Hvordan grundstoffet uran blev opdaget. Uranus: fakta og fakta

URANUS (opkaldt efter planeten Uranus opdaget kort før; lat. uranium * a. uranium; n. Uran; f. uranium; i. uranio), U, er et radioaktivt kemisk grundstof af gruppe III i Mendeleevs periodiske system, atomnummer 92, atommasse 238,0289, tilhører actinider. Naturligt uran består af en blanding af tre isotoper: 238 U (99,282%, T 1/2 4.468,10 9 år), 235 U (0,712%, T 1/2 0,704,10 9 år), 234 U (0,006%, T 1) /2 0,244,10 6 år). Der er også 11 kendte kunstige radioaktive isotoper af uran med massetal fra 227 til 240. 238 U og 235 U er grundlæggerne af to naturlige henfaldsserier, som et resultat af hvilke de bliver til stabile isotoper henholdsvis 206 Pb og 207 Pb.

Uran blev opdaget i 1789 i form af UO 2 af den tyske kemiker M. G. Klaproth. Uranmetal blev opnået i 1841 af den franske kemiker E. Peligot. I lang tid havde uran meget begrænset anvendelse, og først med opdagelsen af ​​radioaktivitet i 1896 begyndte undersøgelsen og brugen af ​​det.

Egenskaber af uran

I sin frie tilstand er uran et lysegråt metal; under 667,7°C er det kendetegnet ved et orthorhombisk (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) krystalgitter (a-modifikation), i temperaturområdet 667,7-774°C - tetragonal (a = 075 = 1.m. , c = 0,5656 nm; G-modifikation), ved en højere temperatur - kropscentreret kubisk gitter (a = 0,3538 nm, g-modifikation). Massefylde 18700 kg/m 3, smeltepunkt 1135°C, kogepunkt ca. 3818°C, molær varmekapacitet 27,66 J/(mol.K), elektrisk resistivitet 29.0.10 -4 (Ohm.m), termisk ledningsevne 22, 5 W/(m.K), temperaturkoefficient for lineær udvidelse 10.7.10 -6 K -1. Temperaturen for overgangen af ​​uran til den superledende tilstand er 0,68 K; svag paramagnetisk, specifik magnetisk modtagelighed 1.72.10 -6. Kernerne 235 U og 233 U spaltes spontant, såvel som ved indfangning af langsomme og hurtige neutroner, 238 U spaltning kun ved indfangning af hurtige (mere end 1 MeV) neutroner. Når langsomme neutroner fanges, bliver 238 U til 239 Pu. Den kritiske masse af uran (93,5% 235U) i vandige opløsninger er mindre end 1 kg, for en åben bold er den omkring 50 kg; for 233 U er kritisk masse cirka 1/3 af den kritiske masse på 235 U.

Uddannelse og fastholdelse i naturen

Den største forbruger af uran er atomenergi (atomreaktorer, atomkraftværker). Derudover bruges uran til at fremstille atomvåben. Alle andre områder af uranbrug er af strengt underordnet betydning.

En opdagelse på planetarisk skala. Dette kan kaldes opdagelsen af ​​Uranus af videnskabsmænd. Planeten blev opdaget i 1781.

Dens opdagelse blev årsagen til at navngive en af elementer i det periodiske system. Uranus metal blev isoleret fra harpiksblanding i 1789.

Hypen omkring den nye planet havde endnu ikke lagt sig, derfor lå ideen om at navngive det nye stof på overfladen.

I slutningen af ​​det 18. århundrede var der intet begreb om radioaktivitet. I mellemtiden er dette den vigtigste egenskab ved terrestrisk uran.

Forskere, der arbejdede med ham, blev udsat for stråling uden at vide det. Hvem der var pioneren, og hvilke andre egenskaber ved grundstoffet er, vil vi fortælle videre.

Egenskaber af uran

Uran - grundstof, opdaget af Martin Klaproth. Han smeltede harpiks med kaustikum. Fusionsproduktet var ufuldstændigt opløseligt.

Klaproth indså, at de formodede , og er ikke til stede i sammensætningen af ​​mineralet. Derefter opløste videnskabsmanden blandingen i .

Grønne sekskanter faldt ud af opløsningen. Kemikeren udsatte dem for gult blod, det vil sige kaliumhexacyanoferrat.

Et brunt bundfald udfældede fra opløsningen. Klaproth restaurerede denne oxid med linolie og brændte den. Resultatet blev et pulver.

Jeg var nødt til at kalcinere det allerede ved at blande det med brunt. Der blev fundet korn af nyt metal i den sintrede masse.

Senere viste det sig, at det var det ikke rent uran og dets dioxid. Elementet blev opnået separat kun 60 år senere, i 1841. Og yderligere 55 år senere opdagede Antoine Becquerel fænomenet radioaktivitet.

Radioaktivitet af uran på grund af grundstoffets kernes evne til at fange neutroner og fragmenter. Samtidig frigives der imponerende energi.

Det bestemmes af de kinetiske data for stråling og fragmenter. Det er muligt at sikre kontinuerlig fission af kerner.

Kædereaktionen starter, når naturligt uran beriges med sin 235. isotop. Det er ikke som om det er tilsat metal.

Tværtimod fjernes den lavradioaktive og ineffektive 238. nuklid samt den 234. fra malmen.

Deres blanding kaldes forarmet, og det resterende uran kaldes beriget. Det er præcis, hvad industrifolk har brug for. Men vi vil tale om dette i et separat kapitel.

Uranus stråler, både alfa og beta med gammastråler. De blev opdaget ved at se effekten af ​​metal på en fotografisk plade pakket ind i sort.

Det blev klart, at det nye element udsendte noget. Mens Curies undersøgte hvad præcist, modtog Maria en dosis stråling, der fik kemikeren til at udvikle blodkræft, som kvinden døde af i 1934.

Betastråling kan ødelægge ikke kun den menneskelige krop, men også selve metallet. Hvilket grundstof dannes af uran? Svar: - brevy.

Ellers kaldes det protactinium. Opdaget i 1913, netop under undersøgelsen af ​​uran.

Sidstnævnte bliver til brevium uden ydre påvirkninger og reagenser, kun fra beta-henfald.

Udvendigt uran - kemisk grundstof- farver med en metallisk glans.

Sådan ser alle aktinider ud, som stof 92 tilhører. Gruppen starter med nummer 90 og slutter med nummer 103.

Står øverst på listen radioaktivt grundstof uran, manifesterer sig som et oxidationsmiddel. Oxidationstilstande kan være 2., 3., 4., 5., 6.

Det vil sige, at det 92. metal er kemisk aktivt. Hvis du maler uran til pulver, vil det spontant antændes i luften.

I sin sædvanlige form vil stoffet oxidere ved kontakt med ilt og blive dækket af en iriserende film.

Hvis du bringer temperaturen til 1000 grader Celsius, chem. uran element forbinde med . Der dannes et metalnitrid. Dette stof har en gul farve.

Smid det i vand, og det vil opløses, ligesom rent uran. Alle syrer tærer også på det. Grundstoffet fortrænger brint fra organiske grundstoffer.

Uran skubber det også ud af saltopløsninger, , , , . Hvis en sådan opløsning rystes, vil partikler af det 92. metal begynde at gløde.

Uransalte ustabile, desintegreres i lys eller i nærværelse af organisk materiale.

Grundstoffet er måske kun ligeglad med alkalier. Metallet reagerer ikke med dem.

Opdagelse af uran er opdagelsen af ​​et supertungt grundstof. Dens masse gør det muligt at isolere metallet, eller mere præcist, mineralerne med det, fra malmen.

Det er nok at knuse det og hælde det i vand. Uranpartiklerne vil bundfælde sig først. Det er her, metaludvinding begynder. Detaljer i næste kapitel.

Uranudvinding

Efter at have modtaget et tungt sediment udvasker industrifolk koncentratet. Målet er at omdanne uran til opløsning. Der anvendes svovlsyre.

Der gøres en undtagelse for tjære. Dette mineral er ikke opløseligt i syre, derfor anvendes alkalier. Hemmeligheden bag vanskelighederne ligger i den 4-valente tilstand af uran.

Syreudvaskning virker heller ikke med,. I disse mineraler er det 92. metal også 4-valent.

Dette behandles med hydroxid, kendt som kaustisk soda. I andre tilfælde er iltrensning god. Der er ingen grund til at opbevare svovlsyre separat.

Det er nok at opvarme malmen med sulfidmineraler til 150 grader og rette en iltstrøm mod den. Dette fører til dannelse af syre, som vaskes væk Uranus.

Kemisk grundstof og dets anvendelse forbundet med rene former for metal. For at fjerne urenheder anvendes sorption.

Det udføres på ionbytterharpikser. Ekstraktion med organiske opløsningsmidler er også velegnet.

