5放射性核素的分布与迁移.pptx
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1、第三章第三章 天然放射性核素的分布与迁移天然放射性核素的分布与迁移为何应用伽马能谱资料可以进行地质填图?为何应用伽马能谱资料可以进行地质填图?天然放射性核素的分布有何规律?天然放射性核素的分布有何规律?本章重点内容本章重点内容放射性核素的基本特性放射性核素的基本特性放射性核素在自然界的分布放射性核素在自然界的分布放射性核素的迁移放射性核素的迁移铀地球化学及成矿地质作用铀地球化学及成矿地质作用我国典型铀矿类型我国典型铀矿类型结合起来讲结合起来讲放射性核素的基本特性放射性核素的基本特性铀(铀(uranium)镭(镭(radium)氡(氡(rndonandthoron)钋(钋(polonium)钍(
2、钍(thorium)钾(钾(potassium,kalium)PotassiumAsilverwhitesofteasilymetledmetalthatisasimplesubstance.Itisfoundinnatureinlargequantities,butonlyincombinationwithothersubstance,suchasinplantsandrocks,anditisnecessarytotheexistenceofalllivingthings.铀(铀(Z=92)原子量:原子量:238.029密度为密度为19.05g/cm3原子体积:原子体积:12.5cm3/m
3、ol银色金属,具有金属光泽,质较软,易机械加工,银色金属,具有金属光泽,质较软,易机械加工,化学性质与铁相似,在空气中易氧化,也易溶于化学性质与铁相似,在空气中易氧化,也易溶于酸。酸。自然界有三个铀的同位素自然界有三个铀的同位素238U,半衰期:,半衰期:4.471010a丰度:丰度:99.3%235U,半衰期:,半衰期:7.041010a丰度:丰度:0.7%234U,半衰期:,半衰期:2.451010a铀的主要物理化学性质铀的主要物理化学性质-8种种多价性:多价性:+3,+4,+5,+6在酸性溶液里:在酸性溶液里:U2+、U3+、UO2+、UO22+化学活泼性:化学活泼性:铀几乎可以与除了惰
4、性气体元素外铀几乎可以与除了惰性气体元素外所有的元素所有的元素发发生化学反应。块状金属铀在室温条件下的空气中生化学反应。块状金属铀在室温条件下的空气中可以缓慢地被氧化,形成黑色的可以缓慢地被氧化,形成黑色的UO薄膜;高纯薄膜;高纯度的金属铀在室温的空气和水中都能自燃。度的金属铀在室温的空气和水中都能自燃。氧化还原性:氧化还原性:金属铀和低价态铀都是强还原剂,能与水强烈反金属铀和低价态铀都是强还原剂,能与水强烈反应。应。在自然界,不存在金属铀和三价铀的化合物。在自然界,不存在金属铀和三价铀的化合物。铀的主要物理化学性质铀的主要物理化学性质两重性两重性酸性:酸性:6+与第六副族元素与第六副族元素C
5、r、Mo、W的同价化合的同价化合物性质相似,在氧化环境中存在。物性质相似,在氧化环境中存在。弱碱性:弱碱性:4+与第三副族元素的稀土元素的性质相似,与第三副族元素的稀土元素的性质相似,在还原环境中存在。在深部,与锕系元素共生。在还原环境中存在。在深部,与锕系元素共生。亲氧性亲氧性失去失去6个价电子后形成稀有气体原子结构(个价电子后形成稀有气体原子结构(s2p6)。)。是一种亲氧元素,不形成硫化物。是一种亲氧元素,不形成硫化物。歧化性歧化性5+铀离子仅能在铀离子仅能在pH2-4的水溶液中存在。的水溶液中存在。水解性水解性4+和和6+铀离子都容易水解形成氢氧化物铀离子都容易水解形成氢氧化物成络性成
6、络性铀是强络合物形成体,能与无机和有机配铀是强络合物形成体,能与无机和有机配位体形成种类繁多的络合物。位体形成种类繁多的络合物。迁移和富集!迁移和富集!镭(镭(Z=88)原子量:原子量:226密度为密度为5g/cm3银白色金属,具有金属光泽,在空气中不稳定,易与水作银白色金属,具有金属光泽,在空气中不稳定,易与水作用而形成用而形成Ra(OH)2。在自然界广泛分布。在自然界广泛分布。自然界有四个镭的同位素自然界有四个镭的同位素226Ra,半衰期:,半衰期:1600a224Ra,半衰期:半衰期:3.64d228Ra223Ra元素周期表第元素周期表第周期的零族元素周期的零族元素 原子半径:原子半径:
