Урановые минералы

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Геолого-географический факультет

Кафедра геологии

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Кристаллография и минералогия»

Урановые минералы

ОГУ 21.05.02 4 6 14 062 ПЗ

                           

 

 

 

Руководитель работы

Ст. преподаватель

________________Е. Б. Савилова

«____»________________2014 г.

Исполнитель

Студент группы 13ПГ(с)ГС

_________________ М.О. Юланов

«____»_____________2014г.

 

 

 

Оренбург, 2014

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Геолого-географический факультет

Кафедра геологии

 

 

Задание на курсовую работу

по дисциплине «Кристаллография и минералогия»

направления подготовки (специальность) 21.05.02 ПГ(с)

Урановые минералы

 

 

Исходные данные: данные сети Интернет, а также публикации отечественных геологов по исследуемой проблеме.

Перечень подлежащих разработке вопросов:

 а) изучить свойства и практическое применение урановых минералов;

б) исследовать методы определения вещественного состава урановых минералов;

в) обосновать перспективы развития добычи урана и урановых минералов для современной России

Перечень графического материала:

Данная курсовая работа содержит 12 рисунков отображающие минералы урана.

 

Дата выдачи задания «____»______________ 2014 г.

Руководитель

старший преподаватель                      Е. Б. Савилова

Исполнитель

студент группы 13ПГ(с) ГС                  М.О. Юланов

Срок защиты работы « ___»_____________ 2014 г. 

АННОТАЦИЯ

В данной курсовой работе рассматриваются методы определения вещественного состава урановых минералов, их свойства и характеристики. на примере уранинита, карнотита, самарксита и других минералов, а также их практическое применение. Структура данной курсовой работы выглядит следующим образом: в первом раздел описаны методы определения вещественного состава урановых минералов. Во втором разделе отображается информация об уране. В третьем разделе рассмотрены свойства и характеристики урановых минералов, их практическое применение. Работа выполнена печатным способом на 29 страницах с использованием 3 источников, содержит 12 рисунков.

ABSTRACT

In the course of this paper deals with methods for determining the material composition of uranium minerals, their properties and characteristics. for example, uraninite, carnotite, samarksita and other minerals, as well as their practical application. The structure of the course work is as follows: The first section describes the methods for determining the material composition of uranium minerals. The second section displays information about the uranium. The third section deals with the properties and characteristics of uranium minerals, their practical application. The work is done by printing on __ pages using 3 sources, contains 14 images.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Цель данной курсовой работы- ознакомиться с минералами урана, изучить их характеристики, свойства диагностические признаки, месторождения и практическое применение.

Изучение урана и его минералов является актуальной задачей для ученых, так как данные минералы широко используются в промышленности, в геологии, в оборонном деле и в других сферах.

В курсовой работе наглядно иллюстрируются урановые минералы, описаны их физические и химические свойства, благодаря которым становится возможным проанализировать полезность и доступность каждого описанного минерала в геологической или любой другой деятельности.

Изучение вещественного состава урановых минералов проводится при помощи радиометрических методов, методов отпечатка и других методов которые описаны в курсовой работе.

 

 

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА УРАНОВЫХ МИНЕРАЛОВ

Для определения вещественного состава урановых минералов существует несколько методов. Выбор таких методов зависит от минералогических особенностей, размеров, форм выделений минералов и их парагенетических ассоциаций. В зависимости от использования излучений эти группы делятся на альфа-, бета-, гамма- излучения.

РАДИОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Эти методы основаны на ионизирующем действии радиоактивных излучений. Они позволяют определить общую радиоактивность руд и пород в штуфах и дать количественную оценку радиоактивности исследуемого материала в порошках. Различают две основные группы методов: ионизационные и импульсные. Ионизационные методы основаны на применении электрометров, а импульсные на применении различного типа счетчиков

Альфа- метод основан на измерении суммарной ионизации, возникшей в ионизационной камере под действием альфа-частиц, испускаемых поверхностным слоем исследуемого образца. На результаты измерений этим методом влияет сдвиг радиоактивного равновесия, влажность образца и пр., поэтому его применение ограничено. При ориентировочных измерениях он дает возможность установить наличие элементов ториевого ряда и примерно определить эманирование руды по торию.

Бэта-метод основан на измерении суммарной ионизации, вызываемой бета-  и гамма- лучами радиоактивных элементов, или на подсчете отдельных бета-частиц. Импульсный бета-метод в настоящее время является основным методом, так как он позволяет анализировать малые навески пробы при значительно меньшей, по сравнению с другими методами, затрате времени.

