3.2.1. П/класс 1. Простые окислы

Простые окислы урана представлены уранинитом, настураном и урановыми чернями. Кристаллохимически выделение среди простых окислов трех минеральных видов необоснованно, поскольку базируется прежде всего на морфологии указанных окислов урана: явно кристаллический – уранинит; колломорфный – настуран; порошковатый, сажистый – урановая чернь. Это дало основание Керру предложить для всех трех минералов одно название – уранинит. Однако различие условий образования перечисленных окислов урана находит свое выражение не только в форме их выделения, но и в некоторых особенностях состава и свойств. Так, для высокотемпературного уранинита более характерны изоморфные примеси (торий и редкоземельные элементы), хотя они отмечены и для настуранов; различна устойчивость к окислению – присутствие в кристаллической структуре уранинита ионов тория тормозит окисление минерала, в то время как высокая степень дисперсности настурана способствует его окислению; процесс естественного окисления ведет к изменению ряда свойств минералов – снижению твердости, отражательной способности, плотности и др., что наиболее явно проявляется у настурана. Появление в кристаллической структуре окисла как следствие процесса окисления U⁺⁶ ведет к ее нарушениям и диспергации минерала, превращая его в порошковатые разности – черни. При этом не рассматриваются так называемые регенерированные черни с индивидуальной дифракционной картиной, исследование которых показало, что эта дифракционная картина обусловлена кристаллизацией коффинита.

Из окислов урана наиболее интересными и промышленно ценными являются уранинит и настуран. Окислы урана, ради временного удобства их описания и систематики, Мелков В. Г. предлагает рассматривать как члены тройной системы [ThO₂ – UO₂ – UO₃], состав их изображать (учитывая и находящийся в них свинец) эмпирической формулой общего вида: k(U, Th)O₂ · lUO₃ · mPbO. Главной составной частью окислов урана являются закись (UO₂) и окись (UO₃) урана. Как для минералов группы уранинита, так и для минералов группы настурана величина молекулярного отношения UO₂:UO₃ представляет собой функцию времени существования минерала. Для упрощения эту величину заменяют величиной атомного отношения кислорода к урану, называемой кислородным коэффициентом (х).

Общая формула минералов окислов урана, выраженная через кислородный коэффициент, может быть представлена в виде UO_х, где значение х для искусственных соединений колеблется от 2,00 до 3,00, а для известных природных соединений – от 2,17 до 2,92. Такая формула окислов урана является наиболее простой и удобной.

В минералах группы уранинита молекулярное отношение UO₂:UO₃, по Мелкову В.Г., колеблется в пределах 4,0–0,1. При этом по мере увеличения содержания ThO₂ в минерале диапазон вариации молекулярного отношения UO₂:UO₃ сокращается.

Минералы группы настурана в отличие от уранинита почти не содержат ThO₂ или, в редких случаях, содержат его до 1–1,5%. Являясь преимущественно бесториевыми кислородными соединениями, эти минералы могут рассматриваться как члены одной из частных двойных систем [UO₂:UO₃] общей тройной системы [ТhO₂–UO₂–UO₃]. Химический состав минералов этой группы может быть выражен такой же общей эмпирической формулой (kUО₂ · lUO₃ · mРbО), какой обозначается и безториевый уранинит. Величина молекулярного отношения UO₂:UO₃ в минералах группы настурана колеблется в более широких пределах, чем в минералах группы уранинита (от 0,08 до 5,00), что в переводе на кислородный коэффициент соответствует соединениям от UO_2,16 до UO_2,92.

Таким образом, величина кислородного коэффициента как для минералов группы уранинита (UO_2,20 – UO_2,91), так и для минералов группы настурана (UO_2,16 – UO_2,95) колеблется в широких и почти одних и тех же пределах. Это свидетельствует о том, что, во-первых, уранинит и настуран по химическому составу очень близки, а порой тождественны, во-вторых, внутри каждой группы изменение величины кислородного коэффициента характеризует собой изменение химического состава минерала и, как следствие этого, физических его свойств.

По кислородному коэффициенту (UO_x) некоторые исследователи в группе настурана выделяют три подгруппы: а) от UO_2,17 до UO_2,30 – устойчивые твёрдые растворы кислорода в UO₂; б) от UO_2,30 до UO_2,62 – смешанные кристаллы U₃O₈ в UO₂ и UO₂ в U₃O₈; в) от UO_2,62 до UO_2,70 – вещество с кристаллической решёткой U₃O₈; обладая скрыто-кристаллическим строением, минеральное вещество не должно давать эффектов анизотропии в обычном свете.

В последнем случае имеется в виду, по-видимому, кристаллическая решётка синтетического соединения U₃O₈, структуру которого одни исследователи считают ромбической, другие – гексагональной. Данные рентгеноструктурных анализов не подтвердили предположения об анизотропии настурана состава UO_2,62–UO_2,70. Установлено, что все настураны (состава UO_2,16–UO_2,92) имеют кубическую сингонию. Последняя переходит в структуру, идентичную структуре сингенетического соединения U₃O₈, лишь при прокаливании настуранов в воздушной среде при температуре 500–800°С, причем температура перехода с понижением содержания UO₂ в минерале понижается.

