方釷石

方釷石是一種二氧化釷礦物，根據其化學成分命名。由於難以熔化而且稀少，所以難以成為提煉釷的來源。

方釷石很重並且硬度高，具有暗灰到淺褐黑色或淺藍黑色。常含有稀土族元素。

基本介紹

• 中文名：方釷石
• 外文名：thorianite 
• 化學組成：：ThO2
• 簡介：是一種二氧化釷礦物
• 反射率：15±
• 發光性：放射性
• 晶系：等軸晶系
• 產地：馬達加斯加、斯里蘭卡
• 硬度：6.5-7
• 比重：8.9-9.7
• 解理：解理平行{100}不完全
• 斷口：參差狀至貝殼狀斷口
• 顏色：深灰至黑色
• 條痕：黑色、灰色至綠灰色
• 透明度：半透明至不透明
• 光澤：金剛光澤至半金屬光澤
• 均質性：n=2.20±

概述

方釷石化學組成為ThO₂，含ThO2達70—80，UO2可達12。並常含稀土元素和鉛。在透射光下為紅褐、暗棕或綠色。具有強放射性。在自然界少見，僅發現於偉晶岩脈中，偶見於砂礦中。

方釷石為等軸六八面體組，屬等軸晶系，對稱型3L44L36L29PC，空間群為Fm3m。晶胞參數為a0=5.57，粉晶數據為3.234(1)1.689(0.64)1.98(0.58)。

方釷石晶體呈立方體者多，八面體者少。常見單形，雙晶面（111）。

方釷石世界著名產地有馬達加斯加的彼特洛卡、斯里蘭卡等地。

基本信息

釷作為一種新型的核能資源具有廣闊的套用前景， 越來越受到人們的重視。 在以往的放射性地質研究中多注重對鈾的研究， 而對釷的研究相對較弱。馬達加斯加 Tranomaro 地區釷資源豐富，且釷礦化產在變質岩中， 在成因上具有其獨特的特點， 研究該地區釷的賦存狀態及釷礦物特徵對提高認識釷成礦規律及豐富釷礦找礦理論具有重要借鑑意義。

區域地質背景

馬達加斯加是岡瓦納大陸的重要組成部分， 前 寒 武 系變 質 岩 結晶基底占地表 2/ 3，而剩餘的 1/ 3 則為各類火成岩。 結晶基底變質程度較深， 形成於晚太古代 —早 元 古 代 ，並受到 550 Ma 左右泛非事件的疊加。

Tranomaro 地 區 廣 泛 分 布 Ihosy 群 、Tranomaro 群和多凡 堡 群 （圖 1）。 釷礦化主要產在 Tranomaro 群的輝岩中。

區內主要發育 NW 向和 NNE 向構造， 其中 NW 向 Bongolava—Ranotsara 剪 切 帶（BRSZ） 是主要的區域性構造， 切穿結晶基底。NEE 向 構造主要有 Ampanihy 剪 切 帶 （ASZ） Vorokafotra 剪下帶（VSZ）。區內花崗岩主要為加里東期， 花崗岩侵入體分布在 Tranomaro 以東的丘陵地帶， 岩性以中細粒斑狀黑雲母花崗岩為主。

釷賦存形式

賦礦圍岩特徵

釷 主 要 賦 存 在 Tranomaro 輝 岩 中 。Tranomaro 輝岩由大理岩和鈣質 - 矽酸鹽片麻岩經矽卡岩化形成[3]， 分布在花崗岩與大理岩接觸部位。

輝岩為粒狀變晶結構， 塊狀構造。 組成岩石的礦物主要是透輝石， 未見有斜方輝石。其他礦物有方柱石、 碳酸岩和橄欖石。 有的含有尖晶石、 石榴石和角閃石。

除釷外， 輝岩中富含硼。

釷的存在形式

釷以獨立釷礦物的形式存在， 分布在輝石、 方解石和方柱石等礦物中， 或在不同礦物的粒間， 釷礦物顆粒粒徑通常為 0.2～0.5mm， 大者可達 3～4 mm（圖 2）。 除 獨 立 的 釷礦物外， 沒有發現以其他形式存在的釷。

未見與浸染狀、 脈狀等熱液活動有關的釷礦石， 在礦石中也未見金屬硫化物。 由此可見， 釷礦化主要形成於早期（乾）矽卡岩階段， 該階段以無水礦物交代現象為主要特徵。在成岩、 成礦後沒有再經歷明顯的後期含礦熱液疊加改造， 對釷礦床的保存十分有利。

