Urano perdirbimas

Urano perdirbimas, rūdos paruošimas naudoti įvairiuose produktuose.

Uranas (U), nors ir labai tankus (19,1 gramo kubiniame centimetre), yra gana silpnas, neatsparus metalui. Iš tikrųjų atrodo, kad urano metalinės savybės yra tarpinės tarp sidabro ir kitų tikrųjų metalų bei nemetalinių elementų, todėl jis nėra vertinamas dėl konstrukcijos taikymo. Pagrindinė urano vertė yra jo izotopų radioaktyviosios ir dalijimosi savybės. Gamtoje beveik visą (99,27 proc.) Metalo sudaro uranas-238; likusią dalį sudaro uranas-235 (0,72 proc.) ir uranas-234 (0,006 proc.). Iš šių natūraliai susidarančių izotopų tik uranas-235 yra tiesiogiai dalijamas švitinant neutronus. Tačiau uranas-238, absorbuodamas neutroną, sudaro uraną-239, o pastarasis izotopas ilgainiui skyla į plutonį-239 - skilią medžiagą, turinčią didelę reikšmę branduolinėje energijoje ir branduoliniuose ginkluose. Kitas daliųjų izotopų, urano-233, gali susidaryti torijus-232 švitinant neutronu.

Net kambario temperatūroje smulkiai suskaidytas urano metalas reaguoja su deguonimi ir azotu. Aukštesnėje temperatūroje jis reaguoja su įvairiausiais legiruojamaisiais metalais, sudarydamas intermetalinius junginius. Kietasis tirpalas su kitais metalais susidaro tik retai dėl urano atomų sudarytų pavienių kristalinių struktūrų. Tarp kambario temperatūros ir jo lydymosi temperatūros 1,132 ° C (2 070 ° F) metalo uranas yra trijų kristalų pavidalu, žinomu kaip alfa (α), beta (β) ir gama (γ) fazės. Transformacija iš alfa į beta fazę vyksta esant 668 ° C (1,234 ° F) ir iš beta į gama fazę esant 775 ° C (1427 ° F). Gama uranas turi kūnu pagrįstą kubinių (bcc) kristalų struktūrą, o beta uranas turi tetragonalinę struktūrą. Tačiau alfa fazę sudaro labai asimetriškos ortorombinės struktūros gofruoti atomų lakštai. Dėl šios anizotropinės ar iškraipytos struktūros legiruotųjų metalų atomams sunku pakeisti urano atomus arba užimti tarpus tarp urano atomų kristalinėje gardelėje. Pastebėta, kad tik molibdenas ir niobis sukuria lydinius su uranu lydinius.

Istorija

Vokiečių chemikui Martinui Heinrichas Klaprothui priskiriamas urano elemento atradimo 1789 m. Klaprotas naują elementą pavadino Urano planeta, kuri buvo aptikta 1781 m. Tačiau tik 1841 m. Prancūzų chemikas Eugène-Melchior Péligot parodė, kad Klaproth'o gauta juoda metalo medžiaga yra urano dioksido junginys. Péligot paruošė tikrąjį urano metalą, redukuodamas urano tetrachloridą kalio metalu.

Iki branduolio dalijimosi atradimo ir išsiaiškinimo, keli praktiniai urano naudojimo būdai (ir jų buvo labai nedaug) buvo dažomi keramikai ir naudojami kaip katalizatorius tam tikrose specializuotose srityse. Šiandien uranas yra labai vertinamas dėl branduolinės paskirties - tiek karinio, tiek komercinio - ir net žemos kokybės rūdos turi didelę ekonominę vertę. Metalo uranas paprastai gaminamas Ameso proceso metu, kurį sukūrė amerikietis chemikas FH Speddingas ir jo kolegos 1942 m. Ajovos valstijos universitete Ames. Šiame procese metalas gaunamas iš urano tetrafluorido termiškai redukuojant magniu.

Rūdos

Žemės plutoje yra maždaug dvi dalys milijonui urano, atspindinčios platų pasiskirstymą gamtoje. Manoma, kad vandenynuose yra 4,5 × 10 ⁹ tonų elemento. Uranas yra svarbi daugiau kaip 150 skirtingų mineralų sudedamoji dalis ir dar 50 mineralų kaip antraeilis komponentas. Pirminiai urano mineralai, randami magmatinėse hidroterminėse venose ir pegmatituose, apima uraninitą ir pikio rūgštį (pastarieji yra įvairūs uraninitai). Šiuose dviejuose rūduose esantis uranas yra urano dioksido pavidalu, kurio dėl oksidacijos tiksli cheminė sudėtis gali skirtis nuo UO ₂ iki U67 _2,67. Kitos ekonomiškai svarbios urano rūdos yra autunitas, hidratuotas kalcio uranilo fosfatas; tobernitas, hidratuotas vario uranilo fosfatas; karstas, juodas hidratuotas urano silikatas; ir karnotitas, geltonas hidratuotas kalio uranilo vanadatas.

Manoma, kad daugiau kaip 90 procentų žinomų pigių urano atsargų yra Kanadoje, Pietų Afrikoje, JAV, Australijoje, Nigeryje, Namibijoje, Brazilijoje, Alžyre ir Prancūzijoje. Apie 50–60 procentų šių atsargų yra Elioto ežero konglomeratuose, kurie yra į šiaurę nuo Hurono ežero Ontarijuje, Kanadoje, ir Witwatersrand aukso laukuose Pietų Afrikoje. Smėlio akmens formacijose Kolorado plokščiakalnyje ir Vajomingo baseine vakarinėse JAV taip pat yra nemažų urano atsargų.

Kasyba ir sutelkimas

Urano rūdos susidaro telkiniuose, kurie yra arti paviršiaus ir labai giliai (pvz., Nuo 300 iki 1200 metrų arba nuo 1000 iki 4000 pėdų). Gilios rūdos kartais būna 30 metrų storio siūlėse. Kaip ir kitų metalų rūdos, paviršiaus urano rūdos lengvai kasamos dideliais žemės dirbimo įrenginiais, o gilios nuosėdos kasamos tradiciniais vertikaliųjų velenų ir dreifo metodais.

Urano rūdoje paprastai yra tik nedidelis kiekis urano turinčių mineralų, ir jų negalima lydyti tiesiogiai pirometalurgijos metodais; vietoj to, norint išgauti ir išgryninti urano reikšmes, reikia naudoti hidrometalurgines procedūras. Fizinė koncentracija smarkiai sumažintų hidrometalurginio perdirbimo grandinių apkrovą, tačiau nė vienas iš įprastų mineralų perdirbimo būdų, paprastai naudojamų perdirbant mineralus, pvz., Gravitacija, flotacija, elektrostatinė ir net rūšiavimas ranka, paprastai nėra taikomas urano rūdai. Išskyrus keletą išimčių, dėl koncentracijos metodų uranas netenka daug atliekų.