Уран є одним з важких металевих елементів таблиці Менделєєва. Уран знаходить широке застосування в енергетичній та військовій промисловості. У таблиці Менделєєва його можна знайти під номером 92 і позначається латинською літерою U масовим числом 238.
Як було відкрито Уран
Взагалі такий хімічний елемент як уран був відомий дуже давно. Відомо, що ще до нашої ери природний окис урану використовувався для виготовлення жовтої глазурі для кераміки. Відкриття цього елемента сталося можна вважати 1789 року, коли німецький хімік, на ім'я Мартін Генріх Клапрот, відновив із руди чорний металоподібний матеріал. Цей матеріал Мартін вирішив назвати Ураном, щоб підтримати назву нової відкритої планети з однойменною назвою (цього ж року було відкрито планету Уран). У 1840 року було виявлено, що це матеріал відкритий Клапротом, виявився оксидом Урана попри характерний металевий блиск. Ежен Мелькіор Пеліго з оксиду синтезував атомарний Уран і визначив його атомну вагу рівну 120 а.е., а в 1874 Менделєєв подвоїв це значення, помістивши його в найдальшу клітинку своєї таблиці. Лише через 12 років рішення Менделєєва про подвоєння маси було підтверджено дослідами німецького хіміка Циммермана.
Де і як добувають Уран
Уран є досить поширеним елементом, але він поширений як уранової руди. Щоб ви розуміли, зміст її у земній корі становить 0.00027% від загальної маси Землі. Урановая руда зазвичай входить до складу кислих мінеральних порід із високим вмістом кремнію. Основними видами уранових руд є настуран, карнотит, казоліт та самарскіт. Найбільші запаси уранових руд з урахуванням резервних родовищ є такі країни як Австралія, Росія та Казахстан, причому з усіх перерахованих Казахстан займає позицію, що лідирує. Видобуток урану є дуже не простою та дорогою процедурою. Не всі країни можуть дозволити собі добувати і синтезувати чистий уран. Технологія виробництва виглядає так: руда або мінерали видобуваються в шахтах, порівняно золоту або дорогоцінного каміння. Добуті породи дроблять і змішують із водою у тому, щоб відокремити уранову пил від інших. Уранова пил дуже важка і тому вона випадає в осад швидше за інших. Наступним кроком є очищення уранового пилу від інших порід шляхом кислотного або лужного вилуговування. Процедура виглядає приблизно так: уранова суміш нагрівають до 150 °С і подають чистий кисень під тиском. В результаті утворюється сірчана кислота, яка очищає уран від інших домішок. Ну і на заключному етапі відбирають чисті частинки урану. Крім уранового пилу, там трапляються й інші корисні мінерали.
Небезпека радіоактивного випромінювання урану
Всі чудово знають таке поняття як радіоактивне випромінювання і те, що воно завдає непоправної шкоди здоров'ю, що призводить до смерті. Уран є одним із таких елементів, який за певних умов може випускати радіоактивне випромінювання. У вільній формі залежно від його різновиду він може випускати альфа та бета-промені. Альфа промені не становлять великої небезпеки для людини, якщо опромінення є зовнішнім так як у цього випромінювання мала проникаюча здатність, але при попаданні всередину організму вони завдають непоправної шкоди. Для стримування зовнішніх альфа променів вистачить навіть аркуша паперу. З бета випромінюванням справи серйозніше, але не набагато. Проникаюча здатність бета-випромінювання вище, ніж у альфа-випромінювання, але для стримування бета-випромінювання знадобиться 3-5 мм тканина. Ви скажете, як так? Уран є радіоактивним елементом, який використовується в ядерній зброї! Все вірно, він використовується в ядерній зброї, яка завдає колосальної шкоди всьому живому. Просто при детонуванні ядерної боєголовки, основну шкоду живим організмам завдають гамма випромінювання та потік нейтронів. Дані види випромінювань утворюються в результаті термоядерної реакції під час вибуху боєголовки, яка виводить частки урану зі стабільного стану та знищує все живе на землі.
Різновиди урану
Як говорилося вище, уран має кілька різновидів. Різновиди мають на увазі наявність ізотопів, щоб ви розуміли ізотопи мають на увазі собою однакові елементи, але з різними масовими числами.
Отже існують два види:
- природний;
- Штучний;
Як ви вже здогадалися природний котрий видобувають із землі, а штучні люди виробляють самостійно. До природних відносять ізотопи урану з масовим числом 238, 235 та 234. Причому U-234 є дочірнім від U-238, тобто перший виходить від розпаду другого у природних умовах. Друга група ізотопів, яку створюють штучно, має масові числа від 217 до 242. Кожен із ізотопів має різні властивості і характеризується різною поведінкою за певних умов. Залежно від потреб, вчені ядерники намагаються знайти всілякі рішення проблем, адже кожен ізотоп має різну енергетичну цінність.
Періоди напіврозпаду
Як уже говорилося вище, кожен з ізотопів урану має різну енергетичну цінність і різні властивості, одним з яких є напіврозпад. Для того щоб розуміти, що це таке потрібно почати з визначення. Періодом напіврозпаду називається час, за яке число радіоактивних атомів зменшується в двоє. Період напіврозпаду впливає на багато факторів, наприклад можна навести його енергетичну цінність або повне очищення. Якщо приклад взяти останнє можна вважати за який проміжок часу відбудеться повна очищення від радіоактивного зараження землі. Напіврозпади ізотопів урану:
Як можна побачити з таблиці період напіврозпаду ізотопів варіюється від хвилин до сотень мільйонів років. Кожен їх знаходить собі застосування у різних галузях життєдіяльності людей.
Застосування
Застосування урану дуже широко у багатьох сферах діяльності, але найбільшу цінність представляє в енергетичній та військовій сфері. Найбільший інтерес має ізотоп U-235. Його перевага в тому, що він здатний самостійно підтримувати ланцюгову ядерну реакцію, яка широко використовується у військовій справі для виготовлення ядерної зброї та як паливо в ядерних реакторах. Крім цього, уран широко застосовується в геології для визначення віку мінералів і гірських порід, а також для визначення протікання геологічних процесів. В автомобілебудуванні та літакобудуванні обідній уран використовується як противага та центрувальний елемент. Також застосування було знайдено в живописі, а конкретніше як фарба по порцеляні та для виготовлення керамічних глазурів та емалей. Ще одним цікавим моментом можна вважати застосування обіднього урану для захисту від радіоактивного випромінювання, як це дивно не звучить.
Уран(лат. uranium), u, радіоактивний хімічний елемент III групи періодичної системи Менделєєва, відноситься до сімейства актиноїдів,атомний номер 92, атомна маса 238029; метал. Природний У. складається із суміші трьох ізотопів: 238 u – 99,2739% з періодом напіврозпаду t 1 / 2 = 4,51 · 10 9 років, 235 u – 0,7024% (t 1 / 2 = 7,13 · 10 8 років) та 234 u - 0,0057% (t 1 / 2 = 2,48 · 10 5 років). З 11 штучних радіоактивних ізотопів з масовими числами від 227 до 240 довгоживучих - 233 u (t 1 / 2 = 1,62 · 10 5 років); він виходить при нейтронному опроміненні торію. 238 u та 235 u є родоначальниками двох радіоактивних рядів.
