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

Минералогия и методы исследования
радиоактивных руд
Тема: Введение. Общие сведения о
минералогии урана и методах
исследования.
профессор, д.г.-м.н.
Язиков Егор Григорьевич
План курса
«Минералогия и методы исследования
радиоактивных руд»
1.
2.
3.
4.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1 часть. Минералогия урана
Принципы классификации урановых минералов.
Особенности физических и физико-химических свойств
урановых минералов.
Минералогия урана.
Условия образования первичных и вторичных
урановых минералов.
Методы определения урановых минералов.
2 часть. Методы исследования радиоактивных руд
Метрологические основы аналитических работ.
Подготовка проб для аналитических и
минералогических исследований.
Методы электронной микроскопии.
Радиографические методы.
Активационные методы.
Радиометрические методы.
2
1 часть. Минералогия урана
Общие сведения о минералогии урана
Минералогия урана имеет почти двухвековую историю.
Первые описания минералов урана – настурана (урановой
смоляной руды) и
торбернита – относятся к XVIII в.
Около 20 минералов было
обнаружено в XIX в. Однако
большая часть минеральных
видов и разновидностей открыта
уже в XX веке и в это время было
уделено особое внимание урану как энергетическому
сырью.
3
1 часть. Минералогия урана
Общие сведения о минералогии урана
Отечественная и зарубежная литература
насчитывает большое число публикаций по
отдельным разделам минералогии урана и тория.
Работами А.Г. Бетехтина, В.Г. Мелкова, В.И.
Герасимовского, В.В. Щербины, Л.Н. Беловой, Г.А.
Сидоренко, Е.С. Макарова, Я.Д. Готмана, Ю.М.
Дымкова, П. Рамдора и др. внесен большой вклад в
минералогию радиоактивных элементов.
Полные сводные работы представлены
справочником «Минералы урана» М.В. Соболевой и
И.Л. Пудовкиной, ставшим настольной книгой
геологов.
«Руководством по определению урановых
минералов» Р.В. Гецевой и К.Т. Савельевой. Из
зарубежных работ наиболее значима монография К.
Фронделя и Э. Хейнриха.
4
1 часть. Минералогия урана
Общие сведения о минералогии урана
Со времени издания основной справочной
литературы по минералогии урана и тория
прошло около пятидесяти лет.
За эти годы в печати появились
многочисленные публикации о вновь
открытых минералах, об уточнениях и
дополнениях характеристик известных
минералов.
Значительно пополнились сведения о
химическом составе, кристаллохимических
структурах, плотности, оптических
свойствах и условиях образования.
5
1 часть. Минералогия урана
Общие сведения о минералогии урана
Урановые и ториевые минералы
характеризуются сложным и переменным
химическим составом, что обуславливает
изменчивость их физических свойств.
Многие из этих минералов имеют сходные
внешние признаки и оптические свойства,
метамиктны и рентгеноаморфны, легко
подвергаются преобразованиям под
воздействием наложенных процессов
(метастабильны), находятся в тонких
срастаниях с другими минералами.
6
1 часть. Минералогия урана
Общие сведения о минералогии урана
Оценка внешних свойств и признаков, даже
дополненная оптической характеристикой,
для отдельных минералов может оказаться
недостаточной.
В таких случаях диагностика и
характеристика минералов проводятся на
основе комплекса современных методов
анализа.
7
1 часть. Минералогия урана
Общие сведения о минералогии урана
В настоящее время известно 137 минералов
урана, в состав которых элемент входит как
основной компонент, и около 30 – в
качестве примеси.
В то же время полный список
редкоземельных минералов насчитывает
более 200 названий, из которых собственно
редкоземельными являются 54 минерала.
Три десятка минералов приходится на
торий и несколько десятков на редкие
металлы.
8
1 часть. Минералогия урана
Общие сведения о минералогии урана
Знание минералогии редких и радиоактивных
элементов совершенно необходимо, так как:
– химический состав минералов урана указывает на
тенденции в образовании устойчивых природных
соединений;
– химический состав минералов позволяет
охарактеризовать физико-химическую обстановку, в
которой они образовались и участие элементов в тех
или иных процессах минералообразования;
– число минеральных видов характеризует степень
концентрации или рассеянности данного элемента;
– определенные минеральные ассоциации могут
быть хорошим поисковыми признаками.