Det er tilbage at tilsætte alkali til opløsningen for at udfælde ammoniumuranaterne, opløse dem i salpetersyre og udsætte dem.

Resultatet vil være oxider af det 92. grundstof. De opvarmes til 800 grader og reduceres med brint.

Det endelige oxid omdannes til uranfluorid, hvorfra rent metal opnås ved calcium-termisk reduktion. , som du kan se, er det ikke nemt. Hvorfor prøve så hårdt?

Anvendelser af uran

Det 92. metal er hovedbrændstoffet til atomreaktorer. En mager blanding er velegnet til stationære, og til kraftværker bruges et beriget element.

Den 235. isotop er også grundlaget for atomvåben. Sekundært nukleart brændsel kan også fås fra metal 92.

Her er det værd at stille spørgsmålet, hvilket grundstof omdannes uran til?. Fra sin 238. isotop er , et andet radioaktivt, supertungt stof.

På selve 238 uran store halvt liv, varer 4,5 milliarder år. Sådan langsigtet ødelæggelse fører til lav energiintensitet.

Hvis vi overvejer brugen af ​​uranforbindelser, er dets oxider nyttige. De bruges i glasindustrien.

Oxider fungerer som farvestoffer. Kan fås fra bleggul til mørkegrøn. Materialet fluorescerer i ultraviolette stråler.

Denne egenskab bruges ikke kun i glas, men også i uranglasurer til. Uranoxider i dem varierer fra 0,3 til 6%.

Som et resultat er baggrunden sikker og overstiger ikke 30 mikron i timen. Foto af uranelementer, eller rettere, produkter med hans deltagelse, er meget farverige. Gløden fra glas og fade tiltrækker øjet.

Uran pris

For et kilogram uberiget uranoxid giver de omkring 150 dollars. Topværdier blev observeret i 2007.

Så nåede prisen op på 300 dollars per kilo. Udviklingen af ​​uranmalm vil forblive rentabel selv ved en pris på 90-100 konventionelle enheder.

Hvem opdagede grundstoffet uran, vidste ikke, hvad dens reserver var i jordskorpen. Nu er de talt.

Store forekomster med en rentabel produktionspris vil være opbrugt i 2030.

Hvis der ikke opdages nye aflejringer, eller der ikke findes alternativer til metallet, vil omkostningerne stige.

Uran er et kemisk grundstof i aktinidfamilien med atomnummer 92. Det er det vigtigste nukleare brændsel. Dens koncentration i jordskorpen er omkring 2 ppm. Vigtige uranmineraler omfatter uranoxid (U 3 O 8), uraninit (UO 2), carnotit (kaliumuranylvanadat), otenit (kaliumuranylphosphat) og torbernit (vandholdigt kobberuranylphosphat). Disse og andre uranmalme er kilder til nukleart brændsel og indeholder mange gange mere energi end alle kendte udvindelige fossile brændstoffer. 1 kg uran 92 U giver samme energi som 3 millioner kg kul.

Opdagelseshistorie

Det kemiske grundstof uran er et tæt, hårdt metal med en sølvhvid farve. Den er formbar, formbar og polerbar. I luften oxiderer metal, og når det knuses, antændes det. Leder strøm relativt dårligt. Den elektroniske formel for uran er 7s2 6d1 5f3.

Selvom grundstoffet blev opdaget i 1789 af den tyske kemiker Martin Heinrich Klaproth, som opkaldte det efter den nyligt opdagede planet Uranus, blev selve metallet isoleret i 1841 af den franske kemiker Eugene-Melchior Peligot ved reduktion fra urantetrachlorid (UCl 4) med kalium.

Radioaktivitet

Oprettelsen af ​​det periodiske system af den russiske kemiker Dmitri Mendeleev i 1869 fokuserede opmærksomheden på uran som det tungeste kendte grundstof, som det forblev indtil opdagelsen af ​​neptunium i 1940. I 1896 opdagede den franske fysiker Henri Becquerel fænomenet radioaktivitet i det. Denne egenskab blev senere fundet i mange andre stoffer. Det er nu kendt, at uran, radioaktivt i alle dets isotoper, består af en blanding af 238 U (99,27%, halveringstid - 4.510.000.000 år), 235 U (0.72%, halveringstid - 713.000.000 år) og 2006 U (0.000 år) %, halveringstid - 247.000 år). Dette giver for eksempel mulighed for at bestemme bjergarters og mineralers alder for at studere geologiske processer og jordens alder. For at gøre dette måler de mængden af ​​bly, som er slutproduktet af det radioaktive henfald af uran. I dette tilfælde er 238 U det indledende element, og 234 U er et af produkterne. 235 U giver anledning til henfaldsrækken af ​​aktinium.

Opdagelse af en kædereaktion

Det kemiske grundstof uran blev genstand for udbredt interesse og intensiv undersøgelse, efter at de tyske kemikere Otto Hahn og Fritz Strassmann opdagede nuklear fission i det i slutningen af ​​1938, da det blev bombarderet med langsomme neutroner. I begyndelsen af ​​1939 foreslog den italiensk-amerikanske fysiker Enrico Fermi, at der blandt produkterne fra atomær fission kunne være elementære partikler, der er i stand til at generere en kædereaktion. I 1939 bekræftede amerikanske fysikere Leo Szilard og Herbert Anderson samt den franske kemiker Frederic Joliot-Curie og deres kolleger denne forudsigelse. Efterfølgende undersøgelser viste, at der i gennemsnit frigives 2,5 neutroner, når et atom spalter. Disse opdagelser førte til den første selvbærende atomkædereaktion (12/02/1942), den første atombombe (16/07/1945), dens første brug i krigsførelse (08/06/1945), den første atomubåd ( 1955) og det første fuldskala atomkraftværk (1957).

Oxidationstilstande

Det kemiske grundstof uran, som er et stærkt elektropositivt metal, reagerer med vand. Det opløses i syrer, men ikke i alkalier. Vigtige oxidationstilstande er +4 (som i UO 2-oxid, tetrahalogenider såsom UCl 4 og den grønne vandion U 4+) og +6 (som i UO 3-oxid, UF 6-hexafluorid og uranylionen UO 2 2+ ). I en vandig opløsning er uran mest stabil i sammensætningen af ​​uranylionen, som har en lineær struktur [O = U = O] 2+. Elementet har også tilstande +3 og +5, men de er ustabile. Rød U 3+ oxiderer langsomt i vand, som ikke indeholder ilt. Farven på UO 2+ ionen er ukendt, fordi den undergår disproportionering (UO 2+ reduceres både til U 4+ og oxideres til UO 2 2+) selv i meget fortyndede opløsninger.

Atombrændsel

Når det udsættes for langsomme neutroner, sker der spaltning af uranatomet i den relativt sjældne isotop 235 U. Dette er det eneste naturligt forekommende fissile materiale, og det skal adskilles fra isotopen 238 U. Efter absorption og negativt beta-henfald vil uran dog -238 bliver til det syntetiske grundstof plutonium, som spaltes under påvirkning af langsomme neutroner. Derfor kan naturligt uran bruges i konverter- og forædlingsreaktorer, hvor fission understøttes af sjældne 235 U og plutonium produceres samtidigt med transmutation af 238 U. Det fissile 233 U kan syntetiseres fra den vidt forekommende naturligt forekommende isotop thorium-232 til brug som nukleart brændsel. Uran er også vigtigt som det primære materiale, hvorfra syntetiske transuranelementer opnås.

Andre anvendelser af uran

Forbindelser af det kemiske element blev tidligere brugt som farvestoffer til keramik. Hexafluorid (UF 6) er et fast stof med et usædvanligt højt damptryk (0,15 atm = 15.300 Pa) ved 25 °C. UF 6 er kemisk meget reaktivt, men på trods af sin ætsende natur i damptilstand, er UF 6 meget brugt i gasdiffusion og gascentrifugemetoder til fremstilling af beriget uran.

Organometalliske forbindelser er en interessant og vigtig gruppe af forbindelser, hvor metal-carbon-bindinger forbinder metallet med organiske grupper. Uranocen er en organouranforbindelse U(C 8 H 8) 2, hvori uranatomet er klemt mellem to lag af organiske ringe forbundet med cyclooctatetraen C 8 H 8. Dens opdagelse i 1968 åbnede et nyt felt inden for organometallisk kemi.

Forarmet naturligt uran bruges som strålingsbeskyttelse, ballast, i panserbrydende granater og kampvognspanser.

