鈾資源地質(zhì)學 第十章外生鈾礦概論

一、外生鈾礦床的一般概念二、鈾在表生作用中的地球化學第十章外生鈾礦概論1外生鈾礦床主要是指在地表附近，由外生作用形成的鈾礦床。外生作用是指地球巖石圈與水圈、大氣圈、生物圈之間相互發(fā)生的各種復雜的物理化學作用的綜合。在外生作用下自然界的巖石及鈾礦床遭受破壞和改造，形成新的風化產(chǎn)物，由于鈾元素地球化學性質(zhì)活潑，大部分鈾呈UO22+離子的形式遷移，搬運至河流，內(nèi)陸盆地或淺海中，在有利的環(huán)境下被吸附、還原沉淀，形成初始富鈾層位或沉積鈾礦床；一部分呈機械破碎物形式被流水帶走，搬運至河谷、湖盆、濱海，在有利環(huán)境下沉淀，形成機械沉積砂礦床；另有少部分鈾則殘留在原地，被風化殘積物吸附，形成風化殼型鈾礦床。一、外生鈾礦床的一般概念2

機械沉積砂礦床可產(chǎn)于兩種環(huán)境條件，地史早期還原環(huán)境下的沉積砂礦往往經(jīng)歷后期的改造，如石英卵石礫巖型鈾礦，鈾的來源主要在沉積階段，其工業(yè)意義大；氧化環(huán)境下形成的砂礦主要由含鈾礦物組成，目前不具工業(yè)意義。風化殼鈾礦床的規(guī)模一般不大，其工業(yè)意義也相當有限。其他原生沉積鈾礦床雖然有時形成有相當規(guī)模，但不普遍。因此，在外生作用中，更為重要的是一些原始富鈾層位或沉積鈾礦床經(jīng)過后期改造，使鈾發(fā)生再富集而形成的后生鈾礦床。3

外生鈾礦床成因認識過程經(jīng)由同生砂礦成因到同生成巖成因，其后轉向后生成因，礦床成因認識的轉變，形成了后生砂巖型鈾礦成礦新的勘查方法。

本類礦床分布廣泛，在世界各地均有產(chǎn)出，以品位低、儲量大、雜質(zhì)少、選冶條件好為特征。4二、鈾在表生作用中的地球化學

鈾在外生作用中的地球化學特征和行為，主要是指鈾在風化和沉積作用兩個不同發(fā)展階段中的地球化學特征，以及在表生作用影響鈾遷移，聚集的因素，諸如表生環(huán)境中的Eh值和pH值、吸附作用、擴散作用、生物的有機作用和微生物作用等等。1、鈾在風化作用中的地球化學特征2、鈾在沉積作用中的地球化學特征3、影響鈾表生遷移和聚集的主要因素5在風化過程中，鈾主要通過巖石和礦物的破壞和分解從巖石和礦物中分離和釋放出來，鈾從各種礦物釋放出來的難易程度不一，一般情況下其穩(wěn)定性大小順序為：氧化物＞硅酸鹽＞硫化物和碳酸鹽，造巖礦物中最穩(wěn)定是石英，副礦物中最穩(wěn)定是鋯石、獨居石，堿性長石比斜長石穩(wěn)定，云母類礦物中黑云母最容易被破壞和分解。1、鈾在風化作用中的地球化學特征6

自然界中硅酸鹽造巖礦物的風化主要表現(xiàn)為水解作用，通過水解鈾被大部分釋放出來。我國某鈾礦床中二云母花崗巖的鈾含量為27×10-6，完全氧化帶巖石中鈾含量降到2.7×10-6；法國巴比爾埃認為，花崗巖中的鈾至少有一半可以在地表風化期間被淋濾出來。7

在風化殼和土壤的形成過程中，一部分鈾聚集在粘土礦物中，特別是伊利石，蒙脫石，多水高嶺石等吸附能力較強的礦物中，而土壤中的有機質(zhì)，特別是植物死亡后形成的腐殖質(zhì)，對鈾的吸附和聚集起著重大作用。一部分鈾同其他元素一起進入各種天然水體，向水盆地及海洋遷移，構成天然水體及沉積物中的鈾含量。