К урановым черням отнесены лишь рыхлые разности окислов, развивающиеся по настурану и ураниниту или выполняющие поры и пустотки в породе. Иногда рыхлые вещества затвердевают, образуя плёнки или корочки. Различие кислородного коэффициента, свидетельствующее о неодинаковом химическом составе минералов групп уранинита и настурана, естественно, должно отразиться и на физических их свойствах. Последние изменяются с изменением величины кислородного коэффициента, что позволило выделить разновидности среди минералов групп уранинита и настурана.

При визуальном наблюдении под микроскопом в минералах групп уранинита и настурана трудно выделить разновидности. В отражённом свете окислы урана вследствие низкой отражательной способности все кажутся одинаково серыми или буровато-серыми. Они изотропны. Наблюдаемые иногда красновато-бурые внутренние рефлексы слабо различаются по оттенкам. Для выделения разновидностей необходима количественная характеристика свойств, особенно твёрдости Н и отражательной способности R, по которым обычно и определяется в первую очередь минерал в отражённом свете.

По твёрдости и отражательной способности для этих минералов выявлены некоторые закономерности: 1) в бесториевых уранинитах и настуранах имеется прямая взаимозависимость между твёрдостью и отражательной способностью; 2) числовые значения абсолютной твёрдости и отражательной способности находятся в прямой зависимости от содержания двуокиси урана в минерале; 3) ториеносные или редкоземельные ураниниты обнаруживают несоответствие между твёрдостью и отражательной способностью, выразившееся в том, что при относительно высоком значении R минерал обладает низкой твёрдостью, не свойственной той разновидности, к которой он должен быть отнесён по отражательной способности и кислородному коэффициенту.

Следовательно, точными методами можно установить разновидности минералов, характеризующиеся определёнными физическими свойствами в соответствии с химическим составом или величиной UO₂:UO₃.

Схема разделений окислов урана на разновидности в группах уранинита и настурана дана в таблице 3.2.1.1.

Из таблицы 3.2.1.1 видно, что по твёрдости и отражательной способности окислы урана разделяются на четыре разновидности уранинита (уранинит I, уранинит II, уранинит III, уранинит IV) и четыре разновидности настурана (настуран I, настуран II, настуран III, настуран IV).

Уранинит I и настуран I, характеризующиеся кислородным коэффициентом 2,16 – 2,33 или химическим составом UO_2,16 – UO_2,33, обладают сравнительно высокой твёрдостью (Н > 600 кг/мм², Н_о > 6,0) и высокой отражательной способностью (R = 16 – 21 %). По отражательной способности они находятся между магнетитом (R = 20 – 21%) и сфалеритом (R = 17 – 18%) или несколько ниже последнего (по И. С. Волынскому).

Уранинит II и настуран II, имеющие химический состав UO_2,33 – UO_2,62, отличаются меньшей, чем первая разновидность, твёрдостью (H = 400 – 600 кг/мм², Н_о = 5 – 6) и отражательной способностью (R = 13 – 16 %). По отражательной способности они находятся между сфалеритом (R = 17 – 18 %) и хромитом (R = 14 %) или несколько ниже последнего.

Уранинит III и настуран III, химический состав которых UO_2,62 – UO_2,70 имеют в среднем H =200 – 400 кг/мм², H₀ = 4 – 5 и R = 11 – 13 %. По отражательной способности занимают место между хромитом (R = 14 %) и шеелитом (R = 10%).

Минералы, относящиеся к настурану IV, характеризуются химическим составом UО_2,70 – UO_2,92 и обладают небольшой твёрдостью (H < 200 кг/мм², H_о < 4) и отражательной способностью (R < 11%). Последняя равна или ниже R шеелита.

Сходный по химическому составу и основным физическим свойствам настуран отличается от уранинита по форме выделения. Последнее, обусловленное, по-видимому, генетическими особенностями этих минералов, и послужило основанием для раздельного их описания.

Таблица 3.2.1.1.

Схема разделения окислов урана на разновидности

(по данным Соболевой М.В., Пудовкиной И.А., 1957)

Кисло-родный коэф-фициент	Твёрдость		Отражательная способность, R		Формы выделения	Разновид-ности
	Абсолют-ная H, кг/мм2	Относи-тельная Ho	%	По сравнению с другими минералами
2,16 – 2,33	> 600	> 6	16 – 20	Rсф  Rм < Rмm	Явно кристалли-ческая Колломорф-ная	Уранинит I Настуран I
2,33 – 2,62	400 – 600	5 – 6	13 – 16	Rxp  Rм  Rсф	Явно кристалли-ческая Колломорф-ная	Уранинит II Настуран II
2,62 – 2,70	200 – 400	4 – 5	11 – 13	Rш  Rм  Rxp	Явно кристалли-ческая Колломорф-ная	Уранинит III Настуран III
2,70 – 2,92	< 200	< 4,0	< 11	Rм  Rш	Явно кристалли-ческая Колломорф-ная	Уранинит IV Настуран IV

Примечание: мm – магнетит; хр – хромит; сф – сфалерит; ш – шеелит; м – минерал (уранинит, настуран).