Uran ni zelo tipičen aktinid, poznanih je njegovih pet valenčnih stanj - od 2+ do 6+. Nekatere uranove spojine imajo značilno barvo. Tako so raztopine trivalentnega urana rdeče, štirivalentnega urana zelene, šestvalentni uran - obstaja v obliki uranilnega iona (UO 2) 2+ - pa obarva raztopine v rumena... Za tehnologijo ekstrakcije elementa št. 92 se je izkazalo, da je zelo pomembno dejstvo, da šestvalentni uran tvori spojine s številnimi organskimi kompleksi.

Značilno je, da je zunanja elektronska ovojnica uranovih ionov vedno popolnoma zapolnjena; Valenčni elektroni so v prejšnji elektronski plasti, v podlupini 5f. Če primerjamo uran z drugimi elementi, je očitno, da mu je najbolj podoben plutonij. Glavna razlika med njima je velik ionski polmer urana. Poleg tega je plutonij najbolj stabilen v štirivalentnem stanju, uran pa v šestvalentnem stanju. To pomaga ločevati, kar je zelo pomembno: jedrsko gorivo plutonij-239 se pridobiva izključno iz urana, balasta z energetskega vidika urana-238. Plutonij nastaja v masi urana in ju je treba ločiti!

Vendar pa morate najprej dobiti to maso urana, skozi dolgo tehnološko verigo, začenši z rudo. Običajno večkomponentna ruda, revna z uranom.

Lahki izotop težkega elementa

Ko smo govorili o pridobivanju elementa št. 92, smo namenoma izpustili eno pomembno fazo. Kot veste, ni vsak uran sposoben podpirati verižne jedrske reakcije. Uran-238, ki predstavlja 99,28 % naravne mešanice izotopov, tega ni sposoben. Zaradi tega se uran-238 pretvori v plutonij, naravno mešanico uranovih izotopov pa poskušajo ločiti ali obogatiti z izotopom urana-235, ki je sposoben cepitve toplotnih nevtronov.

Za ločevanje urana-235 in urana-238 je bilo razvitih veliko metod. Najpogosteje se uporablja metoda plinske difuzije. Njegovo bistvo je, da če zmes dveh plinov preide skozi porozno pregrado, bo svetloba prešla hitreje. Leta 1913 je F. Aston na ta način delno ločil izotope neona.

Večina uranovih spojin je v normalnih pogojih trdnih snovi in ​​se lahko pretvorijo v plinasto stanje le pod zelo visoke temperature, ko ne more biti govora o kakršnih koli subtilnih procesih ločevanja izotopov. Vendar pa brezbarvna spojina urana s fluorom, UF 6 heksafluorid, sublimira že pri 56,5 ° C (pri atmosferskem tlaku). UF 6 je najbolj hlapna uranova spojina in je najbolj primeren za ločevanje njegovih izotopov s plinsko difuzijo.

Za uranov heksafluorid je značilna visoka kemična aktivnost. Korozija cevi, črpalk, posod, interakcija z mazanjem mehanizmov - majhen, a impresiven seznam težav, ki so jih morali premagati ustvarjalci difuzijskih naprav. Naleteli smo na še hujše težave.

Uranov heksafluorid, pridobljen s fluoriranjem naravne mešanice uranovih izotopov, z "difuzijskega" vidika lahko obravnavamo kot zmes dveh plinov z zelo podobnima molekulskima masama - 349 (235 + 19 * 6) in 352 (238 + 19 * 6). Največji teoretični koeficient ločevanja v eni difuzijski stopnji za pline, ki se tako malo razlikujejo molekularna teža, je enako samo 1,0043. V realnih razmerah je ta vrednost še manjša. Izkazalo se je, da je mogoče povečati koncentracijo urana-235 z 0,72 na 99% le s pomočjo več tisoč difuzijskih korakov. Zato obrati za ločevanje izotopov urana zasedajo površino več deset hektarjev. Območje poroznih predelnih sten v ločilnih kaskadah tovarn je približno enakega reda velikosti.

Na kratko o drugih izotopih urana

Naravni uran poleg urana-235 in urana-238 vključuje tudi uran-234. Številčnost tega redkega izotopa je izražena kot število s štirimi ničlami ​​za decimalno vejico. Veliko bolj dostopen umetni izotop je uran-233. Pridobiva se z obsevanjem torija v nevtronskem toku jedrskega reaktorja:

232 90 Th + 10n → 233 90 Th -β-→ 233 91 Pa -β-→ 233 92 U
Po vseh pravilih jedrske fizike se uran-233 kot neparen izotop deli s toplotnimi nevtroni. In kar je najpomembneje, v reaktorjih z uranom-233 lahko pride (in se tudi dogaja) do razširjene reprodukcije jedrskega goriva. V običajnem reaktorju s toplotnimi nevtroni! Izračuni kažejo, da naj bi se ob zgorevanju kilograma urana-233 v torijevem reaktorju v njem nabralo 1,1 kg novega urana-233. Čudež in to je vse! Pokurili smo kilogram goriva, vendar se količina goriva ni zmanjšala.

Vendar so takšni čudeži mogoči le z jedrskim gorivom.

Uran-torijev cikel v reaktorjih s toplotnimi nevtroni je glavni konkurent uran-plutonijevemu ciklu za reprodukcijo jedrskega goriva v hitrih nevtronskih reaktorjih... Pravzaprav je bil le zaradi tega element št. 90 - torij - razvrščen kot strateški material.

Drugi umetni izotopi urana nimajo pomembne vloge. Omeniti velja le uran-239 - prvi izotop v verigi transformacij urana-238 v plutonij-239. Njegova razpolovna doba je samo 23 minut.

Izotopi urana z masnim številom nad 240 nimajo časa za tvorbo v sodobnih reaktorjih. Življenjska doba urana-240 je prekratka in razpade, preden ima čas, da zajame nevtron.

V supermočnih nevtronskih tokovih termonuklearne eksplozije uspe jedro urana v milijoninki sekunde ujeti do 19 nevtronov. V tem primeru se rodijo izotopi urana z masnimi številkami od 239 do 257. Za njihov obstoj so izvedeli iz pojava oddaljenih transuranovih elementov - potomcev težkih uranovih izotopov - v produktih termonuklearne eksplozije. Sami »ustanovitelji rodu« so preveč nestabilni, da bi lahko beta razpadli in prešli v višje elemente, veliko preden se produkti jedrskih reakcij izločijo iz kamnine, pomešane z eksplozijo.

Sodobni toplotni reaktorji sežigajo uran-235. V že obstoječih hitrih nevtronskih reaktorjih se sprosti energija jeder skupnega izotopa - urana-238, in če energija - pravo bogastvo, potem bodo uranova jedra v bližnji prihodnosti koristila človeštvu: energija elementa št. 92 bo postala osnova našega obstoja.

Bistvenega pomena je zagotoviti, da uran in njegovi derivati ​​gorijo le v jedrskih reaktorjih miroljubnih elektrarn, gorijo počasi, brez dima in plamena.

DRUG VIR URANA. Danes je postala morska voda. Pilotno-industrijske naprave že delujejo za pridobivanje urana iz vode s posebnimi sorbenti: titanovim oksidom ali akrilnimi vlakni, obdelanimi z določenimi reagenti.

KDO KOLIKO. V zgodnjih 80-ih je bila proizvodnja urana v kapitalističnih državah približno 50.000 g na leto (v smislu U3O). Približno tretjino tega zneska je zagotovila ameriška industrija. Na drugem mestu je Kanada, sledi ji Južna Afrika. Nigor, Gabon, Namibija. Med evropskimi državami največ urana in njegovih spojin proizvede Francija, vendar je bil njen delež skoraj sedemkrat manjši od ZDA.

NETRADICIONALNE POVEZAVE. Čeprav ni brez podlage, da je kemija urana in plutonija bolje raziskana kot kemija tradicionalnih elementov, kot je železo, kemiki še vedno odkrivajo nove uranove spojine. Tako je leta 1977 izšla revija "Radiochemistry", letnik XIX, št. 6 je poročal o dveh novih uranilnih spojinah. Njihova sestava je MU02(S04)2-SH20, kjer je M dvovalentni manganov ali kobaltov ion. Rentgenski difrakcijski vzorci so pokazali, da so nove spojine dvojne soli in ne mešanica dveh podobnih soli.