在干旱條件下，風化殼中的有機物質(zhì)不僅數(shù)量很少，而且由于迅速氧化分解而不產(chǎn)生有機酸，所以風化殼的水溶液呈堿性。地表水分不斷蒸發(fā)，鈾和其他堿金屬由于毛細管作用被帶到地表，與石膏、碳酸鹽類聚集在一起，可形成鈣結巖型鈾礦化，澳大利亞西部的伊利里礦床就是一例。8鈾在天然水中具有較強的遷移能力，比硅、磷、鉀等高，與鈣、鎂、鈉、鋅屬于同一組。因此，鈾在風化殼中不可能形成像殘積鋁土礦那樣的殘積型礦床。鈾在表生還原環(huán)境中為四價，其遷移系數(shù)≤0.1，同鋁、鈦、釷、錫、鋯及其他弱活動元素相類似。測定表明，強還原性質(zhì)水體中鈾含量極低，通常為n×10-7g/L左右。鈾在氧化環(huán)境和還原環(huán)境中的遷移強度相差很大，比值達兩個數(shù)量級，這是鈾區(qū)別于許多其他元素的重要地球化學特征。

鈾在風化過程中另一特點是同位素234U的活動較238U為大，這導致風化巖中鈾同位素分餾，234U與238U的平衡比值降低到0.63－0.68。9

風化過程中從巖石、礦物內(nèi)帶出的鈾，一部分呈溶解狀態(tài)轉入地表水和地下水中，另一部分仍聚集在巖石風化殼和土壤之中。風化產(chǎn)物可進一步被水、冰川、風等搬運，其中主要是水的搬運。所以，隨著風化殼和土壤的剝蝕，鈾將以各種形式進入水體，然后被遷移到水盆地中。2、鈾在沉積作用中的地球化學特征10絡陰離子形式

主要是碳酸絡合鈾酰離子形式。無論是河水還是海水都含有一定數(shù)量的CO32-，它們的pH值為7－8.5，這樣的水體十分有利于碳酸絡合鈾酰離子的形成和存在。熱力學計算結果表明，海水中的鈾大部分呈UO2（CO3）34-形式存在。UO2（CO3）34-約占溶解鈾總濃度（ΣU＝1.4×10-8mol/l）的98%左右。在含SO42-的酸性水體中，鈾呈硫酸絡合鈾酰離子形式存在。1)鈾在天然水體中主要遷移方式①呈溶解狀態(tài)遷移

在地表水中溶解狀態(tài)的鈾有以下形式：11

UO22+或UO2OH+形式

由于它們必須在氫離子濃度較高的酸性介質(zhì)中才能穩(wěn)定存在，所以只有在濕熱氣候條件下的酸性水體中，鈾才主要以UO22+和UO2OH+形式遷移。

有機化合物形式

在氣候溫暖，雨量充沛，植被發(fā)育的地區(qū)，由于存在大量腐殖質(zhì)，鈾可與腐殖酸、富里酸等形成有機絡合物，并以有機絡合物形式遷移。12②呈吸附狀態(tài)搬運據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)代河流每年攜帶的懸浮物質(zhì)的數(shù)量達12.697×106t，因此，地表水中有相當一部分鈾隨同各種懸浮微粒被各種膠體質(zhì)點（主要是粘土礦物）所吸附，呈吸附狀態(tài)被水搬運。據(jù)研究，河水的鈾含量與混濁度呈正比，含粘土質(zhì)點較多而混濁的河水，其鈾含量比一般河水的高5－10倍。以前蘇聯(lián)南烏拉爾的河水為例，實際測得的結果是，混濁河水的鈾含量高達6.5×10－5g/L，但過濾后的清潔河水中，鈾含量降低到5.2×10－6g/L。13

