Файл: Баранов, В. И. Радиогеология учебник.pdf

связанного со взвесью. Та же закономерность наблюдается и в океанической воде, а также прослеживается в древних осадочных породах. Например, содержание тория в карбонатных породах Русской платформы резко повышается в эпохи морских транс­ грессий и интенсивных поднятий Балтийского щита (рифей, кемб­ рий, юра), причем основная часть тория сосредоточена в нераство­ римом остатке. В глинах Русской платформы содержание тория примерно в 5 раз больше, чем в карбонатах (1,1 - Ю - 3 и 2,4-10_ 4 % соответственно).

Доказано, что некоторая часть тория мигрирует в виде истин­ ных и коллоидных растворов. В природных водах, омывающих по­ роды с большим содержанием тория, его концентрация резко по­ вышается, достигая 10- 6 —10"5 , при фоновых значениях не больше j 0-8._ ю - 7 2 /Л _

Формы переноса тория мало изучены. Опыты с природными водами показали, что в подземных водах Средней Азии находится от 10 до 50% тория в виде истинных растворов. При этом основ­ ная часть тория связана в анионных комплексах. В результате исследования вод северных районов было найдено, что торий на­ ходится в них в составе не только анионных, но и катионных ком­ плексных соединений. Скорее всего в водах аридного климатиче­ ского пояса с высокими концентрациями карбонатных ионов в ра­ створе торий может входить в состав растворимых комплексов:

Th(C03 )5~ или двойных солей типа Na 6 [Th(C0 3 ) 5 ] -

Карбонатные комплексы тория менее устойчивы к гидролизу, чем комплексы уранила. Поэтому повышенные концентрации тория в Еоде обнаруживаются лишь вблизи от места его выщелачивания из пород.

В кислых сульфатных водах с р Н ~ 4 торий может существо­

вать в растворе при концентрациях до п - Ю - 3 — Ю - 4 г и о н - в виде

л

ThSO^+ или Th(S04)5J.

В гумидных районах растворенные в водах органические кис­ лоты также могут давать с торием растворимые комплексные со­ единения и способствовать его миграции. В условиях зоны гипергенеза при отсутствии комплексообразователей и нормальной кис­

вод, гидроокись тория может мигрировать также и в форме псевдоколлоидов. Подтверждением существования растворимых соеди­ нений тория в природе могут служить повышенные концентрации его в растениях, произрастающих над ториеносными породами.

109

Отрицательно заряженные природные коллоиды, такие, как гидроокислы железа и марганца, глинистые минералы, благопри­ ятны для сорбции гидроокиси тория. Длительное воздействие торнйсодержащнх вод на природные сорбенты может привести к везникновенню эпигенетических концентраций тория. Известны красноцветные песчаники, в составе цеменита которых вместе с вторичным Fe(OH)3 находится от 0,001.до 0,1% тория. Часть тория связана с гидроокисью железа и не имеет собственных мине­ ральных форм, часть представлена тоикодисперсным торитом и торогуммитом.

Нередко железные шляпы над пегматитами и жильными обра­ зованиями, латериты над карбонатными и щелочными породами сильно обогащены торием. Часть тория ассоциирует с лимонитом, часть представлена тонкодисперсным торитом и торогуммитом. Концентрации ТпОг достигают 4% и могут иметь как первичное, так и вторичное происхождение.

При благоприятных условиях торий может накапливаться в органическом веществе. Радиоактивный углеводородный минерал тухолит может содержать до 48% ТпОг 'на золу. Тухолнт встре­ чается в пегматитах, скарнах и гидротермальных жилах разных стран мира.

Известны повышенные содержания (до 0,5%) тория в угле­ водородном веществе, заполняющем кости ископаемых рыб.

Малая устойчивость растворимых соединений тория препят­ ствует переносу значительных его концентраций, в связи с чем эпи­ генетические месторождения тория встречаются сравнительно редко.

