鈾是一種極為稀有的放射性金屬元素,元素符號U,是自然界中能夠找到的最重元素,在自然界中存在三種同位素(鈾235、鈾238、鈾234),核能發電利用的是鈾235。鈾礦物是指鈾的天然化合物,多以黃色、綠色或黃綠色呈現,色彩絢麗,被譽為礦石家族中的「玫瑰花」,卻具放射性。世界上已發現的有方鈾礦、瀝青鈾礦、非晶質鈾礦、晶質鈾礦、鈣鈾雲母等200多種鈾礦物。
鈾礦物匯總表
瀝青鈾礦
開業之石-鈾礦
開業之石:1954年秋,這塊來自廣西的鈾礦石被帶進中南海向毛澤東、周恩來等中央領導匯報,時任地質部常務副部長劉傑手持測量儀器進行了探測演示,放射性物質使儀器發出響聲——證明我國地下埋藏有鈾礦。如今這塊為中央領導反覆討論、提供決策的礦石被譽為「開業之石」。
開業之石帶來的歷史意義及作用:1955年1月15日下午,毛澤東主席在中南海主持召開了中共中央書記處擴大會議,作出了建立和發展我國原子能事業的戰略決策。
核的應用在我國主要用於國防建設和民用建設。國防建設主要是製造核武器(原子彈、氫彈等)、核動力裝置(核潛艇、核航母)等。民用建設主要是核電站、核醫療等。
鈾是目前最重要的核燃料,被譽為「軍工基石 核電糧倉」。
汙染少,核能發電,不產生二氧化碳和其他有毒氣體,不造成溫室效應,對改善大氣和環境都是有益的,是清潔能源。能量大,1kg鈾可利用的能量相當於燃燒2700噸標準煤釋放的能量。
我國是鈾資源不太豐富的國家,探明的大部分鈾礦床規模為中小型,近年來北方地區探明了超大型礦床。
首先,天然鈾礦體和鈾礦石都具有一定放射性,但這種天然的放射性,經過地球形成後45億年的天然衰變,天然鈾礦的放射性已經很低。其次,研究表明,一個人對 1斤左右的鈾礦石所受輻射劑量為0.02毫希,跟戴一塊夜光手錶差不多。野外工作時,徒手摸了它,也只需要肥皂水洗洗就好。所以,鈾礦石並不危險。
在放射性地質調查中,常用FD-3013型環境γ輻射監測儀測定各地質體巖石伽瑪照射量率,尋找異常點、帶,研究伽瑪場特徵及其與鈾礦化的關係,從而評價區域鈾礦資源和尋找具有經濟價值的鈾礦床。
裝備儀器
圖為使用ARD型地面伽瑪能譜儀測定各地質體巖石鈾、釷、鉀含量,研究其分布規律,圈定異常範圍,結合地質、物探、化探等認識,預測找礦遠景區。
野外測試
圖為工程揭露,主要的工程揭露有:槽探、剝土、井探、鑽探等。目前,槽探和鑽探是目前最主要的揭露手段。主要作用是揭露深部鈾礦化特徵,控制礦體規模、延伸、展布情況。所有工程均採用了施工後綠色環保處理措施,保證青山綠水。
野外工作
圖為取樣階段,樣品分析可分為一般巖礦分析、同位素測年、巖礦鑑定等各類分析測試樣品的採集與處理;抽水實驗等各種現場測試。
樣品取樣
取樣後,在室內對樣品進行化驗分析。
室內研究
最後,綜合野外和室內工作資料,進行分析研究,形成研究報告。
1.晶質鈾礦:主要成分是UO2,為鈾的氧化物,往往含有呈類質同象的釷、稀土以及鉛、鈣、鐵、矽等成分。屬等軸晶系,硬度5.5-6,比重7.5-10.0,不透明,半金屬、金屬光澤,暗鋼灰色到天鵝絨黑色,有的變成褐黑色到淺綠黑色,為典型的內生鈾礦物,是目前提煉鈾的主要礦物原料,主要見於富鈾花崗巖、偉晶巖、高溫熱液礦床和變質巖礦床。
晶質鈾礦