③呈礦物形式搬運

少量鈾賦存于獨居石、燒綠石、鋯石等物理和化學性質(zhì)十分穩(wěn)定的礦物中呈礦物態(tài)被水搬運?，F(xiàn)代的晶質(zhì)鈾礦和瀝青鈾礦在表生氧化帶中很快被氧化分解，因而它們呈礦物碎屑搬運的距離極為有限，但是在古老的地質(zhì)時期，即22億年前大氣圈由于缺失游離氧而呈強還原性質(zhì)的環(huán)境，在這種條件下鈾可呈晶質(zhì)鈾礦等礦物形式直接被水搬運。14

同生碎屑沉積物中的鈾含量一般只與同類碎屑巖的背景含量相當。鈾的沉積與巖相古地理條件以及地球化學環(huán)境的關系十分密切，富含陸源碎屑的近岸淺水相或淺海相沉積物的鈾含量較高，大陸架沉積物的鈾含量較高，平均為3×10-6，而遠海的以化學沉積為主的深水相沉積物的鈾含量較低，大洋盆地中深海沉積物如放射蟲海泥的鈾含量較低，只有(1-1.8)×10-6。2)鈾沉積的一般規(guī)律15

粘土巖的鈾含量最高，為(3-4)×10-6，碳酸鹽巖石的鈾含量較低，平均為2.2×10-6。粉砂巖、砂巖中鈾含量的變化幅度很大，其取決于碎屑礦物和膠結物的成分，純石英砂巖的鈾含量很低，只有0.45×10-6，長石砂巖中的鈾含量可達n×10-6。蒸發(fā)巖中鈾含量普遍偏低，白云巖鈾含量較碳酸鹽巖低，而巖鹽的鈾含量最低，只有(0.1-0.2)×10-6。

在同生沉積階段，鈾直接從水體聚集到沉積物中的數(shù)量不多，一般僅構成該沉積物的本底含量。

16沉積物在水盆地底部堆積成層后，松散沉積物開始發(fā)生成巖作用。原始沉積物在成巖作用中由于壓力、Eh、pH等物理－化學條件的變化而發(fā)生脫水、重結晶和膠結等作用，以上作用使其中的部分組分如鈾、鐵、磷、硅、鈣等發(fā)生轉移和再分配，生成黃鐵礦、方解石、石英等一系列自生礦物和各種結核；最后使沉積物固結成巖。3)成巖階段中鈾的遷移、聚集和再分配17

據(jù)分析，海底軟泥中50－100cm深處的Eh值已呈負值，而200－250cm處的Eh值降低到-100－-22mv，個別情況下甚至達到-300mv，由此可見，軟泥與底面水體的地球化學環(huán)境截然不同，Eh值一旦降低到-200－-250mv時，海底軟泥水中的部分鈾就被H2S還原為U（OH）4沉淀。鈾的沉淀使軟泥中孔隙水的鈾含量比海水低一個數(shù)量級左右。上述作用促使底面海水中的鈾不斷地擴散到軟泥中來，結果導致富含有機質(zhì)的軟泥的鈾含量明顯增高。

在成巖作用的初始階段，沉積物中的動植物殘體在微生物參與下開始腐爛分解，游離氧很快被耗盡，產(chǎn)生了較多的H2S、CO2、NH3、CH4等組分，Eh值顯著降低，從而在軟泥表層下面形成強烈的還原環(huán)境。18各類沉積巖中以海相黑色頁巖的鈾含量為最高，常達(80-100)×10-6。黑色頁巖普遍富含鎳、鉬、鈷、釩、銅、稀土等多種元素，它們都不屬生物富集元素。黑色頁巖中的鈾大部分不是在生物活體中聚集的，而是在有機殘體埋深分解過程中產(chǎn)生的強還原環(huán)境的條件下聚集的。鈾和其他元素的主要來源是大陸風化殼，部分元素（Si、P、Cu等）也可能是海底火山活動的產(chǎn)物。19