Гамма-метод основан на подсчете отдельных гамма-квант при помощи различного типа счетчиков. Основными гамма-излучателями, как известно, являются RaB и RaC, составляющие 98% всего гамма-излучения ряда уран-радий, поэтому гамма-методом измеряется в пробе количество радия а не урана. В связи с этим любое смещение равновесия и эманиплексе с бета-методом при анализе неравновесных и комплексных руд. При измерении равновесных руд гамма-метод не имеет никаких преимуществ перед бета-методом и в лучшем случае дает равноценные результаты, являясь при этом менее чувствительным методом.

При радиометрических анализах в настоящее время используется следующая аппаратура: для ионизационных методов – электрометры, для импульсных методов – лабораторные радиометры и пересчетные установки.

К радиометрическим методам также относится и радиохимический метод.  
ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ МЕТОДЫ

Перловый анализ-основан на способности всех урановых минералов давать при сплавлении с фторидом натрия перл, люминесцирующий желтовато-зеленым цветом в ультрафиолетовых лучах. Перловый анализ является очень чувствительным, позволяющим быстро производить качественное и полуколичественное определение урана из минимального количества вещества, а также определять природу радиоактивности.

Количественное определение урана осуществляется методом сравнения испытуемых перлов с эталонными. Для этого в ушке платиновой проволочки сплавляют 50мг фторида натрия и приплавляют к нему 0.5 мг испытуемого минерала. Для полного перевода последнего в растворимое состояние необходимо сплавление перла проводить при температуре 800-900 градусов, иначе результат определения содержания урана может оказаться заниженным. Определению урана в перле мешает ниобий, который с фторидом натрия вызывает люминесценцию, несколько сходную с люминесценцией урана и отличающуюся лишь более слабой интенсивностью спектра. Производить количественное определение урана в минералах, содержащих ниобий, невозможно.

Гасителями люминесценции перлов являются: марганец, железо, медь, свинец и висмут, причем первые два элемента оказывают более сильное гасящее действие.

Люминесценция минералов. Этот анализ основан на способности соединений шестивалентного урана люминесцировать в ультрафиолетовых лучах.

Урановые минералы довольно полно изучены по люминесцентным свойствам в длинных волнах спектра.

Для наблюдения фотолюминесценции применяются кварцево-ртутные лампы различных конструкций, снабженные светофильтром Вуда. В полевых условиях могут быть использованы солнечные люминоскопы. Для наблюдения люминесценции используются спектрографы.

Люминесцентный анализ является очень важным для выявления и диагностики некоторых вторичных урановых минералов. Минералы, содержащие в своем составе медь, свинец, железо, марганец, висмут, обычно не люминесцируют.

При помощи этого анализа легко установить в породе мельчайшую вкрапленность люминесцирующих урановых минералов, неуловимых невооруженным глазом. 
МЕТОД ОТПЕЧАТКА

Метод отпечатка или контактный метод определения элементов в минералах детально разработан С.А. Юшко. Здесь он приводится с некоторым дополнением к способу определения урана. Этот метод прост и доступен и позволяет даже в полевых условиях обнаруживать урановые минералы в руде, определять характер распределения их в руде и при необходимости может заменить радиографический метод.

Метод отпечатка основан на получении нерастворимого осадка соли уранила при действии на раствор проявителем. Растворителем являются минеральные кислоты различных концентраций, переводящие уран в раствор в виде уранилнитрата. Проявителем служит 5%-ный раствор ферроцианида калия. Взаимодействуя с нитратом уранила, он дает не растворимый в воде красновато-коричневый осадок комплексной соли, фиксипующийся на фотографической, чертежной или фильтровальной бумаге. На последней получается менее четкие отпечатки, но она незаменима в полевых условиях, когда нужно определить распределение урановых минералов в штуфе без пришлифовки последнего. Для получения отпечатка фильтровальную бумагу надо смочить растворителем, завернуть в нее штуф так, чтобы она плотно прилегала к его поверхности, подержать 2-3 минуты и, не разворачивая, покапать проявителем. Красновато-коричневые пятна, выступившие на фильтровальной бумаге, указывают на участки шуфа, содержащие урановые минералы. Этот способ помогает легко ориентироваться при отборе материала для изготовления шлифов. 
УРАН И ЕГО СВОЙСТВА

Ура́н (устаревший вариант ура́ний) — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса 238,029; обозначается символом U (лат. Uranium), относится к семейству актиноидов.