Genbrug

Selvom det kemiske grundstof er meget tæt (19,1 g/cm3), er det et relativt svagt, ikke-brændbart stof. Faktisk synes de metalliske egenskaber af uran at placere det et sted mellem sølv og de andre ægte metaller og ikke-metaller, så det bruges ikke som et strukturelt materiale. Urans hovedværdi ligger i de radioaktive egenskaber af dets isotoper og deres evne til at spalte. I naturen består næsten alt (99,27%) af metallet af 238 U. Resten er 235 U (0,72%) og 234 U (0,006%). Af disse naturlige isotoper er kun 235 U direkte spaltet af neutronbestråling. Men når det absorberes, danner 238 U 239 U, som i sidste ende henfalder til 239 Pu, et fissilt materiale af stor betydning for atomkraft og atomvåben. En anden fissil isotop, 233 U, kan dannes ved neutronbestråling af 232 Th.

Krystal former

Uranets egenskaber får det til at reagere med ilt og nitrogen selv under normale forhold. Ved højere temperaturer reagerer det med en lang række legeringsmetaller for at danne intermetalliske forbindelser. Dannelsen af ​​faste opløsninger med andre metaller er sjælden på grund af de specielle krystalstrukturer, der dannes af grundstoffets atomer. Mellem stuetemperatur og smeltepunktet på 1132 °C findes uranmetal i 3 krystallinske former kendt som alfa (α), beta (β) og gamma (γ). Transformation fra α- til β-tilstand sker ved 668 °C og fra β til γ ​​ved 775 °C. γ-uran har en kropscentreret kubisk krystalstruktur, mens β har en tetragonal krystalstruktur. α-fasen består af lag af atomer i en meget symmetrisk orthorhombisk struktur. Denne anisotrope forvrængede struktur forhindrer legerende metalatomer i at erstatte uranatomer eller optage mellemrummet mellem dem i krystalgitteret. Det blev fundet, at kun molybdæn og niobium danner faste opløsninger.

Malm

Jordskorpen indeholder omkring 2 ppm uran, hvilket indikerer dens udbredte forekomst i naturen. Havene anslås at indeholde 4,5 × 10 9 tons af dette kemiske grundstof. Uran er en vigtig bestanddel af mere end 150 forskellige mineraler og en mindre bestanddel af yderligere 50. Primære mineraler, der findes i magmatiske hydrotermiske vener og pegmatitter, omfatter uraninit og dens variant pitchblende. I disse malme forekommer grundstoffet i form af dioxid, som på grund af oxidation kan variere fra UO 2 til UO 2,67. Andre økonomisk betydningsfulde produkter fra uranminer er autunite (hydreret calciumuranylphosphat), tobernit (hydratiseret kobberuranylphosphat), coffinit (sort hydreret uransilicat) og carnotit (hydreret kaliumuranylvanadat).

Det anslås, at mere end 90 % af de kendte billige uranreserver er placeret i Australien, Kasakhstan, Canada, Rusland, Sydafrika, Niger, Namibia, Brasilien, Kina, Mongoliet og Usbekistan. Store aflejringer findes i konglomeratets klippeformationer af Elliot Lake, der ligger nord for Lake Huron i Ontario, Canada, og i den sydafrikanske Witwatersrand guldmine. Sandformationer i Colorado Plateau og Wyoming Basin i det vestlige USA indeholder også betydelige uranreserver.

Produktion

Uranmalme findes i både overfladenære og dybe (300-1200 m) aflejringer. Under jorden når tykkelsen af ​​sømmen 30 m. Som det er tilfældet med malme af andre metaller, udvindes uran ved overfladen ved hjælp af stort jordflytningsudstyr, og udviklingen af ​​dybe aflejringer udføres ved hjælp af traditionelle metoder til lodret og skrånende miner. Verdensproduktionen af ​​urankoncentrat udgjorde 70 tusind tons i 2013. De mest produktive uranminer er placeret i Kasakhstan (32% af al produktion), Canada, Australien, Niger, Namibia, Usbekistan og Rusland.

Uranmalme indeholder typisk kun små mængder af uranholdige mineraler og er ikke smeltbare ved direkte pyrometallurgiske metoder. I stedet skal der anvendes hydrometallurgiske procedurer til at udvinde og rense uran. En forøgelse af koncentrationen reducerer belastningen på proceskredsløbene markant, men ingen af ​​de konventionelle fordelemetoder, der almindeligvis anvendes til mineralforarbejdning, såsom tyngdekraft, flotation, elektrostatisk og endda manuel sortering, er anvendelige. Med få undtagelser resulterer disse metoder i betydeligt tab af uran.

Brændende

Hydrometallurgisk forarbejdning af uranmalme er ofte forudgået af et højtemperaturkalcineringstrin. Brænding dehydrerer leret, fjerner kulholdige materialer, oxiderer svovlforbindelser til uskadelige sulfater og oxiderer alle andre reduktionsmidler, der kan forstyrre den efterfølgende behandling.

Udvaskning

Uran ekstraheres fra ristede malme med både sure og alkaliske vandige opløsninger. For at alle udvaskningssystemer kan fungere med succes, skal det kemiske grundstof enten være til stede i den mere stabile hexavalente form eller være oxideret til denne tilstand under forarbejdningen.

Syreudvaskning udføres normalt ved at omrøre en blanding af malm og lixiviant i 4-48 timer ved omgivelsestemperatur. Undtagen under særlige omstændigheder anvendes svovlsyre. Det leveres i tilstrækkelige mængder til at opnå den endelige væske ved en pH-værdi på 1,5. Svovlsyreudvaskningsskemaer bruger typisk enten mangandioxid eller chlorat til at oxidere tetravalent U4+ til hexavalent uranyl (UO22+). Typisk er ca. 5 kg mangandioxid eller 1,5 kg natriumchlorat pr. ton tilstrækkeligt til U 4+ oxidation. I begge tilfælde reagerer oxideret uran med svovlsyre for at danne uranylsulfatkomplekset anion 4-.

Malm, der indeholder betydelige mængder af essentielle mineraler såsom calcit eller dolomit, udvaskes med en 0,5-1 molær opløsning af natriumcarbonat. Selvom forskellige reagenser er blevet undersøgt og testet, er det vigtigste oxidationsmiddel for uran oxygen. Typisk udvaskes malmen i luft ved atmosfærisk tryk og ved en temperatur på 75-80 °C i en periode, der afhænger af den specifikke kemiske sammensætning. Alkali reagerer med uran og danner den letopløselige komplekse ion 4-.

Opløsninger, der er et resultat af syre- eller carbonatudvaskning, skal afklares før videre behandling. Storskala adskillelse af ler og andre malmopslæmninger opnås ved brug af effektive flokkuleringsmidler, herunder polyacrylamider, guargummi og animalsk lim.

Udvinding

4- og 4-kompleksionerne kan sorberes fra deres respektive ionbytterharpiksudludningsopløsninger. Disse specialharpikser, kendetegnet ved deres adsorptions- og elueringskinetik, partikelstørrelse, stabilitet og hydrauliske egenskaber, kan bruges i en række forskellige forarbejdningsteknologier, såsom fast bed, moving bed, basket resin og kontinuerlig harpiks. Typisk bruges opløsninger af natriumchlorid og ammoniak eller nitrater til at eluere sorberet uran.

Uran kan isoleres fra sure malmvæsker ved opløsningsmiddelekstraktion. Alkylphosphorsyrer samt sekundære og tertiære alkylaminer anvendes i industrien. Generelt foretrækkes opløsningsmiddelekstraktion frem for ionbyttermetoder for syrefiltrater, der indeholder mere end 1 g/l uran. Denne metode er dog ikke anvendelig til carbonatudvaskning.

Uranet renses derefter ved at opløse det i salpetersyre til dannelse af uranylnitrat, ekstraheret, krystalliseret og kalcineret til dannelse af UO 3 trioxid. Reduceret dioxid UO2 reagerer med hydrogenfluorid og danner tetafluorid UF4, hvorfra uranmetal reduceres med magnesium eller calcium ved en temperatur på 1300 °C.

Tetrafluorid kan fluoreres ved 350 °C for at danne UF 6 hexafluorid, som bruges til at adskille beriget uran-235 ved gasdiffusion, gascentrifugering eller flydende termisk diffusion.

I en besked fra den irakiske ambassadør til FN Mohammed Ali al-Hakim dateret 9. juli siges det, at ISIS-ekstremister (Islamisk Stat i Irak og Levanten) står til deres rådighed. IAEA (International Atomic Energy Agency) skyndte sig at erklære, at de nukleare stoffer, som tidligere blev brugt af Irak, har lave giftige egenskaber, og derfor de materialer, som islamisterne beslaglagde.

En amerikansk regeringskilde, der er bekendt med situationen, fortalte Reuters, at det uran, der blev stjålet af de militante, højst sandsynligt ikke var beriget og derfor usandsynligt, at det bliver brugt til at fremstille atomvåben. De irakiske myndigheder underrettede officielt FN om denne hændelse og opfordrede dem til at "forebygge truslen om dens brug," rapporterer RIA Novosti.

Uranforbindelser er ekstremt farlige. AiF.ru taler om præcis hvad, samt hvem og hvordan der kan producere nukleart brændsel.

