Глава 3. Основные минералы урана

Много минералов урана открыто в последние десятилетия в связи с новыми методами исследований минералов на уровне электронной микроскопии и электронных микроанализаторов.

Уран отличается большой химической активностью и легко вступает в реакцию с другими элементами, образуя много минералов. В настоящее время известно более 170 природных соединений - урановых минералов, причём около 30 было открыто в последнее время. В природе существуют минералы преимущественно четырёх-, пяти- и шестивалентного урана. Помимо собственно урановых минералов есть большое число минералов, где он присутствует в качестве примеси, составляя лишь несколько процентов или доли процента. Это урансодержащие минералы.

Минералы урана можно разделить на две группы:

- Собственные минералы урана, в которых уран входит закономерно в кристаллическую решетку и является постоянным элементом молекулы химичского соединения:

А) минералы четырёхвалентного урана;

Б) минералы уранила;

- Урансодержащие минералы, в которых уран изоморфно входит в кристаллическую решётку.

Все минералы урана можно разделить на классы химических соединений: оксиды, титанаты, силикаты, сульфаты, карбонаты, арсенаты, фосфаты и молибдаты, в которых уран входит в виде простого иона четырёхвалентного урана или комплексного иона - уранила.

Минералы четырёхвалентного урана - силикаты, титанаты, урансодержащие цирконо-силикаты формировались в глубинных зонах земной коры и представляют собой сложные изоморфные соединения, обладают большой энергией кристаллической решётки, тёмной, часто чёрной окраской, высокой плотностью (от 4 до 6 г/см3), довольно большой твёрдостью (от 5 до 6 и более).

В связи с тем, что уран легко подвергается окислению или восстанвлению, которые сменяют друг друга при миграции растворов в земной коре, в одном и том же минерале часто присутствуют одновременно четырёх- и шестивалентные ионы. Минералы, в состав которых одновременно входит четырёх- и шестивалентный уран, фрмировались в довольно большом диапазоне термобарических и химических условий и обладают меняющимися свойствами. К ним относят главные рудные минералы урана - уранинит, настуран, урановые черни, часть гидроксидов, силикатов, молибдатов урана. К этой группе относятся и соединения урана с органическим веществом типа тухолита, карбурана и др. Образовались эти минералы в гидротермальных жилах, в осадочно-метаморфизованных и экзогенных месторождениях, в зоне цементации гидротермальных месторождений, но всегда в условиях недостатка кислорода. Они неустойчивы по отношению к выветриванию и поэтому, как правило, не сохраняются в россыпях. Окраска минералов чёрная или тёмно-бурая, твёрдостью от 1 до 6, плотность от 4 до 9 г/см3. Для них типичен раковистый излом, смолистый или матовый блеск. Кристаллическая форма не всегда хорошо выражена.

Минералы четырёхвалентного урана относятся к классам простых оксидов урана, сложных оксидов урана и молибдена, титанатов, силикатов, теллуритов, тантало-ниобатов и фосфатов урана. Преимущественно пятивалентный уран слагает фосфат урана - нингиот.

К простым оксидам урана относятся уранинит (KUO2*LUO3*MPbO), настуран (KUO2*LUO3*MPbO) и так называемая урановая чернь (KUO2*LUO3*MPbO*nH2O), отличающиеся друг от друга кристалломорфическими особенностями. Все три морфологические разновидности имеют одну и ту же кубическую гранецентрированную решётку типа флюорита и аналогичный состав, что позволяет относить их к одному и тому же минеральному виду - ураниниту.

Простые оксиды урана являются промышленными минералами. Среди них выделяются минералы с общей эмпирической формулой n1UO2*n2UO3, где n1+n2 соответствуют числу ионов четырёх- и шестивалентного урана.

К сложным оксидам урана и молибдена относятся седовит и моурит, кристаллизующиеся в ромбической сингонии. Они, как правило, возникают в зоне окисления молибден-урановых месторождений.

В классе силикатов урана наиболее известны два минерала: коффинит - U(SiO4)1-x(OH)4x и ненадкевит - (U4+,Y,Ge,Th)U6+(Ca,Mg,Pb)SiO4*(OH)*nH2.

К титанатам урана относятся браннерит - (U4+,Ca,Th,Y)[(Ti,Fe)2O6]*n H2O и давидит - (Fe2+,Fe3+,U4+,TR)2(Ti,Fe3+,Cr,V)5O12.

К классу молибдатов урана относятся кузинит и молуранит. Молуранит встречен в альбититах, а кузинит - в осадочно-метаморфических породах.

Уран в четырёхвалентном состоянии содержится в метамиктных разновидностях циркона - аршиновите (гельцирконе), малаконе и других, но количество урана в этих минералах обычно невелико (до 2%).

Минералы шестивалентного урана образуются при поверхностном изменении соединений четырёхвалентного урана в условиях обилия кислорода, воды и углекислоты. Минералам этой группы присущи яркие цвета - жёлтые, оранжевые, зелёные. Довольно часто наблюдается люминесценция в ультрафиолетовых лучах. Физические свойства (блеск, твёрдость, спайность) значительно варьируют, так же, как и формы нахождения. Часто эти минералы либо образуют псевдоморфозы по скоплениям первичных руд, либо заполняют пустоты и трещинки в зоне окисления урановых месторождений. Многие из них легко растворимы в природных водах и поэтому мигрируют, буквально на глазах образуя налёты на стенках горных выработок.

Минералы уранила объединены в типы, название которым дано по тому адденду (анионной группе), с которым уранил-ион соединён. Известные в настоящее время минералы уранила относятся к 10 классам: гидроксиды, силикаты, карбонаты, сульфаты, молибдаты, фосфаты, арсенаты, ванадаты, селениты и теллуриты. Некоторые минералы являются переходными от одного класса к другому.

Многие минералы содержат уран, который изоморфно входит в их кристаллические решётки, не являясь основным минералообразующим элементом. Такие минералы, в отличие от собственных урановых минералов, принято называть урансодержащими. Количество урана составляет десятые и сотые доли процента, изредка доходит до нескольких процентов. В урансодержащих минералах из-за изоморфизма часто присутствуют в значительных количествах другие радиоактивные или редкие элементы - цирконий, ниобий, тантал, гафний, редкие земли, благодаря чему они являются весьма ценными комплексными рудами.

Наиболее распространёнными в природе минералами, изоморфно содержащими уран, являются:

- галоидные соединения - флюорит;

- оксиды - самарскит, колумбит-танталит, бетафит, лопарит, пирохлор, гатчеттолит;

- фосфаты - монацит, ксенотим, апатит;

- силикаты - циркон, циртолит, ортит, торит и др. [4].