Подвижность урана » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Подвижность урана

15.07.2021

В проницаемых песчаниках подвижность урана в растворе определяется устойчивостью соединений двух его природных валентных состояний U4+ и U6+ (или UO2+). Четырехвалентный уран встречается в основном в виде двух важнейших рудных минералов — уранинита и коффинита. Эти соединения устойчивы в восстановительных условиях и практически нерастворимы в подземных водах, обедненных, кислородом. Окислительные условия на земной поверхности или вблизи нее, а также возникающие в связи с разрушением пирита ниже уровня грунтовых вод обычно способствуют разрушению этих минералов. Возникающие в результате ионы уранила могут вступать в различные реакции в соответствии с особенностями геологических обстановок.

В присутствии ионов ванадия или его ионных комплексов обычно должны формироваться устойчивые ванадаты уранила, такие, как карнотит и тюямунит, образующие богатые, но резко локальные скопления, подобные хорошо известным "карнотитовым стволам" из месторождений плато Колорадо. В других случаях ион уранила может снова попасть в восстановительные фации, где сероводород, имеющий бактериогенную природу или образовавшийся как продукт диспропорционирования различных сульфур-ионов, может снова восстановить U6+ до U4+ и явиться причиной осаждения урана и образования новых концентраций. Ролловые руды Вайоминга в значительной мере сформированы именно таким процессом.

При отсутствии подходящего восстановителя или адсорбента, такого, например, как углефицированная древесина, уран может перемещаться в системе подземных вод, и происходящее при этом его рассеяние представляет уже геохимический, а не промышленный интерес. Судьба урана в водах глубоких бассейнов не известна, но ее следовало бы изучить, поскольку в принципе здесь возможны реакции с восстанавливающими компонентами нефти и газа, ограничивающими дальнейшую миграцию урана и, возможно, создающими его концентрированное накопление.

Для урановых месторождений благоприятными вмещающими породами являются песчаники, содержащие углефицировенные растительные остатки, гумусовые вещества, пирит или сероводород. Величина изменения потенциала для восстановления урана, поступающего в эти осадки с подземными водами, должна быть значительной. Другие элементы с переменными валентностями, такие, как ванадий, железо, молибден, медь, сера и селен, также подвержены влиянию этого изменения потенциалов, и можно считать, что юс переотложение в большинстве случаев также происходит в результате химического восстановления.

Обычно считают, что черные неокисленные руды, содержащие уранинит и коффинит, представляют собой первичные образования по сравнению с желтыми окисленными урановыми рудами. Однако уран легко переходит из окисленных воцнорастворимых соединений в восстановленные нерастворимые, и подобные переходы из одного состояния в другое могут неоднократно повторяться. Таким образом, термины "первичные" и "вторичные" теряют свое значение. Совершенно очевидно, что эпизоды окисления-восстановления во многих рудных районах часто повторяются, особенно в отсутствии ванадия, и эта цикличность ведет к постоянной или прерывистой подвижности рудного вещества и постепенному перемещению его от области наиболее интенсивного или устойчивого окисления. Другими словами, имеется тенденция перемещения рудного вещества к роллу от продвигающегося фронта окисления, который формируется окисляющими кислородсодержащими подземными водами. Такая повторяющаяся цикличность, обусловившая формирование крупных месторождений черных ролловых руд, столь обычных для бассейнов Вайоминга, очевидно, начинается с восстановления и осаждения иона уранила в присутствии органического вещества, разрушающегося пирита или сероводорода. Содержащие кислород подземные воды снова окисляют уран и переводят его в растворимую форму и одновременно являются причиной окисления пирита и H2S, а также разрушекия растительного веществе. Ион уранила, освобожденный при окислении, либо в результате движения грунтовых вод, либо в результате диффузии снова попадает в восстановительные условия и выпадает в осадок. Руды, образовавшиеся подобным способом, обязаны своим возникновением процессу, связанному с притоком ионов урана из отдаленных внешних источников или с высвобождением повышенных количеств этих ионов из окружающих осадков.

Повторяющаяся цикличность может привести также к формированию пластовых и линзообразных залежей. Например, Янг и Мэлен предполагают, что руды с низкими содержаниями ванадия, известные в палеоруслах триасовых (формация Шайнарамп) песчаников плато Колорадо, были сформированы за счет более ранних, ныне уничтоженных месторождений в этих же породах. Кинг и Остин объясняют возникновение некоторых грубо согласных залежей Гэо-Хилс (Вайоминг) перераспределением урана из руд стратиграфически более высоких горизонтов в процессе нисходящего окисления. Рудный район Гранте (Нью-Мексико) в свою очередь представляет прекрасный пример, когда процесс перераспределения ведет к разрушению ранее существовавших пластовых залежей и к одновременному переотложению освобожденного урана в виде роллоподобных или близких им (стогообразных, "стэковых") форм.