Уран широко распространён в природе. Содержание в земной коре составляет 0,0003 % (вес.), концентрация в морской воде 3 мкг/л. Количество урана в слое литосферы толщиной 20 км оценивается в 1,3·1014 т, в морской воде — в 109—1010 т

Основная масса урана находится в кислых породах с высоким содержанием кремния. Значительная масса урана сконцентрирована в осадочных породах, особенно богатых органикой. В больших количествах как примесь уран присутствует в ториевых и редкоземельных минералах (ортит, сфен CaTiO3[SiO4], монацит (La,Ce)PO4, циркон ZrSiO4, ксенотим YPO4 и др.). Важнейшими урановыми рудами являются настуран (урановая смолка, уранинит) и карнотит. Основными минералами — спутниками урана являются молибденит MoS2, галенит PbS, кварц SiO2, кальцит CaCO3, гидромусковит и др..

Россия по запасам урана, с учетом резервных месторождений, занимает 3-е место в мире (после Австралии и Казахстана). В месторождениях России содержится почти 550 тыс. т запасов урана, или немногим менее 10 % его мировых запасов; около 63 % их сосредоточено в Республике Саха (Якутия). Основными месторождениями урана в России являются: Стрельцовское, Октябрьское, Антей, Мало-Тулукуевское, Аргунское молибден-урановые в вулканитах (Забайкальский край), Далматовское урановое в песчаниках (Курганская область), Хиагдинское урановое в песчаниках (Республика Бурятия), Южное золото-урановое в метасоматитах и Северное урановое в метасоматитах (Республика Якутия). Кроме того, выявлено и оценено множество более мелких урановых месторождений и рудопроявлений.

Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: 238U (изотопная распространённость 99,2745 %, период полураспада T1/2 = 4,468·109 лет), 235U (0,7200 %, T1/2 = 7,04·108 лет) и 234U (0,0055 %, T1/2 = 2,455·105 лет)[8]. Последний изотоп является не первичным, а радиогенным, он входит в состав радиоактивного ряда 238U.

Радиоактивность природного урана обусловлена в основном изотопами 238U и его дочерним нуклидом 234U. В равновесии их удельные активности равны. Удельная активность изотопа 235U в природном уране в 21 раз меньше активности 238U.

На данный момент известно 23 искусственных радиоактивных изотопа урана с массовыми числами от 217 до 242. Наиболее важный из них — 233U (T1/2 = 1,59·105лет) получается при облучении тория-232 нейтронами и способен к делению под воздействием тепловых нейтронов, что делает его перспективным топливом для ядерных реакторов. Наиболее долгоживущим из изотопов урана, не встречающихся в природе, является 236U с периодом полураспада 2,39·107 лет.

Изотопы урана 238U и 235U являются родоначальниками двух радиоактивных рядов. Конечными элементами этих рядов являются изотопы свинца 206Pb и 207Pb.

В природных условиях распространены в основном изотопы 234U, 235U и 238U с относительным содержанием 234U:235U:238U = 0,0054 : 0,711 : 99,283. Почти половина радиоактивности природного урана обусловлена изотопом 234U, который, как уже отмечено, образуется в ходе распада 238U. Для отношения содержаний 235U : 238U, в отличие от других пар изотопов и независимо от высокой миграционной способности урана, характерно географическое постоянство: 238U/235U = 137,88. Величина этого отношения в природных образованиях не зависит от их возраста. Многочисленные натурные измерения показали его незначительные колебания. Так, в роллах величина этого отношения относительно эталона изменяется в пределах 0,9959—1,0042, в солях — 0,996—1,005. В урансодержащих минералах (настуран, урановая чернь, циртолит, редкоземельные руды) величина этого отношения колеблется в пределах 137,30—138,51, причём различие между формами UIV и UVI не установлено; в сфене — 138,4. В отдельных метеоритах выявлен недостаток изотопа 235U. Наименьшая его концентрация в земных условиях найдена в 1972 г. французским исследователем Бужигесом в местечке Окло в Африке (месторождение в Габоне). Так, в природном уране содержится 0,720 % урана 235U, тогда как в Окло оно уменьшается до 0,557 %. Это послужило подтверждением гипотезы о существовании природного ядерного реактора, который стал причиной выгорания изотопа 235U. Гипотеза была высказана Джорджем Ветриллом (George W. Wetherill) из Калифорнийского университета в Лос­-Анджелесе, Марком Ингрэмом (Mark G. Inghram) из Чикагского университета и Полом Курода (Paul K. Kuroda), химиком из Университета Арканзаса, ещё в 1956 г. описавшим процесс. Кроме этого, в этих же округах найдены природные ядерные реакторы: Окелобондо, Бангомбе (Bangombe) и др. В настоящее время известно 17 природных ядерных реакторов.