1.4.1. Формы нахождения радиоактивных элементов в горных породах

Элементы уран и торий входят в семейство актиноидов, переходных элементов, у которых достраивается глубоко расположенный 5f-уровень, подобно тому как в семействе лантаноидов (редкоземельных элементов) достраивается 4f-уровень, а у элементов группы железа – 3d-уровень. Принадлежность U и Th к переходным элементам определяет широкий спектр проявления их геохимических свойств.

1. В связи с тем, что происходит заполнение внутренней электронной оболочки, все актиноиды имеют близкие химические свойства и практически одинаковые радиусы ионов. Так, радиусы Th⁴⁺ и U⁴⁺ равны соответственно 0,99 и 0,93 А. Это определяет близкое геохимическое поведение урана и тория, вхождение их в качестве изоморфных примесей в одни и те же минералы, замещение друг друга в собственных ми­нералах.

2. Характерны явления изоморфизма урана и тория с редкоземельными элементами (церий, лантан, неодим и др.).

3. Помимо сходства с лантаноидами, уран и торий имеют близкие химические свойства с переходными элементами других периодов: Ti, Zr, Hf, V, Nb и Та; уран, кроме того, – Сr, Мо и W.

Химическая похожесть названных элементов с радиоактивными позволяет, с одной стороны, объяснить повышенную радиоактивность минералов или горных пород, содержащих эти элементы. С другой стороны, по содержаниям урана и тория, которые легко определяются в силу их радиоактивно­сти, можно оценить содержание других химически похожих на них элементов.

Большой размер ионов урана и тория определяет их по­вышенную способность к сорбции на поверхности твердых тел.

Различие между ураном и торием проявляется в том, что уран, кроме четырехвалентного состояния, когда его свойства близки к торию, может находиться также в шестивалентном состоянии. При свободном доступе кислорода шестивалент­ный уран находится в форме комплексного катиона уранила – (UO₂)²⁺ большого размера, благодаря чему он не может за­мещать другие катионы в минералах.

Соотношение U⁴⁺ и U⁶⁺ определяется окислительно-вос­становительным потенциалом среды. В общем уран в шести­валентном состоянии более подвижен, чем в четырехвалент­ном.

В горных породах уран и торий присутствуют в трех фор­мах:

1) в виде собственных минералов; наиболее распростра­нены торианит, уранинит, торит и др.;

2) в виде изоморфной примеси в минералах;

3) в рассеянной форме: в дефектах структур породообразующих минералов, в адсорбированном состоянии на поверхности минеральных зерен и в микротрещинах.

В связи с низкими, порядка 10^-4 %, содержаниями урана и тория в горных породах преобладают третья и вторая формы их нахождения. Следует отметить, что в рассеянной форме уран и торий наиболее подвижны, наиболее способны к выщелачиванию метаморфическими и гидротермальными растворами.

Калий в силу относительно высокого содержания в поро­де образует в основном собственные минералы (табл. 1.3). Повышенное его количество отмечается в калиевых слюдах и полевых шпатах, в глинистых минералах.

Таблица 1.3 – Содержание калия в породообразующих минералах

Минерал	К, %	Минерал	К, %
Кварц	0,09	Слюды:
Полевые шпаты:		биотит	8,25
ортоклаз	11,8	мусковит	9,32
микроклин	10,9	флогопит	8,66
плагиоклаз	0,54	лепидолит	8,04
глауконит	5,08	хлорит	0,04