Hvad er uran?

Uran er et kemisk grundstof med atomnummer 92, et sølvhvidt skinnende metal, betegnet i det periodiske system med symbolet U. I sin rene form er det lidt blødere end stål, formbart, fleksibelt, der findes i jordskorpen (litosfæren) ) og i havvand, og i sin rene form forekommer det praktisk talt ikke. Atombrændsel er lavet af uranium isotoper.

Uran er et tungt, sølvhvidt, skinnende metal. Foto: Commons.wikimedia.org / Den oprindelige uploader var Zxctypo på en.wikipedia.

Radioaktivitet af uran

I 1938 den tyske fysikerne Otto Hahn og Fritz Strassmann bestrålede urankernen med neutroner og gjorde en opdagelse: Ved at fange en fri neutron deler uran-isotopkernen sig og frigiver enorm energi på grund af den kinetiske energi fra fragmenter og stråling. I 1939-1940 Yuliy Khariton Og Yakov Zeldovich for første gang teoretisk forklaret, at med en lille berigelse af naturligt uran med uran-235 er det muligt at skabe betingelser for kontinuerlig spaltning af atomkerner, det vil sige give processen en kædekarakter.

Hvad er beriget uran?

Beriget uran er uran, der er produceret vha teknologisk proces med at øge andelen af ​​235U isotopen i uran. Som følge heraf opdeles naturligt uran i beriget uran og forarmet uran. Efter at 235U og 234U er udvundet af naturligt uran, kaldes det resterende materiale (uran-238) "udtømt uran", fordi det er udtømt i 235-isotopen. Ifølge nogle skøn opbevarer USA omkring 560.000 tons forarmet uranhexafluorid (UF6). Forarmet uran er halvt så radioaktivt som naturligt uran, hovedsageligt på grund af fjernelse af 234U fra det. Fordi den primære anvendelse af uran er energiproduktion, er forarmet uran et lavt brugsprodukt med lav økonomisk værdi.

Inden for atomenergi bruges kun beriget uran. Den mest udbredte isotop af uran er 235U, hvor en selvopretholdende nuklear kædereaktion er mulig. Derfor bruges denne isotop som brændstof i atomreaktorer og atomvåben. Isolering af U235-isotopen fra naturligt uran er en kompleks teknologi, som ikke mange lande kan implementere. Uranberigelse tillader produktion af atomare atomvåben - enkeltfasede eller enkelttrins eksplosive anordninger, hvor hovedenergiproduktionen kommer fra kernereaktionen af ​​tung kernefission til dannelse af lettere grundstoffer.

Uran-233, kunstigt fremstillet i reaktorer fra thorium (thorium-232 fanger en neutron og bliver til thorium-233, som henfalder til protactinium-233 og derefter til uran-233), kan i fremtiden blive et almindeligt atombrændsel til atomkraft anlæg (allerede nu er der reaktorer, der bruger denne nuklid som brændstof, f.eks. KAMINI i Indien) og produktion af atombomber (kritisk masse på ca. 16 kg).

Kernen i et 30 mm kaliber projektil (GAU-8 pistol fra et A-10 fly) med en diameter på omkring 20 mm er lavet af forarmet uran. Foto: Commons.wikimedia.org / Den oprindelige uploader var Nrcprm2026 på en.wikipedia

Hvilke lande producerer beriget uran?

• Frankrig
• Tyskland
• Holland
• England
• Japan
• Rusland
• Kina
• Pakistan
• Brasilien

10 lande, der producerer 94% af verdens uranproduktion. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangevinnung

Hvorfor er uranforbindelser farlige?

Uran og dets forbindelser er giftige. Aerosoler af uran og dets forbindelser er særligt farlige. For aerosoler af vandopløselige uranforbindelser er den maksimalt tilladte koncentration (MPC) i luften 0,015 mg/m³, for uopløselige former af uran er MAC 0,075 mg/m³. Når uran kommer ind i kroppen, påvirker det alle organer, da det er en generel cellulær gift. Uran, som mange andre tungmetaller, binder næsten irreversibelt til proteiner, primært til sulfidgrupper af aminosyrer, hvilket forstyrrer deres funktion. Den molekylære virkningsmekanisme af uran er forbundet med dets evne til at undertrykke enzymaktivitet. Nyrerne er primært påvirket (protein og sukker forekommer i urinen, oliguri). Med kronisk forgiftning er forstyrrelser af hæmatopoiesis og nervesystemet mulige.

Brug af uran til fredelige formål

• En lille tilsætning af uran giver glasset en smuk gul-grøn farve.
• Natriumuran bruges som gult pigment i maleri.
• Uranforbindelser blev brugt som maling til maling på porcelæn og til keramiske glasurer og emaljer (malet i farver: gul, brun, grøn og sort, afhængig af graden af ​​oxidation).
• I begyndelsen af ​​det 20. århundrede blev uranylnitrat i vid udstrækning brugt til at forstærke negativer og farve (tone) positive (fotografiske tryk) brun.
• Legeringer af jern og forarmet uran (uran-238) bruges som kraftige magnetostriktive materialer.

En isotop er en række atomer af et kemisk grundstof, der har det samme atomare (ordinære) nummer, men forskellige massetal.

Et grundstof fra gruppe III i det periodiske system, der tilhører aktiniderne; tungt, let radioaktivt metal. Thorium har en række applikationer, hvor det nogle gange spiller en uerstattelig rolle. Placeringen af ​​dette metal i det periodiske system af elementer og strukturen af ​​kernen forudbestemte dets anvendelse inden for fredelig anvendelse af atomenergi.

*** Oliguria (fra det græske oligos - lille og ouron - urin) - et fald i mængden af ​​urin, der udskilles af nyrerne.

Uran (U) er et grundstof med atomnummer 92 og atomvægt 238.029. Det er et radioaktivt kemisk element af gruppe III i det periodiske system af Dmitry Ivanovich Mendeleev, tilhører aktinidfamilien. Uran er et meget tungt (2,5 gange tungere end jern, mere end 1,5 gange tungere end bly), sølvhvidt, skinnende metal. I sin rene form er den lidt blødere end stål, formbar, fleksibel og har små paramagnetiske egenskaber.

Naturligt uran består af en blanding af tre isotoper: 238U (99,274%) med en halveringstid på 4,51∙109 år; 235U (0,702%) med en halveringstid på 7,13∙108 år; 234U (0,006%) med en halveringstid på 2,48∙105 år. Sidstnævnte isotop er ikke primær, men radiogen, den er en del af den radioaktive 238U-serie. Uranisotoperne 238U og 235U er forfædre til to radioaktive serier. De sidste elementer i disse serier er blyisotoperne 206Pb og 207Pb.

I øjeblikket kendes 23 kunstige radioaktive isotoper af uran med massetal fra 217 til 242. Den "langlivede" blandt dem er 233U med en halveringstid på 1,62∙105 år. Det opnås som et resultat af neutronbestråling af thorium og er i stand til fission under påvirkning af termiske neutroner.

Uran blev opdaget i 1789 af den tyske kemiker Martin Heinrich Klaproth som et resultat af hans eksperimenter med mineralet begblende - "uranbeg". Det nye element blev navngivet til ære for planeten Uranus, som for nylig blev opdaget (1781) af William Herschel. I det næste halve århundrede blev stoffet opnået af Klaproth betragtet som et metal, men i 1841 blev dette tilbagevist af den franske kemiker Eugene Melchior Peligo, som beviste uranets oxidnatur (UO2), opnået af den tyske kemiker. Peligo selv formåede at opnå uranmetal ved at reducere UCl4 med kaliummetal og bestemte også atomvægten af ​​det nye grundstof. Den næste i udviklingen af ​​viden om uran og dets egenskaber var D.I. Mendeleev - i 1874, baseret på den teori, han udviklede om periodiseringen af ​​kemiske grundstoffer, placerede han uran i den fjerneste celle i sit bord. Den russiske kemiker fordoblede atomvægten af ​​uran (120), tidligere bestemt af Peligo; rigtigheden af ​​sådanne antagelser blev bekræftet tolv år senere af den tyske kemiker Zimmermanns eksperimenter.

I mange årtier var uran kun af interesse for en snæver kreds af kemikere og naturvidenskabsmænd; dets anvendelse var også begrænset - produktion af glas og maling. Først med opdagelsen af ​​dette metals radioaktivitet (i 1896 af Henri Becquerel) begyndte den industrielle forarbejdning af uranmalme i 1898. Meget senere (1939) blev fænomenet nuklear fission opdaget, og siden 1942 er uran blevet det vigtigste nukleare brændsel.

