘土化释放的Ca2+和SiO44-。当水溶液从盆地边缘向中心运移时,物化环境从氧化及酸性环境向还原及碱性环境转变,此时发生铀酰离子的还原并与SiO44-沉淀形成铀石、Ca2+与CO32-沉淀形成碳酸盐以及HREE的沉淀富集。     

铀矿物在氧化过程中的性状

科罗拉多高原矿石中的铀矿物,铀是以六价铀和四价铀形式出现的。其中多数为六价铀矿物,四价铀矿物在高原地区已知的仅有两种:晶质铀矿(氧化物)和铀石(含氢氧基的硅酸盐)。它们在与其他矿物成分发生有意义反应之前,皆氧化为六价铀。晶体构造分析表明,六价铀无例外地都呈铀酰离子(UO_2~(2+)出现。当在没有五价钒、砷、磷离子存在的条件下,铀酰离子可以形成铀酸碳酸盐或硫酸盐的易溶络合物。而当存在有这些元素的五价阴离子时,别铀酰离子与正磷酸根,正钒酸根,正砷酸根形成不溶的层状化合物。在有利的条件下UO_2~(2+)也可形成不溶的菱釉矿〔U0_2C0_3)或含水铀酰氢氧化物,这些矿物很少在科罗拉多高原发现,相反在其他地区这些矿物则广泛发育。很明显这与高原区的半干燥气候和低的潜水面条件有关。铀也可以呈铀酰硅酸盐形成被固定下来、但在已知的矿物种类中是少见的。本文着重研究那些伴随氧化过程生成的矿物的化学和结晶构造的变化。     

氧化还原障在热液铀矿成矿中的作用

铀是变价元素,氧化还原条件控制铀的迁移和沉淀。铀在氧化环境中呈U~(6+)形式存在,在还原条件下则以U~(4+)形式存在。氧化态六价铀主要以可溶的碳酸铀酰/氟化铀酰络合物形式在水溶液中迁移,还原态四价铀主要以沥青铀矿和铀石等形式富集沉淀成矿。热液铀矿的形成需要一对空间上密切共生的氧化障/氧化剂和还原障/还原剂,二者缺一不可。首先,氧化障中氧化剂将富铀岩石中的铀大量氧化形成U~(6+),溶解进入水溶液迁移;第二,高氧化性富铀溶液遇到还原障,U~(6+)还原成U~(4+)沉淀下来,富集形成铀矿。前人虽然对铀的地球化学性质及氧化还原反应在铀成矿中作用已比较了解,但如何在实际铀矿成矿系统中准确识别氧化还原障,有效利用氧化还原障的控矿机理指导找矿,还存在一些模糊认识,制约了铀成矿理论的发展和找矿方法的提升。本文以我国最重要的砂岩型铀矿、火山岩型铀矿、花岗岩型铀矿和变质型铀矿为例,总结了与铀矿化有关的氧化还原障的主要类型,探讨了红层等蒸发盐地层(氧化障),有机质、煌斑岩等中基性岩脉(还原障)与铀矿之间的关系及控矿机制,揭示了成矿盆地中铀-煤、铀-气(油)共生的机制,阐明了翁泉沟硼、铁、铀矿共生原因,建立了不同类型铀矿成矿模型。     

鄂尔多斯盆地南部旬邑-宜君地区直罗组古层间氧化带地球化学特征及水-岩作用探讨

鄂尔多斯盆地南部旬邑-宜君地区直罗组古层间氧化带具有明显分带特征,通过对不同分带砂岩主量、微量、稀土元素及环境敏感参数特征对比研究,将旬邑-宜君地区古层间氧化带发育的水-岩作用过程划分成两个阶段：古层间氧化带形成和大规模成矿阶段、二次还原改造阶段。(1)古层间氧化带形成和大规模成矿阶段：含氧水进入目的层砂体,使砂体中Fe²⁺氧化成Fe³⁺(Fe²⁺含量最低,Fe³⁺最高);砂体中的U被氧化为U⁶⁺,形成铀酰腐殖酸盐络合物发生迁移(U、Corg、S含量最低、Th/U比值最高);长石高岭土化使Si发生流失(SiO₂含量降低);携带大量U的氧化流体运移至氧化还原过渡带(Corg、∑S含量最高、Fe²⁺含量仅低于灰绿色砂体),还原剂(有机质和黄铁矿等)将U⁶⁺还原成U⁴⁺,形成沥青铀矿;U⁴⁺与SiO₄^4-发生反应形成铀石(Th/U比...     

