Prerada urana, priprema rude za uporabu u raznim proizvodima.
Uran (U), iako vrlo gust (19,1 grama po kubnom centimetru), relativno je slab, ne vatrostalni metal. Zapravo, čini se da su metalna svojstva urana posredna između srebra i ostalih pravih metala i onih nemetalijskih elemenata, tako da se ne ocjenjuju u strukturnoj primjeni. Glavna vrijednost urana je u radioaktivnim i djeljivim svojstvima njegovih izotopa. U prirodi se gotovo sav (99,27 posto) metala sastoji od urana-238; ostatak se sastoji od urana-235 (0,72 posto) i urana-234 (0,006 posto). Od tih prirodnih izotopa, samo uran-235 se izravno dijeli neutronskim zračenjem. Međutim, uran-238, nakon apsorpcije neutrona, tvori uranij-239, a ovaj posljednji izotop na kraju se raspada u plutonij-239 - cijepljivi materijal od velike važnosti u nuklearnoj energiji i nuklearnom oružju. Drugi fisijski izotop, uranij-233, može se formirati neutronskim zračenjem torija-232.
Čak i pri sobnoj temperaturi, fino podijeljeni metal urana reagira s kisikom i dušikom. Na višim temperaturama reagira s velikim brojem legirajućih metala, da tvore intermetalne spojeve. Stvaranje čvrste otopine s drugim metalima događa se rijetko, zahvaljujući jedinstvenim kristalnim strukturama koje formiraju atomi urana. Između sobne temperature i točke taljenja od 1132 ° C (2.070 ° F) metal urana postoji u tri kristalna oblika poznata kao alfa (α), beta (β) i gama (γ) faza. Transformacija iz alfa u beta fazu događa se na 668 ° C (1.234 ° F), a iz beta u gama fazu na 775 ° C (1.427 ° F). Gama uranijum ima kubnu (bcc) kristalnu strukturu tijela, dok beta uranijum ima tetragonsku strukturu. Alfa faza se, međutim, sastoji od valovitih listova atoma u izrazito asimetričnoj ortorombičnoj strukturi. Ova anizotropna ili iskrivljena struktura otežava atomima legirajućih metala zamjenu atoma urana ili zauzimanje prostora između atoma urana u kristalnoj rešetki. Primijećeno je da su samo molibden i niobij tvorili legure krute otopine s uranom.
Povijest
Njemački kemičar Martin Heinrich Klaproth zaslužan je što je 1789. godine otkrio element uranij u uzorku pitchblende. Klaproth je novi element nazvao po planeti Uran, koja je otkrivena 1781. Međutim, tek je 1841. godine francuski kemičar Eugène-Melchior Péligot pokazao da je crna metalna tvar dobivena Klaprothom stvarno spoj uranijum-dioksida. Péligot je pripremio stvarni metal urana reducirajući tetraklorid urana s metalom kalijem.
Prije otkrića i rasvjetljavanja nuklearne fisije, nekoliko praktičnih primjena urana (a ove su bile vrlo male) bilo je u obojenju keramike i kao katalizatoru u određenim specijaliziranim primjenama. Danas je uran visoko cijenjen za nuklearne primjene, i vojne i komercijalne, pa čak i rude niskog stupnja imaju veliku ekonomsku vrijednost. Metal urana rutinski se proizvodi postupkom Ames, koji su razvili američki kemičar FH Spedding i njegovi kolege 1942. na Državnom sveučilištu Iowa, Ames. Pri ovom procesu metal se dobiva iz tetrafluorida urana termičkom redukcijom magnezijem.
rude
Zemljina kora sadrži oko dva dijela na milijun urana, što odražava široku rasprostranjenost u prirodi. Procjenjuje se da oceani sadrže 4,5 × 10 9 tona elementa. Uran se pojavljuje kao značajna sastavnica u više od 150 različitih minerala i kao sporedna komponenta od još 50 minerala. Primarni minerali urana, koji se nalaze u magmatskim hidrotermalnim venama i u pegmatitima, uključuju uraninit i pitchblende (potonji različiti uraninit). Uran u te dvije rude nastaje u obliku uranovog dioksida, koji - zbog oksidacije - može varirati u točnom kemijskom sastavu od UO 2 do UO 2,67. Ostale uranove rude od gospodarskog značaja su autunit, hidratizirani kalcijev uranil fosfat; tobernit, hidratizirani bakar-uranil-fosfat; kofinit, crni hidratirani uranijum silikat; i karnotit, žuti hidratizirani kalijum uranil vanadat.
Procjenjuje se da se više od 90 posto poznatih niskobudžetnih rezervi urana nalazi u Kanadi, Južnoj Africi, Sjedinjenim Američkim Državama, Australiji, Nigeru, Namibiji, Brazilu, Alžiru i Francuskoj. Oko 50 do 60 posto ovih rezervi nalazi se u konglomeratnim kamenim formacijama jezera Elliot, koje se nalazi sjeverno od jezera Huron u Ontariju, kan., I u zlatnim poljima Witwatersrand u Južnoj Africi. Formiranje pješčenjaka na platou Kolorado i u bazenu Wyominga zapadnih Sjedinjenih Država također sadrži značajne rezerve urana.
Rudarstvo i koncentriranje
Uranske rude nastaju u naslagama koja su blizu i površinska (npr. 300 do 1.200 metara, ili 1.000 do 4.000 stopa). Duboke rude ponekad se javljaju u šavovima debljinama od 30 metara. Kao što je slučaj s rudama drugih metala, površinske urane rude se lako miniraju s velikom zemaljskom opremom, dok se duboka ležišta iskopavaju tradicionalnim metodama vertikalnih osovina i odljeva.
Uranske rude obično sadrže samo malu količinu minerala koji sadrže uranij, pa ih nije moguće izlijevati izravnim pirometalurškim metodama; umjesto toga, za ekstrakciju i pročišćavanje vrijednosti urana moraju se koristiti hidrometalurški postupci. Fizička koncentracija u velikoj mjeri bi smanjila opterećenje hidrometalurških krugova prerade, ali nijedna od konvencionalnih metoda upotrebe koja se obično koristi u obradi minerala - npr. Gravitacija, flotacija, elektrostatika, pa čak i sortiranje ruku - općenito se primjenjuje na uranove rude. Uz nekoliko izuzetaka, metode koncentracije rezultiraju pretjeranim gubitkom urana na nazubljenju.