Tudi v starodavni časi(1. stol. pr. n. št.) so naravni uranov oksid uporabljali za izdelavo rumene glazure za lončenino. Prvi pomemben datum v zgodovini urana je leto 1789, ko je nemški naravoslovec in kemik Martin Heinrich Klaproth zlatorumeno »zemljo«, pridobljeno iz saške smolne rude, obnovil v snov, podobno črni kovini. V čast takrat najbolj oddaljenemu planetu (odkril ga je Herschel osem let prej) je Klaproth, ki je novo snov imel za element, poimenoval uran (s tem je želel podpreti predlog Johanna Bodeja, da bi novi planet poimenovali Uran). namesto "George's Star", kot je predlagal Herschel). Petdeset let je bil Klaprothov uran uvrščen med kovine. Šele leta 1841 je francoski kemik Eugene Melchior Peligo ( angleščina) (1811-1890)) je dokazal, da kljub značilnemu kovinskemu sijaju Klaprothov uran ni element, temveč oksid UO 2. Leta 1840 je Peligu uspelo pridobiti pravi uran - težko kovino jekleno sive barve - in določiti njegovo atomsko težo. Naslednji pomemben korak pri preučevanju urana je leta 1874 naredil D. I. Mendelejev. Na podlagi periodnega sistema, ki ga je razvil, je postavil uran v najbolj oddaljeno celico svoje mize. Prej je veljalo, da je atomska teža urana 120. Veliki kemik je to vrednost podvojil. 12 let pozneje so Mendelejevo napoved potrdili poskusi nemškega kemika Zimmermanna.

Leta 1896 je francoski kemik Antoine Henri Becquerel med raziskovanjem urana po naključju odkril Becquerelove žarke, ki jih je Marie Curie pozneje preimenovala v radioaktivnost. Istočasno je francoskemu kemiku Henriju Moissanu uspelo razviti metodo za proizvodnjo čistega kovinskega urana. Leta 1899 je Rutherford ugotovil, da je sevanje uranovih pripravkov nehomogeno, da obstajata dve vrsti sevanja – žarki alfa in beta. Nosijo različne električne naboje; Njihov obseg snovi in ​​ionizacijska sposobnost še zdaleč nista enaka. Malo kasneje, maja 1900, je Paul Villar odkril tretjo vrsto sevanja - žarke gama.

Leta 1907 je Ernest Rutherford izvedel prve poskuse za določitev starosti mineralov pri študiju radioaktivnega urana in torija na podlagi tega, kar je ustvaril skupaj s Frederickom Soddyjem (Soddy, Frederick, 1877-1956; Nobelova nagrada v kemiji, 1921) teorija radioaktivnosti. Leta 1913 je F. Soddy uvedel koncept izotopov (iz stare grščine. ἴσος - "enako", "enako" in τόπος - "mesto"), leta 1920 pa je napovedal, da je mogoče izotope uporabiti za določanje geološke starosti kamnin. Leta 1928 je Niggot implementiral, leta 1939 pa A. O. K. Nier (Nier, Alfred Otto Carl, 1911-1994) ustvaril prve enačbe za izračun starosti in uporabil masni spektrometer za ločevanje izotopov.

Kraj rojstva

Vsebnost urana v zemeljski skorji je 0,0003 %, nahaja se v površinski plasti zemlje v kot štiri vrste sedimentov. Prvič, to so žile uraninita ali uranove smole (uranov dioksid UO 2), zelo bogate z uranom, a redke. Spremljajo jih nahajališča radija, saj je radij neposredni produkt izotopskega razpada urana. Takšne žile najdemo v Demokratični republiki Kongo, Kanadi (Veliko medvedje jezero), na Češkem in v Franciji. Drugi vir urana so konglomerati torijevih in uranovih rud skupaj z rudami drugih pomembnih mineralov. Konglomerati običajno vsebujejo zadostne količine zlata in srebra, ki jih je treba pridobiti, pri čemer sta povezana elementa uran in torij. Velika nahajališča teh rud se nahajajo v Kanadi, Južni Afriki, Rusiji in Avstraliji. Tretji vir urana so sedimentne kamnine in peščenjaki, bogati z mineralom karnotitom (kalijev uranil vanadat), ki poleg urana vsebuje precejšnjo količino vanadija in drugih elementov. Takšne rude najdemo v zahodnih državah ZDA. Železo-uranovi skrilavci in fosfatne rude predstavljajo četrti vir usedlin. Bogata nahajališča najdemo v švedskih skrilavcih. Nekatere fosfatne rude v Maroku in ZDA vsebujejo precejšnje količine urana, nahajališča fosfatov v Angoli in Srednjeafriški republiki pa so še bogatejša z uranom. Večina lignita in nekateri premogi običajno vsebujejo primesi urana. Z uranom bogata nahajališča lignita so bila najdena v Severni in Južni Dakoti (ZDA), bitumenski premog pa v Španiji in na Češkem.

Plast litosfere debeline 20 km vsebuje ~ 10 14 ton, morska voda vsebuje 10 9 -10 10 ton.Rusija je tretja na svetu po zalogah urana, upoštevajoč rezerve nahajališč (za Avstralijo in Kazahstanom). Ruska nahajališča vsebujejo skoraj 550 tisoč ton zalog urana ali nekaj manj kot 10% njegovih svetovnih zalog; približno 63% jih je skoncentriranih v Republiki Saha (Jakutija). Glavna nahajališča urana v Rusiji so: nahajališča molibdena in urana Streltsovskoye, Oktyabrskoye, Antey, Malo-Tulukuevskoye, Argunskoye v vulkanikih (regija Chita), nahajališča urana Dalmatovskoye v peščenjakih ( Kurganska regija), Khiagda uran v peščenjakih (Republika Burjatija), južni zlato-uran v metasomatitih in severni uran v metasomatitih (Republika Jakutija). Poleg tega so bila identificirana in ocenjena številna manjša nahajališča urana in nahajališča rude.

Izotopi

Radioaktivne lastnosti nekaterih izotopov urana (naravni izotopi so poudarjeni):

Naravni uran je sestavljen iz mešanice treh izotopov: 238 U (številčnost izotopov 99,2745 %, razpolovna doba T 1/2 = 4,468 10 9 let), 235 U (0,7200 %, T 1/2 = 7,04 10 8 let) in 234 U (0,0055 %, T 1/2 = 2,455·10 5 let). Slednji ni primarni, ampak radiogenski izotop, je del radioaktivnega 238 U niza.

V naravnih razmerah so najpogostejši izotopi 234 U, 235 U in 238 U z relativno vsebnostjo 234 U: 235 U: 238 U = 0,0054: 0,711: 99,283. Skoraj polovica radioaktivnosti naravnega urana je posledica izotopa 234 U, ki, kot smo že omenili, nastane pri razpadu 238 U. Vsebno razmerje 235 U: 238 U za razliko od drugih parov izotopov in ne glede na visoko migracijska sposobnost urana, je značilna geografska konstantnost: 235 U / 238 U = 137,88. Velikost tega razmerja v naravnih tvorbah ni odvisna od njihove starosti. Številne terenske meritve so pokazale njegova rahla nihanja. Tako se v zvitkih vrednost tega razmerja glede na standard spreminja v območju 0,9959-1,0042, v soli - 0,996-1,005. Pri mineralih, ki vsebujejo uran (umoljena smola, uranova črnica, cirtolit, rude redkih zemelj), je vrednost tega razmerja od 137,30 do 138,51; Poleg tega razlika med oblikama U IV in U VI ni bila ugotovljena; v sfeni - 138,4. V nekaterih meteoritih je bilo ugotovljeno pomanjkanje izotopa 235 U. Njegovo najnižjo koncentracijo v zemeljskih razmerah je leta 1972 ugotovil francoski raziskovalec Bugiges v mestu Oklo v Afriki (nahajališče v Gabonu). Tako naravni uran vsebuje 0,720 % urana 235 U, medtem ko se v Oklu zmanjša na 0,557 %. To je služilo kot potrditev hipoteze o obstoju naravnega jedrskega reaktorja, ki je povzročil izgorevanje izotopa 235 U. Hipotezo so postavili George W. Wetherill s Kalifornijske univerze v Los Angelesu, Mark G. Inghram iz Univerze v Chicagu in Paul Kuroda (Paul K. Kuroda), kemik z Univerze v Arkansasu, je proces opisal že leta 1956. Poleg tega so bili v teh istih okrožjih najdeni naravni jedrski reaktorji: Okelobondo, Bangombe itd. Trenutno je znanih 17 naravnih jedrskih reaktorjev.

potrdilo o prejemu

Prva faza proizvodnje urana je koncentracija. Kamnina se zdrobi in zmeša z vodo. Težke komponente vzmetenja se hitreje usedejo. Če kamnina vsebuje primarne uranove minerale, se ti hitro oborijo: to so težki minerali. Sekundarni uranovi minerali so lažji, v tem primeru se težka odpadna kamnina prej usede. (Vendar ni vedno resnično prazen; lahko vsebuje veliko uporabnih elementov, vključno z uranom).

Naslednja stopnja je izpiranje koncentratov, pri čemer se uran pretvori v raztopino. Uporablja se kislinsko in alkalno izpiranje. Prvi je cenejši, ker se za pridobivanje urana uporablja žveplova kislina. Če pa v surovini, kot je uran katran, je uran v štirivalentnem stanju, potem ta metoda ni uporabna: štirivalentni uran je praktično netopen v žveplovi kislini. V tem primeru se morate bodisi zateči k alkalnemu izluževanju bodisi predhodno oksidirati uran v šestvalentno stanje.