我国产出的铀酰砷酸盐矿物及其环境矿物学意义

对我国产出的铀酰砷酸盐矿物的矿物学特征、形成环境和环境矿物学意义进行了较系统的综合论述。铀酰砷酸盐矿物是主要产出于铀矿床氧化带中比较特征的黄绿色表生矿物，是寻找原生铀矿床(体)的重要矿物学标志，化学组成主要是[AsO4]^3-和[UO2]^2 ，其中As和U均是对环境造成极大危害的有毒或放射性有害元素。As、U的地球化学性质十分活跃，在不同的酸、碱和氧化还原介质环境中的分解、迁移能力均很强，在矿床氧化带中的分解、迁移扩散会对矿区周围及其下游地区造成较大范围的严重环境污染。而在弱酸性至中性介质条件下，[AsO4]^3-和[UO2]^2 结合并与各种金属阳离子化合可形成相对稳定的铀酰砷酸盐矿物，由此可在一定程度上减少U、AS的迁移扩散及其对环境的危害。     

巴音戈壁盆地南部塔木素铀矿床水岩作用特征及其与铀成矿关系研究

在较封闭的环境中,塔木素铀矿床高矿化度(平均矿化度为35.4 g/L)NaCl型地下水中的Na+替换了斜长石中的Ca2+,使斜长石由更长石(An≈13)转变为钠长石(An≈1),被替换出的Ca_2+(以CaO计,约占斜长石总质量的4.5%)与地下水中的HCO_3~-、CO_3~(2-)及Mg~(2+)等结合形成了白云石等碳酸盐胶结物。在此过程中发生了脱碳作用,促使地下水中以[UO_2(CO_3)_3]~(4-)、[UO_2(CO_3)_3]~(2-)等碳酸铀酰络合离子及Mg CO_3·Na_2UO_2(CO_3)_2复盐发生分离而形成了铀的沉淀,并受扩散作用影响,水中的铀趋向于向水岩作用相对强烈地段迁移,从而促使铀在特定的层位集中、富集。同时,斜长石因水岩作用(溶解、溶蚀等),在解理面及表面形成了次生的缝隙及孔洞等,为铀沉淀提供了空间。成岩后,含SO_4~(2-)等的酸性地表水沿层间下渗,溶解了砂岩中碳酸盐胶结物而形成了溶洞,为后期再次迁移的铀提供了沉淀空间,并形成了铀的进一步叠加、富集。     

某些花岗岩型铀矿床成矿热液中的含铀离子和沉淀机理

华南某些重要花岗岩型铀矿床成矿阶段含铀热液系Ca~(2+)-Na~+/HCO_3~--F~-型弱碱性热液,热液中UO_2(CO_3)_2~(2-)和UO_2F_4~(2-)的活度最大。热液蚀变反应、温度和压力的降低以及岩石的还原容量是导致热液的Eh值降低、铀开始沉淀的Eh值升高的重要因素,铀的沉淀机理是含铀离子的被还原作用。     

托斯特凹陷乌伦古河组第Ⅲ旋回铀价态的研究

在沉积砂岩中铀受地球化学环境的影响以U^4＋和U^6＋的形式存在,铀的迁移和富集被砂岩的孔隙度、胶结类型、胶结程度和地下水的氧化一还原能力等因素控制。通过对铀的价态研究划分托斯特凹陷乌伦古河组第Ⅲ旋回的氧化-还原过渡带,确定了地下水的流向,这与实际情况较为吻合。     

层间氧化带砂岩型铀矿床形成机理--以伊犁盆地南缘为例

通过分析铀迁移、沉淀、富集的成矿特点,结合伊犁盆地南缘铀矿床中铀矿石成分研究,分析了砂岩型铀矿成矿机理.指出在层间氧化带砂岩型铀矿床中,铀主要以碳酸铀酰络合物形式迁移,在富含有机质、硫化物、硫化氢等有效还原剂的条件下,形成强烈的地化反差还原地球化学障环境,铀还原沉淀,最后富集成矿.为指导普查找矿、开展铀矿床矿石成分研究提供参考依据.     

