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天然金属铀【天然金属铀】铀是核军工的基石，也是重要的核能原料 。由于它的不稳定性和变价性，长期以来，人们认为在自然界没有金属铀，这也是分析发现自然界中存在金属铀的难点之一 。工业上的金属铀系也是通过四氟化铀(UF4)的钙（镁）金属热还原法来製备的 。
基本介绍中文名：天然金属铀
外文名：uranium metal natural
首次发现：中国
铀元素和金属铀1789年，由德国化学家克拉普罗特（M.H.Klaproth）从沥青铀矿中分离出，就用1781年新发现的一个行星——天王星命名它为uranium，元素符号定为U 。1841年，佩利戈特（E.M.Peligot）指出，克拉普罗特分离出的“铀”，实际上二氧化铀 。他用钾还原四氯化铀，成功地获得了金属铀 。1896年有人发现了铀的放射性衰变 。1939年，哈恩（O.Hahn）和斯特拉斯曼（F.Strassmann）发现了铀的核裂变现象 。自此以后，铀便变得身价百倍 。金属铀指处于金属状态的铀 。表面具有银白色金属光泽，熔点1130℃，100℃时的热导率为0.25W/（cm·℃） 。金属铀多用作石墨或重水型生产堆棒状燃料元件的燃料芯，用热中子吸收截面较小的铝、镁及其合金作包壳材料 。铀与锆、钼、铌等许多金属组成的合金，具有良好的机械性能、耐腐蚀和抗辐照性能 。金属铀的化学性质很活泼，能自燃 。氧化性的酸，如硝酸可快速溶解铀 。工业上金属铀系通过四氟化铀（UF4）的钙（镁）金属热还原法来製备的 。自然界中的铀元素铀广泛分布于地球的各种地质体中，由于其化学性质活泼，通常以+3、+4、+5、+6价态的化合物状态存在，其中+4和+6价铀化合物稳定 。四价态铀通常以晶质铀矿（或沥青铀矿）（UO2）形成于岩浆、热液、沉积和变质作用产物中，而六价态通常以铀醯离子（UO22+）化合物溶于水体中或在沉积、蒸发和氧化的条件下形成硫酸盐、碳酸盐、钒酸盐、磷酸盐等各盐类次生铀矿物 。因此，铀在自然条件下被普遍认为是以U4+和U6+价态的形式存在 。金属铀在地表或富含氧的环境中极易发生氧化，形成氧化物，由于铀的这一特性，用常规的化学价态分析方法很难发现零价态金属铀，pH和温度条件的变化都会造成铀元素价态的改变 。因此，自铀元素髮现200多年来，科学界也形成了自然界中没有金属铀的惯常认识 。天然金属铀的首次发现铀元素在地质作用过程中的迁移形式和富集机理，是铀矿地质工作者一直以来深耕的领域，不可迴避地反覆讨论铀元素价态这一关键问题 。核工业北京地质研究院李子颖研究团队长期致力于铀成矿理论及深部探测研究，在对热液铀矿成矿机理等多方面研究的基础上，提出了热点铀成矿作用的理论认识，认为铀是在岩浆－热流体演化过程中的晚期流体中富集，铀的来源具有深源性，成矿流体具有还原性，铀是在成矿流体进入近地表时，由于物理化学条件的改变而沉澱富集成矿的 。在这一理论的指导下，该团队对热液成矿流体中是否以低价铀的形式进行迁移富集成矿进行了较长时间的探索研究 。
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天然黑色沥青铀矿照片李子颖带领的研究团队以我国南方诸广地区和贵东地区典型热液铀矿床中的沥青铀矿为研究对象，创新性地将X射线光电子能谱方法套用于天然铀矿物元素价态的研究，原位分析了天然沥青铀矿中元素组成、价态及含量，并开展了与人工製造的金属铀和不同种类的铀矿物的对比分析工作 。该团队通过细緻谱学分析和反覆重现性测试，在自然界沥青铀矿中除四价铀、六价铀之外，首次发现了零价态金属铀的存在，并确定了不同价态的比例关係，不同矿石样品中铀元素价态比例是有变化的 。这一发现为揭示热液型铀矿成矿作用机理和控矿要素提供了关键性判据，证明成矿物质铀来自深部，成矿流体具还原性，铀的沉澱富集是成矿流体物理化学条件变化所致，为我国铀资源的深部突破提供理论依据 。同时不同价态铀元素的比例，可用于判别矿石形成的深度，为铀成矿深度的定量预测提供依据，具有重要的实际价值 。由于铀在自然界中是一种非常活泼的元素，也是一种放射性衰变元素，对不同地质作用过程是敏感的且具有时间追溯性 。因此，金属铀的发现对于研究追溯地质作用过程和地球演化也具有重要意义 。该研究成果是我国铀矿地质及基础地质研究领域的原创性成果，突破了人们认为铀在自然界仅以价态的形式存在的惯常认识，为地质工作者开展成矿理论和成矿机理研究打开了新视角，在国内外引起了广泛的反响 。