9
1 часть. Минералогия урана
Общие сведения о минералогии урана
Знание минералогии редких и радиоактивных
элементов совершенно необходимо, так как:
– химический состав минералов урана указывает на
тенденции в образовании устойчивых природных
соединений;
– химический состав минералов позволяет
охарактеризовать физико-химическую обстановку, в
которой они образовались и участие элементов в тех
или иных процессах минералообразования;
– число минеральных видов характеризует степень
концентрации или рассеянности данного элемента;
– определенные минеральные ассоциации могут
быть хорошим поисковыми признаками.
10
МИНЕРАЛОГИЯ УРАНА
Принципы систематики и классификации урановых минералов
В основу систематики первой классификации урановых минералов
Мелковым В.Г. положен валентный состав минералов.
Валентность имеет важное значение и минералы разной
валентности образуются в своих специфических условиях.
По В.Г. Мелкову урановые минералы делятся на три основные группы
Классификация урановых минералов (по В.Г. Мелкову)
Гр.
Валентность
Промышленное значение
I
Минералы,
Эти минералы, как правило, не являются
образованные
промышленным источником получения
в основном U+4
урана. В основном из них извлекают Th,
Ti, Hf, Zr, Ta, Nb, TR
II
Минералы,
образованные
одновременно
U+4 и U6
Эти
минералы
являются
главными
компонентами богатых урановых руд и
группа имеет важное промышленное
значение для извлечения урана
III
Минералы,
образованные
U+6
Для промышленного извлечения урана эти
минералы используются частично
11
В предложенной классификации по химическому составу Гецевой Р.В.,
Савельевой К.Т. (1956), а также Соболевой М.В. и Пудовкиной И.А.
(1957) и Бурьяновой Е.З. (1972) все минералы делятся на 14 групп
Классификация минералов урана по химическому составу
(по Соболевой М.В., Пудовкиной И.А. и др.)
Группа
Химический состав
I
Окислы урана
II
Окислы урана и тория
III
Водные окислы и уранаты
IV
Силикаты
V
Карбонаты
VI
Сульфаты и сульфат-карбонаты
VII
Фосфаты урана
VIII
Арсенаты урана
IX
Ванадаты
Х
Молибдаты
ХI
Органические соединения урана
ХII
Титанаты урана
ХIII
ХIV
Титано-тантало-ниобаты с ураном 12
Тантало-ниобаты с ураном
Классификация урановых и урансодержащих минералов
(по Соболевой М.В., Пудовкиной И.А., 1957)
I. УРАНОВЫЕ МИНЕРАЛЫ
Безводные окислы урана
Группа уранинита
Уранинит (уранинит I, уранинит II, уранинит III)
Брёггерит
Клевеит (нивенит)
Группа настурана
Настуран (настуран I, настуран II, настуран III, настуран IV)
Группа урановых черней
Урановая чернь регенерированная
Урановая чернь остаточная
Безводные окислы тория и урана (группа торианита)
Торианит
Уранторианит
Алданит
13
Водные окислы урана и уранаты
Янтинит
Эпиянтинит
Беккерелит
Билльетит
Скупит
Параскупит
Минерал „x”
Кларкеит
Ванденбрандеит
Кюрит
Минерал „у”
Фурмарьерит
Ураносфнрит
Ванденрисшеит
Масюйит
Ришетит
Силикаты урана
Соддиит
Коффинит
Ненадкевит
Склодовскит
Уранофан
Бета-уранотил
Купросклодовскит
Казолит
Орлит
14
Предложенные классификации не могут дать всего
многообразия признаков минералов, поэтому требуется
более строгая классификация. Для этого необходимо
использовать самые существенные признаки, а для
минералов это состав и структура.
На основе данных признаков Поваренных А.С. (1974) получена
строго научная кристаллохимическая классификация
минералов.
Иерархия ступеней классификации представлена следующим
образом:
Класс → Подкласс → Отдел → Группа → Подгруппа →
Минеральный вид
15
Кристаллохимическая классификация минералов
(по Поваренных А.С., 1974)
Класс I. Окислы
Подкласс 1.
Координационные
Отдел А. Простые
1. Группа уранинита
Отдел Б. Сложные
1. Группа настурана
2. Группа бетафита
Подкласс 2.
Цепочечные
1. Группа самарскита
Подкласс 3. Слоистые
1. Группа браннерита
Класс II. Гидроокислы
Подкласс 1. Слоистые
Отдел А. Простые
1. Группа шепита
Отдел Б. Сложные
1. Группа умохоита
2. Группа беккерелита
16
Для написания, а также расшифровки формул
минералов существуют определённые правила для
составления кристаллохимических формул:
1. Все минералообразующие элементы, играющие
самостоятельную роль в структуре минерала,
пишутся в формуле отдельно:
электроположительные слева,
электроотрицательные справа Пример:UО2 .