黑色頁巖的重要特征之一是富含黃鐵礦，黃鐵礦與鈾緊密共生。海水中鐵的含量極低，現(xiàn)代海水中的鐵含量一般為(0.02-0.002)×10-6，海洋環(huán)境的氧化－還原電位比較高，大多為正值，而黃鐵礦的生成需要較低的Eh值。所以，黑色頁巖中的黃鐵礦也不可能是直接從海水中沉淀出來的，而是成巖作用的產(chǎn)物。

鈾在成巖作用中富集的另一重要表現(xiàn)是形成各種含鈾結核。沉積巖中結核的種類很多，成因不一，但富含鈾的結核大多是在成巖階段形成的。含鈾結核按成分可分為磷質(zhì)結核、炭質(zhì)結核和硅質(zhì)結核。20

鈾和其他一些元素在成巖階段局部地發(fā)生轉移和再分配，聚集形成鈾含量偏高的巖層或結核體。在特別有利的巖相古地理條件（如泥炭沼澤相沉積、河湖交匯部位等）和物理－化學環(huán)境中也能形成品位低、礦化均勻、明顯受巖性和層位控制的成巖型鈾礦化。鈾在成巖階段，一般僅形成鈾含量較高的磷塊巖、黑色頁巖及碳、硅、泥巖等鈾源層。這些含鈾層位不僅為鈾在后生作用中富集成礦提供了重要的鈾源，并且本身還是規(guī)模巨大的潛在鈾礦資源。在成巖作用中，除鈾外常伴隨有其他金屬元素如釩、鎳、鈷、磷、硒等的富集，因此必須重視對它們的綜合利用。211)Eh值和pH值鈾在表生帶中的遷移或沉淀一般都是在水溶液中進行，天然水體中的pH值及Eh值對表生作用中鈾的地球化學特征影響較大。由于大氣中CO2溶解，雨水含有少量碳酸而呈弱酸性，硫化礦床氧化帶內(nèi)水體呈酸性外，多數(shù)天然水體都呈弱堿性（表）。鈾屬兩性元素，在酸性溶液中大多呈絡陽離子，而當溶液pH值增高時，鈾則趨向于形成各種絡陰離子。鈾在酸性介質(zhì)中形成UO22+和UO2OH+。在缺乏絡離子配位體（CO32-、SO42-、PO43-等）的條件下，隨著介質(zhì)pH值的增高，U4+和UO22+發(fā)生水解，分別以氫氧化物U（OH）4和UO2（OH）2形式沉淀。3、影響鈾表生遷移和聚集的主要因素22表各種天然水體的pH值和Eh值（據(jù)L.G.M.巴斯，1960）水體名稱pHEh（V）雨水4.5－7+0.7－+0.4淡水6－8+0.5海水8+0.4地下水（表層）6－8+0.4－+0.2熱泉1.2－9.5+0.7－+0.185礦坑水（氧化）2.5－7.0+0.8－+0.15泥炭沼澤水5－6+0.6－-0.1淡水沉積物6－7+0.5－-0.2海底沉積物7－8+0.3－-0.25堿性土壤水10

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在天然水體中，碳酸根離子的濃度對鈾的溶解度有很大影響。鈾在弱堿性介質(zhì)中易與碳酸根生成十分穩(wěn)定的絡離子。水系中形成的鈾分散暈范圍：流經(jīng)碳酸鹽巖石的較流經(jīng)硅質(zhì)巖的大。但是在沼澤地帶的泥炭沉積物，其pH值低至3.5，這就使流經(jīng)泥炭沉積物水體中的碳酸絡合鈾酰離子解體，導致鈾被還原沉淀或為泥炭所吸附，形成含鈾泥炭。