Prav tako se kislo izpiranje ne uporablja v primerih, ko uranov koncentrat vsebuje dolomit ali magnezit, ki reagirata z žveplovo kislino. V teh primerih uporabite kavstično sodo (natrijev hidroksid).

Problem izpiranja urana iz rud se rešuje z vpihovanjem kisika. Tok kisika se dovaja v mešanico uranove rude in sulfidnih mineralov, segreto na 150 °C. V tem primeru iz žveplovih mineralov nastane žveplova kislina, ki izpira uran.

Na naslednji stopnji je treba uran selektivno izolirati iz nastale raztopine. Sodobne metode- ekstrakcija in ionska izmenjava - nam omogočata, da rešimo ta problem.

Raztopina ne vsebuje samo urana, ampak tudi druge katione. Nekateri od njih se pod določenimi pogoji obnašajo enako kot uran: ekstrahirajo se z istimi organskimi topili, nanesejo se na iste ionske izmenjevalne smole in se oborijo pod enakimi pogoji. Zato je za selektivno izolacijo urana potrebno uporabiti številne redoks reakcije, da se znebimo enega ali drugega nezaželenega spremljevalca na vsaki stopnji. Na sodobnih ionskih izmenjevalnih smolah se uran sprošča zelo selektivno.

Metode ionska izmenjava in ekstrakcija Dobri so tudi zato, ker omogočajo povsem popolno ekstrakcijo urana iz slabih raztopin (vsebnost urana je desetinke grama na liter).

Po teh operacijah se uran pretvori v trdno stanje - v enega od oksidov ali v UF 4 tetrafluorid. Toda ta uran je treba še očistiti iz nečistoč z velikim presekom za zajemanje toplotnih nevtronov - bor, kadmij, hafnij. Njihova vsebnost v končnem izdelku ne sme presegati stotisočink in milijonink odstotka. Za odstranitev teh nečistoč se komercialno čista uranova spojina raztopi v dušikovi kislini. Pri tem nastane uranilnitrat UO 2 (NO 3) 2, ki ga pri ekstrakciji z tributil fosfatom in nekaterimi drugimi snovmi dodatno prečistimo do zahtevanih standardov. Nato to snov kristalizira (ali obori peroksid UO 4 ·2H 2 O) in skrbno kalcinira. Kot rezultat te operacije nastane uranov trioksid UO 3, ki se z vodikom reducira v UO 2.

Uranov dioksid UO 2 je izpostavljen plinastemu vodikovemu fluoridu pri temperaturah od 430 do 600 °C, da nastane UF 4 tetrafluorid. Kovinski uran se iz te spojine reducira s kalcijem ali magnezijem.

Fizične lastnosti

Uran je zelo težka, srebrno bela, sijoča ​​kovina. V svoji čisti obliki je nekoliko mehkejši od jekla, voljan, prožen in ima rahle paramagnetne lastnosti. Uran ima tri alotropne oblike: (prizmatična, stabilna do 667,7 °C), (tetragonalna, stabilna od 667,7 °C do 774,8 °C), (s kubično strukturo s telesnim središčem, obstaja od 774,8 °C do tališča) .

Kemijske lastnosti

Značilna oksidacijska stanja

Uran lahko kaže oksidacijska stanja od +3 do +6.

Poleg tega obstaja oksid U 3 O 8. Oksidacijsko stanje v njem je formalno frakcijsko, v resnici pa gre za mešani oksid urana (V) in (VI).

Preprosto je videti, da je uran glede na nabor oksidacijskih stanj in značilnih spojin blizu elementom podskupine VIB (krom, molibden, volfram). Zaradi tega on dolgo časa spadal v to podskupino (»erozija periodičnosti«).

Lastnosti enostavne snovi

Kemično je uran zelo aktiven. Na zraku hitro oksidira in se prekrije z mavričnim oksidnim filmom. Fini uranov prah se spontano vname na zraku; vname se pri temperaturi 150-175 °C in tvori U3O8. Reakcije kovinskega urana z drugimi nekovinami so podane v tabeli.

Voda lahko razjeda kovino, počasi pri nizkih temperaturah in hitro pri visokih temperaturah, pa tudi, ko je uranov prah fino zmlet:

V neoksidirajočih kislinah se uran raztopi in tvori soli UO 2 ali U 4+ (pri tem se sprošča vodik). Z oksidacijskimi kislinami (dušikova, koncentrirana žveplova) uran tvori ustrezne uranilne soli UO 2 2+
Uran ne deluje z raztopinami alkalij.

Ob močnem stresanju začnejo kovinski delci urana svetiti.

Spojine urana III

Uranove soli (+3) (predvsem halogenidi) so reducenti. Običajno so stabilni na zraku pri sobni temperaturi, pri segrevanju pa oksidirajo v mešanico produktov. Klor jih oksidira do UCl 4. Tvorijo nestabilne rdeče raztopine, v katerih kažejo močne redukcijske lastnosti:

Halogenidi urana III nastanejo z redukcijo halogenidov urana (IV) z vodikom:

(550-590 o C)

ali vodikov jodid:

(500 o C)

kot tudi pod delovanjem halogenovodika na uranov hidrid UH 3 .

Poleg tega obstaja še uranov (III) hidrid UH3. Dobimo ga s segrevanjem uranovega prahu v vodiku pri temperaturah do 225 o C, nad 350 o C pa razpade. večina njegove reakcije (na primer reakcija z vodno paro in kislinami) se lahko formalno obravnavajo kot reakcija razgradnje, ki ji sledi reakcija kovinskega urana:

Spojine urana IV

Uran (+4) tvori zelene soli, ki so lahko topne v vodi. Z lahkoto se oksidirajo v uran (+6)

Uranove spojine V

Uranove (+5) spojine so nestabilne in v vodni raztopini zlahka nastanejo nesorazmerja:

Uranov klorid V, ko stoji, delno nesorazmeri:

in delno odstrani klor:

Spojine urana VI

Oksidacijsko stanje +6 ustreza oksidu UO 3 . Raztaplja se v kislinah in tvori spojine uranilnega kationa UO 2 2+:

Z bazami UO 3 (podobno kot CrO 3, MoO 3 in WO 3) tvori različne uranatne anione (predvsem diuranat U 2 O 7 2-). Slednje pa se pogosteje pridobivajo z delovanjem baz na uranilne soli:

Od uranovih (+6) spojin, ki ne vsebujejo kisika, poznamo le heksaklorid UCl 6 in fluorid UF 6. Slednji ima ključno vlogo pri ločevanju uranovih izotopov.

Uranove spojine (+6) so najbolj stabilne na zraku in v vodnih raztopinah.

Uranilne soli, kot je uranil klorid, se razgradijo pri močni svetlobi ali v prisotnosti organskih spojin.

Aplikacija

Jedrsko gorivo

Najbolj razširjen izotop urana je 235 U, pri katerem je možna samovzdrževalna verižna jedrska reakcija. Zato se ta izotop uporablja kot gorivo v jedrskih reaktorjih, pa tudi v jedrskem orožju. Izolacija izotopa U 235 iz naravnega urana je kompleksen tehnološki problem (glej ločevanje izotopov).

Tukaj je nekaj številk za 1000 MW reaktor, ki deluje pri 80-odstotni obremenitvi in ​​proizvede 7000 GWh na leto. Delovanje enega takega reaktorja na leto zahteva 20 ton uranovega goriva s 3,5 % U-235, ki ga dobimo po obogatitvi približno 153 ton naravnega urana.

Izotop U 238 je sposoben cepitve pod vplivom bombardiranja z visokoenergijskimi nevtroni, ta lastnost se uporablja za povečanje moči termonuklearnega orožja (uporabljajo se nevtroni, ki nastanejo pri termonuklearni reakciji).

Z zajemom nevtronov, ki mu sledi razpad β, se lahko 238 U pretvori v 239 Pu, ki se nato uporabi kot jedrsko gorivo.

Sposobnost oddajanja toplote urana

1 tona obogatenega urana je po toplotni sposobnosti enaka 1 milijonu 350 tisoč tonam nafte ali zemeljskega plina.

Geologija

Glavna uporaba urana v geologiji je določanje starosti mineralov in kamnin, da se določi zaporedje geoloških procesov. To počne geokronologija. Nujna je tudi rešitev problema mešanja in virov snovi.

Rešitev problema temelji na enačbah radioaktivnega razpada:

Kje 238 U o, 235 Uo- sodobne koncentracije izotopov urana; ; - konstante razpada atomov urana oz 238 U in 235 U.

Njihova kombinacija je zelo pomembna:

.

Zaradi dejstva, da kamnine vsebujejo različne koncentracije uran, imajo različno radioaktivnost. Ta lastnost se uporablja pri prepoznavanju kamnin z geofizikalnimi metodami. Ta metoda se najpogosteje uporablja v naftni geologiji med geofizikalnimi raziskavami vrtin; ta kompleks vključuje zlasti γ - karotažo ali nevtronsko gama karotažo, gama-gama karotažo itd. Z njihovo pomočjo se identificirajo rezervoarji in tesnila.