Изотопы тория

В природе встречено 5 изотопов тория: два — в семействе урана, два — в семействе тория и один — в семействе актиноурана. Несмотря на общность их химических свойств, геохимическая судьба этих изотопов различна. Об этом можно судить по отно­ шению изотопов, входящих в одно радиоактивное семейство. В се­ мейство тория входят 2 3 2 Тп и 2 2 8 Th (RaTh). В породах, не подвер­ гающихся в настоящее время выщелачивающему действию природ­ ных вод, они находятся в радиоактивном равновесии. В большин­ стве природных вод 2 2 S Th преобладает над 2 3 2 Th. Причиной этому служит преимущественное выщелачивание дочернего изотопа по

UXi над 1о. Отношение изотопов 23 4Jh/230 Th почти в 10 раз превы-

110

шало равновесное. То же самое наблюдалось в вытяжках из ура­ новых минералов. Видимо, такое различие также обусловлено эффектом Сцилларда — Чалмерса.

Концентрация иония в природных водах, как правило, мень­ ше равновесной с ураном концентрации. В океанических илах на­ блюдается противоположный эффект: ионий преобладает за счет

ионием. В молодых вулканических продуктах также отмечено пре­ обладание урана. В более древних породах, не подвергавшихся

Химические свойства

Протактиний является членом семейства актиноидов и по сво­ им химическим свойствам весьма близок к элементам этого се­ мейства. С другой стороны, он имеет много общего с элементами V подгруппы периодической системы (Та, Nb). Некоторые свойст­ ва сближают его с Zr и Hf. Протактиний более электроположите­ лен, чем тантал. Он не образует соединений, аналогичных танталатам. Выделение Ра из природных соединений методом соосаждения показало, что тантал и титан являются для него значительно худшими соосадителями, чем Zr и Th.

В природных соединениях протактиний имеет одно валентное состояние — пять. В лабораторных условиях получен Pa (IV) .

Протактиний относится к числу наиболее химически инертных элементов. Его соединения, как правило, плохо растворимы и лег­ ко подвергаются гидролизу.

Даже в сильнокислых растворах Ра5 + находится в виде гид-, ролизованных форм. При очень низких концентрациях Ра в раст­ воре, свойственных природным соединениям, продукты гидролиза быстро адсорбируются на коллоидных частицах других веществ, образуя псевдоколлоиды, а также на дне водоема или стенках сосуда.

Катионы Ра легко образуют комплексные соединения. Боль­ шинство комплексных соединений протактиния также неустойчи­ во к гидролизу. Устойчивы в водных растворах лишь фторидные, сульфатные комплексы и комплексы с некоторыми органическими

дах и минералах, в которых есть уран.

111

В породах, возраст которых превышает 300 тыс. лет, протакти­ ний находится в радиоактивном равновесии с ураном, что соот­ ветствует 3,5 - Ю - 7 г Ра на 1 г U . При выщелачивании урана природ­ ными водами из урановых руд можно ожидать некоторого обо­ гащения протактинием вследствие его химической инертности.

' Данных о поведении протактиния в магматическом и пост­ магматических процессах практически нет. Лишь в последние годы установлено, что в молодых вулканических образованиях (лавах, туфах, пемзах) существует недостаток Ра по сравнению с равно­ весным ураном. Отношение 2 3 1 Pa/2 3 5 U составляет меньше 0,1 от равновесного значения и проявляет некоторую тенденцию к умень­ шению от кислых лав к основным.

Протактиний в природных водах возникает в результате рас­

•с ними на дно; Этот процесс наиболее заметен в океанической во­

§ 5. УРАН

Химические свойства

Уран обладает двойственной химической природой благодаря особенностям строения своих электронных оболочек. Большое чис­ ло электронов вокруг ядра экранирует его, в связи с чем валент­ ной оказывается не только внешняя оболочка, но и более глубо­

ноидные элементы во многих соединениях. В растворе ионы четы­

112