Історична довідка. У. відкрито у 1789 ньому. хіміком М. Г. Клапротом і названо їм на честь планети Уран, відкритої Ст. Гершелему 1781. У металевому стані У. отримано у 1841 франц. хіміком Е. Пеліго при відновленні ucl 4 металевим калієм. Спочатку У. приписували атомну масу 120, і лише 1871 Д. І. Менделєєвдійшов висновку, що цю величину треба подвоїти.
Довгий час уран представляв інтерес тільки для вузького кола хіміків і знаходив обмежене застосування для виробництва фарб та скла. З відкриттям явища радіоактивностіУ. в 1896 і радіяв 1898 почалася промислова переробка уранових руд з метою вилучення та використання радію у наукових дослідженнях та медицині. З 1942, після відкриття в 1939 явища розподілу ядер , У. став основним ядерним паливом.
Поширення у природі. У. – характерний елемент для гранітного шару та осадової оболонки земної кори. Середній вміст У. у земній корі (кларк) 2,5 · 10 -4 % за масою, у кислих вивержених породах 3,5 · 10 -4 %, у глинах та сланцях 3,2 · 10 -4 %, в основних породах 5 · 10 -5 %, в ультраосновних породах мантії 3 · 10 -7 %. У. енергійно мігрує у холодних та гарячих, нейтральних та лужних водах у формі простих та комплексних іонів, особливо у формі карбонатних комплексів. Важливу роль у геохімії У. відіграють окислювально-відновні реакції, оскільки сполуки У., як правило, добре розчиняються у водах з окисним середовищем і погано розчиняються у водах із відновним середовищем (наприклад, сірководневих).
Відомо близько 100 мінералів У.; промислове значення мають 12 із них . У ході геологічної історії зміст У. у земній корі зменшився рахунок радіоактивного розпаду; з цим процесом пов'язане накопичення у земній корі атомів РЬ, Не. Радіоактивний розпад У. відіграє важливу роль в енергетиці земної кори, будучи суттєвим джерелом глибинного тепла.
Фізичні характеристики. У. за кольором нагадує сталь, легко піддається обробці. Має три алотропічні модифікації – a, b та g з температурами фазових перетворень: a ®b 668,8±0,4°c, b® g 772,2 ± 0,4 °С; a -форма має ромбічну решітку a= 2.8538 å, b= 5,8662 å, з= 4,9557 å), b -форма – тетрагональні грати (при 720 °С а = 10,759 , b= 5,656 å), g -форма – об'ємноцентровані кубічні грати (при 850°c а = 3,538 å). Щільність У. в -формі (25°c) 19,05 ± 0,2 г/см 3 , tпл 1132 ± 1°С; t kіп 3818 ° С; теплопровідність (100-200 ° c), 28,05 вт/(м· До) , (200–400 °c) 29,72 вт/(м· До); питома теплоємність (25 ° c) 27,67 кдж/(кг· До); питомий електроопір при кімнатній температурі близько 3 · 10 -7 ом· см,при 600 ° c 5,5 · 10 -7 ом· см;має надпровідність при 0,68 ± 0,02К; слабкий парамагнетик, питома магнітна сприйнятливість за кімнатної температури 1,72 · 10 -6 .
Механічні властивості У. залежать від його чистоти, від режимів механічної та термічної обробки. Середнє значення модуля пружності для литого У. 20,5 · 10 -2 Мн/м 2 межа міцності при розтягуванні за кімнатної температури 372–470 Мн/м 2 , міцність підвищується після гарту з b - і g -фаз; середня твердість за Брінеллем 19,6–21,6 · 10 2 Мн/м 2 .
Опромінення потоком нейтронів (яке має місце в ядерному реакторі) змінює фізико-механічні властивості У.: розвивається повзучість та підвищується крихкість, спостерігається деформація виробів, що змушує використовувати У. у ядерних реакторах у вигляді різних уранових сплавів.
У. – Радіоактивний елемент.Ядра 235 u та 233 u діляться спонтанно, а також при захопленні як повільних (теплових), так і швидких нейтронів з ефективним перерізом розподілу 508 · 10 -24 см 2 (508 барн) та 533 · 10 -24 см 2 (533 барн) відповідно. Ядра 238 u діляться при захопленні тільки швидких нейтронів з енергією щонайменше 1 Мев;при захопленні повільних нейтронів 238 u перетворюється на 239 pu , ядерні властивості якого близькі до 235 u. Критич. маса У. (93,5% 235 u) у водних розчинах становить менше 1 кг,для відкритої кулі – близько 50 кг, для кулі з відбивачем – 15 – 23 кг;критична маса 233 u - приблизно 1/3 критичної маси 235 u.
Хімічні характеристики. Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома У. 7 s 2 6 d 1 5 f 3 . У. відноситься до реакційноздатних металів, у сполуках виявляє ступеня окислення + 3, + 4, + 5, + 6, іноді + 2; найбільш стійкі сполуки u(iv) та u(vi). На повітрі повільно окислюється з утворенням на поверхні плівки двоокису, який не захищає метал від подальшого окислення. У порошкоподібному стані У. пірофорен і горить яскравим полум'ям. З киснем утворює двоокис uo 2 , трикіс uo 3 і велика кількість проміжних оксидів, найважливіший з яких u 3 o 8 . Ці проміжні окис за властивостями близькі до uo 2 і uo 3 . При високих температурах uo 2 має широку область гомогенності від uo 1,60 до uo 2,27. З фтором при 500–600°C утворює тетрафторидирд (зелені голчасті кристали, малорозчинні у воді та кислотах) та гексафторид uf 6 (біла кристалічна речовина, що виганяється без плавлення при 56,4°c); з сіркою – ряд сполук, у тому числі найбільше значення має us (ядерне пальне). При взаємодії У. з воднем при 220 ° С виходить гідрид uh 3; з азотом при температурі від 450 до 700 °С і атмосферному тиску - нітрид u 4 n 7 при більш високому тиску азоту і тій же температурі можна отримати un, u 2 n 3 і un 2 ; з вуглецем при 750–800°c – монокарбід uc, дикарбід uc 2 , а також u 2 c 3 ; з металами утворює сплави різних типів . У. повільно реагує з киплячою водою з утворенням uo 2 і h 2 з водяною парою - в інтервалі температур 150-250 ° С; розчиняється в соляній та азотній кислотах, слабко – у концентрованій плавиковій кислоті. Для u (vi) характерно утворення іона уранила uo 2 2 +; солі уранілу пофарбовані в жовтий колір і добре розчиняються у воді та мінеральних кислотах; солі u(iv) забарвлені в зелений колір і менш розчинні; іон ураніл надзвичайно здатний до комплексоутворення у водних розчинах як з неорганічними, так і з органічними речовинами; найбільш важливі для технології карбонатні, сульфатні, фторидні, фосфатні та ін комплекси. Відомо велика кількість уранатів (солей не виділеної у чистому вигляді уранової кислоти), склад яких змінюється залежно від умов одержання; всі уранати мають низьку розчинність у воді.
У. та його сполуки радіаційно та хімічно токсичні. Гранично допустима доза (ПДР) при професійному опроміненні 5 берна рік.