2. Изоморфные элементы объединяются вместе в
круглых скобках, причём в формулах минеральных
индивидов отражаются все существенные или
главные минералообразующие элементы, а в
формулах минерального вида только
видообразующие элементы.
Пример: Самарскит Y (Fe+2 , U) ( Ta, Nb)2 O8 ∞1 или
Y (Fe+2 , Сe, La, U) ( Ta, Nb, Hf)2 O8 ∞1
17
3. Один и тот же элемент, входящий в состав минерала в
разных валентных состояниях, в формуле обязательно
показывается как два или более самостоятельных
элемента, причём валентность их отмечается знаком лишь
в особых случаях
Давидит (Fe+2 , U) (La, U)х (Fe+2 , Ti)6 О14-х
4. Атомные объединения, или радикалы любой сложности,
объединяются в квадратные скобки. При наличии в
составе минерала нескольких радикалов их порядок
определяется снижением заряда радикала, а для
радикалов с одним зарядом – понижением
электроотрицательности центрального атома.
Казолит Pb [UО2 (SiO4 )] · H2O ∞2
5. Принадлежность минерала к структурному типу –
цепочечному, слоистому, каркасному обозначается:
∞1
∞2
∞3
18
6. Недостаток атомов в структуре минерала
(дефектность) отмечается буквой Х.
7. Отражение наличия H2O в формуле:
Форсфуранилит Cu (H2O)8 [UО2 (РО4) ]2 · n H2O ∞2
↓
↓
кристаллизационная
цеолитная
вода
вода
19
Наиболее совершенная классификация минералов
урана, предложенная Сидоренко Г.А., построена на
кристаллохимических принципах Поваренных А.С. и
выделения классов по валентности урана по
Мелкову В.Г.
В своей классификации Сидоренко Г.А. выделяет три
класса минералов, основанных на валентности урана.
Выделение подклассов основано на химическом составе
минералов, которые отмечалось ранее у Соболевой М.В. и
Пудовкиной И.А. В основу выделения групп вкладывается
кристаллическая
структура
минерала,
близкая
к
выделенным у А.С. Поваренных (цепочные, слоистые,
каркасные). Выделенный третий класс ураносодержащих
минералов, включает в себя подклассы, в которых уран
присутствует как в виде изоморфной и механической
примеси, так и в органических веществах.
20
Классификация урановых и урансодержащих
минералов
(по Сидоренко Г.А., 1978) (сокращенный вариант)
Класс I. Минералы U+4
Подклассы:
1. Простые окислы
Уранинит, настуран, урановая чернь
2. Сложные окислы U и Mo
Седовит, моурит
3. Сложные окислы U и Ti
Браннерит, давидит
4. Силикаты
Коффинит, ненадкевит
5. Фосфаты
Нингьоит, лермонтовит
21
Классификация урановых и урансодержащих
минералов
(по Сидоренко Г.А., 1978)
Класс II. Минералы U+6
Подклассы:
1. Гидроокислы урана
Скупит, беккерелит, кюрит
2. Силикаты урана
Уранофан, склодовскит, казолит
3. Фосфаты урана
Отенит, торбернит, ураноцирцит
4. Арсенаты урана
Ураноспинит, цейнерит
5. Ванадаты урана
Тюямунит, карнотит
22
Классификация урановых и урансодержащих
минералов
(по Сидоренко Г.А., 1978)
Класс II. Минералы U+6
Подклассы:
6. Карбонаты урана
Резерфордин, андерсонит
7. Сульфаты урана
Циппеит, уранопилит
8. Молибдаты урана
Умохоит
9. Селениты урана
10. Теллуриты
11. Минералы (UO2)+2 смешанного состава
Шрекингерит
23
Классификация урановых и урансодержащих
минералов
(по Сидоренко Г.А., 1978)
Класс III. Урансодержащие минералы
Подклассы:
Подкласс 1. Уран как
изоморфная примесь
Подкласс 2. Уран как
механическая
примесь
Подкласс 3. Уран в
органических
веществах
Церианит, торианит, ямагутимит, гадолинит
Апатит, флюорит, кальцит
Карбуран, тухолит, согренит
24
Благодарю за внимание!
25