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鈾和伴生元素在遷移沉淀過程中，由于它們在地球化學性質(zhì)上的差異，常在不同的Eh值環(huán)境中沉淀，形成一定的地球化學分帶。例如在砂巖型鈾礦床上，鈾與硒、鉬等元素經(jīng)常伴生，但硒沉淀的Eh值偏高，硒常在Eh為正值的含氧水中先于鈾沉淀下來。鉬則相反，其沉淀的Eh值較鈾的為低（圖）。因而鉬分布在沿層間氧化帶的傾向分布的鈾礦體的下方，分布范圍甚廣，距離鈾礦體可達1.5km左右。25分帶層間氧化帶鈾聚集帶未氧化的無礦巖石完全氧化亞帶不完全氧化亞帶鈾礦帶鈾暈層間水流動方向礦化

Se自然硒U(Fe)鈾黑，瀝青鈾礦Mo(U，F(xiàn)e)膠硫鉬礦

鈾黑，黃鐵礦

鐵的存在形式Fe2O3.nH2O針鐵礦，水針鐵礦FeS2黃鐵礦，白鐵礦圖鈾礦床中Se－U－Mo分布示意圖

262)吸附作用

吸咐作用系指一種物質(zhì)將周圍介質(zhì)的分子，原子或離子吸著粘附到自身表面以降低其表面自由能的作用。通常稱具有吸附能力的物質(zhì)為吸附劑，被吸附的物質(zhì)叫吸附質(zhì)。27

鈾呈吸附狀態(tài)賦存于表生帶的巖石和礦物中，這是鈾地球化學的一個重要特點。有大部分鈾呈分散吸附狀態(tài)賦存于層狀鋁硅酸鹽礦物中，只有極少一部分以鈾礦物形式存在。實驗證明，鈦的氫氧化物能從鈾濃度很低的水溶液中吸附鈾，而對含鈾粘土質(zhì)點（由云母、綠泥石、鈉長石等礦物微粒組成）所作的電子探針掃描查明，鈾與鈦的分布圖象基本一致，兩者呈正相關。多年工作證明，地表水中的分散鈾易被河流底部細粒沉積物和土壤中的粘土礦物，以及鐵、錳、鈦的氫氧化物吸附，其吸附量一般同水中鈾濃度呈正比。28

吸附作用主要是一種表面現(xiàn)象，吸附劑比表面積的大小對吸附能力的影響很大，各種礦物，巖石對鈾的吸附能力很大程度上取決于它們的物質(zhì)組分，各種沉積巖及礦物吸附鈾的能力按以下順序遞減：褐煤＞磷塊巖＞褐鐵礦＞粘土＞灰?guī)r＞砂巖。同一種吸附劑其變質(zhì)程度愈深，結晶程度愈好，顆粒愈粗大則吸附鈾的能力愈弱。29

礦物的膠狀變種具有較大吸附能力，礦質(zhì)膠體的吸附能力受介質(zhì)pH值影響很大，有機質(zhì)膠體（煤、腐殖酸）吸附鈾的能力在pH＝5-6的弱酸條件下最強，當介質(zhì)的酸度增強到pH＝3-3.5時，發(fā)生鈾的解吸，天然泥炭沼澤水（pH值約為5-6）的地球化學環(huán)境對鈾的吸附和聚集是十分有利的。硅膠的吸附能力在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)最強。30

在一定條件下鈾的吸附量與溶液中其他組分的存在有關。

在硫酸型水溶液中，UO22+很容易被各種吸附劑吸附，但當溶液中含有一定數(shù)量的CO32－（＞n×10－7當量濃度）時，吸附劑吸附UO22+的能力減弱為原有吸附能力的1/20，這是因為溶液中的UO22+與CO32－結合成帶有與吸附劑同名（負）電荷的碳酸絡合鈾酰離子，從而降低了吸附劑對鈾的吸附能力。31在靜止介質(zhì)中，各種粒子（原子、離子、分子、膠粒等）的無序熱運動使一些粒子從濃度較高部位向濃度較低方向遷移，并至體系中粒子的濃度最終趨向均一，這種運動叫擴散作用。