Den vigtigste egenskab ved uran er, at kernerne i nogle af dets isotoper er i stand til at spalte, når de fanger neutroner; som et resultat af denne proces frigives en enorm mængde energi. Denne egenskab af grundstof nr. 92 bruges i atomreaktorer, der tjener som energikilder, og ligger også til grund for atombombens drift. Uran bruges i geologien til at bestemme alderen på mineraler og klipper for at bestemme rækkefølgen af ​​geologiske processer (geokronologi). På grund af det faktum, at sten indeholder forskellige koncentrationer af uran, har de forskellig radioaktivitet. Denne egenskab bruges til at identificere sten ved hjælp af geofysiske metoder. Denne metode er mest udbredt i petroleumsgeologi under geofysiske undersøgelser af brønde. Uranforbindelser blev brugt som maling til maling på porcelæn og til keramiske glasurer og emaljer (malet i farver: gul, brun, grøn og sort, afhængig af oxidationsgraden), f.eks. blev natriumuranat Na2U2O7 brugt som gult pigment i maleri.

Biologiske egenskaber

Uran er et ret almindeligt element i det biologiske miljø; koncentratorer af dette metal anses for at være nogle typer svampe og alger, som indgår i urans biologiske kredsløbskæde i naturen i henhold til skemaet: vand - vandplanter - fisk - mennesker. Med mad og vand kommer uran således ind i kroppen på mennesker og dyr, eller rettere sagt mave-tarmkanalen, hvor omkring en procent af de indkommende letopløselige forbindelser og højst 0,1 % af de tungtopløselige absorberes. Dette element trænger ind i luftvejene og lungerne, såvel som slimhinderne og huden med luft. I luftvejene, og især lungerne, sker absorptionen meget mere intenst: letopløselige forbindelser absorberes med 50 %, og tungtopløselige med 20 %. Uran findes således i små mængder (10-5 - 10-8%) i dyre- og menneskevæv. I planter (i tørre rester) afhænger koncentrationen af ​​uran af dets indhold i jorden, så med en jordkoncentration på 10-4%, indeholder planten 1,5∙10-5% eller mindre. Fordelingen af ​​uran mellem væv og organer er ujævn; de vigtigste steder for akkumulering er knoglevæv (skelet), lever, milt, nyrer samt lunger og bronkopulmonære lymfeknuder (hvis dårligt opløselige forbindelser kommer ind i lungerne). Uran (karbonater og komplekser med proteiner) fjernes ret hurtigt fra blodet. I gennemsnit er indholdet af det 92. element i dyrs og menneskers organer og væv 10-7%. For eksempel indeholder blod fra kvæg 1∙10-8 g/ml uran, og menneskeblod indeholder 4∙10-10 g/g. Kvæglever indeholder 8∙10-8 g/g, hos mennesker i samme organ 6∙10-9 g/g; kvægets milt indeholder 9∙10-8 g/g, hos mennesker - 4,7∙10-7 g/g. I kvægets muskelvæv akkumuleres det op til 4∙10-11 g/g. Derudover er uran i den menneskelige krop indeholdt i lungerne i området 6∙10-9 - 9∙10-9 g/g; i nyrerne 5,3∙10-9 g/g (kortikalt lag) og 1,3∙10-8 g/g (marvlag); i knoglevæv 1∙10-9 g/g; i knoglemarv 1∙10-8 g/g; i hår 1,3∙10-7 g/g. Uran fundet i knoglerne forårsager konstant bestråling af knoglevævet (perioden for fuldstændig fjernelse af uran fra skelettet er 600 dage). Den mindste mængde af dette metal er i hjernen og hjertet (ca. 10-10 g/g). Som tidligere nævnt er de vigtigste måder, hvorpå uran kommer ind i kroppen, vand, mad og luft. Den daglige dosis af metal, der kommer ind i kroppen med mad og væsker, er 1,9∙10-6 g, med luft - 7∙10-9 g. Men hver dag udskilles uran fra kroppen: med urin fra 0,5∙10-7 g. op til 5∙10-7 g; med afføring fra 1,4∙10-6 g til 1,8∙10-6 g. Tab fra hår, negle og døde hudflager - 2∙10-8 g.

Forskere antyder, at uran i små mængder er nødvendigt for den normale funktion af den menneskelige krop, dyr og planter. Dens rolle i fysiologien er dog endnu ikke afklaret. Det er blevet fastslået, at det gennemsnitlige indhold af grundstof 92 i den menneskelige krop er omkring 9∙10-5 g (International Commission on Radiation Protection). Sandt nok svinger dette tal noget for forskellige regioner og territorier.

På trods af dens stadig ukendte, men bestemte biologiske rolle i levende organismer, er uran stadig et af de farligste grundstoffer. Først og fremmest er dette manifesteret i den toksiske virkning af dette metal, som skyldes dets kemiske egenskaber, især opløseligheden af ​​forbindelser. For eksempel er opløselige forbindelser (uranyl og andre) mere giftige. Oftest forekommer forgiftning med uran og dets forbindelser på berigelsesfabrikker, virksomheder til udvinding og forarbejdning af uranråmaterialer og andre produktionsanlæg, hvor uran indgår i teknologiske processer.

Trænger ind i kroppen, uran påvirker absolut alle organer og deres væv, fordi handlingen sker på cellulært niveau: det undertrykker enzymernes aktivitet. Nyrerne er primært påvirket, hvilket viser sig i en kraftig stigning i sukker og protein i urinen, hvorefter der udvikles oliguri. Mave-tarmkanalen og leveren er påvirket. Uranforgiftning opdeles i akut og kronisk, hvor sidstnævnte udvikler sig gradvist og kan være asymptomatisk eller med milde symptomer. Men efterfølgende fører kronisk forgiftning til lidelser i hæmatopoiesis, nervesystemet og andre alvorlige sundhedsproblemer.

Et ton granitsten indeholder cirka 25 gram uran. Den energi, der kan frigives ved forbrændingen af ​​disse 25 gram i en reaktor, kan sammenlignes med den energi, der frigives ved forbrændingen af ​​125 tons kul i ovnene i kraftige termiske kedler! Baseret på disse data kan det antages, at granit i den nærmeste fremtid vil blive betragtet som en af ​​typerne af mineralbrændstof. I alt indeholder det relativt tynde tyve kilometer lange overfladelag af jordskorpen cirka 1014 tons uran; når det omregnes til energiækvivalent, er resultatet simpelthen et kolossalt tal - 2.36.1024 kilowatt-timer. Selv alle de udviklede, udforskede og foreslåede forekomster af fossilt brændsel tilsammen er ikke i stand til at levere endnu en milliontedel af denne energi!

Det er kendt, at uraniumlegeringer, der udsættes for varmebehandling, udmærker sig ved større udbyttegrænser, krybning og øget korrosionsbestandighed og en mindre tendens til at ændre formen på produkter under temperaturudsving og under påvirkning af bestråling. Ud fra disse principper blev der i begyndelsen af ​​det 20. århundrede og frem til trediverne brugt uran i form af carbid til fremstilling af værktøjsstål. Derudover blev det brugt til at erstatte wolfram i nogle legeringer, hvilket var billigere og mere tilgængeligt. I produktionen af ​​ferrouranium var andelen af ​​U op til 30%. Sandt nok kom sådan brug af uran til intet i den anden tredjedel af det 20. århundrede.

Som det er kendt, er der i dybet af vores Jord en konstant proces med henfald af urne-isotoper. Så videnskabsmænd har beregnet, at den øjeblikkelige frigivelse af energi fra hele massen af ​​dette metal indesluttet i jordens skal ville opvarme vores planet til en temperatur på flere tusinde grader! Men et sådant fænomen er heldigvis umuligt - trods alt sker frigivelsen af ​​varme gradvist, efterhånden som kernerne af uran og dets derivater gennemgår en række langsigtede radioaktive transformationer. Varigheden af ​​sådanne transformationer kan bedømmes ud fra halveringstiden for naturlige isotoper af uran, for eksempel er det for 235U 7.108 år og for 238U - 4.51.109 år. Imidlertid opvarmer uranvarme jorden betydeligt. Hvis hele Jordens masse indeholdt den samme mængde uran som i det øverste tyve kilometer lag, så ville temperaturen på planeten være meget højere, end den er nu. Men når du bevæger dig mod jordens centrum, falder koncentrationen af ​​uran.

I atomreaktorer behandles kun en lille del af det fyldte uran, dette skyldes slaggedannelse af brændslet med fissionsprodukter: 235U udbrænder, kædereaktionen dør gradvist ud. Brændselsstavene er dog stadig fyldt med atombrændsel, som skal forbruges igen. For at gøre dette demonteres gamle brændselselementer og sendes til genbrug - de opløses i syrer, og uran ekstraheres fra den resulterende opløsning ved ekstraktion; fissionsfragmenterne, der skal bortskaffes, forbliver i opløsningen. Dermed viser det sig, at uranindustrien praktisk talt er en affaldsfri kemisk produktion!