7、0.13nm0.13nm单原子放射性气体分子直径为单原子放射性气体分子直径为0.46nm0.46nm惰性气体,不活泼,无色无味。惰性气体,不活泼,无色无味。氡转化为固态的温度约为氡转化为固态的温度约为-113-113。熔点为。熔点为-71-71。沸点为沸点为-62-62。氡气的密度比空气要重,。氡气的密度比空气要重,0101个标个标准大气压下氡气的密度为准大气压下氡气的密度为9.73109.7310-3-3g/cmg/cm3 3,常温,常温下氡及子体在空气中能形成放射性气溶胶而污染下氡及子体在空气中能形成放射性气溶胶而污染空气。空气。氡(氡(z=86)惰性放射性气体,可形成水合物,但自然界不存
8、惰性放射性气体,可形成水合物,但自然界不存在氡的氧化物。较重要的有三个同位素。在氡的氧化物。较重要的有三个同位素。自然界有三个氡的同位素自然界有三个氡的同位素222Rn,半衰期:,半衰期:3.824d220Rn,半衰期:半衰期:55.3s219Rn,半衰期:,半衰期:3.96s钋(钋(z=84)银色金属,具有金属光泽,密度为银色金属,具有金属光泽,密度为9.4g/cm3。在。在空气或氧中氧化成空气或氧中氧化成黄色氧化物黄色氧化物。钋及氧化物能溶于。钋及氧化物能溶于酸,生成黄色酸,生成黄色PoCl4液体。钋盐容易水解而形成胶液体。钋盐容易水解而形成胶体,是放射性核素中重容易形成胶体的核素。体,是
9、放射性核素中重容易形成胶体的核素。自然界有七个氡的同位素,重要的有:自然界有七个氡的同位素,重要的有:210Po,半衰期:,半衰期:138.4d218Po,半衰期:,半衰期:3.05min铅(铅(z=82)深灰色金属,密度为深灰色金属,密度为11.35g/cm3。在空气加热熔化生成氧化物在空气加热熔化生成氧化物PoO,可导致铅中,可导致铅中毒。毒。是良好的核辐射防护材料。是良好的核辐射防护材料。自然界有七个铅的同位素,其中四个是放射性自然界有七个铅的同位素,其中四个是放射性的,三个是稳定的。的,三个是稳定的。老铅,低本底的铅,不含或含水量极少的放射老铅,低本底的铅,不含或含水量极少的放射性铅。
10、性铅。自然界存在的放射性矿物自然界存在的放射性矿物放射性矿物放射性矿物矿物名称矿物名称赋存岩石或矿床赋存岩石或矿床钾矿物钾矿物正长石和微斜长石正长石和微斜长石白云母白云母明矾石明矾石钾石盐,光卤石钾石盐,光卤石酸性火成岩和伟晶岩的主要组份酸性火成岩和伟晶岩的主要组份酸性火成岩和伟晶岩的主要组份酸性火成岩和伟晶岩的主要组份酸性火山岩的饰变酸性火山岩的饰变沉积岩是盐岩沉积沉积岩是盐岩沉积钍矿物钍矿物独居石独居石方钍石方钍石钍石、铀钍矿钍石、铀钍矿花岗岩、伟晶岩、片麻岩花岗岩、伟晶岩、片麻岩花岗岩、伟晶岩花岗岩、伟晶岩砂矿砂矿铀矿物铀矿物沥青铀矿沥青铀矿钒钾铀矿钒钾铀矿脂铅铀矿脂铅铀矿花岗岩、伟晶岩
11、及花岗岩、伟晶岩及AgPbCuAgPbCu等脉状矿床等脉状矿床砂岩砂岩与沥青铀矿共生与沥青铀矿共生放射性核素在自然界的分布放射性核素在自然界的分布在地球壳层中的分布在地球壳层中的分布在岩石中的分布在岩石中的分布在土壤中的分布在土壤中的分布在地表水中的分布在地表水中的分布在地下水中的分布在地下水中的分布铀在地壳、地幔和地核中的分布铀在地壳、地幔和地核中的分布地壳(地壳(0-35km)地幔(地幔(35-2900km)地核(地核(2900-6371km)地壳的成分相当于花岗岩和玄武岩成分的平均值;地壳的成分相当于花岗岩和玄武岩成分的平均值;地幔的成分相当于石陨石的成分;地核的成分相地幔的成分相当于石
12、陨石的成分;地核的成分相当于铁陨石的平均值当于铁陨石的平均值U、Th、Ra的分布随深度的增加而减少的分布随深度的增加而减少各圈层中钍的含量约为铀的各圈层中钍的含量约为铀的4倍,且稳定倍,且稳定铀在石陨石中的含量高于在铁陨石中的含铀在石陨石中的含量高于在铁陨石中的含量量地球各圈层中铀、钍和镭的含量地球各圈层中铀、钍和镭的含量地球各圈层地球各圈层U/ppmTh/ppmRa/10-10%Th/U 沉积岩沉积岩 花岗岩花岗岩 玄武岩玄武岩2.64.01.07.013.54.0-1.40.342.73.44.0地幔地幔地核地核0.0120.0130.0480.0130.00400.00104.04.3地