常温下水介质中硫的存在形式

硫在自然界分布广泛,它的变价性质对许多成矿元素的迁移富集有重要意义。在有关地质书刊中常只考虑硫的三种价态( 6、0,-2)。在内生作用条件下诚然如此,但在常温表生作用条件下,硫具有多种价态的存在形式随Eh和pH环境的不同,可以出现从-2到 6各种价态。 本文探讨了常温(25℃)下硫在水溶液中的存在形式与Eh、pH的关系,以供研究表生伫用的参考。     

U同位素分馏行为及其在环境地球科学中的应用研究进展

近年来,研究铀(U)及其同位素有关的地球化学指标在地球环境科学领域发挥着越来越重要的作用。为加快我国U同位素发展和应用,本文系统回顾了近20年来U及其同位素的地球化学行为、U同位素分析测试技术、U循环与地表U同位素组成、U同位素分馏机理以及U同位素在环境科学领域的应用进展与技术壁垒。综述表明：U作为氧化还原敏感元素,在自然和人为活动中,U同位素存在显著分馏现象。U同位素已初步成功应用于示踪现代陆地表生环境系统中U的分布、迁移和扩散行为,重建地质历史时期环境与生命协同演化过程等地球环境科学领域。但总体而言,国内外U同位素研究工作仍处于起步阶段,多数局限于定性分析,在应用中也存在一些问题亟待解决,例如：特殊价态的U同位素仍无法测量,这制约了进一步对氧化还原过程中U同位素分馏机理的认识;地下水U污染处理手段缺失,表生沉积物的U同位素测试数据缺乏系统性和区域性,大气定量源计算解析模型还未完全建立;碳酸盐岩成岩过程中的U同位分馏机理尚不清楚,其分馏校正因子难以确定;黑色页岩包含海水和沉积物混杂的化学信号,难以准确扣除局部无效分馏信号;对非重大地质事件时期的关注较少导致无法恢复地球完整的氧化还原历...     

潮水盆地铀成矿水文地球化学研究

在分析潮水盆地自然地理、地质背景及水文地质特征的基础上，对盆地铀成矿水文地球化学特征进行了探讨。结果表明：潮水盆地为-渗入型自流水盆地，其深层地下水中铀存在形式为UO2(CO3)n^2-2n。；从盆地边缘到盆地中心具有明显从氧化环境到还原环境的水文地球化学分带特征，水中铀经历了由溶滤迁移到还原沉淀的矿化过程；在盆地北缘的照壁山-白芨芨、阿右旗-陶家井地区，西南部的平易-平山湖地区具备十分有利的铀成矿条件和良好的铀成矿远景。     

新疆伊犁盆地南缘层间氧化带砂岩型铀矿床中稀土元素地球化学特征

通过对新疆伊犁盆地南缘层间氧化带砂岩型铀矿床主要层位水西沟群中稀土元素地球化学行为特征的分析,并与蚀源区岩石对比,初步认为水西沟群的稀土元素主要来自蚀源区的安山岩和花岗岩,与玄武岩无关。伊犁盆地南缘乌库尔其地区流体和岩石的pH值分布情况表明,层间氧化岩石带和原生还原岩石带的pH值相似,而矿石带的pH值偏低,这与在偏碱性条件下,REE和U的络合物容易形成,并且REE和U的络合物随着pH值的降低而迁移和沉淀富集是相吻合的。对REE的研究表明,在层间氧化岩石带中REE有所亏损;通过对REE的分异性的研究,认为在不同的分带中REE的分异程度不同,在矿石带中分异程度最大,更加富集LREE,并且随着岩石粒径的增大,LREE和HREE的分异也有增大的趋势;根据REE和U的亲和性及活动性特征,认为U和REE在迁移沉淀规律方面具有共性,以[UO2(CO3)3]4-及[REE(CO3)3]3-形式进行迁移;即在偏碱性的条件下,容易形成碳酸盐络合物,随着pH和Eh值降低,U和REE共同沉淀、富集。     