Planter til adskillelse af uranisotoper optager et areal på flere snesevis af hektar, og arealet af de porøse skillevægge i anlæggets separationskaskader er omtrent det samme. Dette skyldes kompleksiteten af ​​diffusionsmetoden til adskillelse af uraniumisotoper - for at øge koncentrationen af ​​235U fra 0,72 til 99% kræves der trods alt flere tusinde diffusionstrin!

Ved hjælp af uran-bly-metoden var geologer i stand til at finde ud af alderen på de ældste mineraler; når de studerede meteoritsten, var de i stand til at bestemme den omtrentlige dato for vores planets fødsel. Takket være "uran-uret" blev månejordens alder bestemt. Interessant nok viste det sig, at der i 3 milliarder år ikke har været nogen vulkansk aktivitet på Månen, og Jordens naturlige satellit forbliver et passivt legeme. Trods alt levede selv de yngste stykker af månestof længere end alderen på de ældste jordiske mineraler.

Historie

Brugen af ​​uran går meget lang tid tilbage - allerede i det 1. århundrede f.Kr. blev naturlig uranoxid brugt til at lave en gul glasur, der blev brugt til at farve keramik.

I moderne tid forekom undersøgelsen af ​​uran gradvist - i flere faser, med kontinuerlig vækst. Begyndelsen var opdagelsen af ​​dette grundstof i 1789 af den tyske naturfilosof og kemiker Martin Heinrich Klaproth, som reducerede den gylden-gule "jord" udvundet fra saksisk begmalm ("uranbeg") til et sort metallignende stof (uranium). oxid - UO2). Navnet blev givet til ære for den fjerneste planet kendt på det tidspunkt - Uranus, som igen blev opdaget i 1781 af William Herschel. På dette tidspunkt slutter den første fase i studiet af det nye element (Klaproth var sikker på, at han havde opdaget et nyt metal), og der kommer en pause på mere end halvtreds år.

Året 1840 kan betragtes som begyndelsen på en ny milepæl i uranforskningens historie. Det var fra dette år, at en ung kemiker fra Frankrig, Eugene Melchior Peligo (1811-1890), tog problemet op med at skaffe metallisk uran; snart (1841) lykkedes det ham - metallisk uran blev opnået ved at reducere UCl4 med metallisk kalium. Derudover beviste han, at det uran, Klaproth opdagede, i virkeligheden bare er dets oxid. Franskmanden bestemte også den anslåede atomvægt af det nye grundstof - 120. Så var der igen en lang pause i studiet af urans egenskaber.

Først i 1874 dukkede nye antagelser op om urans natur: Dmitry Ivanovich Mendeleev, efter den teori, han udviklede om periodiseringen af ​​kemiske grundstoffer, finder et sted for et nyt metal i sin tabel og placerer uran i den sidste celle. Derudover fordoblede Mendeleev den tidligere antagne atomvægt af uran, uden heller at tage fejl heri, hvilket blev bekræftet af den tyske kemiker Zimmermanns forsøg 12 år senere.

Siden 1896 er opdagelser inden for undersøgelse af urans egenskaber "faldet ned" den ene efter den anden: i det ovennævnte år, ganske ved et uheld (mens man studerede fosforescensen af ​​kaliumuranylsulfatkrystaller), 43-årig fysik professor Antoine Henri Becquerel åbner "Becquerel's Rays", senere omdøbt til radioaktivitet af Marie Curie. Samme år udvikler Henri Moissan (igen kemiker fra Frankrig) en metode til at fremstille rent uranmetal.

I 1899 opdagede Ernest Rutherford heterogeniteten af ​​stråling fra uranpræparater. Det viste sig, at der er to typer stråling - alfa- og beta-stråler, forskellige i deres egenskaber: de bærer forskellige elektriske ladninger, har forskellige vejlængder i stof og deres ioniserende evne er også forskellig. Et år senere blev gammastråler også opdaget af Paul Villar.

Ernest Rutherford og Frederick Soddy udviklede i fællesskab teorien om urans radioaktivitet. Baseret på denne teori foretog Rutherford i 1907 de første eksperimenter for at bestemme alderen på mineraler, når man studerede radioaktivt uran og thorium. I 1913 introducerede F. Soddy begrebet isotoper (fra det antikke græske iso - "lige", "identisk" og topos - "sted"). I 1920 foreslog den samme videnskabsmand, at isotoper kunne bruges til at bestemme klippernes geologiske alder. Hans antagelser viste sig at være korrekte: I 1939 skabte Alfred Otto Karl Nier de første ligninger til beregning af alder og brugte et massespektrometer til at adskille isotoper.

I 1934 gennemførte Enrico Fermi en række eksperimenter med at bombardere kemiske grundstoffer med neutroner – partikler opdaget af J. Chadwick i 1932. Som et resultat af denne operation dukkede tidligere ukendte radioaktive stoffer op i uran. Fermi og andre videnskabsmænd, der deltog i hans eksperimenter, foreslog, at de havde opdaget transuranelementer. I fire år blev der gjort forsøg på at opdage transuranelementer blandt produkterne fra neutronbombardement. Det hele sluttede i 1938, da de tyske kemikere Otto Hahn og Fritz Strassmann fastslog, at kernen i uranisotopen 235U splittes ved at fange en fri neutron, hvilket frigiver (per en urankerne) en ret stor mængde energi, hovedsageligt på grund af kinetik energifragmenter og stråling. De tyske kemikere formåede ikke at komme videre. Lise Meitner og Otto Frisch kunne underbygge deres teori. Denne opdagelse var oprindelsen til brugen af ​​intra-atomisk energi til både fredelige og militære formål.

At være i naturen

Det gennemsnitlige indhold af uran i jordskorpen (clarke) er 3∙10-4 vægtprocent, hvilket betyder, at der er mere af det i jordens indvolde end sølv, kviksølv og vismut. Uran er et karakteristisk grundstof for jordskorpens granitlag og sedimentære skal. Så i et ton granit er der omkring 25 gram grundstof nr. 92. I alt er mere end 1000 tons uran indeholdt i det relativt tynde, tyve kilometer øvre lag af Jorden. I sure magmatiske bjergarter 3,5∙10-4%, i ler og skifer 3,2∙10-4%, især beriget med organisk stof, i basiske bjergarter 5∙10-5%, i ultramafiske bjergarter af kappen 3∙10-7% .

Uran vandrer kraftigt i koldt og varmt, neutralt og basisk vand i form af simple og komplekse ioner, især i form af carbonatkomplekser. Redoxreaktioner spiller en vigtig rolle i urans geokemi, alt sammen fordi uranforbindelser som regel er meget opløselige i vand med et oxiderende miljø og dårligt opløseligt i vand med et reducerende miljø (hydrogensulfid).

Mere end hundrede mineralmalme af uran er kendt; de adskiller sig i kemisk sammensætning, oprindelse og urankoncentration; af hele sorten er kun et dusin af praktisk interesse. De vigtigste repræsentanter for uran, som har den største industriel betydning, i naturen kan betragtes som oxider - uraninit og dets sorter (beg og uran sort), samt silikater - kiste, titanater - davidit og brannerit; vandholdige fosfater og uranylarsenater - uranglimmer.

Uraninit - UO2 er overvejende til stede i antikke - prækambriske bjergarter i form af klare krystallinske former. Uraninit danner isomorfe serier med thorianit ThO2 og yttrocerianit (Y,Ce)O2. Derudover indeholder alle uraninitter radiogene henfaldsprodukter af uran og thorium: K, Po, He, Ac, Pb, samt Ca og Zn. Uraninit i sig selv er et højtemperaturmineral, karakteristisk for granit- og syenitpegmatitter i forbindelse med komplekse niobat-tantal-titanater af uran (columbit, pyrochlor, samarskit og andre), zircon, monazit. Derudover forekommer uraninit i hydrotermiske, skarn- og sedimentære bjergarter. Store forekomster af uraninit er kendt i Canada, Afrika, USA, Frankrig og Australien.

Pitchblende (U3O8), også kendt som urantjære eller harpiksblanding, som danner kryptokrystallinske collomorfe aggregater - et vulkansk og hydrotermisk mineral, er repræsenteret i palæozoiske og yngre høj- og mellemtemperaturformationer. Konstante satellitter af pitchblende er sulfider, arsenider, naturligt vismut, arsen og sølv, carbonater og nogle andre grundstoffer. Disse malme er meget rige på uran, men er ekstremt sjældne, ofte ledsaget af radium, dette er let forklaret: radium er et direkte produkt af uranets isotopiske henfald.

Uran sorte (løse jordiske aggregater) præsenteres hovedsageligt i unge - Cenozoic og yngre formationer, karakteristiske for hydrotermisk sulfid-uran og sedimentære aflejringer.