Отримання. У. одержують з уранових руд, що містять 0,05-0,5% u. Руди практично не збагачуються, за винятком обмеженого способу радіометричного сортування, заснованого на випромінюванні радію, завжди супутнього урану. В основному руди вилуговують розчинами сірчаної, іноді азотної кислот або розчинами соди з перекладом У. в кислий розчин у вигляді uo 2 so 4 або комплексних аніонів 4-, а в содовий розчин - у вигляді 4-. Для вилучення та концентрування У. з розчинів та пульп, а також для очищення від домішок застосовують сорбцію на іонообмінних смолах та екстракцію органічними розчинниками (трибутилфосфат, алкілфосфорні кислоти, аміни). Далі з розчинів додаванням луги осаджують уранати амонію або натрію або гідроксид u(oh) 4 . Для отримання сполук високого ступеня чистоти технічні продукти розчиняють в азотній кислоті і піддають афінажним операціям очищення кінцевими продуктами яких є uo 3 або u 3 o 8 ; ці оксиди при 650-800°C відновлюються воднем або дисоційованим аміаком до uo 2 з подальшим переведенням його в uf 4 обробкою газоподібним фтористим воднем при 500-600°C. uf 4 може бути отриманий також при осадженні кристалогідрату uf 4 · nh 2 o плавиковою кислотою з розчинів з подальшим зневодненням продукту при 450°c в струмі водню. У промисловості основним способом отримання У. з uf 4 є його кальцієтермічне або магнієтермічне відновлення з виходом У. у вигляді злитків масою до 1,5 т. Зливки рафінуються у вакуумних печах.
Дуже важливим процесом у технології У. є збагачення його ізотопом 235 u вище за природний вміст у рудах або виділення цього ізотопу в чистому вигляді , оскільки саме 235 u – основне ядерне пальне; здійснюється це методами газової термодифузії, відцентровими та ін методами, заснованими на відмінності мас 235 u і 238 u; у процесах поділу У. використовується у вигляді летючого гексафториду uf 6 . При отриманні У. високого ступеня збагачення чи ізотопів враховуються їхні критичні маси; найбільш зручний спосіб у цьому випадку - відновлення оксидів У. кальцієм; шлак, що утворюється при цьому, легко відділяється від У. розчиненням в кислотах.
Для отримання порошкоподібного У., двоокису, карбідів, нітридів та ін тугоплавких сполук застосовуються методи порошкової металургії.
Застосування. Металевий У. або його сполуки використовуються в основному як ядерне паливо ядерних реакторів.Природна або малозбагачена суміш ізотопів У. застосовується в стаціонарних реакторах атомних електростанцій, продукт високого ступеня збагачення – ядерних силових установкахабо у реакторах, що працюють на швидких нейтронах. 235 u є джерелом ядерної енергії в ядерної зброї. 238 u служить джерелом вторинного ядерного пального – плутонію.
В. М. Куліфєєв.
Уран в організмі. У мікрокількостях (10 -5 -10 -5 %) виявляється у тканинах рослин, тварин та людини. У золі рослин (при вмісті У. у ґрунті близько 10 -4) його концентрація становить 1,5 · 10 -5 %. Найбільше У. накопичується деякими грибами і водоростями (останні беруть активну участь у біогенної міграції У. по ланцюгу вода – водні рослини – риба – людина). В організм тварин і людини У. надходить з їжею та водою до шлунково-кишкового тракту, з повітрям у дихальні шляхи, а також через шкірні покриви та слизові оболонки. З'єднання У. всмоктуються в шлунково-кишковому тракті - близько 1% від кількості розчинних сполук, що надходить, і не більше 0,1% важкорозчинних; у легень всмоктуються відповідно 50% та 20%. Розподіляється У. в організмі нерівномірно. Основні депо (місця відкладення та накопичення) – селезінка, нирки, скелет, печінка і, при вдиханні важкорозчинних сполук, – легкі та бронхолегеневі лімфатичні вузли. У крові У. (у вигляді карбонатів та комплексів з білками) довго не циркулює. Зміст У. в органах та тканинах тварин і людини не перевищує 10 -7 г/г. Так, кров великої рогатої худоби містить 1 · 10 -8 г/мл,печінка 8 · 10 -8 г/р,м'язи 4 · 10 -8 г/р,селезінка 9 · 10 -8 г/г. Зміст У. в органах людини становить: у печінці 6 · 10 -9 г/г, у легень 6 · 10 -9 –9 · 10 -9 г/г, у селезінці 4,7 · 10 -9 г/г, у крові 4 · 10 -9 г/мл,у нирках 5,3 · 10 -9 (кірковий шар) та 1,3 · 10 -9 г/г(мозковий шар), у кістках 1 · 10 -9 г/г, у кістковому мозку 1 · 10 -9 г/г, у волоссі 1,3 · 10 -7 г/г. У., що міститься в кістковій тканині, зумовлює її постійне опромінення (період напіввиведення У. зі скелета близько 300 добу) . Найменші концентрації У. – у головному мозку та серці (10 -10 г/г). Добове надходження У. з їжею та рідинами – 1,9 · 10 -6 г, зповітрям – 7 · 10 -9 г. Добове виведення У. з організму людини складає: із сечею 0,5 · 10 -7 –5 · 10 -7 , з калом – 1,4 · 10 -6 –1,8 · 10 -6 г, зволоссям - 2 · 10 -8 р.
За даними Міжнародної комісії з радіаційного захисту, середній вміст У. в організмі людини 9 · 10 -8 р. Ця величина для різних районів може змінюватись. Вважають, що У. необхідний нормальної життєдіяльності тварин і рослин, проте його фізіологічні функції не з'ясовані.
Г. П. Галібін.
Токсична дія У. обумовлено його хімічними властивостями і залежить від розчинності: більш токсичні ураніл та ін. розчинні сполуки У. Отруєння У. та його сполуками можливі на підприємствах з видобутку та переробки уранової сировини та ін. При попаданні в організм У. діє на всі органи та тканини, будучи загальноклітинною отрутою. Ознаки отруєння обумовлені переважно. ураженням нирок (поява білка та цукру в сечі, наступна олігурія) , уражаються також печінка та шлунково-кишковий тракт. Розрізняють гострі та хронічні отруєння; останні характеризуються поступовим розвитком та меншою вираженістю симптомів. При хронічній інтоксикації можливі порушення кровотворення, нервової системи та ін. Вважають, що молекулярний механізм дії У. пов'язаний з його здатністю пригнічувати активність ферментів.
Профілактика отруєнь: безперервність технологічних процесів, використання герметичної апаратури, попередження забруднення повітряного середовища, очищення стічних вод перед спуском їх у водоймища, мед. контроль за станом здоров'я робітників, за дотриманням гігієнічних нормативів допустимого змісту У. та його сполук у навколишньому середовищі.
В. Ф. Кирилов.