輝石等礦物有較多的裂紋， 說明在成岩後又曾遭受外力作用的破壞。 而釷礦物則無明顯的破碎現象， 顯示釷礦物比圍岩中的其他礦物有更好的韌性。

釷礦物特徵

形態特徵

釷礦物以他形-半自形粒狀為主， 少量為晶型較好的立方體， 個別呈長方體狀。 均質，反射光下呈灰白色， 反射率與閃鋅礦相近或稍高， 磨光性較差， 表面常呈麻點狀（圖 3）。

分布在輝石中釷礦物周圍有明顯的放射性暈圈， 分布在碳酸鹽岩中釷礦物周圍也有放射性暈圈， 但不是很明顯。 放射性暈圈的形態與金屬礦物的形態一致（圖 4）。

放射性暈圈的寬度一般為 20～30 μm， 有的可達 30～40 μm， 個別甚至達到 50 μm 左右。 經電子探針分析， 輝石中放射性暈圈的成分主要是綠泥石， 而碳酸鹽岩中放射性暈圈的成分依然是碳酸鹽。

背散射照片顯示釷礦物表面有細小的孔洞及細微的裂隙。

釷礦物成分特徵

用電子探針對樣品中的鈾-釷礦物進行了成分分析， 根據分析結果選取了 29 個有代表性的探針點， 具體分析結果如表 1 所示。

由表 1 可見 ， 釷 礦 物 主 要 成 分 是 ThO₂、UO₂及 PbO， 個 別 的 樣 品 中 還 含 有 少 量 的Na₂O、 Si O₂及 CaO。 ThO₂質量分數變化範圍為 50.94%～83.75%， 平 均 可 達 66.12%。 UO₂質量分數變化範圍為 10.65%～40.26%， 平均值為 26.56%。 PbO 質量分數相對較低， 但作為一種穩定的組分存在， 變化範圍為 2.43%～4.24%， 平均值為 3.31% 。 由表 1 可見 ， 釷礦物中各組分的質量分數都比較穩定， 指示該釷礦物礦種單一， 具有較為穩定的性質。

釷-鈾比值

根據化學分析的結果， 將 U、 Th 元素質量分數及 w（Th）/ w（U）值列於表 2

由表 2 可見， 不同樣品中 Th、 U 質量分數的變化範圍很大， Th 質量分數變化範圍為2 354×10^-6～16 698×10^-6， 平均值為 7 672.8×10^-6； U 質量分數的變化範圍為 1 030×10^-6～10 591×10^-6， 平均質量分數為 3 713.9×10^-6。w （Th）/ w （U） 值變化範圍為 1.60 ～3.39， 平均值為 2.24，w（Th）/ w（U）比值的大小與礦石本身含 Th、 U 的貧、 富無直接關係。

共、 伴生礦物

常與尖晶石共生， 尖晶石較多的地方釷礦物質量分數也增加。 無共、 伴生的金屬礦物。

釷礦物類型

通過釷礦物 成 分 分 析 結 果 與 標 準 礦 物進 行 對 比 並 結 合 顯 微鏡下觀察可知釷礦物主要有兩種： 方 釷 石 和 鈾 方 釷 石 。

方釷石最初發現於斯里蘭卡的庫瑪爾蘇瓦姆， 1904 年由 W. R. Dunstan 命名。 化學式為（U， Th）O₂， 方釷石是方釷石-晶質鈾礦類質同像系列含釷端元。 等軸晶系， 晶體呈立方體， 硬度為 6.5～7， 相對體積質量為 6.68～9.98。 化學性質穩定， 不溶於鹽酸 ， 但溶於硝酸和 硫 酸。 鉛作為固定組分存在於礦物當中， 可能為核衰變的產物， 當礦物中的鉛質量分數達到一定的程度時（通常大於10%）可參與定名， 即鉛鈾方釷石。

方釷石屬典型的高溫內生礦物， 產於鹼性岩、 花崗偉晶岩和與其有關的接觸交代矽卡岩中， 也產於花崗岩及碳酸岩中。 在偉晶岩中與鋯石、 獨居石、 綠柱石、 石英、 金雲母和透輝石等共生； 在鹼性岩中與鋯石、 螢石共生； 在矽卡岩中與尖晶石、 金雲母和磁鐵礦等共生。 另外， 方釷石也可見於砂礦中。

鈾方釷石是根據方釷石成分上的不同而分異出來的一個變種（另外一個變種是鉛鈾方釷石）， 通常方釷礦中鈾質量分數較高時可定名為鈾方釷石。