3.4. Класс III. Урансодержащие минералы

Перечень урансодержащих минералов весьма широк и разнообразен – от простых окислов до глинистых минералов. При этом уран может находиться в минерале как в четырех, так и в шести валентном состоянии. Однако входить в ту или иную кристаллохимическую структуру в качестве изоморфной примеси может только U⁴⁺. В то же время U⁶⁺ не склонен к изоморфным замещениям и его связь с тем или иным минеральным образованием должна быть особой.

3.4.1. Подкласс 1. Уран как изоморфная примесь

В качестве изоморфной примеси в минералы входит только U⁴⁺, замещая торий и редкоземельные элементы, возможно, кальций. Наиболее распространено изоморфное вхождение U⁴⁺ в простые и сложные окислы, силикаты и фосфаты.

Простые окислы, в состав которых широко изоморфно входит U⁴⁺, представлены церианитом и торианитом. В последнем случае реализуется непрерывный изоморфный ряд торианит-уранинит.

Доказательством изоморфной смесимости в этом случае является постепенное уменьшение размера кубической элементарной ячейки торианита по мере замещения тория (r_i=1,02Å) на U⁴⁺ (r_i=0,97Å) от 5,62 до 5,48 Å. Прямолинейный график такой зависимости позволяет оценить содержание U⁴⁺ в торианите или отношение Th:U в минерале указанного изоморфного ряда.

Экспериментально на синтетических объектах доказано существование изоморфного ряда CeO₂–UO₂, однако в единичных находках церианита в природе не выявляются высокие содержания U⁴⁺.

Известно, что ZrO₂ существует в трех полиморфных модификациях: кубической со структурой типа CaF₂ –UO₂, тетрагональной – производной по кубической и моноклинной, представленной бадделиитом. Изоструктурность кубических форм окислов урана и циркония открывает возможность взаимных изоморфных замещений U⁴⁺ → Zr, однако взаимная растворимость этих ионов весьма ограничена.

Сложные окислы, в которых наблюдается широкое изоморфное вхождение урана, замещающего катионы TR и Ca, представлены главным образом титанотанталониобатами. Это многочисленная группа довольно сложных по составу минералов, число которых трудно поддается определению из-за большой или меньшей обоснованности выделения в самостоятельные минеральные виды разновидностей, обогащенных тем или иным элементом.

Общая кристаллохимическая формула минералов титанотантало-ниобатов: А_хВ_уО_z, где А представлено TR, а В – Ti, Ta, Nb.

Изоморфное вхождение урана часто сопровождается замещением (Ta и Nb) на Ti, т.е. замещение идет по схеме TR³⁺ + (Ta, Nb)⁵⁺ → U⁴⁺ + Ti⁴⁺. Пример: фергюсонит, лопарит и эшинит.

Следует отметить, что сам факт содержания урана в титантанталониобатах делает структуру неустойчивой: чем выше содержание урана (или чем древнее минерал), тем глубже процесс метамиктного изменения минерала. Метамиктизация сопровождается процессом окисления урана, ведет к разрушению титантанталониобата и формированию по нему вторичных минералов: металопарита, Са-самарскита, анатаза, уранинита и других минералов, появление которых определяется составом исходного титантанталониобата.

Среди силикатов, как и среди окислов, наиболее широко развито изоморфное замещение ураном тория, о чем свидетельствует существование непрерывного изоморфного ряда торит–коффинит.

Относительно высоким содержанием урана характеризуются минеральные виды, обогащенные редкоземельными элементами. По содержанию урана силикаты, исключая силикаты тория, условно можно разделить на две группы:

1 группа – минералы с содержанием урана более 1%: минералы группы циркона (разновидность – ямагутимит – Япония – 2% U₃O₈); минералы группы бритолита (структурный аналог апатита) содержание до 2% U₃O₈ (гадолинит до 0,9% U₃O₈; иттриалит до 3,9% U₃O₈).

2 группа – минералы группы эпидота-ортита (0,1% U₃O₈); перрьерита-чевкенита (0,15% U₃O₈); ринкита-ринколита (0,33% U₃O₈).

Фосфаты являются группой минералов, кристаллическая структура которых допускает изоморфное вхождение U⁴⁺. Число таких минералов ограничено. Пример: ксенотим (до 4% U₃O₈), монацит (до 4% U₃O₈).