天然鈾(natural 鈾)是自然界中具有天然放射性的稀有元素,主要應用于核武器及能源產業。常見的天然鈾礦物有瀝青鈾礦、方鈾礦、鈣鈾云母等。
天然鈾中主要含有鈾238(自然豐度99.275%)、鈾235(自然豐度0.720%)和鈾234(自然豐度0.005%)三種同位素。地殼中天然鈾的平均含量約為百萬分之2.5,平均每噸地殼物質中約含2.5克鈾。海水中天然鈾的濃度相當低,每噸海水平均只含3.3毫克鈾,天然鈾資源主要分布在中國、美國、加拿大、南非、西南非、澳大利亞等國家和地區。
物質組成
天然鈾主要由三種同位素組成,包括:
鈾238:自然豐度99.275%,原子量238.0508,半衰期4.51X109a(45.1億年);
鈾235:自然豐度0.720%,原子量235.0439,半衰期7.00X108a(7億年);
鈾234:自然豐度0.005%,原子量234.0409,半衰期2.47X105a(24.7萬年)。
分布區域
世界范圍
地殼中天然鈾的平均含量約為百萬分之2.5,平均每噸地殼物質中約含2.5克鈾,比鎢、汞、金、銀等元素的含量還高。鈾在各種巖石中的含量很不均勻。例如在花崗石中的含量就要高些,平均每噸含3.5克鈾。依此推算,一立方公里的花崗巖就會含有約一萬噸鈾。海水中鈾的濃度相當低,每噸海水平均只含3.3毫克鈾,但由于海水總量極大,且從水中提取有其方便之處,所以不少國家,特別是那些缺少鈾礦資源的國家,正在探索海水提鈾的方法。雖然鈾的分布相當廣泛,但鈾礦床的分布卻很有限。中國以外鈾資源主要分布在美國、加拿大、南非、西南非、澳大利亞等國家和地區。
中國范圍
中國鈾礦資源分布不均衡,已有23個省(區)發現鈾礦床,但主要集中分布在贛、粵、黔、湘、桂、新、遼、滇、冀、蒙、浙、甘等省(區),尤以贛、湘、粵、桂四省(區)資源為富,占探明工業儲量的74%。
應用領域
天然鈾是重要的戰略資源和能源礦產,鈾資源勘查采冶位于核燃料循環體系的前端,是中核集團發展的重要物質基礎。
天然鈾礦石中的鈾235含量極低,只有0.71%,必須經過同位素分離,將其濃縮到90%以上,才能達到原子彈裝料的要求。
天然鈾也不能像燃煤那樣直接作為燃料使用,需要經歷一些復雜工藝流程才能獲得核能發電最終所需要的核燃料。石墨水堆和石塞氣冷堆用的天然鈾燃料是加有少量合金元素的金屬鈾,重水堆用的天然鈾燃料是二氧化鈾陶瓷體。
天然鈾礦物
鈾礦物種類繁多,在自然界中有近200種,形態各異,五顏六色,具有工業開采價值的鈾礦只有二三十種。常見的鈾礦物有瀝青鈾礦、方鈾礦、鈣鈾云母、銅鈾云母,不常見的有釩酸鉀鈾礦、板鉛鈾礦、鋇磷鈾礦、翠砷銅鈾礦、硅鎂鈾礦、綠鈾礦、深黃鈾礦、水砷鉛鈾礦、水鈾礦、斜水鉬鈾礦、鐵鈾云母等。
晶質鈾礦
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、硅等成分。屬立方晶系,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(照片1-1),是提煉鈾的主要礦物原料,主要見于富鈾花崗石、偉晶巖、高溫熱液礦床和變質巖礦床。
瀝青鈾礦
瀝青鈾礦是方鈾礦的變種,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,化學成分極為復雜,而且很不穩定,含量變化大;莫氏硬度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,主要產于熱液型鈾礦床中,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。
鈦鈾礦
鈦鈾礦是一種分布較廣的原生鈾礦物,是鈾和鈦的復雜氧化物,但種類較少,只發現了7種礦物。中國已找到四種鈾的復雜氧化物,其中包括鈦鈾礦、斜方鈦鈾礦、鈾鈦磁鐵礦及其褐鉬鈾礦。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。
鈦鈾礦多形成于高溫條件下,在中國多見于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,經常與方鈾礦、銳鈦礦共生。
鈾石
鈾石為四價鈾的硅酸鹽,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,廣泛發育于熱液型(花崗石型和火山巖型)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。
硅鈣鈾礦
硅鈣鈾礦為含水的鈣鈾酰的硅酸鹽,單斜晶系,晶體透明,常呈纖維狀、放射狀、束狀、毛氈狀、致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。
硅鈣鈾礦屬表生鈾礦物,廣泛發育于鈾礦床氧化帶內。
銅鈾云母
銅鈾云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、致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。
銅鈾云母分布于氧化帶的較深部位,比鈣鈾云母更接近于破壞了的原生鈾礦體,經常與鈣鈾云母共生或連生。
鈣鈾云母
鈣鈾云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。
鈣鈾云母廣泛分布于各種類型鈾礦床和鈾礦化點的的氧化帶內,亦產于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、銅鈾云母、鎂鈾云母、硅鈣鈾礦和β硅鈣鈾礦等。
釩鈣鈾礦
釩鈣鈾礦是常見的表生鈾礦物。正交晶系,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。
釩鈣鈾礦產于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酸鉀鈾礦、板菱鈾礦、硅鈣鈾礦、鈣鈾云母、方解石、褐鐵礦和黃鉀鐵釩中。
相關事件
2025年7月12日,位于內蒙古自治區鄂爾多斯市的“國鈾一號”示范工程,順利生產出第一桶鈾產品。為中國核地礦事業發展70年來規模最大的天然鈾產能項目,該項目第一桶鈾成功下線,標志著中國鈾資源開發邁入綠色安全、智能高效的新階段,建成后將為國家能源安全與中核集團發展提供堅實的資源保障,同時也將大幅度提升中國天然鈾產業的國際競爭力。
參考資料 >
為中國加“鈾”!我國天然鈾生產新突破,“第一桶鈾”來了 .百家號.2025-07-12
中國第一瓶原子彈“能量之源”的是怎樣出爐的? .百家號.2025-07-12
走近天然鈾.人民網.2025-07-12
Uranium Overview_CGN Mining Company Limited.中廣核.2025-07-14
能造核武器的鈾在自然界中長什么樣,你對鈾礦又了解多少.微信公眾平臺.2025-07-14
鈾礦資源.中國核電信息網.2025-07-12
最重要的核燃料——鈾.最重要的核燃料——鈾.2025-07-14
鈾礦科普—2鈾在地殼中的分布及存在形式.湖南省地質院.2025-07-14