13、壳在地球壳层中的分布在地球壳层中的分布P.43表表3-1-1238U、232Th、40K的分布的分布地壳地壳上地幔上地幔下地幔下地幔地核地核放射性核素在岩石中的分布放射性核素在岩石中的分布与岩性有关?与岩性有关?与岩体的地质年代有关?与岩体的地质年代有关?与岩体的相带有关?与岩体的相带有关?与岩性有关与岩性有关P.44表表3-1-2岩浆岩岩浆岩沉积岩沉积岩碱性岩碱性岩酸性岩酸性岩中性岩中性岩基性岩基性岩超基性超基性岩岩 我国石材产品放射性核素分布特征我国石材产品放射性核素分布特征与岩石的地质年代有关与岩石的地质年代有关P.44表表3-1-3地质年代越新,含量越高地质年代越新,含量越高在土壤中的
14、分布在土壤中的分布取决于成土母质取决于成土母质常见值:常见值:238U2-4ppm232Th8-12ppmK2O1-2%在水中的分布在水中的分布在海水中极低在海水中极低在地表水中较低在地表水中较低地下水中较高地下水中较高在油田水中较高在油田水中较高P.45表表3-1-4放射性核素在自然界的分布放射性核素在自然界的分布小结小结地壳地壳上地幔上地幔下地幔下地幔地核地核与岩性有关(岩浆岩与岩性有关(岩浆岩沉积岩)、与岩体沉积岩)、与岩体的地质年代有关(年代越新,含量越高)的地质年代有关(年代越新,含量越高)与岩体的相带有关(内部相与岩体的相带有关(内部相边缘相)边缘相)土壤中的含量与成土母质有关土壤
15、中的含量与成土母质有关在水中的含量极低,地下水在水中的含量极低,地下水地表水地表水海水海水放射性核素的迁移放射性核素的迁移放射性核素的行为放射性核素的行为铀的水溶液化学铀的水溶液化学天然放射性核素的迁移天然放射性核素的迁移U、Ra、Th、K特征特征U:银色金属,在深部还原带,以四价离子形:银色金属,在深部还原带,以四价离子形式存在,沉淀。式存在,沉淀。在近地表氧化带,以六价(铀酰离子)溶于在近地表氧化带,以六价(铀酰离子)溶于水,迁移。水,迁移。Th:银白色金属,在深部还原带,以四价离子银白色金属,在深部还原带,以四价离子形式存在,沉淀。形式存在,沉淀。在近地表,在近地表,钍几乎没有迁移钍几乎
16、没有迁移。天然放射性核素的迁移天然放射性核素的迁移Ra:银白色金属,两性元素,很容易进入天然晶体的毛细管和微裂隙中,易被淋滤。在氧化环境下易沉淀!铀镭不平衡 放射性物质在岩石中的行为放射性物质在岩石中的行为形态形态U、Th可以形成独立或共生矿物于岩石中可以形成独立或共生矿物于岩石中占据晶格中的主要位置;占据晶格中的主要位置;或以类质同像存在于其他矿物中;或以类质同像存在于其他矿物中;微晶的表面吸附。微晶的表面吸附。形成含钾矿物形成含钾矿物钾长石,云母,高岭石,钾盐钾长石,云母,高岭石,钾盐 在表生带行为在表生带行为U 4U 4价价 极易氧化为极易氧化为6 6价价 6 6价价 UOUO2 22
17、2 不均匀不均匀Ra Ra 一般不进入矿物晶格内,不形成独一般不进入矿物晶格内,不形成独立矿物,容易进入晶体的毛细裂隙和微错立矿物,容易进入晶体的毛细裂隙和微错位中,转入水中,具有很强的迁移能力。位中,转入水中,具有很强的迁移能力。(导致放射性不平衡导致放射性不平衡)Th Th 在表生带以机械风化迁移为主,在表生带以机械风化迁移为主,并富集于残积物,冲积物和滨海沉并富集于残积物,冲积物和滨海沉积物中积物中(重砂:独居石)重砂:独居石)K K 极容易从矿物中释放而转入水中,具有极容易从矿物中释放而转入水中,具有很强的迁移能力很强的迁移能力水中钾极易被生物吸水中钾极易被生物吸收,并参与形成次生矿物
18、。收,并参与形成次生矿物。在氧化带极易被淋滤,分解,迁移在氧化带极易被淋滤,分解,迁移Rn:没有发现化合物,密度为没有发现化合物,密度为9.27g/L广泛分布,在浓度差、温度差、压力差作广泛分布,在浓度差、温度差、压力差作用下迁移用下迁移核素核素 存在状态存在状态89Sr,90Sr Sr2+悬浮物悬浮物 103Ru 106Ru 亚硝酸钌铬合物亚硝酸钌铬合物,悬浮物悬浮物131I 129I I-IO3-有机化合物有机化合物 137Cs Cs+悬浮物悬浮物144Ce Ce3+,Ce(OH)3胶体胶体,悬浮物悬浮物Ra Ra+2Th Th(HO)4 胶体胶体 U UO2(CO3)3 4239Pu,2
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- 放射性 核素 分布 迁移
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