2.瀝青鈾礦:是晶質鈾礦的變種,與晶質鈾礦結構完全相同,屬等軸晶系,是四價鈾和六價鈾以不同比例組成的氧化物,化學成分極為複雜,而且很不穩定,含量變化大;摩氏硬度3-5.5,比重5.3-7.73,烏黑色、墨黑色到灰黑色,條痕綠黑色到褐黑色。具腎狀、葡萄狀等似膠結構。瀝青鈾礦是一種鈾的氧化物,主要產於熱液型鈾礦床中,在沉積、沉積變質、淋積等其他成因的鈾礦床中亦有不同程度的出現。其礦物共生組合也多種多樣,在自然界中廣泛發育,也是一種最主要的工業礦物。
瀝青鈾礦
3.鈦鈾礦:是一種分布較廣的原生鈾礦物,是鈾和鈦的複雜氧化物,但種類較少,目前只發現了7種礦物。我國已找到四種鈾的複雜氧化物,其中包括鈦鈾礦、斜方鈦鈾礦、鑭鈾鈦鐵礦及其褐鉬鈾礦。單斜晶系,硬度4.8-6.5,比重4.13-5.7,不透明至半透明,瀝青光澤,黑色、褐黑色。鈦鈾礦多形成於高溫條件下,在我國多見於熱液鈉交代型鈾礦床和偉晶巖型鈾礦床中。在石英卵石礫巖型鈾礦床中作為重要的工業鈾礦物,經常與晶質鈾礦、銳鈦礦共生。
鈦鈾礦
4.鈾石:為四價鈾的矽酸鹽,是分布較廣的原生鈾礦物。四方晶系,硬度4.5-5.5,比重4.39-5.18,玻璃光澤至半金屬光澤,透明至不透明,無解理,性脆,黑色、褐黑色、灰褐色。鈾石是提取鈾的主要礦物原料之一,廣泛發育於熱液型(花崗巖型和火山巖型)和沉積砂巖型鈾礦床中。在熱液鈾礦床中它常與瀝青鈾礦和其他金屬硫化物、金屬砷化物共生。
鈾石
5.矽鈣鈾礦:為含水的鈣鈾醯的矽酸鹽,單斜晶系,晶體透明,常呈纖維狀、放射狀、束狀、毛氈狀、緻密塊狀及薄膜狀集合體;硬度2-3,比重3.6-3.9,玻璃光澤及絲絹光澤,性脆,檸檬黃、淺稻黃、淺黃白色。矽鈣鈾礦屬表生鈾礦物,廣泛發育於鈾礦床氧化帶內。
矽鈣鈾礦
6.銅鈾雲母:是鈾礦床氧化帶常見的表生鈾礦物。四方晶系,常呈鱗片狀、葉片狀堆積體、晶族、緻密的皮殼和粉末狀薄膜出現;硬度2-2.5,比重3.22,透明至半透明,玻璃至半金剛光澤,性脆,翠綠至草綠色,少見蔥綠、果綠色。銅鈾雲母分布於氧化帶的較深部位,比鈣鈾雲母更接近於破壞了的原生鈾礦體,經常與鈣鈾雲母共生或連生。
銅鈾雲母
7.鈣鈾雲母:是鈾礦床氧化帶常見的表生鈾礦物。四方晶系,硬度2-2.5,比重3.05-3.20,透明至半透明,玻璃光澤,性脆,黃、淡綠黃、黃綠、深黃綠色。鈣鈾雲母廣泛分布於各種類型鈾礦床和鈾礦化點的的氧化帶內,亦產於各類富鈾巖石的裂隙面上,常見的共生與伴生礦物有:磷鈣鈾礦、銅鈾雲母、鎂鈾雲母、矽鈣鈾礦和β矽鈣鈾礦等。
鈣鈾雲母
8.釩鈣鈾礦:是常見的表生鈾礦物。斜方晶系,晶面呈金剛至蠟狀光澤,解理面具珍珠光澤,硬度約為2,比重3.3-3.6,半透明至不透明,黃、金黃或檸檬黃色,有時帶淡綠色色調。釩鈣鈾礦產於熱液型鈾釩礦床的氧化帶和富鈾、釩的沉積礦床、淋積礦床中。其共生與伴生礦物有釩鉀鈾礦、板菱鈾礦、矽鈣鈾礦、鈣鈾雲母、方解石、褐鐵礦和黃鉀鐵釩中。
釩鈣鈾礦
這些美豔的小小鈾礦物經過提純濃縮後能產生威力驚人的核能,據科學研究,1kg鈾原子核全部裂變釋放出來的能量,約等於2700t標準煤燃燒時所放出的化學能;核聚變反應釋放的能量則更巨大,1kg聚變原料可以使一列火車行駛40萬km,相當於地球到月球的距離。繼而發展起來的核電站更是比較理想的清潔能源,不會排放二氧化碳等溫室氣體,對於緩解環境汙染問題、優化能源產業結構具有重要的意義。因此,我們應該正確認知鈾礦、安全利用核能,並拔開那些認知上的雲環霧繞,讓鈾礦在人類利用能源的世界中綻放出最美的金屬之花。