UO22+的擴散作用是通過氧化還原作用來進行的，富含有機質(zhì)和粘土質(zhì)的沉積物在成巖過程中，由于有機物分解產(chǎn)生的強還原環(huán)境以及粘土礦物的吸附作用，一部分鈾得以沉淀固定下來，造成孔隙溶液中鈾的濃度降低，形成一定濃度差。擴散作用會使得周圍沉積物（巖石）孔隙溶液中的鈾不斷地朝此方向擴散并聚集在富含有機質(zhì)的巖層中。3)擴散作用32

鈾在土壤中主要聚集在有機質(zhì)含量偏高的腐殖土層之中，有時可形成局部的放射性異常。沉積巖的鈾含量常與有機炭含量呈正消長關系，遍布全球的黑色頁巖、炭板巖（包括石煤）以及部分褐煤的鈾含量普遍偏高，達n×10-5，局部甚至可達n×10-4－n×10-3。

鈾在部分動植物殘體中顯著富集，據(jù)報道，蘇格蘭泥盆系砂巖中魚骨殘體的鈾含量高達15×10-4，前蘇聯(lián)曾發(fā)現(xiàn)由含鈾魚骨化石層組成的工業(yè)鈾礦床；含鈾地瀝青的分布相當廣泛，在美國安布羅西亞湖的巨型鈾礦床中，鈾與地瀝青密切共生。4)鈾與有機物質(zhì)的關系33各種生物體中鈾含量的分析結果表明：動物體中的鈾含量很低，一般小于0.0n×10-6；陸地植物灰分中的鈾含量通常為0.0n×10-6；土壤的鈾含量（1－4×10-6）；在水生植物中，除少數(shù)低等藻類植物的鈾含量較高外，一般植物的鈾含量低于沉積巖的鈾含量。鈾的生物吸收系數(shù)約為0.0n－0.00n。鈾在外生作用中的地球化學行為與氮、磷、鉀、鈉等元素迥然不同，不屬于生物富集元素。絕大部分生物在生長過程中并不積累鈾。鈾在有機物質(zhì)中的富集同生物死亡后有機體分解形成的強還原環(huán)境及有機質(zhì)聚合成的復雜高分子化合物（腐殖質(zhì)、腐泥質(zhì)等）有關。①鈾在生物體內(nèi)的分布特點34有機物質(zhì)的還原作用

表生帶中的動植物體死亡后迅速為微生物所分解，形成各種簡單的無機化合物如CH4、H2、CO2、NH3等。在缺氧條件下，這些無機化合物可以與SO42-，NO3-，F(xiàn)e2O3等發(fā)生氧化－還原反應，例如SO42-被CH4還原為H2S：CH4＋SO42-→H2S＋CO32-＋H2O②鈾在有機物質(zhì)中富集的機理

鈾在有機物質(zhì)中富集的機理相當復雜。促使鈾在有機物質(zhì)中富集的主要因素是還原作用、吸附作用和形成有機化合物的化學反應。。35

在有機物質(zhì)周圍由于存在H2S，造成強烈的還原環(huán)境，在還原條件下，還原劑使圍巖中的氧化鐵還原生成黃鐵礦，同時也促使水溶液中的六價鈾還原沉淀。

有機物質(zhì)中聚鈾能力最強的是腐殖質(zhì)，其次是腐泥質(zhì)。腐殖質(zhì)是由各種簡單有機化合物（CH4、NH3等）經(jīng)過聚合而形成的一種成分和結構都十分復雜的高分子化合物。主要由黃腐酸(Fulvicacid)又稱富啡酸和胡敏酸(Humicacid)組成，在腐植質(zhì)中，主要是黃腐酸中鈾有明顯富集，顯示了其有密切關系，而胡敏酸則不明顯。36