Літ.:Вчення про радіоактивність. Історія та сучасність, під ред. Би. М. Кедрова, М., 1973; Петросьянц А. М., Від наукового пошуку до атомної промисловості, М., 1970; Ємельянов Ст С., Євстюхін А. І., Металургія ядерного пального, М., 1964; Сокурський Ю. Н., Стерлін Я. М., Федорченко Ст А., Уран та його сплави, М., 1971; Євсєєва Л. С., Перельман А. І., Іванов До. Є., Геохімія урану в зоні гнпергенізу, 2 видавництва, М., 1974; Фармакологія та токсикологія уранових сполук [пер. з англ.], т. 2, М., 1951; Гуськова Ст Н., Уран. Радіаційно-гігієнічна характеристика, М., 1972; Андрєєва О. С., Гігієна праці при роботі з ураном та його сполуками, М., 1960; Новіков Ю. В, Гігієнічні питання вивчення вмісту урану у зовнішньому середовищі та його впливу на організм, М., 1974.
Коли було відкрито радіоактивні елементи таблиці Менделєєва, людина згодом придумав їм застосування. Так сталося з ураном. Його використовували і для військових, і для мирних цілей. Уранова руда перероблялася, отриманий елемент застосовувався в лакофарбовій та скляній промисловості. Після того, як була виявлена його радіоактивність, його стали використовувати в Наскільки чистим та екологічним є дане паливо? Про це сперечаються досі.
Природний уран
У природі урану у чистому вигляді немає - він є компонентом руди і мінералів. Основна уранова руда - це карнотит та настуран. Також значні поклади цього стратегічного виявлені в рідкісноземельних та торфії мінералах - ортиті, титаніті, цирконі, монациті, ксенотимі. Поклади урану можна виявити в породах з кислим середовищем та високими концентраціями кремнію. Його супутники - кальцит, галеніт, молібденіт та ін.
Світові родовища та запаси
На сьогоднішній день розвідано безліч родовищ у 20-кілометровому шарі земної поверхні. У всіх них міститься величезна кількість тонн урану. Ця кількість здатна забезпечити людство енергією на багато сотень років наперед. Країнами-лідерами, у яких уранова руда перебуває у найбільшому обсязі, є Австралія, Казахстан, Росія, Канада, ПАР, Україна, Узбекистан, США, Бразилія, Намібія.
Види урану
Радіоактивність зумовлює властивості хімічного елемента. Природний уран складають три його ізотопи. Два є родоначальниками радіоактивних рядів. Природні ізотопи урану використовують при створенні палива для ядерних реакцій та зброї. Також уран-238 є сировиною для отримання плутонію-239.
Ізотопи урану U234 є дочірніми нуклідами U238. Саме вони визнані найактивнішими та забезпечують сильну радіацію. Ізотоп U235 в 21 разів слабший, хоча його успішно застосовують для зазначених цілей - він має здатність підтримувати без додаткових каталізаторів.
Крім природних, існують і штучні ізотопи урану. Сьогодні таких відомо 23, найважливіші з них - U233. Його виділяє здатність активізуватися під впливом повільних нейтронів, тоді як для інших потрібні швидкі частки.
Класифікація руди
Хоча уран можна знайти практично скрізь - навіть у живих організмах - пласти, в яких він міститься, можуть бути різними за своїм типом. Від цього залежить і методи видобутку. Уранова руда класифікується за такими параметрами:
- Умови освіти - ендогенні, екзогенні та метаморфогенні руди.
- Характер уранової мінералізації - первинні, окислені та змішані руди урану.
- Розмір агрегатів та зерен мінералів - крупнозернисті, середньозернисті, дрібнозернисті, тонкозернисті та дисперсні фракції руди.
- Корисність домішок – молібденові, ванадієві, тощо.
- Склад домішок – карбонатні, силікатні, сульфідні, залізоокисні, каустобіолітові.
Залежно від того, як класифікується уранова руда, є спосіб вилучення з неї хімічного елемента. Силікатна обробляється різними кислотами, карбонатні – содовими розчинами, каустобіолітові збагачують спалюванням, а залізоокисні плавлять у домні.
Як видобувають уранову руду
Як і в будь-якій гірничодобувній справі, існує певна технологія та способи вилучення урану з породи. Все залежить і від того, який саме ізотоп знаходиться в пласті літосфери. Видобуток уранової руди здійснюється трьома способами. Економічно обґрунтованим виділення елемента із скельної породи є при вмісті його обсягом 0,05-0,5%. Існує шахтний, кар'єрний та вилуговуючий спосіб видобутку. Застосування кожного залежить від складу ізотопів і глибини залягання породи. Кар'єрний видобуток уранової руди можливий при неглибокому заляганні. Ризик опромінення мінімальний. Немає проблем з технікою – широко застосовуються бульдозери, навантажувачі, самоскиди.
Шахтний видобуток - складніший. Цей спосіб застосовується при заляганні елемента на глибині до 2 кілометрів та економічної рентабельності. Порода повинна містити високу концентрацію урану, щоб видобувати її було доцільно. У штольні забезпечують максимальну безпеку, це пов'язано з тим, як добувають уранову руду під землею. Робітники забезпечуються спецодягом, режим роботи – строго лімітований. Шахти обладнуються ліфтами, посиленою вентиляцією.
Вилужування - третій спосіб - найбільш чистий з екологічної точки зору та безпеки співробітників видобувного підприємства. Через систему свердловин закачується спеціальний хімічний розчин. Він розчиняється у пласті та насичується урановими сполуками. Потім розчин викачується та відправляється на обробні підприємства. Цей метод прогресивніший, він дозволяє зменшити економічні витрати, хоча для його застосування є ціла низка обмежень.
Родовища в Україні
Країна виявилася щасливою володаркою родовищ елемента, з якого виробляють. За прогнозами, уранові руди України містять до 235 тонн сировини. В даний час отримали підтвердження лише родовища, в яких міститься близько 65 тонн. Певного обсягу вже вироблено. Частину урану використано всередині країни, частину відправлено на експорт.
Основним родовищем вважається Кіровоградський урановорудний район. Вміст урану невеликий - від 0,05 до 0,1% на тонну породи, тому висока собівартість матеріалу. У результаті отриману сировину обмінюють у Росії готові твели для електростанцій.
Другим великим родовищем є Новокостянтинівське. Зміст урану у породі дозволило знизити собівартість проти Кіровоградським майже 2 разу. Однак із 90-х років розробки не проводяться, всі шахти затоплено. У зв'язку з загостренням політичних відносин з Росією Україна може залишитися без палива
Російська уранова руда
З видобутку урану Росія знаходиться на п'ятому місці серед інших країн світу. Найвідоміші і найпотужніші - це Хіагдинське, Кільчиканське, Джерело, Кореткондинське, Намаруське, Добринське (республіка Бурятія), Аргунське, Жерлове.
Трохи по-іншому справи з родовищами в Бурятії і Кургані. Урановая руда у Росії у цих регіонах залягає в такий спосіб, що дозволяє добувати сировину шляхом вилуговування.
Загалом у Росії прогнозуються поклади 830 тонн урану, підтверджених запасів є близько 615 тонн. Це ще родовища в Якутії, Карелії та інших регіонах. Оскільки уран є стратегічною світовою сировиною, цифри можуть бути неточними, оскільки багато даних є засекреченими, доступ до них має лише певна категорія людей.