层间氧化带型砂岩铀矿床地浸过程的热力学研究：以伊犁盆地512铀矿床为例

伊梨盆地512层间氧化带型砂岩铀矿床是中国第一个工业化规模开发的地浸铀矿床,作者简要地介绍了其地质特征和地浸开发工艺,并利用较新的Gibbs自由能和平衡常数数据,对该矿床地浸处理中铀的地球化学行为进行了定量研究。首先,通过标准电动势（E^o）,氧化-还原电位（Eh）的计算和分析,阐明了H2O2、硝酸盐、大气中自由氧都能提升溶液的Eh值,从而加速矿物相U^4 的氧化溶解,为了节约地浸氧化剂成本,对于U^4 /U^6 比值不太高的矿床来说,建议充分利用大气中自由氧化氧化剂,然后,通过化学平衡计算,推导出了地下水和硫酸浸出液中铀存在形式的计算公式,计算结果表明：（1）512铀矿床矿体所赋存的含矿层地下水中,铀主要以碳酸铀酰类络合物形式存在,并且以UO2（CO3)^4-3和UO2（CO3）^2-2形式为主,并随着pH从7.31升高到8.20,UO2CO3从3.80%降低到0.06%,UO2（CO3）^2-2从21.91%降低到3.12%,而UO2（CO3）^4-3则从74.28%升高到96.82%,（2）512铀矿床硫酸浸出液中,铀主要以硫酸铀酰类络合物形式存在,其中,UO2SO4占63.28%～ 63.86%,UO2(SO4)^2-2占16.55%～21.36%,UO^2 2占15.04%～19.62%,从推导出的计算公式可以看出,硫酸浸出液中铀的存在形式随溶液pH、总SO^2-4含量的变化而变化,并呈非线性关系,为了提高离子交换树脂的吸附性能,可利用文中推导出的公式进行计算,以使调节溶浸液的pH和总SO^2-4含量,从而达到浸出液中铀存在形式的最佳比例关系,最后,因热力学数据对化学反应平衡计算的影响呈指数关系,在进行热力学数据计算时,必须采用较新、较准确的数据。     

鄂尔多斯砂岩型铀矿床古层间氧化带中铀石的产状和形成

鄂尔多斯盆地的东胜铀矿床是一个重要的大型砂岩型铀矿床,业已查明铀石是该铀矿床的主要含铀矿物,铀石的颗粒十分细小.大量的显微镜薄片和电子显微镜观察发现,铀石通常以不规则的集合体产出于蚀变黑云母裂隙和黄铁矿边缘.电子探针分析表明,铀石中w(UO2)变化较大,在50%～70%间.与铀石相关的黑云母已经强烈蚀变,转变为水黑云母、水白云母和绿泥石.黑云母在蚀变过程中K+逐渐流失,直到基本流失殆尽,与原始黑云母相比,水黑云母w(K2O)总体减少了6.54%[占原始蚀变黑云母中w(K2O)的74%],同时w(FeO)减少了7.40%[占原始蚀变黑云母中w(FeO)的29%];水白云母与原始黑云母相比,矿物成分也发生了很大的变化,其中,w(K2O)总体减少了7.87%[占原始蚀变黑云母中w(K2O)的89%],同时w(FeO)减少了19.22%[占原始蚀变黑云母中w(FeO)的76%],w(Al2O3)由16.64%增加至32.72%,增加了16.08%.根据铀石产出的特征和蚀变水黑云母和蚀变水白云母成分特征,探讨了铀酰离子(UO2+2)被还原成U4+和形成铀石[U(SiO 4) 1-x(OH) 4x]的机理,指出古层间氧化带中铀石的形成与黑云母的蚀变以及黄铁矿的形成有着密切的联系.