Карнотит

Карнотит — это радиоактивный минерал класса ванадатов, сложный оксид урана, калия и ванадия. Относится к группе карнотита. Химическая формула: K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O. Является важной рудой для добычи урана, ванадия и радия.

История и происхождение названия

Минерал был впервые описан в 1899 году французским химиком и минералогом Шарлем Фриделем. Название получил в честь французского инженера и химика, одного из пионеров ядерной физики, Мари-Адольфа Карно (Marie-Adolphe Carnot, 1839—1920). Карнотит был открыт на территории США, в штате Колорадо, где впоследствии были обнаружены его крупные промышленные залежи.

Физические и химические свойства

Карнотит представляет собой минерал ярко-жёлтого, лимонно-жёлтого или зеленовато-жёлтого цвета. Обладает характерным перламутровым или матовым блеском. Твёрдость по шкале Мооса составляет 2–2,5, что делает его мягким минералом, легко царапающимся ногтем. Плотность — около 4–5 г/см³.

Минерал хрупкий, имеет совершенную спайность в одном направлении. Излом неровный, занозистый. В ультрафиолетовом свете карнотит часто проявляет слабую жёлто-зелёную флуоресценцию.

Химически карнотит растворяется в кислотах, особенно в азотной и соляной, с образованием жёлтых растворов. В воде нерастворим. При нагревании до 100–200 °C теряет кристаллизационную воду, переходя в безводную форму.

Кристаллография и структура

Карнотит кристаллизуется в моноклинной сингонии. Кристаллы обычно имеют таблитчатый, чешуйчатый или пластинчатый облик. Чаще встречается в виде тонкозернистых, землистых, порошковатых масс, налётов и примазок. Реже образует хорошо огранённые кристаллы.

Структура карнотита слоистая: слои из уранил-ванадатных групп (UO₂)₂(VO₄)₂ чередуются со слоями, содержащими ионы калия и молекулы воды.

Разновидности и близкие минералы

Выделяют несколько разновидностей карнотита, различающихся по составу и свойствам:

• Тюямунит — кальциевый аналог карнотита (Ca(UO₂)₂(VO₄)₂·8H₂O). Открыт в Киргизии, в долине реки Тюя-Муюн.
• Ванадинит — хлорванадат свинца, не содержащий урана, но внешне похожий на карнотит.
• Уранофан — силикат урана, часто ассоциирующийся с карнотитом в зонах окисления.

Месторождения и распространение

Карнотит является типичным минералом зон окисления урановых и ванадиевых месторождений. Образуется в результате выветривания урансодержащих пород в аридных (сухих) условиях. Основные промышленные месторождения находятся:

• США (штаты Колорадо, Юта, Аризона, Нью-Мексико) — плато Колорадо, где карнотит является главной урановой рудой.
• Россия — месторождения в Забайкалье (например, Стрельцовское рудное поле), в Республике Бурятия, а также на Кольском полуострове.
• Казахстан — месторождения в Чу-Сарысуйской урановорудной провинции.
• Австралия — месторождения в штатах Южная Австралия и Западная Австралия.
• Другие страны — Намибия, ЮАР, Аргентина, Китай.

В России карнотит встречается в виде тонких налётов и примазок в зонах окисления урановых месторождений, но редко образует промышленные скопления.

Применение

Карнотит имеет важное промышленное значение как руда на уран, ванадий и радий.

Добыча урана

Уран, извлекаемый из карнотита, используется в ядерной энергетике (как топливо для атомных электростанций), в производстве ядерного оружия, а также в медицине (радиоизотопная диагностика и терапия) и научных исследованиях.

Добыча ванадия

Ванадий, содержащийся в карнотите, применяется в металлургии для производства высокопрочных сталей (феррованадий), в химической промышленности (катализаторы, красители), а также в производстве аккумуляторных батарей (ванадиевые редокс-батареи).

Историческое значение

В начале XX века карнотит был основным источником радия, который использовался в медицине (лучевая терапия) и в производстве светящихся красок (например, для циферблатов часов). После открытия более богатых урановых руд (например, настурана) значение карнотита как источника радия снизилось.

Радиоактивность и безопасность

Карнотит является радиоактивным минералом из-за содержания урана и продуктов его распада (в том числе радия и радона). Удельная активность карнотита может достигать нескольких тысяч беккерелей на килограмм. При работе с образцами карнотита необходимо соблюдать меры предосторожности:

• Избегать вдыхания пыли (радон и радиоактивные аэрозоли).
• Хранить образцы в герметичных контейнерах.
• Ограничивать время контакта с минералом.
• Использовать средства индивидуальной защиты (перчатки, респиратор).

В России обращение с радиоактивными минералами регулируется Федеральным законом «Об использовании атомной энергии» и санитарными правилами (СП 2.6.1.2612-10). Коллекционные образцы карнотита, как правило, не представляют серьёзной опасности при соблюдении элементарных мер предосторожности, однако их хранение и транспортировка требуют специального разрешения.

Интересные факты

• В начале XX века карнотит активно добывался в США для получения радия, который использовался в производстве светящихся красок для циферблатов часов. Многие рабочие, занятые в этой отрасли, получили лучевые поражения.
• Карнотит часто встречается в ассоциации с другими урановыми минералами (уранофан, отенит, торбернит) и с ванадиевыми минералами (ванадинит, деклуазит).
• Из-за ярко-жёлтого цвета и радиоактивности карнотит иногда называют «жёлтым ураном» или «урановой охрой».
• В 2010-х годах в США были разработаны технологии извлечения урана из карнотитовых руд методом подземного выщелачивания, что позволило вовлечь в переработку бедные руды.

Источники

• Минералы: Справочник. Том III, вып. 3. — М.: Наука, 1981.
• Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — М.: КДУ, 2007.
• Dana’s System of Mineralogy. Vol. 2. — New York: John Wiley & Sons, 1951.
• «Уран России» / Под ред. В. И. Величкина. — М.: ВИМС, 2006.
• Государственный кадастр месторождений полезных ископаемых РФ (раздел «Уран»).