УРАН (назвою на честь відкритої незадовго до нього планети Уран; лат. uranium * а. uranium; н. Uran; ф. uranium; і. uranio), U, — радіоактивний хімічний елемент III групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 92, атомна маса 238,0289, відноситься до актиноїдів. Природний уран складається з суміші трьох ізотопів: 238 U (99,282%, Т 1/2 4,468.10 9 років), 235 U (0,712%, Т 1/2 0,704.10 9 років), 234 U (0,006%, 1 років). Відомо також 11 штучних радіоактивних ізотопів урану з масовими числами від 227 до 240. 238 U і 235 U - родоначальники двох природних рядів розпаду, в результаті якого вони перетворюються на стабільні ізотопи 206 Pb і 207 Pb відповідно.
Уран відкритий у 1789 у вигляді UO 2 німецьким хіміком М. Г. Клапротом. Металевий уран отримано 1841 французьким хіміком Еге. Пеліго. Тривалий час уран мав дуже обмежене застосування, і лише з відкриттям у 1896 р. радіоактивності почалося його вивчення та використання.
Властивості урану
У вільному стані уран є метал світло-сірого кольору; нижче 667,7°С для нього характерна ромбічна (а=0,28538 нм, b=0,58662 нм, с=0,49557 нм) кристалічні грати (а-модифікація), в інтервалі температур 667,7-774°С - Тетрагональна (а = 1,0759 нм, с = 0,5656 нм; Я-модифікація), при вищій температурі - об'ємноцентровані кубічні грати (а = 0,3538 нм, g-модифікація). Щільність 18700 кг/м 3 , t плавлення 1135°С, t кипіння близько 3818°С, молярна теплоємність 27,66 Дж/(моль.К), питомий електричний опір 29,0.10 -4 (Ом.м), теплопровідність 22, 5 Вт/(м.К), температурний коефіцієнт лінійного розширення 10,7.10 -6 -1 . Температура переходу урану в надпровідний стан 0,68 К; слабкий парамагнетик, питома магнітна сприйнятливість 1,72.10-6. Ядра 235 U і 233 U діляться спонтанно, а також при захопленні повільних та швидких нейтронів, 238 U ділиться тільки при захопленні швидких (більше 1 МеВ) нейтронів. При захопленні повільних нейтронів 238 U перетворюється на 239 Pu. Критична маса урану (93,5% 235U) у водних розчинах менше 1 кг для відкритої кулі близько 50 кг; для 233 U критичного Маса становить приблизно 1/3 від критичної маси 235 U.
Освіта та зміст у природі
Основний споживач урану – ядерна енергетика (ядерні реактори, ядерні силові установки). Крім того, уран застосовується для ядерної зброї. Всі інші сфери використання урану мають різко підпорядковане значення.
(за Полінгом)
U←U 3+ -1,66В
U←U 2+ -0,1В
| U | 92 |
| 238,0289 | |
| 5f 3 6d 1 7s 2 | |
| Уран | |
Уран(стара назва Ураній) - Хімічний елемент з атомним номером 92 в періодичній системі, атомна маса 238,029; позначається символом U ( Uranium), відноситься до сімейства актиноїдів.
Історія
Ще в найдавніші часи (I століття до нашої ери) природний окис урану використовувався для виготовлення жовтої глазурі для кераміки. Дослідження урану розвивалися, подібно породжуваної ним ланцюгової реакції. Спочатку відомості про його властивості, як і перші імпульси ланцюгової реакції, надходили з великими перервами, час від часу. Перша важлива дата в історії урану - 1789, коли німецький натурфілософ і хімік Мартін Генріх Клапрот відновив витягнуту з саксонської смоляної руди золотисто-жовту «землю» до чорної металоподібної речовини. На честь найдальшої з відомих тоді планет (відкритої Гершелем вісім років тому) Клапрот, вважаючи нову речовину елементом, назвав його ураном.
П'ятдесят років уран Клапроту вважався металом. Тільки 1841 р. Ежен Мелькіор Пеліго - французький хімік (1811-1890)] довів, що, незважаючи на характерний металевий блиск, уран Клапрота не елемент, а оксид UO 2. У 1840 р. Пеліго вдалося отримати справжній уран - важкий метал сіро сталевого кольору і визначити його атомну вагу. Наступний важливий крок у вивченні урану зробив у 1874 р. Д. І. Менделєєв. Спираючись на розроблену ним періодичну систему, він помістив уран у найдальшій клітині своєї таблиці. Насамперед атомну вагу урану вважали рівною 120. Великий хімік подвоїв це значення. Через 12 років передбачення Менделєєва було підтверджено дослідами німецького хіміка Циммермана.
Вивчення урану почалося з 1896 року: французький хімік Антуан Анрі Беккерель випадково відкрив Лучі Беккереля, які пізніше Марія Кюрі перейменувала на радіоактивність. У цей час французькому хіміку Анрі Муассану вдалося розробити спосіб отримання чистого металевого урану. У 1899 р. Резерфорд виявив, що випромінювання уранових препаратів неоднорідно, що є два види випромінювання - альфа-і бета-промені. Вони мають різний електричний заряд; далеко не однакові їх пробіг у речовині та іонізуюча здатність. Трохи згодом, у травні 1900 р., Поль Війар відкрив третій вид випромінювання — гамма-промені.
Ернест Резерфорд провів у 1907 р. перші досліди щодо визначення віку мінералів при вивченні радіоактивних урану та торію на основі створеної ним спільно з Фредеріком Содді (Soddy, Frederick, 1877—1956; Нобелівська премія з хімії, 1921) теорії радіо У 1913 р. Ф. Содді ввів поняття про ізотопах(від грец. ισος - "рівний", "однаковий", і τόπος - "місце"), а в 1920 р.передбачив, що ізотопи можна використовувати для визначення геологічного віку гірських порід. У 1928 р. Ніггот реалізував, а 1939 р. A.O.К.Нир (Nier,Alfred Otto Carl,1911 — 1994) створив перші рівняння до розрахунку віку і застосував мас-спектрометр поділу ізотопів.
У 1939 році Фредерік Жоліо-Кюрі і німецькі фізики Отто Фріш і Ліза Мейтнер відкрили невідоме явище, що відбувається з ядром урану при опроміненні його нейтронами. Відбувалося вибухове руйнування цього ядра з утворенням нових елементів набагато легших, ніж уран. Ця руйнація мала вибухоподібний характер, уламки продуктів розліталися в різні боки з величезними швидкостями. Таким чином, було відкрито явище, назване ядерною реакцією.
У 1939-1940 pp. Ю. Б. Харитон та Я. Б. Зельдович вперше теоретично показали, що при невеликому збагаченні природного урану ураном-235 можна створити умови для безперервного поділу атомних ядер, тобто надати процесу ланцюгового характеру.
Знаходження у природі
Уранінітова руда
Уран широко поширений у природі. Кларк урану становить 1 · 10 -3% (ваг.). Кількість урану в шарі літосфери завтовшки 20 км оцінюється в 1,3 10 14 т.