Uran udvindes også som et biprodukt fra malme, der indeholder mindre end 0,1 %, for eksempel fra guldholdige konglomerater.

De vigtigste forekomster af uranmalm er placeret i USA (Colorado, North og South Dakota), Canada (provinserne Ontario og Saskatchewan), Sydafrika (Witwatersrand), Frankrig (Massif Central), Australien (Northern Territory) og mange andre lande . I Rusland er den vigtigste uranmalmregion Transbaikalia. Omkring 93 % af russisk uran udvindes ved forekomsten i Chita-regionen (nær byen Krasnokamensk).

Ansøgning

Moderne atomenergi er simpelthen utænkelig uden grundstof nr. 92 og dets egenskaber. Selvom det ikke er så længe siden - før lanceringen af ​​den første atomreaktor, blev uranmalm udvundet hovedsageligt for at udvinde radium fra dem. Små mængder af uranforbindelser er blevet brugt i nogle farvestoffer og katalysatorer. Faktisk blev uran betragtet som et grundstof, der næsten ikke havde nogen industriel betydning, og hvor ændrede situationen sig radikalt efter opdagelsen af ​​uranisotopers evne til at spalte! Dette metal modtog øjeblikkeligt status som strategisk råmateriale nr. 1.

I dag er det vigtigste anvendelsesområde for uranmetal, såvel som dets forbindelser, brændstof til atomreaktorer. I stationære atomkraftværksreaktorer anvendes således en lavberiget (naturlig) blanding af uranisotoper, og i atomkraftværker og hurtige neutronreaktorer anvendes højberiget uran.

Uranisotopen 235U er mest udbredt, fordi en selvopretholdende nuklear kædereaktion er mulig i den, hvilket ikke er typisk for andre uranisotoper. Takket være denne egenskab bruges 235U som brændsel i atomreaktorer såvel som i atomvåben. Adskillelsen af ​​235U-isotopen fra naturligt uran er imidlertid et komplekst og dyrt teknologisk problem.

Den mest almindelige isotop af uran i naturen, 238U, kan spaltes, når den bombarderes med højenergi-neutroner. Denne egenskab ved denne isotop bruges til at øge kraften af ​​termonukleare våben - neutroner genereret af en termonuklear reaktion bruges. Derudover fås plutoniumisotopen 239Pu fra 238U isotopen, som igen også kan bruges i atomreaktorer og i en atombombe.

For nylig har uranisotopen 233U, kunstigt fremstillet i reaktorer fra thorium, fundet stor brug; den opnås ved at bestråle thorium i neutronfluxen i en atomreaktor:

23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U

233U fissile termiske neutroner; desuden kan der i reaktorer med 233U forekomme udvidet reproduktion af nukleart brændsel. Så når et kilogram 233U brænder ud i en thoriumreaktor, skulle der akkumuleres 1,1 kg ny 233U i den (som et resultat af thoriumkerners indfangning af neutroner). I den nærmeste fremtid vil uran-thorium-cyklussen i termiske neutronreaktorer være hovedkonkurrenten til uran-plutonium-cyklussen til reproduktion af nukleart brændsel i hurtige neutronreaktorer. Reaktorer, der bruger denne nuklid som brændstof, findes allerede og er i drift (KAMINI i Indien). 233U er også det mest lovende brændstof til gasfase nukleare raketmotorer.

Andre kunstige isotoper af uran spiller ikke en væsentlig rolle.

Efter at de "nødvendige" isotoper 234U og 235U er udvundet af naturligt uran, kaldes det resterende råmateriale (238U) for "depleteret uran", det er halvt så radioaktivt som naturligt uran, hovedsageligt på grund af fjernelsen af ​​234U fra det. Da hovedanvendelsen af ​​uran er energiproduktion, er forarmet uran af denne grund et lavt brugsprodukt med lav økonomisk værdi. Men på grund af dens lave pris, samt dens høje tæthed og ekstremt høje indfangningstværsnit, bruges den til strålingsbeskyttelse og som ballast i rumfartsapplikationer såsom flykontroloverflader. Derudover bruges forarmet uran som ballast i rumlandere og kapsejladsbåde; i højhastigheds gyroskoprotorer, store svinghjul og ved boring af oliebrønde.

Den mest berømte brug af forarmet uran er dog i militære applikationer - som kerner til panserbrydende granater og moderne kampvognsrustninger, såsom M-1 Abrams kampvognen.

Mindre kendte anvendelser af uran involverer hovedsageligt dets forbindelser. Så en lille tilsætning af uran giver en smuk gul-grøn fluorescens til glas, nogle uranforbindelser er lysfølsomme, af denne grund blev uranylnitrat i vid udstrækning brugt til at forstærke negativer og farve (tone) positiver (fotografiske print) brun.

235U-carbid legeret med niobiumcarbid og zirconiumcarbid bruges som brændstof til nukleare jetmotorer. Legeringer af jern og forarmet uran (238U) bruges som kraftige magnetostriktive materialer. Natriumuranat Na2U2O7 blev brugt som et gult pigment i maleri; tidligere blev uranforbindelser brugt som maling til maling på porcelæn og til keramiske glasurer og emaljer (malet i farver: gul, brun, grøn og sort, afhængig af graden af ​​oxidation) .

Produktion

Uran fås fra uranmalme, som adskiller sig væsentligt i en række egenskaber (dannelsesbetingelser, "kontrast", indhold af nyttige urenheder osv.), hvoraf den vigtigste er procentdelen af ​​uran. Ifølge dette kriterium skelnes der mellem fem typer malme: meget rige (indeholder over 1 % uran); rig (1-0,5%); gennemsnit (0,5-0,25%); almindelig (0,25-0,1%) og dårlig (mindre end 0,1%). Men selv fra malme, der indeholder 0,01-0,015% uran, udvindes dette metal som et biprodukt.

Gennem årene med udvikling af uranråmaterialer er der udviklet mange metoder til at adskille uran fra malme. Dette skyldes både den strategiske betydning af uran i nogle områder og mangfoldigheden af ​​dets naturlige manifestationer. På trods af alle de mange forskellige metoder og råmaterialer, består enhver uranproduktion af tre faser: foreløbig koncentration af uranmalm; udvaskning af uran og opnåelse af tilstrækkeligt rene uranforbindelser ved udfældning, ekstraktion eller ionbytning. Dernæst, afhængigt af formålet med det resulterende uran, beriges produktet med 235U isotopen eller reduceres straks til elementært uran.

Så malmen er først koncentreret - klippen knuses og fyldes med vand. I dette tilfælde sætter de tungere elementer af blandingen sig hurtigere. I bjergarter, der indeholder primære uranmineraler, sker deres hurtige nedbør, da de er meget tunge. Når malme indeholdende sekundære uranmineraler koncentreres, aflejres gråbjergarter, som er meget tungere end de sekundære mineraler, men kan indeholde meget nyttige grundstoffer.

Uranmalme beriges næsten aldrig, med undtagelse af den organiske metode til radiometrisk sortering, baseret på γ-strålingen fra radium, som altid følger med uran.

Næste trin i uranproduktionen er udvaskning, og dermed bringes uranet i opløsning. Grundlæggende udvaskes malme med opløsninger af svovlsyre, nogle gange salpetersyre eller sodaopløsninger med overførsel af uran til en sur opløsning i form af UO2SO4 eller komplekse anioner og til en sodaopløsning i form af en 4-kompleks anion. Metoden, der anvender svovlsyre, er billigere, men den er ikke altid anvendelig, hvis råvaren indeholder tetravalent uran (uranharpiks), som ikke er opløseligt i svovlsyre. I sådanne tilfælde anvendes alkalisk udvaskning eller tetravalent uran oxideres til en hexavalent tilstand. Det er tilrådeligt at bruge kaustisk soda (kaustisk soda) ved udvaskning af malme indeholdende magnesit eller dolomit, som kræver for meget syre for at blive opløst.

Efter udvaskningstrinnet indeholder opløsningen ikke kun uran, men også andre grundstoffer, der ligesom uran ekstraheres med de samme organiske opløsningsmidler, afsættes på de samme ionbytterharpikser og udfældes under de samme betingelser. I en sådan situation, for selektivt at isolere uran, er det nødvendigt at bruge mange redoxreaktioner for at eliminere det uønskede element på forskellige stadier. En af fordelene ved ionbytnings- og ekstraktionsmetoder er, at uran udvindes ganske fuldstændigt fra dårlige opløsninger.