北京地質(zhì)研究院近年對腐植質(zhì)與鈾關系重新做了工作，發(fā)現(xiàn)黃腐酸中鈾含量高而胡敏酸（有的資料中譯為腐植酸）的鈾含量低（表1）。從表2可見，有機質(zhì)對鈾具有明顯的控制作用，鈾主要同有機質(zhì)中的腐殖酸（黃腐酸+胡敏酸）有關，當樣品中的腐殖酸被提取時，大部分鈾也同時被提取，致使殘渣中鈾含量大為降低。實驗查明，在有機物質(zhì)的各組分中，腐殖酸具有最大的還原能力，其△Eh值達450mv。納烏莫夫曾作過腐殖酸使UO3還原為瀝青鈾礦的實驗，取得了成功。37表1含礦砂巖中黃腐酸與胡敏酸的鈾含量樣號SC10SC9SC5SC6SC7FAHAFAHAFAHAFAHAFAHA鈾含量×10-641.0123.45399.3541.75171.478.5688.202.2710237.3068.5表2含礦砂巖中煤線樣品的有機炭、腐殖酸*、鈾的含量（據(jù)北京鈾礦地質(zhì)研究所，1976）巖性C有機（%）腐殖酸*（%）U（%）提出腐殖酸后殘渣中鈾黑色細砂巖中的煤線16.001.261.8420.60灰黑色含礫細砂巖中的煤線15.352.210.520.096灰紫色含巖炭含礫砂巖中的煤線42.768.445.8281.264灰黑色細砂巖中的煤線39.7242.7210.513.86灰色炭質(zhì)中粒砂巖中的煤線35.3910.9613.147.02538有機物質(zhì)的吸附作用鈾在富含有機質(zhì)的弱酸性介質(zhì)中常呈UO22+和UO2(OH)+形式存在，它們?nèi)菀妆挥袡C物質(zhì)和其他膠體所吸附。對各種物質(zhì)所做吸附鈾的試驗表明，泥炭及褐煤吸附鈾及其他金屬元素的能力最強。有機質(zhì)隨著變質(zhì)程度增高，其中的腐殖質(zhì)逐漸減少，因而吸附鈾的能力明顯降低。據(jù)研究，在泥炭變質(zhì)為無煙煤的過程中，失去近66.8%的有機質(zhì)。用NaOH將泥炭中的腐殖酸除去后，則泥炭吸附鈾的能力大為降低，因此鈾的吸附作用同腐殖酸的關系十分密切。39

有機物質(zhì)的絡合作用有機物質(zhì)組分中的腐殖酸和富里酸能強烈地絡合鈾及其他金屬，形成鈾酰有機絡合物如鈾酰腐殖酸鹽絡合物Na4[UO2(C-nHnCOO)m]及M+[UO2(CH3COCHCOCH2)3]-，式中M＝NH4＋，CH3NH3+——NH3+等。405)微生物作用與鈾的富集

在鈾的表生遷移和富集過程中，微生物所起的作用主要表現(xiàn)在以下3個方面：①鈾在有機物質(zhì)中的聚集同微生物作用的關系密切。在表生環(huán)境中，有機質(zhì)存在和細菌作用是使硫酸鹽還原產(chǎn)生硫化氫，進而形成金屬硫化物的重要控制因素。鈾在自然界雖然不能直接形成硫化物沉淀，但有機物質(zhì)和細菌作用產(chǎn)生的硫化氫和硫化物對鈾的還原和沉淀卻起著十分重要的作用。41沉積物中硫化氫的產(chǎn)生，通常都是由厭氧的硫酸鹽還原菌所致。據(jù)研究，硫酸鹽還原菌的適應能力非常強，它可以在Eh值為+350--500mv，pH值為4.2-10.2，壓力為（1-1000）×105Pa，溫度為0-100℃，鹽度＜1-3%NaCl的環(huán)境中活動和繁殖。在缺氧環(huán)境中，有機物質(zhì)中的碳氫化合物在有硫酸鹽還原菌的參與下使硫酸鹽還原產(chǎn)生硫化氫：CaSO4＋CH4H2S＋CaCO3＋H2O