Основна маса урану знаходиться у кислих породах з високим вмістом кремнію. Значна маса урану сконцентрована в осадових породах, особливо збагачених органікою. У великих кількостях як домішка уран присутній у торієвих та рідкісноземельних мінералах (ортит, сфен CaTiO 3 , монацит (La, Ce) PO 4 , циркон ZrSiO 4 , ксенотим YPO4 та ін.). Найважливішими урановими рудами є настуран (уранова смолка), уранініт і карнотит. Основними мінералами - супутниками урану є молібденіт MoS 2 , галеніт PbS, кварц SiO 2 , кальцит CaCO 3 , гідромусковіт та ін.
| Мінерал | Основний склад мінералу | Вміст урану, % |
|---|---|---|
| Уранініт | UO 2 , UO 3 + ThO 2 , CeO 2 | 65-74 |
| Карнотит | K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 · 2H 2 O | ~50 |
| Казоліт | PbO 2 · UO 3 · SiO 2 · H 2 O | ~40 |
| Самарскіт | (Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th) · (Nb, Ta, Ti, Sn) 2 O 6 | 3.15-14 |
| Браннеріт | (U, Ca, Fe, Y, Th) 3 Ti 5 O 15 | 40 |
| Тюямуніт | CaO·2UO 3 ·V 2 O 5 ·nH 2 O | 50-60 |
| Цейнеріт | Cu(UO 2) 2 (AsO 4)2·nH 2 O | 50-53 |
| Отеніт | Ca(UO 2) 2 (PO 4) 2 ·nH 2 O | ~50 |
| Шрекінгерит | Ca 3 NaUO 2 (CO 3) 3 SO 4 (OH)·9H 2 O | 25 |
| Уранофан | CaO·UO 2 ·2SiO 2 ·6H 2 O | ~57 |
| Фергюсоніт | (Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O 4 | 0.2-8 |
| Торберніт | Cu(UO 2) 2 (PO 4) 2 ·nH 2 O | ~50 |
| Кофініт | U(SiO 4) 1-x (OH) 4x | ~50 |
Основними формами знаходження урану в природі є уранініт, настуран (уранова смолка) та уранові черні. Вони відрізняються лише формами знаходження; є вікова залежність: уранініт присутній переважно в древніх (докембрійських породах), настуран - вулканогенний і гідротермальний - переважно в палеозойських та молодших високо-і середньотемпературних утвореннях; уранові черні — в основному в молодих — кайнозойських та молодших утвореннях — переважно в низькотемпературних осадових породах.
Зміст урану у земної корі становить 0,003 %, він у поверхневому шарі землі як чотирьох видів відкладень. По-перше, це жили уранініту, або уранової смолки (діоксид урану UO2), дуже багаті на уран, але рідко зустрічаються. Їм супроводжують відкладення радію, оскільки радійє прямим продуктом ізотопного розпаду урану. Такі жили зустрічаються в Заїрі, Канаді (Велике Ведмеже озеро), Чехіїі Франції. Другим джерелом урану є конгломерати торієвої та уранової руди разом із рудами інших важливих мінералів. Конгломерати зазвичай містять достатні для отримання кількості золотаі срібла, а супутніми елементами стають уран і торій. Великі родовища цих руд знаходяться в Канаді, ПАР, Росії та Австралії. Третім джерелом урану є осадові породи та пісковики, багаті мінералом карнотитом (ураніл-ванадат калію), який містить, крім урану, значну кількість ванадіята інших елементів. Такі руди зустрічаються у західних штатах США. Залізоранові сланці та фосфатні руди становлять четверте джерело відкладень. Багаті відкладення виявлено у глинистих сланцях Швеції. Деякі фосфатні руди Марокко та США містять значні кількості урану, а фосфатні поклади Анголіі Центральноафриканській Республіці ще багаті ураном. Більшість лігнітів і деякі вугілля зазвичай містять домішки урану. Багаті ураном відкладення лігнітів виявлені в Північній та Південній Дакоті (США) та бітумному вугіллі Іспаніїі Чехії
Ізотопи урану
Природний уран складається із суміші трьох ізотопів: 238 U - 99,2739% (період напіврозпаду). T 1/2 = 4,468 × 109 років), 235 U - 0,7024% ( T 1/2 = 7,038 × 10 8 років) і 234 U - 0,0057% ( T 1/2 = 2,455 10 5 років). Останній ізотоп не є первинним, а радіогенним, він входить до складу радіоактивного ряду 238 U.
Радіоактивність природного урану обумовлена переважно ізотопами 238 U і 234 U, у рівновазі їх питомі активності рівні. Питома активність ізотопу 235 U у природному урані у 21 разів менша за активність 238 U.
Відомо 11 штучних радіоактивних ізотопів урану з масовими числами від 227 до 240. Найбільш довгоживучий з них - 233 U ( T 1/2 = 1,62×10 5 років) виходить при опроміненні торію нейтронами і здатний до спонтанного поділу тепловими нейтронами.
Ізотопи урану 238 U та 235 U є родоначальниками двох радіоактивних рядів. Кінцевими елементами цих рядів є ізотопи свинцю 206 Pb та 207 Pb.
У природних умовах поширені переважно ізотопи 234 U: 235 U : 238 U= 0,0054: 0,711: 99,283. Половина радіоактивності природного урану обумовлена ізотопом 234 U. Ізотоп 234 Uутворюється за рахунок розпаду 238 U. Для двох останніх на відміну від інших пар ізотопів і незалежно від високої міграційної здатності урану характерна географічна сталість відношення. Розмір цього відношення залежить від віку урану. Численні натурні виміри показали його незначні коливання. Так, у ролах величина цього відношення щодо еталона змінюється в межах 0,9959 -1,0042, у солях - 0,996 - 1,005. В мінералах, що містять уран (настуран, уранова чернь, циртоліт, рідкоземельні руди) величина цього відношення коливається в межах 137,30 - 138,51; причому різницю між формами U IV і U VI не встановлено; у сфені - 138,4. В окремих метеоритах виявлено нестачу ізотопу 235 U. Найменша його концентрація у земних умовах знайдено у 1972 р. французьким дослідником Бужигесом у містечку Окло в Африці (родовище в Габоні). Так, у нормальному урані міститься 0,7025 % урану 235 U, тоді як у Окло воно зменшуються до 0,557 %. Це послужило підтвердженням гіпотези про наявність природного ядерного реактора, що веде до вигоряння ізотопу, передбаченої Джордж Ветрилл (George W. Wetherill) з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі та Марк Інгремом (Mark G. Inghram) з університету Чикаго і Полом Курода. Kuroda), хіміком з Університету Арканзасу, який ще в 1956 р. описав процес. Крім цього, у цих округах знайдено природні ядерні реактори: Окелобондо, Бангомбе (Bangombe) та ін. В даний час відомо близько 17 природних ядерних реакторів.
Отримання
Найперша стадія уранового виробництва - концентрування. Породу дроблять і змішують із водою. Тяжкі компоненти суспензії осаджуються швидше. Якщо порода містить первинні мінерали урану, всі вони осаджуються швидко: це важкі мінерали. Вторинні мінерали урану легші, у разі раніше осідає важка порожня порода. (Втім, далеко не завжди вона справді порожня; в ній можуть бути багато корисних елементів, у тому числі й уран).
Наступна стадія - вилуговування концентратів, переведення урану в розчин. Застосовують кислотне та лужне вилуговування. Перше - дешевше, оскільки для вилучення урану використовують сірчану кислоту. Але якщо у вихідній сировині, як, наприклад, в урановій смолці, Уран знаходиться в чотиривалентному стані, то цей спосіб не застосовується: чотиривалентний уран у сірчаній кислоті практично не розчиняється. У цьому випадку потрібно або вдатися до лужного вилуговування, або заздалегідь окислювати уран до шестивалентного стану.