Efter alle ovenstående operationer omdannes uran til en fast tilstand - til en af ​​oxiderne eller til UF4-tetrafluorid. Sådant uran indeholder urenheder med et stort termisk neutronfangst tværsnit - lithium, bor, cadmium og sjældne jordarters metaller. I det endelige produkt bør deres indhold ikke overstige hundrede tusindedele og milliontedele af en procent! For at gøre dette opløses uran igen, denne gang i salpetersyre. Uranylnitrat UO2(NO3)2 under ekstraktion med tributylphosphat og nogle andre stoffer renses yderligere til de krævede standarder. Dette stof krystalliseres (eller udfældes) og calcineres omhyggeligt. Som et resultat af denne operation dannes urantrioxid UO3, som reduceres med brint til UO2. Ved temperaturer fra 430 til 600°C reagerer uranoxid med tørt hydrogenfluorid og bliver til UF4-tetrafluorid. Allerede fra denne forbindelse opnås uranmetal normalt ved hjælp af calcium eller magnesium ved almindelig reduktion.

Fysiske egenskaber

Uranmetal er meget tungt, det er to en halv gange tungere end jern og halvanden gang tungere end bly! Dette er et af de tungeste elementer, der er lagret i jordens tarme. Med sin sølvhvide farve og glans ligner uran stål. Rent metal Det er plastik, blødt, har en høj densitet, men er samtidig let at behandle. Uran er elektropositivt og har mindre paramagnetiske egenskaber - specifik magnetisk modtagelighed ved stuetemperatur er 1,72·10 -6, har lav elektrisk ledningsevne, men høj reaktivitet. Dette element har tre allotropiske modifikationer: α, β og γ. α-formen har et orthorhombisk krystalgitter med følgende parametre: a = 2,8538 Å, b = 5,8662 Å, c = 469557 Å. Denne form er stabil i temperaturområdet fra stuetemperatur til 667,7°C. Densiteten af ​​uran i α-formen ved en temperatur på 25°C er 19,05 ± 0,2 g/cm 3 . β-formen har et tetragonalt krystalgitter, stabilt i temperaturområdet fra 667,7°C til 774,8°C. Parametre for det tetragonale gitter: a = 10,759 Å, b = 5,656 Å. γ-form med en kropscentreret kubisk struktur, stabil fra 774,8°C til smeltepunkt (1132°C).

Alle tre faser kan ses under genvindingsprocessen af ​​uran. Til dette bruges et specielt apparat, som er et sømløst stålrør, som er foret med calciumoxid, dette er nødvendigt for at rørets stål ikke interagerer med uran. En blanding af urantetrafluorid og magnesium (eller calcium) fyldes i apparatet, hvorefter det opvarmes til 600 °C. Når denne temperatur er nået, tændes den elektriske tænder, og en eksoterm reduktionsreaktion, hvor den fyldte blanding smelter fuldstændigt. Flydende uran (temperatur 1132 ° C) synker på grund af sin vægt fuldstændigt til bunden. Efter fuldstændig aflejring af uran til bunden af ​​apparatet begynder afkøling, uran krystalliserer, dets atomer er arrangeret i streng rækkefølge og danner et kubisk gitter - dette er γ-fasen. Den næste overgang sker ved 774°C - kølemetallets krystalgitter bliver tetragonalt, hvilket svarer til β-fasen. Når temperaturen på barren falder til 668° C, omarrangerer atomerne igen deres rækker, arrangeret i bølger i parallelle lag - α-fasen. Yderligere sker der ingen ændringer.

De vigtigste parametre for uran refererer altid til α-fasen. Smeltepunkt (tsmeltning) 1132° C, kogepunkt for uran (tkoge) 3818° C. Specifik varmekapacitet ved stuetemperatur 27,67 kJ/(kg·K) eller 6,612 cal/(g·°С). Den elektriske resistivitet ved en temperatur på 25°C er cirka 3·10 -7 ohm·cm, og allerede ved 600°С er den 5,5·10 -7 ohm·cm. Urans varmeledningsevne ændrer sig også afhængigt af temperatur: i området 100-200 ° C er det lig med 28,05 W/(m K) eller 0,067 cal/(cm sek ° C), og når det øges til 400 ° C stiger op til 29,72 W/(m K) 0,071 cal/(cm sek ° C). Uran har superledningsevne ved 0,68 K. Den gennemsnitlige Brinell-hårdhed er 19,6 - 21,6·10 2 Mn/m 2 eller 200-220 kgf/mm 2.

Mange mekaniske egenskaber ved det 92. element afhænger af dets renhed og af termisk og mekanisk behandling. Altså for støbt uran trækstyrke ved stuetemperatur er 372-470 MN/m2 eller 38-48 kgf/mm2, det gennemsnitlige elasticitetsmodul er 20,5·10 -2 MN/m2 eller 20,9·10 -3 kgf/mm2. Styrken af ​​uran stiger efter quenching fra β- og γ-faserne.

Bestråling af uran med en neutronflux, interaktion med vandkølende brændselselementer lavet af metallisk uran og andre driftsfaktorer i kraftige termiske neutronreaktorer - alt dette fører til ændringer i urans fysiske og mekaniske egenskaber: metallet bliver skørt, kryber udvikler sig, og produkter fremstillet af metallisk uran deformeres . Af denne grund bruges uranlegeringer, for eksempel med molybdæn, i atomreaktorer; en sådan legering er modstandsdygtig over for vand, styrker metallet og opretholder et kubisk gitter ved høj temperatur.

Kemiske egenskaber

Kemisk er uran et meget aktivt metal. I luften oxiderer det med dannelse af en iriserende film af UO2-dioxid på overfladen, som ikke beskytter metallet mod yderligere oxidation, som det sker med titanium, zirconium og en række andre metaller. Med oxygen danner uran UO2-dioxid, UO3-trioxid og et stort antal mellemoxider, hvoraf den vigtigste er U3O8; egenskaberne af disse oxider ligner UO2 og UO3. I pulveriseret tilstand er uran pyrofor og kan antændes ved let opvarmning (150 °C og derover), forbrænding er ledsaget af en lys flamme, der i sidste ende danner U3O8. Ved en temperatur på 500-600 °C interagerer uran med fluor og danner grønne nåleformede krystaller, tungtopløselige i vand og syrer - urantetrafluorid UF4, samt UF6 - hexafluorid (hvide krystaller, der sublimerer uden at smelte ved en temperatur på ca. 56,4 °C). UF4, UF6 er eksempler på samspillet mellem uran og halogener til dannelse af uranhalogenider. Uran kombineres let med svovl og danner en række forbindelser, hvoraf den vigtigste er amerikansk - nukleart brændsel. Uran reagerer med brint ved 220 °C og danner hydridet UH3, som er kemisk meget aktivt. Ved yderligere opvarmning nedbrydes UH3 til brint og pulveriseret uran. Interaktion med nitrogen sker ved højere temperaturer - fra 450 til 700 °C og atmosfærisk tryk - nitrid U4N7 opnås; med stigende nitrogentryk ved samme temperaturer kan UN, U2N3 og UN2 opnås. Ved højere temperaturer (750-800 °C) reagerer uran med kulstof og danner UC monocarbid, UC2 dicarbid og også U2C3. Uran reagerer med vand og danner UO2 og H2, langsommere med koldt vand og mere aktivt med varmt vand. Derudover sker reaktionen også med vanddamp ved temperaturer fra 150 til 250 °C. Dette metal opløses i saltsyre HCl og salpetersyre HNO3, mindre aktivt i højt koncentreret flussyre, og reagerer langsomt med svovlsyre H2SO4 og orthophosphorsyre H3PO4. Produkterne af reaktioner med syrer er tetravalente uransalte. Fra uorganiske syrer og salte af nogle metaller (guld, platin, kobber, sølv, tin og kviksølv) er uran i stand til at fortrænge brint. Uran interagerer ikke med alkalier.

I forbindelser er uran i stand til at udvise følgende oxidationstilstande: +3, +4, +5, +6, nogle gange +2. U3+ findes ikke i naturen og kan kun fås i laboratoriet. Forbindelser af pentavalent uran er for størstedelens vedkommende ustabile og nedbrydes ret let til forbindelser af tetravalent og hexavalent uran, som er de mest stabile. Hexavalent uran er karakteriseret ved dannelsen af ​​uranylionen UO22+, hvis salte er gule og meget opløselige i vand og mineralsyrer. Et eksempel på hexavalente uranforbindelser er urantrioxid eller uranhydrid UO3 (orange pulver), som er et amfotert oxid. Ved opløsning i syrer dannes salte, for eksempel uran uranchlorid UO2Cl2. Når alkalier virker på opløsninger af uranylsalte, opnås salte af uransyre H2UO4 - uranater og diuransyre H2U2O7 - diuranater, for eksempel natriumuranat Na2UO4 og natriumdiuranat Na2U2O7. Salte af tetravalent uran (urantetrachlorid UCl4) er grønne og mindre opløselige. Når de udsættes for luft i lang tid, er forbindelser, der indeholder tetravalent uran, normalt ustabile og bliver til hexavalente. Uranylsalte såsom uranylchlorid nedbrydes i nærvær af skarpt lys eller organisk stof.