Druge aplikacije

Osiromašeni uran

Po ekstrakciji 235 U in 234 U iz naravnega urana se preostali material (uran-238) imenuje "osiromašeni uran", ker je osiromašen z izotopom 235. Po nekaterih podatkih je v ZDA skladiščenih okoli 560.000 ton osiromašenega uranovega heksafluorida (UF 6).

Osiromašeni uran je za polovico manj radioaktiven kot naravni uran, predvsem zaradi odstranitve 234 U. Ker je glavna uporaba urana proizvodnja energije, je osiromašeni uran proizvod z nizko uporabo in nizko ekonomsko vrednostjo.

Njegova uporaba je povezana predvsem z visoka gostota uran in njegova relativno nizka cena. Osiromašeni uran se uporablja za zaščito pred sevanjem (ironično) - z uporabo izjemno visokih presekov zajetja - in kot balast v vesoljskih aplikacijah, kot so krmilne površine letal. Vsako letalo boeing 747 vsebuje 1500 kg osiromašenega urana za te namene. Ta material se uporablja tudi v visokohitrostnih žiroskopskih rotorjih, velikih vztrajnikih, kot balast v vesoljskih plovilih in dirkalnih jahtah, dirkalnikih formule 1 in pri vrtanju naftnih vrtin.

Jedra oklepnih projektilov

Najbolj znana uporaba osiromašenega urana je jedra za oklepne izstrelke. Visoka gostota (trikrat težja od jekla) naredi utrjen uranov ingot izjemno učinkovita sredstva za prebojni oklep, po učinkovitosti podoben dražjemu in nekoliko težjemu volframu. Težka uranova konica prav tako spremeni porazdelitev mase izstrelka in izboljša njegovo aerodinamično stabilnost.

Podobne zlitine tipa Stabilla se uporabljajo v izstrelkih s pregibnimi plavutmi za tankovske in protitankovske topniške topove.

Proces uničenja oklepa spremlja mletje uranovega prašiča v prah in njegov vžig v zraku na drugi strani oklepa (glej pirofornost). Med operacijo Puščavski vihar je na bojišču ostalo okoli 300 ton osiromašenega urana (večinoma ostanki granat 30 mm topa GAU-8 jurišnega letala A-10, vsaka granata je vsebovala 272 g uranove zlitine).

Takšne granate so Natove enote uporabljale v bojnih operacijah na ozemlju Jugoslavije. Po njihovi prijavi so o tem razpravljali ekološki problem onesnaženost ozemlja države s sevanjem.

Uran so prvič uporabili kot jedro za izstrelke v tretjem rajhu.

Osiromašeni uran se uporablja v sodobnih tankovskih oklepih, kot je tank M-1 Abrams.

Fiziološko delovanje

V mikrokoličinah (10−5 -10−8 %) se nahaja v tkivih rastlin, živali in človeka. V največji meri ga kopičijo nekatere glive in alge. Uranove spojine se absorbirajo v prebavila(približno 1%), v pljučih - 50%. Glavni depoji v telesu: vranica, ledvice, okostje, jetra, pljuča in bronhopulmonalne bezgavke. Vsebnost v organih in tkivih ljudi in živali ne presega 10 -7 g.

Uran in njegove spojine strupen. Posebno nevarni so aerosoli urana in njegovih spojin. Za aerosole vodotopnih uranovih spojin je MPC v zraku 0,015 mg/m³, za netopne oblike urana pa 0,075 mg/m³. Ko uran vstopi v telo, prizadene vse organe in je splošen celični strup. Uran se tako kot mnoge druge težke kovine skoraj nepovratno veže na beljakovine, predvsem na sulfidne skupine aminokislin, in moti njihovo delovanje. Molekularni mehanizem Delovanje urana je povezano z njegovo sposobnostjo zatiranja aktivnosti encimov. Prizadete so predvsem ledvice (v urinu se pojavijo beljakovine in sladkor, oligurija). Pri kronični zastrupitvi so možne motnje hematopoeze in živčnega sistema.

Raziskane zaloge urana na svetu

Količina urana v zemeljski skorji je približno 1000-krat večja od količine zlata, 30-krat večja od količine srebra, medtem ko je ta številka približno enaka količini svinca in cinka. Precejšen del urana je razpršenega v tleh, kamninah in morski vodi. Le razmeroma majhen del je koncentriran v nahajališčih, kjer je vsebnost tega elementa več stokrat višja od njegove povprečne vsebnosti v zemeljski skorji. Svetovne dokazane zaloge urana v nahajališčih znašajo 5,4 milijona ton.

Rudarstvo urana v svetu

10 držav, ki zagotavljajo 94 % svetovne proizvodnje urana

Po Rdeči knjigi urana, ki jo je objavila OECD, je bilo leta 2005 izkopanih 41.250 ton urana (35.492 ton leta 2003). Po podatkih OECD na svetu deluje 440 komercialnih in približno 60 znanstvenih reaktorjev, ki porabijo 67 tisoč ton urana na leto. To pomeni, da je njegovo črpanje iz nahajališč zagotavljalo le 60 % njegove porabe (leta 2009 se je ta delež povečal na 79 %). Preostanek urana, ki ga porabi energetski sektor, ali 17,7 % prihaja iz sekundarnih virov.

Uran za "znanstvene in vojaške" namene

Večina urana za "znanstvene in vojaške" namene se pridobi iz starih jedrskih bojnih glav:

• po pogodbi START-II 352 ton - od dogovorjenih 500 (kljub temu, da pogodba ni začela veljati, zaradi odstopa Rusije od pogodbe 14. junija 2002)
• po pogodbi START-I (začela veljati 5. decembra 1994, prenehala veljati 5. decembra 2009) z ruske strani 500 ton,
• po pogodbi START III (START) - sporazum je bil podpisan 8. aprila 2010 v Pragi. Pogodba je nadomestila START I, ki se je iztekla decembra 2009.

Proizvodnja v Rusiji

V ZSSR so bile glavne regije uranove rude Ukrajina (Zheltorechenskoye, Pervomaiskoye nahajališča itd.), Kazahstan (Severno - Balkašinsko rudno polje itd.; Južno - Kizilsajsko rudno polje itd.; Vostočni; vsa pripadajo pretežno vulkansko-hidrotermalni tip); Transbaikalija (Antey, Streltsovskoe itd.); Srednja Azija, predvsem Uzbekistan z mineralizacijo v črnih skrilavcih s središčem v mestu Uchkuduk. Veliko je majhnih rudišč in pojavov. V Rusiji Transbaikalija ostaja glavna regija uranove rude. Približno 93% ruskega urana je izkopanega na nahajališču v regiji Chita (blizu mesta Krasnokamensk). Rudarstvo se izvaja z metodo jaška "Priargunsky Production Mining and Chemical Association" (PPMCU), ki je del OJSC "Atomredmetzoloto" (Uranium Holding).

Preostalih 7% pridobijo s podzemnim izpiranjem JSC Dalur (regija Kurgan) in JSC Khiagda (Buryatia).

Nastale rude in koncentrat urana se predelujejo v Chepetsk Mechanical Plant.

Po letni proizvodnji urana (približno 3,3 tisoč ton) je Rusija na 4. mestu za Kazahstanom. Letna poraba urana v Rusiji zdaj znaša 16 tisoč ton in je sestavljena iz stroškov za lastne jedrske elektrarne v višini 5,2 tisoč ton, pa tudi za izvoz goriv (5,5 tisoč ton) in nizko obogatenega urana. (6 tisoč ton).

Proizvodnja v Kazahstanu

Leta 2009 je Kazahstan zasedel prvo mesto na svetu po proizvodnji urana (izkopanih je bilo 13.500 ton).

Proizvodnja v Ukrajini

Cena

Kljub prevladujočim legendam o več deset tisoč dolarjih za kilogramsko ali celo gramsko količino urana, njegova realna cena na trgu ni zelo visoka - neobogateni uranov oksid U 3 O 8 stane manj kot 100 ameriških dolarjev za kilogram.

Razvoj uranovih rud je donosen pri ceni urana okoli 80 USD/kg. Trenutno cena urana ne omogoča učinkovitega razvoja njegovih nahajališč, zato obstajajo napovedi, da se lahko cena urana do leta 2013-2014 dvigne na 75-90 $/kg.

Do leta 2030 bodo v celoti razvita velika in dostopna nahajališča z zalogami do 80 USD/kg in začela se bodo razvijati težko dostopna nahajališča s proizvodnimi stroški nad 130 USD/kg urana.

To je posledica dejstva, da je za delovanje jedrskega reaktorja z neobogatenim uranom potrebnih desetine ali celo stotine ton goriva, za proizvodnjo jedrskega orožja pa mora biti obogateno. veliko število urana, da dobimo koncentracije, primerne za izdelavo bombe.