Не застосовують кислотне вилуговування і в тих випадках, якщо урановий концентрат містить доломіт або магнезит, що реагують із сірчаною кислотою. У цих випадках користуються їдким натром (гідроксидом натрію).
Проблему вилуговування урану з руд вирішує кисневе продування. У нагріту до 150 °C суміш уранової руди з сульфідними мінералами подають потік кисню. При цьому із сірчистих мінералів утворюється сірчана кислота, яка і вимиває уран.
На наступному етапі отриманого розчину потрібно вибірково виділити уран. Сучасні методи – екстракція та іонний обмін – дозволяють вирішити цю проблему.
Розчин містить не тільки уран, а й інші катіони. Деякі з них у певних умовах поводяться так само, як уран: екстрагуються тими ж органічними розчинниками, осідають на тих самих іонообмінних смолах, випадають в осад за тих же умов. Тому для селективного виділення урану доводиться використовувати багато окислювально-відновних реакцій, щоб на кожній стадії позбавлятися того чи іншого небажаного попутника. На сучасних іонообмінних смолах уран виділяється дуже селективно.
Методи іонного обміну та екстракціїхороші ще й тим, що дозволяють досить повно витягувати уран із бідних розчинів (зміст урану - десяті частки грама на літр).
Після цих операцій уран переводять у твердий стан - в один із оксидів або в тетрафторид UF 4 . Але цей уран ще треба очистити від домішок із великим перерізом захоплення теплових нейтронів. бору, кадмію, гафнію. Їх вміст у кінцевому продукті не повинен перевищувати стотисячних та мільйонних часток відсотка. Для видалення цих домішок технічно чисту сполуку урану розчиняють у азотній кислоті. При цьому утворюється уранілнітрат UO 2 (NO 3) 2 який при екстракції трибутил-фосфатом і деякими іншими речовинами додатково очищається до потрібних кондицій. Потім цю речовину кристалізують (або беруть в облогу пероксид UO 4 ·2H 2 O) і починають обережно прожарювати. В результаті цієї операції утворюється трикіс урану UO 3 , яку відновлюють воднем до UO 2 .
На діоксид урану UO 2 за температури від 430 до 600 °C впливають сухим фтористим воднем для отримання тетрафториду UF 4 . З цього з'єднання відновлюють металевий уран за допомогою кальціюабо магнію.
Фізичні властивості
Уран - дуже важкий, сріблясто-білий глянсуватий метал. У чистому вигляді він трохи м'якший за стали, ковкий, гнучкий, має невеликі парамагнітні властивості. Уран має три алотропні форми: альфа (призматична, стабільна до 667,7 °C), бета (чотирикутна, стабільна від 667,7 °C до 774,8 °C), гама (з об'ємно центрованою кубічною структурою, що існує від 774, 8 °C до плавлення).
Радіоактивні властивості деяких ізотопів урану (виділено природні ізотопи):
Хімічні властивості
Уран може виявляти ступеня окиснення від +III до +VI. Сполуки урану(III) утворюють нестійкі розчини червоного кольору і є сильними відновниками:
4UCl 3 + 2H 2 O → 3UCl 4 + UO 2 + H 2
З'єднання урану(IV) є найбільш стійкими та утворюють водні розчини зеленого кольору.
З'єднання урану(V) нестійкі та легко диспропорціонують у водному розчині:
2UO 2 Cl → UO 2 Cl 2 + UO 2
Хімічно уран дуже активний метал. Швидко окислюючись на повітрі, він покривається райдужною плівкою оксиду. Дрібний порошок урану самозаймається повітрям, він запалюється при температурі 150—175 °C, утворюючи U 3 O 8 . При 1000 C уран з'єднується з азотом, утворюючи жовтий нітрид урану. Вода здатна роз'їдати метал, повільно за низької температури, і швидко за високої, і навіть при дрібному подрібненні порошку урану. Уран розчиняється в соляній, азотній та інших кислотах, утворюючи чотиривалентні солі, проте не взаємодіє з лугами. Уран витісняє воденьз неорганічних кислот та сольових розчинів таких металів, як ртуть, срібло, мідь, олово, платинаізолото. При сильному струшуванні металеві частинки урану починають світитися. Уран має чотири ступені окислення - III-VI. Шестивалентні сполуки включають триокис урану (окис ураніла) UO 3 і уранілхлорид урану UO 2 Cl 2 . Тетрахлорид урану UCl 4 та діоксид урану UO 2 – приклади чотиривалентного урану. Речовини, що містять чотиривалентний уран, зазвичай нестабільні і звертаються до шестивалентних при тривалому перебуванні на повітрі. Уранілові солі, такі як уранілхлорид, розпадаються у присутності яскравого світла чи органіки.
Застосування
Ядерне паливо
Найбільше застосування має ізотопурану 235 U, в якому можлива ланцюгова ядерна реакція, що самопідтримується. Тому цей ізотоп використовується як паливо у ядерних реакторах, а також у ядерній зброї. Виділення ізотопу U 235 з природного урану - складна технологічна проблема (див. розділ ізотопів).
Ізотоп U 238 здатний ділитися під впливом бомбардування високоенергетичними нейтронами, цю його особливість використовують для збільшення потужності термоядерної зброї (використовуються нейтрони, породжені термоядерною реакцією).
В результаті захоплення нейтрону з наступним β-розпадом 238 U може перетворюватися на 239 Pu, який потім використовується як ядерне паливо.
Уран-233, що штучно одержується в реакторах з торію (торій-232 захоплює нейтрон і перетворюється на торій-233, який розпадається на протактіній-233 і потім на уран-233), може в майбутньому стати поширеним ядерним паливом для атомних електростанцій (вже зараз існують реактори, які використовують цей нуклід як паливо, наприклад KAMINI в Індії) та виробництва атомних бомб (критична маса близько 16 кг).
Уран-233 також є найперспективнішим паливом для газофазних ядерних ракетних двигунів.
Геологія
Основна галузь використання урану - визначення віку мінералів та гірських порід з метою з'ясування послідовності протікання геологічних процесів. Цим займаються Геохронологія та Теоретична геохронологія. Істотне значення має також вирішення задачі про змішування та джерела речовини.
В основі розв'язання задачі лежать рівняння радіоактивного розпаду, що описуються рівняннями.
де 238 U o, 235 U o- Сучасні концентрації ізотопів урану; ; - постійні розпаду атомів відповідно урану 238 Uі 235 U.
Дуже важливим є їхня комбінація:
.
У зв'язку з тим, що гірські породи містять різні концентрації урану, вони мають різну радіоактивність. Ця властивість використовується при виділенні гірських порід геофізичними методами. Найбільш широко цей метод застосовується в нафтовій геології при геофізичних дослідженнях свердловин, в цей комплекс входить, зокрема, - каротаж або нейтронний гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж і т. д. З їх допомогою відбувається виділення колекторів і флюїдоупорів.
Інші сфери застосування
Невелика добавка урану надає красиву жовто-зелену флуоресценцію склу (уранове скло).
Уранат натрію Na 2 U 2 O 7 використовувався як жовтий пігмент у живописі.