上述反應過程產(chǎn)生的H2S造成一種強還原環(huán)境，因此水溶液中的六價鈾還原成四價。42②一些微生物如氧化硫鐵桿菌和氧化硫桿菌，能大大加快硫化物的氧化速度。氧化硫鐵桿菌是一種依靠Fe2+氧化產(chǎn)生的能量生長的自養(yǎng)細菌，它最適宜在pH為2左右的介質(zhì)中活動繁殖，在酸性礦坑水中廣泛分布。菌類的催化作用在于使黃鐵礦迅速氧化，產(chǎn)生硫酸和硫酸高鐵；爾后，巖石中的四價鈾在酸性介質(zhì)中，氧化為六價鈾，從而大部分鈾淋濾出來。據(jù)布魯諾爾研究，在氧化硫鐵桿菌的參與下，黃鐵礦的氧化速度較無菌條件下快20倍左右。氧化硫鐵桿菌——————氧化硫桿菌4FeS2＋15O2＋2H2O2Fe2(SO4)3＋2H2SO443③存在鈾含量偏高的菌種，目前尚未發(fā)現(xiàn)能使鈾高度富集的嗜鈾細菌，但已發(fā)現(xiàn)某些鈾含量偏高的菌種，例如UstillagoCarbo孢子含鈾達2.36×10-6，一種黑曲菌所聚集的鈾相當于周圍介質(zhì)中鈾含量的10倍。在法國圣波伊特含鈾煤層的瀝青樣品中發(fā)現(xiàn)一種桿狀（2-7μm）和球狀（φ＝1μm）的細菌，測得其中鈾含量高達13%，磷含量也很高。此外，在該地區(qū)含鈾黑色頁巖中還發(fā)現(xiàn)一種真菌，其菌絲外膜上的鈾含量很高，達10%?？梢姡匀唤绱_實存在著聚鈾能力很強的微生物。目前微生物學家和鈾礦地質(zhì)工作者正努力去尋找和選育出一種真正的嗜鈾菌種，一旦成功，那么就可以對貧鈾礦石進行名符其實的“細菌冶煉”。

44含鈾含氧地下水在沿著富含有機質(zhì)、黃鐵礦等還原劑的緩傾斜透水層或?qū)娱g斷裂破碎帶向下緩慢流動的過程中，逐漸氧化圍巖中的各種還原組分，形成形態(tài)復雜的層間氧化帶和潛水氧化帶。在氧化－還原界面附近上，地球化學性質(zhì)急劇變化，Eh值陡然下降為負值（-0.05－-0.2v），形成一個明顯的氧化－還原界面。由含氧地下水帶來的鈾，大部分在這里被還原沉淀，或以黑色粉末狀、被膜狀的鈾黑出現(xiàn)在其他礦物顆粒表面，或以瀝青鈾礦及鈾石的細粒集合體形式產(chǎn)出在炭化植物殘骸和膠狀黃鐵礦聚集的部位。還有部分鈾則為有機質(zhì)、粘土類礦物以及磷酸鹽礦物所吸附富集。4、鈾后生聚集的地球化學特征1)氧化－還原界面與鈾的聚集45

鈾的后生富集作用不僅發(fā)生在砂巖和碳硅泥巖型鈾礦床中，而且在其他類型有特殊結構的一些鈾礦床內(nèi)也普遍存在。成礦后的氧化帶改造了早期貧礦化帶，在下部還原帶進行次生富集，達到了工業(yè)開采價值。所以鈾的后生富集的地球化學作用是十分重要的成礦作用，是目前外生鈾礦床主要成礦方式。對于鈾在表生帶的遷移來說，氧化－還原反應起著特別重要作用，六價鈾的強遷移性和四價鈾的弱遷移性能形成了十分明顯反差，這也就促使了鈾在某些地球化學環(huán)境分散，而在某些地球化學環(huán)境富集，并能在氧化－還原界面富集。46

含氧地下水的Eh值由正值轉變?yōu)樨撝档倪^程，一般發(fā)生在數(shù)米到數(shù)百米的距離內(nèi)。顯然，距離愈短，氧化－還原電位的落差愈大，則Eh值變化梯度△Eh/S（S為距離）也愈大，使鈾的沉淀更加集