Poglej tudi

Povezave

• I. N. Bekman. "Uran". Vadnica. Dunaj, 2008, Moskva, 2009. (v formatu PDF)
• Rusija je ZDA prodala znatne zaloge orožnega urana

Opombe

1. Uredništvo: Zefirov N. S. (glavni urednik) Kemijska enciklopedija: v 5 zvezkih - Moskva: Velika ruska enciklopedija, 1999. - T. 5. - Str. 41.
2. WebElements Periodni sistem elementov | Uran | kristalne strukture
3. Uran v razlagalnem slovarju ruskega jezika, ed. Ushakova
4. Enciklopedija "Okoli sveta"
5. Uran. Informacijski in analitični center "Mineral"
6. Surovinska baza urana. S. S. Naumov, RUDARSKI VESNIK, N12, 1999
7. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot in A. H. Wapstra (2003). »NUBASE vrednotenje jedrskih in razpadnih lastnosti
8. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot in A. H. Wapstra (2003). "Vrednotenje jedrskih in razpadnih lastnosti NUBASE." Jedrska fizika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
9. Uranove rude vsebujejo sledove urana-236, ki nastanejo iz urana-235 med zajemanjem nevtronov; torijeve rude vsebujejo sledi urana-233, ki nastanejo iz torija-232 po zajetju nevtronov in dveh zaporednih beta razpadih. Vsebnost teh izotopov urana pa je tako nizka, da jih je mogoče zaznati le s posebnimi, zelo občutljivimi meritvami.
10. Rosholt J.N., et al. Izotopska frakcionacija urana, povezana s funkcijo vloge v peščenjaku, Shirley Basin, Wyoming.//Ekonomska geologija, 1964, 59, 4, 570-585
11. Rosholt J.N., et al. Razvoj izotopske sestave urana in torija v profilih tal.//Bull.Geol.Soc.Am./1966, 77, 9, 987-1004
12. Chalov P.I. Izotopsko frakcioniranje naravnega urana. - Frunze: Ilim, 1975.
13. Tilton G.R. et al. Izotopska sestava in porazdelitev svinca, urana in torija v predkambrijskem granitu.//Bull.Geol.Soc.Am., 1956, 66, 9, 1131-1148
14. Shukolyukov Yu A. et al. Izotopske študije "naravnega jedrskega reaktorja". // Geokemija, 1977, 7. P. 976-991.
15. Mešik Aleks. Starodavni jedrski reaktor.//V svetu znanosti. Geofizika. 2006.2
16. Remi G. Anorganska kemija. v.2. M., Mir, 1966. Str. 206-223
17. Katz J, Rabinovich E. Kemija urana. M., Založba tuje literature, 1954.
18. Khmelevskoy V. K. Geofizikalne metode za preučevanje zemeljske skorje. Mednarodna univerza za naravo, družbo in človeka "Dubna", 1997.
19. Priročnik geologije nafte in plina / Ed. Eremenko N. A. - M.: Nedra, 1984
20. Tehnična enciklopedija 1927", zvezek 24, stolpec. 596…597, člen “Uran”
21. http://www.pdhealth.mil/downloads/Characterisation_of_DU_projectiles.pdf
22. Rudarstvo urana v svetu
23. NEA, MAAE. - OECD Publishing, 2006. - ISBN 9789264024250
24. Svetovno jedrsko združenje. Dobava urana. 2011.
25. Baza mineralnih surovin in proizvodnja urana v vzhodni Sibiriji in na Daljnem vzhodu. Maškovcev G. A., Miguta A. K., Ščetočkin V. N., Mineralni viri Rusije. Ekonomika in management, 1-2008
26. Rudarstvo urana v Kazahstanu. Poročilo Mukhtarja Dzhakisheva
27. Konyrova, K. Kazahstan je prišel na prvo mesto v rudarjenju urana na svetu (Rusija), Tiskovna agencija TREND(30. december 2009). Pridobljeno 30. decembra 2009.
28. Udo Rethberg; Prevod Alexander Polotsky(rusko) . Prevajanje(12.08.2009). Arhivirano iz izvirnika 23. avgusta 2011. Pridobljeno 12. maja 2010.
29. Strokovnjaki za napoved cen urana Ruska jedrska skupnost
30. http://2010.atomexpo.ru/mediafiles/u/files/Present/9.1_A.V.Boytsov.pdf
31. Jedrsko orožje Glej pododdelek o uranovi bombi.

Povezave uran

Amonijev diuranat ((NH 4) 2 U 2 O 7) Uranil acetat (UO 2 (CH 3 COO) 2) Uranov borohidrid (U(BH 4) 4) Uranov (III) bromid (UBr 3) Uranov (IV) bromid (UBr 4) Uranov (V) bromid (UBr 5) Uranov (III) hidrid (UH 3) Uranov (III) hidroksid (U(OH) 3) Uranil hidroksid (UO 2 (OH) 2) Diuranska kislina (H 2 U 2 O 7) Uranov (III) jodid (UJ 3) Uranov (IV) jodid (UJ 4) Uranil karbonat (UO 2 CO 3) Uranov monoksid (UO) US UP Natrijev diuranat (Na 2 U 2 O 7) Natrijev uranat (Na 2 UO 4) Uranil nitrat (UO 2 (NO 3) 2) Tetrauranijev neoksid (U 4 O 9) Uranov(IV) oksid (UO 2) Uranov(VI)-diuranijev(V) oksid (U 3 O 8) Uranov peroksid (UO 4) Uranov(IV) sulfat (U(SO 4) 2) Uranil sulfat (UO 2 SO 4) Pentavranijev tridekoksid (U 5 O 13) Uranov trioksid (UO 3) Uranska kislina (H 2 UO 4) Uranil format (UO 2 (CHO 2) 2) Uranov(III) fosfat (U 2 (PO 4) 3) Uranov (III) fluorid (UF 3) Uranov (IV) fluorid (UF 4) Uranov (V) fluorid (UF 5) Uranov (VI) fluorid (UF 6) Uranil fluorid (UO 2 F 2) Uranov(III) klorid (UCl 3) Uranov (IV) klorid (UCl 4) Uranov (V) klorid (UCl 5) Uranov(VI) klorid (UCl 6) Uranil klorid (UO 2 Cl 2)

Periodni sistem kemijskih elementov D. I. Mendelejeva

V sporočilu iraškega veleposlanika pri ZN Mohammed Ali al-Hakim z dne 9. julija, naj bi jim bili na voljo skrajneži ISIS (Islamska država Iraka in Levanta). IAEA (Mednarodna agencija za jedrsko energijo) je pohitela z izjavo, da imajo jedrske snovi, ki jih je prej uporabljal Irak, nizko toksične lastnosti, torej gradiva, ki so jih zajeli islamisti.

Vir iz ameriške vlade, ki je seznanjen s situacijo, je za Reuters povedal, da uran, ki so ga ukradli skrajneži, najverjetneje ni bil obogaten in zato ni verjetno, da bi ga uporabili za izdelavo jedrskega orožja. Iraške oblasti so uradno obvestile Združene narode o tem incidentu in jih pozvale, naj "preprečijo grožnjo njegove uporabe", poroča RIA Novosti.

Uranove spojine so izjemno nevarne. AiF.ru govori o tem, kaj točno, pa tudi kdo in kako lahko proizvaja jedrsko gorivo.

Kaj je uran?

Uran je kemični element z atomsko število 92, srebrno bela sijoča ​​kovina, je v periodnem sistemu označena s simbolom U. V svoji čisti obliki je nekoliko mehkejša od jekla, voljna, prožna, najdemo jo v zemeljski skorji (litosferi) in v morski vodi ter praktično nikoli ni mogoče najti v svoji čisti obliki. Jedrsko gorivo je narejeno iz izotopov urana.

Uran je težka, srebrno bela, sijoča ​​kovina. Foto: Commons.wikimedia.org / Prvotni uporabnik je bil Zxctypo na en.wikipedia.

Radioaktivnost urana

Leta 1938 nem fizika Otto Hahn in Fritz Strassmann obseval jedro urana z nevtroni in prišel do odkritja: ko zajame prosti nevtron, se jedro izotopa urana deli in sprosti ogromno energije zaradi kinetična energija fragmenti in sevanje. V letih 1939-1940 Julij Khariton in Jakov Zeldovich je prvič teoretično razložil, da je z majhno obogatitvijo naravnega urana z uranom-235 mogoče ustvariti pogoje za neprekinjeno cepitev atomskih jeder, torej dati procesu verižni značaj.

Kaj je obogateni uran?

Obogateni uran je uran, proizveden z uporabo tehnološki proces povečanja deleža izotopa 235U v uranu. Posledično se naravni uran deli na obogateni uran in osiromašeni uran. Ko sta 235U in 234U ekstrahirana iz naravnega urana, se preostali material (uran-238) imenuje "osiromašeni uran", ker je osiromašen z izotopom 235. Po nekaterih ocenah ZDA skladiščijo okoli 560.000 ton osiromašenega uranovega heksafluorida (UF6). Osiromašeni uran je za polovico manj radioaktiven kot naravni uran, predvsem zaradi odstranitve 234U iz njega. Ker je primarna uporaba urana proizvodnja energije, je osiromašeni uran proizvod z majhno porabo in nizko ekonomsko vrednostjo.