З'єднання урану застосовувалися як фарби для живопису за порцеляною та для керамічних глазурів та емалей (фарбують у кольори: жовтий, бурий, зелений та чорний, залежно від ступеня окислення).
Деякі сполуки урану світлочутливі.
На початку XX ст. уранілнітратшироко застосовувався для посилення негативів та фарбування (тонування) позитивів (фотографічних відбитків) у бурий колір.
Карбід урану-235 у сплаві з карбідом ніобію та карбідом цирконію застосовується як паливо для ядерних реактивних двигунів (робоче тіло — водень + гексан).
Сплави заліза та збідненого урану (уран-238) застосовуються як потужні магнітострикційні матеріали.
Збіднений уран
Збіднений уран
Після вилучення 235 U і 234 U з природного урану, матеріал (уран-238), що залишився, носить назву «збіднений уран», оскільки він збіднений 235-м ізотопом. За деякими даними, США зберігається близько 560 000 тонн збідненого гексафториду урану (UF 6).
Збіднений уран вдвічі менш радіоактивний, ніж природний уран, переважно рахунок видалення з нього 234 U. Через те, що основне використання урану — виробництво енергії, збіднений уран — малокорисний продукт із низькою економічною цінністю.
В основному його використання пов'язане з великою густиною урану і відносно низькою його вартістю. Збіднений уран використовується для радіаційного захисту (хоч як це дивно) і як баластна маса в аерокосмічних застосуваннях, таких як рульові поверхні літальних апаратів. У кожному літаку «Боїнг-747» міститься 1500 кг збідненого урану для цього. Ще цей матеріал застосовується у високошвидкісних роторах гіроскопів, великих маховиках, як баласт у космічних апаратах, що спускаються, і гоночних яхтах, при бурінні нафтових свердловин.
Сердечники бронебійних снарядів
Наконечник (вкладиш) снаряда калібру 30 мм (гармати GAU-8 літака A-10) діаметром близько 20 мм із збідненого урану.
Найвідоміше застосування збідненого урану - як осердя для бронебійних снарядів. При сплавленні з 2 % Mo або 0,75 % Ti та термічній обробці (швидке загартування розігрітого до 850 °C металу у воді або маслі, подальше витримування при 450 °C 5 годин) металевий уран стає твердішим і міцнішим за сталі (міцність на розрив більше 1600 МПа, при тому що у чистого урану вона дорівнює 450 МПа). У поєднанні з великою щільністю це робить загартовану уранову болванку надзвичайно ефективним засобом для пробивання броні, аналогічним за ефективністю більш дорогому вольфраму. Тяжкий урановий наконечник також змінює розподіл мас у снаряді, покращуючи його аеродинамічну стійкість.
Подібні сплави типу «Стабілла» застосовуються в стрілоподібних оперних снарядах танкових та протитанкових артилерійських знарядь.
Процес руйнування броні супроводжується подрібненням у пил уранової болванки і займанням її повітря з іншого боку броні (див. Пірофорність). Близько 300 тонн збідненого урану залишилися на полі бою під час операції «Буря в Пустелі» (переважно це залишки снарядів 30-мм гармати GAU-8 штурмових літаків A-10, кожен снаряд містить 272 г уранового сплаву).
Такі снаряди були використані військами НАТО у бойових діях на території Югославії. Після їхнього застосування обговорювалася екологічна проблема радіаційного забруднення території країни.
Вперше уран як осердя для снарядів був застосований у Третьому рейху.
Збіднений уран використовують у сучасної танкової броні, наприклад, танка M-1 «Абрамс».
Фізіологічна дія
У мікрокількості (10 -5 -10 -8%) виявляється в тканинах рослин, тварин і людини. Найбільшою мірою накопичується деякими грибами та водоростями. З'єднання урану всмоктуються у шлунково-кишковому тракті (близько 1%), у легенях – 50%. Основні депо в організмі: селезінка, нирки, скелет, печінка, легкі та бронхолегеневі лімфатичні вузли. Вміст в органах та тканинах людини та тварин не перевищує 10 -7 р.
Уран та його сполуки токсичні. Особливо небезпечні аерозолі урану та його сполук. Для аерозолів розчинних у воді сполук урану ГДК у повітрі 0,015 мг/м³, для нерозчинних форм урану ГДК 0,075 мг/м³. При попаданні в організм уран діє на всі органи, будучи загальноклітинною отрутою. Молекулярний механізм дії урану пов'язаний із його здатністю пригнічувати активність ферментів. Насамперед уражаються нирки (з'являються білок і цукор у сечі, олігурія). При хронічній інтоксикації можливі порушення кровотворення та нервової системи.
Видобуток країнами в тоннах за вмістом U на 2005—2006 роки.
Видобуток по компаніях у 2006 р.:
Cameco - 8,1 тис. тонн
Rio Tinto - 7 тис. тонн
AREVA - 5 тис. тонн
Козатомпром - 3,8 тис.тонн
ВАТ ТВЕЛ - 3,5 тис. тонн
BHP Billiton - 3 тис. тонн
Навоійський ГМК - 2,1 тис. тонн ( Узбекистан, Навої)
Uranium One - 1 тис. тонн
Heathgate - 0,8 тис. тонн
Denison Mines - 0,5 тис. тонн
Видобуток у Росії
У СРСР основними уранорудними регіонами були Україна (родовище Желтореченське, Первомайське та ін.), Казахстан (Північний — Балкашинське рудне поле та ін.; Південний — Кизилсайське рудне поле та ін.; Східний; всі вони належать переважно вулканогенно-гідротермальному типу); Забайкалля (Антей, Стрільцівське та ін); Середня Азія, переважно Узбекистан з орудненнями у чорних сланцях із центром у м. Учкудук. Є маса дрібних рудопроявів та проявів. У Росії її основним урановорудным регіоном залишилося Забайкалля. На родовищі Читинської області (біля міста Краснокаменськ) видобувається близько 93 % російського урану. Видобуток здійснює шахтним способом «Пріаргунське виробниче гірничо-хімічне об'єднання» (ППДГЗ), що входить до складу ВАТ «Атомредметзолото» (Урановий холдинг).
Інші 7% отримують методом підземного вилуговування ЗАТ «Далур» (Курганська область) та ВАТ «Хіагда» (Бурятія).
Отримані руди та урановий концентрат переробляються на Чепецькому механічному заводі.
Видобуток у Казахстані
У Казахстані зосереджена приблизно п'ята частина світових запасів урану (21% та 2 місце у світі). Загальні ресурси урану близько 1,5 млн. тонн, їх близько 1,1 млн. тонн можна видобувати методом підземного вилуговування.
У 2009 році Казахстан вийшов на перше місце у світі з видобутку урану.
Видобуток в Україні
Основне підприємство - Східний гірничо-збагачувальний комбінат у місті Жовті Води.
Вартість
Незважаючи на існуючі легенди про десятки тисяч доларів за кілограмові або навіть грамові кількості урану, реальна його ціна на ринку не дуже висока — незбагачений окис урану U 3 O 8 коштує менше 100 американських доларів за кілограм. Пов'язано це з тим, що для запуску атомного реактора на незбагаченому урані потрібні десятки або навіть сотні тонн палива, а для виготовлення ядерної зброї слід збагатити велику кількість урану для отримання придатних для створення бомби концентрацій