为什么磷矿中含有铀?

Question

我一直在做一些磷石膏污染问题的研究。磷石膏是用“湿法”方法从磷矿中提取磷酸形成的废物副产品，该方法使用硫酸和水将其分解:

$$\ce{Ca10(PO4)6F2 + 10H2SO4 + 20H2O -> 10CaSO4.2H2O + 6H3PO4 + 2HF}$$

返回磷酸和石膏(硫酸钙，或CaSO4)。这里的问题是磷矿中的铀在衰变过程中会产生226Ra(以及其他放射性核素)，由于226Ra是一种“碱土金属”(它在元素周期表的第二列)，它可以形成硫酸镭并模拟钙，从而产生放射性石膏。

这里的重点是，磷矿为什么在铀中富集能产生镭?磷酸盐和铀是否有聚集在一起的趋势?如果有，地球化学原因是什么?

我已经发现:

沉积岩磷酸盐比火成岩磷酸盐含有更高浓度的潜在危险元素(As、Cd、Cr、Pb、Se和U)。(1)

磷矿中U、Ra和Th的含量差异很大，这取决于其开采的地理区域。（2）

1 - Mamdoh Sattouf，利用同位素比值技术和重金属模式确定岩石磷肥和磷肥的起源。

2 - John J. Mortvedt和James D. Beaton，磷肥中的重金属和放射性核素污染物。

提前感谢你的帮助!!

Answer 1

为了解磷矿为何沉积(以下简称磷矿)磷灰石)的铀含量升高，我们首先需要了解它们是由什么组成的，以及它们最初为什么形成。

磷矿是由磷灰石组成的岩石，磷灰石是一种分子式的矿物$ \ ce {Ca5 (PO4) 3 (F, Cl,哦)}$。这种矿物质(尤其是OH变体)是生物骨架的主要成分之一。例如，牙齿和骨骼的坚硬矿化部分是由磷灰石组成的。

死去的海洋动物(如鱼)的骨骼以磷灰石的形式沉积在海底。磷灰石的来源不一定是生物成因的:它也可以来自海底的火成岩或热液活动，或者来自大陆的碎屑物质。最终的结果是磷灰石沉积成磷灰石。

磷灰石的一个重要性质是它可以容纳一些铀。其机制尚未完全了解，但很可能是与$ \ ce {U ^ 4 +} $在磷灰石的矿物结构中，取代钙。有意思的是，海水中的铀主要以$ \ ce {U ^ 6 +} $(以铀酰离子的形式)。铀酰离子比$ \ ce {U ^ 4 +} $因此，铀在海水溶液中大多以utanyl离子的形式存在。但是，正如我们前面提到的，磷灰石沉积物是由死亡的海洋动物腐烂形成的。这种腐烂的有机物质的积累降低了$ \ ce {U ^ 6 +} $来$ \ ce {U ^ 4 +} $，有利于其与磷灰石结构的结合。

这只是硬币的一面。显然$ \ ce {U ^ 6 +} $也可吸附在磷灰石颗粒上。在某些情况下，这甚至被用来阻止铀污染通过土壤迁移——通过添加磷灰石来固定它。

无论铀与磷灰石成为好朋友的确切过程(或过程的组合)是什么，最终结果是磷灰石(以及含有磷灰石的岩石)相对于其所处的环境富集了铀。

Answer 2

请阅读这篇文章。解释了湿法分离重金属的原因。

http://dx.doi.org/10.1016/j.jrras.2014.01.001

我相信铀衰变系列中钍到镭的衰变速率是77000年。因此，无论你在样品中测量了多少镭/钍/铀，它在你的一生中都不会真正改变。

据联合国原子辐射影响科学委员会称，土壤中铀的正常浓度为300 μg/kg至11.7 mg/kg。它自然存在于大多数土壤和岩石中，浓度变化很大。

磷矿中含有铀/钍/镭，直到提取过程分离和浓缩了这些金属。用硫酸处理磷矿时，铀和钍集中在水相中，镭集中在石膏中。许多其他重金属也被纳入磷酸相，因为大多数可溶于稀酸溶液。我认为这些污染物可以作为磷肥产品中的微量营养素进行销售。