原子能亦稱為原子核能或核能,原子能工業又稱為核工業。
人類在利用原子能以前,利用的能量主要為機械能、化學能和電能等,直到20世紀初,人們才逐漸認識了原子和原子核。1938年奧託·哈恩(德國人,1879-1968)發現鈾的核裂變,並證實鈾核裂變時會釋放出巨大能量。到20世紀40年代初,著名物理學家恩利克·費米(美籍義大利人,1901-1954)領導的研究組建成人類第一臺(可控)核反應堆——芝加哥一號堆(Chicago Pile-1),首次實現了人類歷史上鈾核的可控自持鏈式裂變反應,標誌著人類自此開啟了原子能時代。
核能最初只是用於軍事目的。20世紀40年代初期,美、英、德等國就開展研製原子彈工作,其中以美國於1942年6月開始實施的「曼哈頓計劃」最為著名。美國於1942年建立了第一座核反應堆;1945年製成三顆原子彈,第一顆原子彈用於核試驗,其餘兩顆投在日本的長崎和廣島;1945年以後,美國加緊建立新的核燃料工廠,大量製造和不斷改進原子彈,於1952年試驗氫彈成功。這期間蘇聯、美國、英國相繼建立了本國的原子能工業,並進行多次原子彈和氫彈的爆炸實驗。
在研製原子彈期間,各國核科學家已預見,若能控制鈾的鏈式反應,便能達到民用核能的目的。1951年美國人,在一座生成鈽的反應堆第一次發出核電;1954年蘇聯建成了世界第一座核電站——奧布寧斯克(Obninsk)核電站,以5000kW電功率開始發電。以此為開端,世界核電開始迅猛發展。
核工業是一門學科門類多、技術密度程度高的綜合性新興工業,涉及專業範圍廣泛,包括鈾礦勘查、採冶、鈾純化與轉化、同位素分離(鈾濃縮)、核燃料組(元)件生產、核軍工、核電、乏燃料後處理、核廢物處置、核技術應用等,主要學科領域有物理、化學、電子學、冶金、化工、電力、機械製造、建築、電機和精密儀表,以及計算技術、自動控制、材料學、傳熱學、醫學和生物學等。
我國核工業是在中央正確決策和領導下創建和發展起來的,是中華民族歷史上前所未有的一項創舉。從1955年1月15日,毛澤東主席主持召開的中共中央書記處擴大會議,做出發展原子能事業的重大戰略決策開始,至今中國原子能工業已經走過60年的光輝歷程。這期間中國核工業取得了舉世矚目的成就:1964年10月16日,我國第一顆原子彈爆炸成功,成為世界第5個試驗核武器的國家;1967年6月17日,我國第一顆氫彈試驗成功;1970年,我國第一艘核動力攻擊潛艇下水。這就是新中國歷史上揚我國威、壯我國威的「兩彈一艇」,我國核工業的發展為制止國際核訛詐、反對核戰爭,保衛國家安全,維護世界和平做出了重大貢獻。
1991年,我國第一座自行設計、建造和運營管理的核電站——浙江秦山核電站併網發電,標誌著我國核能走向和平利用。原子能工業的發展、核電的應用為促進我國科學技術和經濟發展,改善能源結構,增強綜合國力,提高國際地位,發揮了重要作用。
感興趣的可以了解下中國核電站建設情況。
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