V jedrski energiji se uporablja samo obogateni uran. Najbolj razširjen izotop urana je 235U, pri katerem je možna samovzdrževalna verižna jedrska reakcija. Zato se ta izotop uporablja kot gorivo v jedrskih reaktorjih in jedrskem orožju. Izolacija izotopa U235 iz naravnega urana je zapletena tehnologija, ki je ne more izvesti veliko držav. Bogatenje urana omogoča proizvodnjo atomskega jedrskega orožja – enofaznih ali enostopenjskih eksplozivnih naprav, v katerih glavni izhod energije izvira iz jedrske reakcije cepitve težkih jeder, pri čemer nastanejo lažji elementi.

Uran-233, umetno proizveden v reaktorjih iz torija (torij-232 ujame nevtron in se spremeni v torij-233, ki razpade v protaktinij-233 in nato v uran-233), bo morda v prihodnosti postal običajno jedrsko gorivo za jedrsko energijo. elektrarne (že zdaj obstajajo reaktorji, ki uporabljajo ta nuklid kot gorivo, npr. KAMINI v Indiji) in proizvodnja atomskih bomb (kritična masa okoli 16 kg).

Jedro projektila kalibra 30 mm (top GAU-8 letala A-10) s premerom okoli 20 mm je izdelano iz osiromašenega urana. Foto: Commons.wikimedia.org / Prvotni nalagalec je bil Nrcprm2026 na en.wikipedia

Katere države proizvajajo obogateni uran?

• Francija
• Nemčija
• Nizozemska
• Anglija
• Japonska
• Rusija
• Kitajska
• Pakistan
• Brazilija

10 držav, ki proizvedejo 94 % svetovne proizvodnje urana. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung

Zakaj so uranove spojine nevarne?

Uran in njegove spojine so strupeni. Posebno nevarni so aerosoli urana in njegovih spojin. Za aerosole vodotopnih uranovih spojin je največja dovoljena koncentracija (MPC) v zraku 0,015 mg/m³, za netopne oblike urana pa je MDK 0,075 mg/m³. Ko uran vstopi v telo, prizadene vse organe in je splošen celični strup. Uran je tako kot mnogi drugi skoraj ireverzibilen težke kovine, se veže na beljakovine, predvsem na sulfidne skupine aminokislin, in moti njihovo delovanje. Molekularni mehanizem delovanja urana je povezan z njegovo sposobnostjo zatiranja aktivnosti encimov. Prizadete so predvsem ledvice (v urinu se pojavijo beljakovine in sladkor, oligurija). pri kronična zastrupitev Možne motnje hematopoeze in živčnega sistema.

Uporaba urana v miroljubne namene

• Majhen dodatek urana daje steklu lepo rumeno-zeleno barvo.
• Natrijev uran se uporablja kot rumeni pigment v slikarstvu.
• Uranove spojine so uporabljali kot barve za slikanje na porcelan ter za keramične glazure in emajle (barvane v barvah: rumena, rjava, zelena in črna, odvisno od stopnje oksidacije).
• Na začetku 20. stoletja se je uranil nitrat pogosto uporabljal za izboljšanje negativov in obarvanje (obarvanje) pozitivov (fotografskih odtisov) v rjavo.
• Zlitine železa in osiromašenega urana (uran-238) se uporabljajo kot močni magnetostriktivni materiali.

Izotop - sorte atomov kemični element, ki imajo enako atomsko (vrstno) število, a različna masna števila.

Element III. skupine periodnega sistema, ki pripada aktinoidom; težka, rahlo radioaktivna kovina. Torij ima številne aplikacije, v katerih ima včasih nenadomestljivo vlogo. Položaj te kovine v periodnem sistemu elementov in zgradba jedra sta vnaprej določila njeno uporabo na področju miroljubne uporabe atomske energije.

*** Oligurija (iz grščine oligos - majhen in ouron - urin) - zmanjšanje količine urina, ki ga izločajo ledvice.

Uran je kemijski element iz družine aktinidov z atomskim številom 92. Je najpomembnejše jedrsko gorivo. Njegova koncentracija v zemeljski skorji je približno 2 dela na milijon. Pomembni uranovi minerali vključujejo uranov oksid (U 3 O 8), uraninit (UO 2), karnotit (kalijev uranil vanadat), otenit (kalijev uranil fosfat) in torbernit (vodni bakrov uranil fosfat). Te in druge uranove rude so viri jedrskega goriva in vsebujejo velikokrat več energije kot vsa znana nahajališča fosilnih goriv, ​​ki jih je mogoče pridobiti. 1 kg urana 92 ​​U daje enako energijo kot 3 milijone kg premoga.

Zgodovina odkritja

Kemični element uran je gosta, trda kovina srebrno bele barve. Je duktilen, upogljiv in poliran. Na zraku kovina oksidira in se, ko jo zdrobimo, vname. Razmeroma slabo prevaja elektriko. Elektronska formula urana je 7s2 6d1 5f3.

Čeprav je element leta 1789 odkril nemški kemik Martin Heinrich Klaproth, ki ga je poimenoval po nedavno odkritem planetu Uran, je samo kovino leta 1841 izoliral francoski kemik Eugene-Melchior Peligot z redukcijo iz uranovega tetraklorida (UCl 4) z kalij.

radioaktivnost

Ustvarjanje periodnega sistema s strani ruskega kemika Dmitrija Mendelejeva leta 1869 je usmerilo pozornost na uran kot najtežji znani element, kar je ostal vse do odkritja neptunija leta 1940. Leta 1896 je francoski fizik Henri Becquerel v njem odkril pojav radioaktivnosti. To lastnost so pozneje odkrili še v mnogih drugih snoveh. Zdaj je znano, da je uran, radioaktiven v vseh svojih izotopih, sestavljen iz zmesi 238 U (99,27 %, razpolovna doba - 4.510.000.000 let), 235 U (0,72 %, razpolovna doba - 713.000.000 let) in 234 U (0,006 %, razpolovna doba - 247.000 let). To omogoča na primer določanje starosti kamnin in mineralov za preučevanje geoloških procesov in starosti Zemlje. Za to izmerijo količino svinca, ki je končni izdelek radioaktivni razpad urana. V tem primeru je 238 U začetni element, 234 U pa eden od produktov. 235 U povzroča niz razpadov aktinija.

Odkritje verižne reakcije

Kemični element uran je postal predmet širokega zanimanja in intenzivnega preučevanja, potem ko sta nemška kemika Otto Hahn in Fritz Strassmann konec leta 1938 ob obstreljevanju s počasnimi nevtroni v njem odkrila jedrsko cepitev. Ameriški fizik italijanskega rodu Enrico Fermi je v začetku leta 1939 predlagal, da bi lahko bili med produkti cepitve atomov tudi osnovni delci, ki bi lahko tvorili verižna reakcija. Leta 1939 sta ameriška fizika Leo Szilard in Herbert Anderson ter francoski kemik Frederic Joliot-Curie in njuni sodelavci to napoved potrdili. Poznejše študije so pokazale, da se pri cepitvi atoma v povprečju sprosti 2,5 nevtrona. Ta odkritja so vodila do prve samozadostne jedrske verižne reakcije (12/02/1942), prve atomska bomba(16.7.1945), prva uporaba med vojaškimi operacijami (6.8.1945), prva jedrska podmornica (1955) in prva jedrska elektrarna v polnem obsegu (1957).

Oksidacijska stanja

Kemični element uran, ki je močna elektropozitivna kovina, reagira z vodo. Topi se v kislinah, ne pa tudi v alkalijah. Pomembna oksidacijska stanja sta +4 (kot pri UO 2 oksidu, tetrahalidih, kot je UCl 4 , in zelenem vodnem ionu U 4+ ) in +6 (kot pri UO 3 oksidu, UF 6 heksafluoridu in uranilnem ionu UO 2 2+ ). V vodni raztopini je uran najbolj stabilen v sestavi uranilnega iona, ki ima linearno zgradbo [O = U = O] 2+. Element ima tudi stanji +3 in +5, vendar sta nestabilni. Rdeči U 3+ počasi oksidira v vodi, ki ne vsebuje kisika. Barva iona UO 2+ ni znana, ker je podvržen nesorazmerju (UO 2+ se reducira v U 4+ in oksidira v UO 2 2+) tudi v zelo razredčenih raztopinah.

Jedrsko gorivo

Ko je izpostavljen počasnim nevtronom, pride do cepitve atoma urana v razmeroma redkem izotopu 235 U. To je edini naravno prisotni cepljivi material in ga je treba ločiti od izotopa 238 U. Vendar po absorpciji in negativnem beta razpadu uran -238 se spremeni v sintetični element plutonij, ki se pod vplivom počasnih nevtronov razcepi. Zato se naravni uran lahko uporablja v pretvorniških in razmnoževalnih reaktorjih, v katerih je cepitev podprta z redkim 235 U, plutonij pa se proizvaja sočasno s transmutacijo 238 U. Cepljivi 233 U je mogoče sintetizirati iz široko razširjenega naravno prisotnega izotopa torija-232 za uporabo kot jedrsko gorivo. Uran je pomemben tudi kot primarni material, iz katerega se pridobivajo sintetični transuranovi elementi.

Druge uporabe urana

Spojine kemičnega elementa so bile prej uporabljene kot barvila za keramiko. Heksafluorid (UF 6) je trdna z nenavadno visokim parnim tlakom (0,15 atm = 15.300 Pa) pri 25 °C. UF 6 je kemično zelo reaktiven, vendar se kljub svoji jedki naravi v stanju hlapov pogosto uporablja v metodah plinske difuzije in plinske centrifuge za proizvodnjo obogatenega urana.

Organokovinske spojine so zanimiva in pomembna skupina spojin, v katerih vezi kovina-ogljik povezujejo kovino z organske skupine. Uranocen je organuranska spojina U(C 8 H 8) 2, v kateri je atom urana stisnjen med dve plasti organskih obročev, povezanih s ciklooktatetraenom C 8 H 8. Njegovo odkritje leta 1968 je odprlo novo področje organokovinske kemije.

Osiromašeni naravni uran se uporablja kot zaščita pred sevanjem, balast, v oklepnih granatah in tankovskih oklepih.

Recikliranje

Kemični element, čeprav zelo gost (19,1 g/cm3), je razmeroma šibka, negorljiva snov. Dejansko se zdi, da se zaradi kovinskih lastnosti uran uvršča nekje med srebro ter druge prave kovine in nekovine, zato se ne uporablja kot gradbeni material. Glavna vrednost urana je v radioaktivnih lastnostih njegovih izotopov in njihovi sposobnosti cepitve. V naravi je skoraj vsa (99,27 %) kovina sestavljena iz 238 U. Ostalo je 235 U (0,72 %) in 234 U (0,006 %). Od teh naravnih izotopov se samo 235 U neposredno razcepi z nevtronskim obsevanjem. Ko pa se absorbira, 238 U tvori 239 U, ki na koncu razpade v 239 Pu, cepljivi material, ki je zelo pomemben za jedrsko energijo in jedrsko orožje. Drugi cepljivi izotop, 233 U, lahko nastane z nevtronskim obsevanjem 232 Th.

Kristalne oblike

Značilnosti urana povzročajo, da reagira s kisikom in dušikom tudi v normalnih pogojih. Pri višjih temperaturah reagira z širok spekter legiranje kovin, tvorba intermetalnih spojin. Tvorba trdnih raztopin z drugimi kovinami je redka zaradi posebnih kristalnih struktur, ki jih tvorijo atomi elementa. Med sobno temperaturo in tališčem 1132 °C kovinski uran obstaja v treh kristalnih oblikah, znanih kot alfa (α), beta (β) in gama (γ). Transformacija iz α- v β-stanje poteka pri 668 °C in iz β v γ ​​pri 775 °C. γ-uran ima kubično kristalno strukturo s telesnim središčem, medtem ko ima β tetragonalno kristalno strukturo. Faza α je sestavljena iz plasti atomov v zelo simetrični ortorombični strukturi. Ta anizotropna popačena struktura preprečuje, da bi legirni kovinski atomi nadomestili atome urana ali zavzeli prostor med njimi v kristalni mreži. Ugotovljeno je bilo, da samo molibden in niobij tvorita trdne raztopine.

Ruda

Zemljina skorja vsebuje približno 2 dela na milijon urana, kar kaže na njegovo razširjenost v naravi. V oceanih naj bi bilo 4,5 × 10 9 ton tega kemičnega elementa. Uran je pomembna sestavina več kot 150 različnih mineralov in manjša sestavina drugih 50. Primarni minerali, ki jih najdemo v magmatskih hidrotermalnih žilah in pegmatitih, vključujejo uraninit in njegovo različico smole. V teh rudah se element pojavlja v obliki dioksida, ki se lahko zaradi oksidacije giblje od UO 2 do UO 2,67. Drugi gospodarsko pomembni izdelki iz rudnikov urana so autunit (hidratirani kalcijev uranil fosfat), tobernit (hidratirani bakrov uranil fosfat), kofinit (črni hidratirani uranov silikat) in karnotit (hidratirani kalijev uranil vanadat).

Ocenjuje se, da je več kot 90 % znanih nizkocenovnih zalog urana v Avstraliji, Kazahstanu, Kanadi, Rusiji, Južni Afriki, Nigru, Namibiji, Braziliji, na Kitajskem, v Mongoliji in Uzbekistanu. Velika nahajališča najdemo v konglomeratnih kamnitih formacijah jezera Elliot, ki se nahaja severno od jezera Huron v Ontariu v Kanadi, in v južnoafriškem rudniku zlata Witwatersrand. Peščene formacije na planoti Colorado in v Wyoming bazenu na zahodu ZDA prav tako vsebujejo znatne zaloge urana.

Proizvodnja

Uranove rude najdemo tako v površinskih kot globokih (300–1200 m) nahajališčih. Pod zemljo debelina sloja doseže 30 m, tako kot v primeru rud drugih kovin se uran izkopava na površini z veliko opremo za izkopavanje, razvoj globokih nahajališč pa izvaja tradicionalne metode navpične in nagnjene rudnike. Svetovna proizvodnja koncentrata urana v letu 2013 je znašala 70 tisoč ton.Najbolj produktivni rudniki urana so v Kazahstanu (32% celotne proizvodnje), Kanadi, Avstraliji, Nigru, Namibiji, Uzbekistanu in Rusiji.

Uranove rude običajno vsebujejo le majhne količine mineralov, ki vsebujejo uran, in jih ni mogoče taliti z neposrednimi pirometalurškimi metodami. Namesto tega je treba za pridobivanje in čiščenje urana uporabiti hidrometalurške postopke. Povečanje koncentracije znatno zmanjša obremenitev procesnih tokokrogov, vendar nobena od običajnih metod bogatenja, ki se običajno uporabljajo za predelavo mineralov, kot so gravitacija, flotacija, elektrostatično in celo ročno sortiranje, ni uporabna. Z nekaj izjemami te metode povzročijo znatno izgubo urana.

goreče

Pred hidrometalurško predelavo uranovih rud je pogosto stopnja visokotemperaturne kalcinacije. Žganje dehidrira glino, odstrani ogljikove materiale, oksidira žveplove spojine v neškodljive sulfate in oksidira vsa druga redukcijska sredstva, ki lahko motijo ​​nadaljnjo obdelavo.

Izpiranje

Uran se iz praženih rud pridobiva s kislimi in alkalnimi metodami vodne raztopine. Za uspešno delovanje vseh izlužilnih sistemov mora biti kemijski element bodisi na začetku prisoten v stabilnejši šestvalentni obliki ali pa se med predelavo oksidira do tega stanja.

Kislinsko izpiranje se običajno izvaja z mešanjem mešanice rude in lužila 4-48 ur pri sobni temperaturi. Razen v posebnih primerih se uporablja žveplova kislina. Dobavlja se v količinah, ki zadostujejo za pridobitev končne tekočine pri pH 1,5. Sheme izpiranja z žveplovo kislino običajno uporabljajo manganov dioksid ali klorat za oksidacijo štirivalentnega U4+ v šestvalentni uranil (UO22+). Običajno za oksidacijo U 4+ zadostuje približno 5 kg manganovega dioksida ali 1,5 kg natrijevega klorata na tono. V obeh primerih oksidirani uran reagira z žveplovo kislino, da nastane uranilsulfatni kompleksni anion 4-.

Ruda, ki vsebuje znatne količine bistvenih mineralov, kot sta kalcit ali dolomit, se izluži z 0,5-1 molsko raztopino natrijevega karbonata. Čeprav so preučevali in testirali različne reagente, je glavni oksidant za uran kisik. Običajno se ruda luži na zraku pri atmosferskem tlaku in pri temperaturi 75-80 °C v času, ki je odvisen od specifične kemična sestava. Alkalije reagirajo z uranom in tvorijo lahko topen kompleksni ion 4-.

Raztopine, ki nastanejo pri kislinskem ali karbonatnem izpiranju, je treba pred nadaljnjo obdelavo zbistriti. Ločevanje glin in drugih rudnih gošč v velikem obsegu je doseženo z uporabo učinkovitih sredstev za flokulacijo, vključno s poliakrilamidi, guar gumijem in živalskim lepilom.

Ekstrakcija

4- in 4- kompleksne ione je mogoče sorbirati iz ustreznih raztopin za izpiranje ionske izmenjevalne smole. Te posebne smole, za katere je značilna kinetika sorpcije in elucije, velikost delcev, stabilnost in hidravlične lastnosti, se lahko uporabljajo v različne tehnologije predelava, na primer v fiksnem in premikajočem se sloju, z metodo ionske izmenjevalne smole v košari in neprekinjeno vrsto celuloze. Običajno se za eluiranje sorbiranega urana uporabljajo raztopine natrijevega klorida in amoniaka ali nitratov.

Uran je mogoče izolirati iz kislih rudnih tekočin z ekstrakcijo s topilom. V industriji se uporabljajo alkilfosforne kisline ter sekundarni in terciarni alkilamini. Na splošno je ekstrakcija s topilom prednostna pred metodami ionske izmenjave za kisle filtrate, ki vsebujejo več kot 1 g/L urana. Vendar ta metoda ni uporabna za izpiranje karbonatov.

Uran nato očistimo z raztapljanjem v dušikovi kislini, da nastane uranil nitrat, ekstrahiramo, kristaliziramo in kalciniramo, da nastane UO 3 trioksid. Reducirani dioksid UO2 reagira z vodikovim fluoridom, da nastane tetafluorid UF4, iz katerega se kovinski uran reducira z magnezijem ali kalcijem pri temperaturi 1300 °C.

Tetrafluorid lahko fluoriramo pri 350 °C, da nastane UF 6 heksafluorid, ki se uporablja za ločevanje obogatenega urana-235 s plinsko difuzijo, plinskim centrifugiranjem ali toplotno difuzijo tekočine.

Ko so odkrili radioaktivne elemente periodnega sistema, se je človek sčasoma domislil njihove uporabe. To se je zgodilo z uranom. Uporabljali so ga tako v vojaške kot v miroljubne namene. Uranovo rudo so predelali, nastali element pa so uporabili v industriji barv in lakov ter stekla. Ko so odkrili njegovo radioaktivnost, so ga začeli uporabljati v Kako čisto in okolju prijazno je to gorivo? O tem se še razpravlja.

Naravni uran

Uran v naravi ne obstaja v svoji čisti obliki - je sestavni del rud in mineralov. Glavni uranovi rudi sta karnotit in smola. Prav tako so bila znatna nahajališča tega strateškega minerala najdena v mineralih redkih zemelj in šote - ortitu, titanitu, cirkonu, monazitu, ksenotimu. Nahajališča urana lahko najdemo v kamninah s kislim okoljem in visokimi koncentracijami silicija. Njegovi spremljevalci so kalcit, galenit, molibdenit itd.

Svetovna nahajališča in rezerve

Do danes je bilo raziskanih veliko nahajališč v 20-kilometrski plasti zemeljsko površje. Vsi vsebujejo ogromno ton urana. Ta količina lahko človeštvu zagotavlja energijo še več sto let. Vodilne države, v katerih je največ uranove rude, so Avstralija, Kazahstan, Rusija, Kanada, Južna Afrika, Ukrajina, Uzbekistan, ZDA, Brazilija, Namibija.

Vrste urana

Radioaktivnost določa lastnosti kemičnega elementa. Naravni uran je sestavljen iz treh izotopov. Dva izmed njih sta ustanovitelja radioaktivne serije. Naravni izotopi urana se uporabljajo za ustvarjanje goriva za jedrske reakcije in orožje. Uran-238 služi tudi kot surovina za proizvodnjo plutonija-239.

Izotopi urana U234 so hčerinski nuklidi U238. Prepoznani so kot najbolj aktivni in zagotavljajo močno sevanje. Izotop U235 je 21-krat šibkejši, čeprav se uspešno uporablja za zgoraj navedene namene - ima sposobnost podpiranja brez dodatnih katalizatorjev.

Poleg naravnih obstajajo tudi umetni izotopi urana. Danes jih je znanih 23, najpomembnejši med njimi je U233. Odlikuje ga sposobnost aktiviranja pod vplivom počasnih nevtronov, ostali pa zahtevajo hitre delce.

Klasifikacija rude

Čeprav je uran mogoče najti skoraj povsod - tudi v živih organizmih - se lahko plasti, v katerih se nahaja, razlikujejo po vrsti. Od tega so odvisne tudi metode pridobivanja. Uranova ruda je razvrščena glede na naslednje parametre:

1. Pogoji nastanka - endogena, eksogena in metamorfogena rudišča.
2. Narava mineralizacije urana je primarna, oksidirana in mešana uranova ruda.
3. Agregat in velikost zrn mineralov - grobozrnate, srednjezrnate, drobnozrnate, drobnozrnate in razpršene frakcije rude.
4. Uporabnost primesi - molibden, vanadij itd.
5. Sestava nečistoč je karbonat, silikat, sulfid, železov oksid, kavstobiolit.

Glede na to, kako je uranova ruda razvrščena, obstaja metoda za ekstrakcijo kemičnega elementa iz nje. Silikat obdelujejo z različnimi kislinami, karbonatno - raztopinami sode, kavstobiolit obogatijo z zgorevanjem, železov oksid pa talijo v plavžu.

Kako se pridobiva uranova ruda?

Kot v vsakem rudarskem poslu, obstaja določena tehnologija in metode za pridobivanje urana iz kamnin. Vse je odvisno tudi od tega, kateri izotop se nahaja v plasti litosfere. Uranovo rudo pridobivajo na tri načine. Ekonomsko izvedljivo je izolirati element iz kamnine, ko je njegova vsebnost 0,05-0,5%. Obstajajo rudniške, kamnolomske in izlužne metode pridobivanja. Uporaba vsakega od njih je odvisna od sestave izotopov in globine kamnine. V plitvih nahajališčih je možno pridobivanje uranove rude v kamnolomih. Tveganje izpostavljenosti sevanju je minimalno. Z opremo ni težav - pogosto se uporabljajo buldožerji, nakladalniki in tovornjaki.

Rudarstvo je bolj zapleteno. Ta metoda se uporablja, ko se element pojavi na globini do 2 kilometrov in je ekonomsko donosna. Kamnina mora vsebovati visoko koncentracijo urana, da se jo splača rudariti. Adit zagotavlja maksimalno varnost, to je posledica načina izkopavanja. uranova ruda podzemlje. Delavci so opremljeni s posebnimi oblačili, delovni čas pa je strogo omejen. Rudniki so opremljeni z dvigali in izboljšanim prezračevanjem.

Izpiranje - tretja metoda - je najčistejša z okoljskega vidika in varnosti zaposlenih v rudarskem podjetju. Skozi sistem izvrtanih vrtin se črpa posebna kemična raztopina. V formaciji se raztopi in je nasičen z uranovimi spojinami. Raztopino nato izčrpamo in pošljemo v predelovalne obrate. Ta metoda je bolj napredna, omogoča zmanjšanje ekonomskih stroškov, čeprav obstajajo številne omejitve za njeno uporabo.

Depoziti v Ukrajini

Država se je izkazala za srečnega lastnika nahajališč elementa, iz katerega se proizvaja.Po napovedih uranove rude v Ukrajini vsebujejo do 235 ton surovin. Trenutno so potrjena le nahajališča, ki vsebujejo približno 65 ton. Določena količina je že razvita. Nekaj ​​urana so porabili doma, nekaj pa izvozili.

Glavno nahajališče se šteje za območje uranove rude Kirovograd. Vsebnost urana je nizka - od 0,05 do 0,1% na tono kamnine, zato je cena materiala visoka. Posledično se nastale surovine v Rusiji zamenjajo za končne gorivne palice za elektrarne.

Drugo veliko nahajališče je Novokonstantinovskoye. Vsebnost urana v kamnini je omogočila zmanjšanje stroškov za skoraj 2-krat v primerjavi s Kirovogradom. Vendar pa od 90-ih let ni bilo nobenega razvoja, vsi rudniki so bili poplavljeni. Zaradi zaostrovanja političnih odnosov z Rusijo lahko Ukrajina ostane brez goriva za

Ruska uranova ruda

Za rudarjenje urana Ruska federacija je na petem mestu med drugimi državami na svetu. Najbolj znani in močni so Khiagdinskoye, Kolichkanskoye, Istochnoye, Koretkondinskoye, Namarusskoye, Dobrynskoye (Republika Buryatia), Argunskoye, Zherlovoye.V regiji Chita se izkopava 93% vsega izkopanega ruskega urana (predvsem z metodami kamnoloma in rudnika).

Nekoliko drugačna je situacija z nahajališči v Burjatiji in Kurganu. Uranova ruda v Rusiji v teh regijah je odložena tako, da omogoča pridobivanje surovin z izpiranjem.

Skupno je v Rusiji predvidenih nahajališč 830 ton urana, potrjenih zalog je približno 615 ton. To so tudi nahajališča v Jakutiji, Kareliji in drugih regijah. Ker je uran strateška svetovna surovina, so lahko številke netočne, saj je večina podatkov tajnih in ima dostop do njih le določena kategorija ljudi.