Однако хотя многочисленные признаки перераспределения урана имеются во многих рудных районах, этот процесс по-видимому, все же нельзя считать главенствующим во всех без исключения случаях. Например, в центральных районах плато Колорадо образование роллов, по-видимому, имеет слабое развитие. Очевидно, это можно объяснить тем, что рецикличность была здесь прервана или потерей ураноносных растворов на пути их следования к химически активным восстановительным зонам, или образованием ванадатов, арсенатов, фосфатов урана — сравнительно нерастворимых соединений уранила, что прекращало миграцию урана.

Представляется, что повторная цикличность будет наименее ограничена при отсутствии или существенном недостатке элементов, связывающих уран, и практически невозможна там, где ванадий присутствует в больших количествах. Медь и молибден, которые являются обычными компонентами песчаниковых руд, по-видимому, имеют малое (или никакого) влияние. В случае недостатка ванадия, как это происходит в рудах месторождений Шерли—Бейсин, Паудер—Ривер-Бейсин и Гэо-Хилс (все в Вайоминге), в большом числе залежей наблюдаются признаки постоянной или прерываемой рецикличности, формирующей залежи как роллового, так и пластообразного типа. В рудном районе Гранте штата Нью-Мексико, где также лишь немногие руды содержат ванадий, имеются прекрасные примеры перераспределения урана вдоль окисленных краев первичных (ранее существовавших) пластообразных залежей, которые связаны с более ранними периодами рудообразования.

В районах, где ванадий присутствует в значительных количествах, как, например, в Ураванском рудном поясе, черные руды покрыты оболочкой желтых окисленных руд и не несут следов значительных перемещений урана с места его первоначального отложения. Кеокисленная ассоциация рудных минералов обычно состоит здесь из урановой смолки, коффинита и монтрозеита, которые стабильны в восстановительных условиях, но чувствительны к окислению. Присутствуют здесь также низковалентные ванадиевые силикаты (слюды и глины). Глины и слюды окисляются с трудом, но более чувствительные урановые и ванадиевые минералы изменяются, образуя сложные ассоциации окисленных урановых, ванадиевых и урано—ванадиевых минералов. Черные ванадиеносные урановые руды плато Колорадо могут содержать в 15 раз больше ванадия, чем урана, что определяет возможность связывания урана в виде нерастворимых ванадатов. Об эффективности этого процесса свидетельствует огромное количество карнотитовых рудных месторождений на плато Колорадо.

Неокисленные урановые руды, характеризующиеся низким ванадий-урановым отношением, например руды месторождения Блэк-Хилс в Южной Дакоте и месторождений Вайоминга, где отношение V:U в среднем отвечает 1,5:1, очевидно, имеют больше потенциальных возможностей для образования рудных роллов при повторном перемещении несвязанного урана.

Полагают, что окисление ванадийсодержащих черных руд центральных районов плато Колорадо происходило главным образом выше уровня грунтовых вод. При этом обогащение черных руд при переотложении представляется сомнительным, поскольку окисление было быстрым и происходило сразу на значительных пространствах с образованием нерастворимого карнотита, а содержание пирита в ванадийсодержащих рудах, как правило, было очень небольшим. Некоторые считают, что в пределах водонасыщенных рудных зон повторная цикличность окисления и восстановления урана не играла роли в формировании существующих сейчас ролловых залежей. Автор с такой позицией совершенно не согласен.

Хотя фиксация урана ванадием была в пределах плато Колорадо важным процессом, ограничивающим переотложение урана, вероятно, некоторое локальное перераспределение черных руд все же происходило в направлении краев русл палеорек, где доступ подземных вод к переотложенным черным рудам был затруднен из-за возрастания содержания ила и глины в осадках речных прибрежий. В таких случаях также возможно формирование роллов.

Несколько слов следует сказать об источнике урана. Выбор, очевидно, следует ограничить такими источниками, которые в течение неопределенных длительных временных интервалов в различные геологические периоды были способны снабжать ураном проницаемые толщи без помощи разрывных нарушений или трещин и могли производить это более или менее одновременно в одновозрастных формациях на многочисленных разобщенных площадях. Представления об источнике породили массу гипотез и противоречий, время от времени некоторые отвергнутые концепции возрождаются, а некогда оставленные, но незабытые предпочтительные идеи анализируются и формируются заново.

В настоящее время существуют, очевидно, две или, может быть, даже три наиболее распространенные точки зрения, каждая из которых имеет своих последователей. Многие геологи, учитывая близость урановых месторождений к туфогенным породам (существующим в настоящее время или эродированным), отдают предпочтение представлению о поступлении урана в результате выветривания этих пород, которые действительно широко распространены в западной части США и могут дать вполне достаточные количества урана для образования известных здесь месторождений. Другие видят главный источник в гранитах, откуда уран выносится растворами в процессе выветривания в направлении осадочных бассейнов до встречи с восстановительными условиями. В качестве возможных источников также называются магматические гидротермальные эманации и воды уплотнения из сланцев и других осадков, привлекаются даже солевые растворы. Автор следует концепции выщелачивания туфов и будет придерживаться ее и в дальнейшем.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: