Uran: egenskaber, anvendelse, ekstraktion, forbindelser, berigelse. Hvad er farligt uran og dets forbindelser

Selv i oldtiden (I århundrede f.Kr.) blev naturlig uranoxid brugt til at lave gul glasur til keramik. Den første vigtige dato i urans historie er 1789, hvor den tyske naturfilosof og kemiker Martin Heinrich Klaproth restaurerede den gylden-gule "jord" udvundet af den saksiske harpiksmalm til et sort metallignende stof. Til ære for den fjerneste planet, der dengang kendte (opdaget af Herschel otte år tidligere), kaldte Klaproth, da det nye stof var et grundstof, det uran (med dette ønskede han at støtte forslaget fra Johann Bode om at navngive den nye planet "Uranus" i stedet for "Georgs stjerne", som Herschel foreslog). I halvtreds år var Klaproths uran opført som et metal. Først i 1841 gjorde den franske kemiker Eugene Melchior Peligot ( engelsk) (1811-1890)) beviste, at på trods af den karakteristiske metalliske glans, er Klaproths uran ikke et grundstof, men et oxid UO 2. I 1840 lykkedes det Peligo at skaffe ægte uran - et tungt stålgråt metal - og bestemme dets atomvægt. Det næste vigtige skridt i undersøgelsen af ​​uran blev foretaget i 1874 af D. I. Mendeleev. Baseret på det periodiske system, han udviklede, anbragte han uran i den fjerneste celle i sit bord. Tidligere blev atomvægten af ​​uran betragtet som lig med 120. Den store kemiker fordoblede denne værdi. Efter 12 år blev Mendeleevs forudsigelse bekræftet af eksperimenterne fra den tyske kemiker Zimmermann.

I 1896, mens han studerede uran, opdagede den franske kemiker Antoine Henri Becquerel ved et uheld Becquerel-stråler, som Marie Curie senere omdøbte til radioaktivitet. Samtidig lykkedes det den franske kemiker Henri Moissan at udvikle en metode til at opnå rent metallisk uran. I 1899 opdagede Rutherford, at strålingen fra uranpræparater ikke er ensartet, at der er to typer stråling - alfa- og beta-stråler. De bærer en anden elektrisk ladning; deres rækkevidde i stof og ioniserende evne er langt fra identisk. Lidt senere, i maj 1900, opdagede Paul Villard en tredje type stråling - gammastråler.

Ernest Rutherford udførte i 1907 de første eksperimenter for at bestemme alderen af ​​mineraler i studiet af radioaktivt uran og thorium baseret på teorien om radioaktivitet, han skabte sammen med Frederick Soddy (Soddy, Frederick, 1877-1956; Nobelprisen i kemi, 1921) . I 1913 introducerede F. Soddy begrebet isotoper (fra andet græsk. ἴσος - "lige", "samme", og τόπος - "sted"), og forudsagde i 1920, at isotoper kunne bruges til at bestemme klippernes geologiske alder. I 1928 indså Niggot, og i 1939 skabte A. O. K. Nier (Nier, Alfred Otto Carl, 1911-1994) de første ligninger til beregning af alder og anvendte et massespektrometer til isotopadskillelse.

Fødselssted

Indholdet af uran i jordskorpen er 0,0003%, det findes i jordens overfladelag i form af fire typer aflejringer. For det første er disse vener af uraninit eller uranbeg (urandioxid UO 2), meget rig på uran, men sjælden. De ledsages af aflejringer af radium, da radium er et direkte produkt af det isotopiske henfald af uran. Sådanne årer findes i Den Demokratiske Republik Congo, Canada (Great Bear Lake), Tjekkiet og Frankrig. Den anden kilde til uran er konglomerater af thorium og uranmalm sammen med malme af andre vigtige mineraler. Konglomerater indeholder normalt tilstrækkelige mængder guld og sølv til at udvinde, og uran og thorium bliver ledsagende elementer. Store forekomster af disse malme findes i Canada, Sydafrika, Rusland og Australien. Den tredje kilde til uran er sedimentære bjergarter og sandsten, rig på mineralet carnotit (kaliumuranylvanadat), som udover uran indeholder en betydelig mængde vanadium og andre grundstoffer. Sådanne malme findes i de vestlige stater i USA. Jern-uranskifer og fosfatmalme udgør den fjerde kilde til aflejringer. Rige aflejringer findes i skifrene i Sverige. Nogle fosfatmalme i Marokko og USA indeholder betydelige mængder uran, og fosfatforekomster i Angola og Den Centralafrikanske Republik er endnu rigere på uran. De fleste brunkul og nogle kul indeholder normalt uraniumurenheder. Uranrige brunkulsaflejringer er fundet i North og South Dakota (USA) og bituminøse kul i Spanien og Tjekkiet.

Et lag af litosfæren 20 km tykt indeholder ~ 10 14 tons, i havvand 10 9 -10 10 tons. Rusland med hensyn til uranreserver, under hensyntagen til reserveaflejringer, ligger på tredjepladsen i verden (efter Australien og Kasakhstan). Ruslands forekomster indeholder næsten 550 tusinde tons uranreserver eller lidt mindre end 10% af dets verdensreserver; omkring 63 % af dem er koncentreret i Republikken Sakha (Yakutia). De vigtigste uranforekomster i Rusland er: Streltsovskoye, Oktyabrskoye, Antey, Malo-Tulukuevskoye, Argunskoye molybdæn-uran i vulkaner (Chita-regionen), Dalmatovskoye uran i sandsten (Kurgan-regionen), Khiagda-uran i sandsten i Burnya (Republicen), -uran i metasomatiter og nordligt uran i metasomatiter (Republikken Yakutia). Derudover er mange mindre uranforekomster og malmforekomster blevet identificeret og vurderet.

isotoper

Radioaktive egenskaber af nogle uranisotoper (naturlige isotoper er blevet isoleret):

Naturligt uran består af en blanding af tre isotoper: 238 U (isotopisk overflod 99,2745%, halveringstid T 1/2 \u003d 4,468 10 9 år), 235 U (0,7200 %, T 1/2 = 7,04 10 8 år) og 234 U (0,0055 %, T 1/2 = 2,455 10 5 år). Den sidste isotop er ikke primær, men radiogen; den er en del af den radioaktive serie 238 U.

Under naturlige forhold er isotoperne 234 U, 235 U og 238 U hovedsageligt fordelt med en relativ overflod 234 U: 235 U: 238 U = 0,0054: 0,711: 99,283. Næsten halvdelen af ​​naturligt urans radioaktivitet skyldes isotopen 234 U, der, som allerede nævnt, dannes under henfaldet af 238 U. Forholdet mellem indholdet af 235 U: 238 U i modsætning til andre isotoperpar og uafhængigt af af urans høje migrationsevne, er karakteriseret ved geografisk konstanthed: 235 U / 238 U = 137,88. Værdien af ​​dette forhold i naturlige formationer afhænger ikke af deres alder. Talrige naturlige målinger viste dens ubetydelige udsving. Så i ruller varierer værdien af ​​dette forhold i forhold til standarden inden for 0,9959-1,0042, i salte - 0,996-1,005. I uranholdige mineraler (nasturan, sort uran, cirtholite, sjældne jordarters malme) varierer værdien af ​​dette forhold fra 137,30 til 138,51; desuden er forskellen mellem formerne U IV og U VI ikke blevet fastslået; i sphene - 138,4. I nogle meteoritter blev der afsløret en mangel på isotopen 235 U. Dens laveste koncentration under terrestriske forhold blev fundet i 1972 af den franske forsker Buzhigues i byen Oklo i Afrika (en forekomst i Gabon). Naturligt uran indeholder således 0,720 % uran 235 U, mens det i Oklo falder til 0,557 %. Dette bekræftede hypotesen om eksistensen af ​​en naturlig atomreaktor, som forårsagede afbrændingen af ​​isotopen på 235 U. Hypotesen blev fremsat af George W. Wetherill fra University of California i Los Angeles, Mark G. Inghram fra University of Chicago og Paul Kuroda (Paul K. Kuroda), en kemiker ved University of Arkansas, som beskrev processen tilbage i 1956. Derudover er der fundet naturlige atomreaktorer i de samme distrikter: Okelobondo, Bangombe m.fl.. I øjeblikket kendes 17 naturlige atomreaktorer.

Kvittering

Den allerførste fase af uranproduktion er koncentration. Stenen knuses og blandes med vand. Tungt suspenderet stof sætter sig hurtigere ud. Hvis stenen indeholder primære uranmineraler, udfældes de hurtigt: disse er tunge mineraler. Sekundære uranmineraler er lettere, i hvilket tilfælde tunge gråsten bundfældes tidligere. (Den er dog langt fra altid rigtig tom; den kan indeholde mange nyttige grundstoffer, herunder uran).

Næste trin er udvaskning af koncentrater, overførsel af uran til opløsning. Påfør syre og basisk udvaskning. Den første er billigere, da svovlsyre bruges til at udvinde uran. Men hvis i råmaterialet, som for eksempel i uran tjære, uran er i en tetravalent tilstand, så er denne metode ikke anvendelig: tetravalent uran i svovlsyre opløses praktisk talt ikke. I dette tilfælde skal man enten ty til alkalisk udvaskning eller foroxidere uran til den hexavalente tilstand.

Brug ikke syreudvaskning og i tilfælde, hvor urankoncentratet indeholder dolomit eller magnesit, reagerer det med svovlsyre. I disse tilfælde anvendes kaustisk soda (natriumhydroxid).

Problemet med uranudvaskning fra malme løses ved iltrensning. En blanding af uranmalm og sulfidmineraler opvarmet til 150°C tilføres en oxygenstrøm. Samtidig dannes svovlsyre af svovlmineraler, som udvasker uran.

På næste trin skal uran isoleres selektivt fra den resulterende opløsning. Moderne metoder - ekstraktion og ionbytning - gør det muligt at løse dette problem.

Opløsningen indeholder ikke kun uran, men også andre kationer. Nogle af dem opfører sig under visse betingelser på samme måde som uran: de ekstraheres med de samme organiske opløsningsmidler, aflejres på de samme ionbytterharpikser og udfældes under de samme betingelser. Derfor skal man til den selektive isolering af uran bruge mange redoxreaktioner for at slippe af med en eller anden uønsket følgesvend på hvert trin. På moderne ionbytterharpikser frigives uran meget selektivt.

Metoder ionbytning og ekstraktion de er også gode, fordi de giver dig mulighed for fuldt ud at udvinde uran fra dårlige opløsninger (uranindholdet er tiendedele af et gram pr. liter).

Efter disse operationer overføres uran til en fast tilstand - til et af oxiderne eller til UF 4-tetrafluorid. Men dette uran mangler stadig at blive renset for urenheder med et stort termisk neutronfangst tværsnit - bor, cadmium, hafnium. Deres indhold i det endelige produkt bør ikke overstige hundrede tusindedele og milliontedele procent. For at fjerne disse urenheder opløses en kommercielt ren uranforbindelse i salpetersyre. I dette tilfælde dannes uranylnitrat UO 2 (NO 3) 2, som ved ekstraktion med tributylphosphat og nogle andre stoffer yderligere renses til de ønskede forhold. Derefter krystalliseres dette stof (eller udfældet peroxid UO 4 ·2H 2 O) og begynder forsigtigt at antænde. Som et resultat af denne operation dannes urantrioxid UO 3, som reduceres med brint til UO 2.

Urandioxid UO 2 ved en temperatur på 430 til 600 ° C udsættes for gasformigt hydrogenfluorid for at opnå tetrafluorid UF 4 . Metallisk uran reduceres fra denne forbindelse ved hjælp af calcium eller magnesium.

Fysiske egenskaber

Uran er et meget tungt, sølvhvidt, skinnende metal. I sin rene form er den lidt blødere end stål, formbar, fleksibel og har få paramagnetiske egenskaber. Uran har tre allotrope former: (prismatisk, stabil op til 667,7 °C), (firkantet, stabil fra 667,7 °C til 774,8 °C), (kroppscentreret kubisk struktur, der eksisterer fra 774,8 °C til smeltepunktet).

Kemiske egenskaber

Karakteristiske oxidationstilstande

Uran kan udvise oxidationstilstande fra +3 til +6.

Derudover er der et oxid U 3 O 8 . Oxidationstilstanden i det er formelt fraktioneret, men i virkeligheden er det et blandet oxid af uran (V) og (VI).

Det er let at se, at uran, hvad angår sæt af oxidationstilstande og karakteristiske forbindelser, er tæt på grundstofferne i undergruppe VIB (chrom, molybdæn, wolfram). På grund af dette blev det i lang tid tilskrevet denne undergruppe ("sløring af periodicitet").

Egenskaber ved et simpelt stof

Kemisk er uran meget aktivt. Det oxiderer hurtigt i luften og er dækket af en iriserende oxidfilm. Fint uranpulver antændes spontant i luft, det antændes ved en temperatur på 150-175 °C og danner U 3 O 8 . Reaktioner af metallisk uran med andre ikke-metaller er angivet i tabellen.

Vand er i stand til at korrodere metal, langsomt ved lave temperaturer og hurtigt ved høje temperaturer, såvel som ved finslibning af uranpulver:

I ikke-oxiderende syrer opløses uran og danner UO 2 eller U 4+ salte (brint frigives). Med oxiderende syrer (salpetersyre, koncentreret svovlsyre) danner uran de tilsvarende salte af uranyl UO 2 2+
Uran interagerer ikke med alkaliske opløsninger.

Ved kraftig rystelse begynder metalpartiklerne af uran at gløde.

Uran III forbindelser

Salte af uran (+3) (hovedsageligt halogenider) er reduktionsmidler. I luft ved stuetemperatur er de normalt stabile, men ved opvarmning oxiderer de til en blanding af produkter. Klor oxiderer dem til UCl 4. De danner ustabile røde opløsninger, hvori de udviser stærke reducerende egenskaber:

Uran III halogenider dannes ved reduktion af uran (IV) halogenider med brint:

eller hydrogeniodid:

og også under påvirkning af hydrogenhalogenid på uranhydrid UH3.

Derudover er der uran (III) hydrid UH 3 . Det kan opnås ved at opvarme uranpulver i brint ved temperaturer op til 225 ° C, og over 350 ° C nedbrydes det. De fleste af dets reaktioner (for eksempel reaktionen med vanddamp og syrer) kan formelt betragtes som en nedbrydningsreaktion efterfulgt af reaktionen af ​​uranmetal:

Uran IV forbindelser

Uran (+4) danner grønne salte, der er letopløselige i vand. De oxideres let til uran (+6)

Uranforbindelser V

Uran(+5)-forbindelser er ustabile og kan let ude af proportioner i vandig opløsning:

Uranchlorid V, når det står, er delvist ude af proportioner:

og delvist spalter klor:

Uran VI forbindelser

Oxidationstilstanden +6 svarer til UO 3 oxid. I syrer opløses det og danner forbindelser af uranylkationen UO 2 2+:

Med baser danner UO 3 (svarende til CrO 3 , MoO 3 og WO 3) forskellige uranatanioner (primært diuranat U 2 O 7 2-). Sidstnævnte opnås dog oftere ved indvirkning af baser på uranylsalte:

Af forbindelserne af uran (+6), der ikke indeholder oxygen, kendes kun UCl 6 hexachlorid og UF 6 fluorid. Sidstnævnte spiller en vigtig rolle i adskillelsen af ​​uranisotoper.

Uranforbindelser (+6) er de mest stabile i luft og i vandige opløsninger.

Uranylsalte såsom uranylchlorid nedbrydes i stærkt lys eller i nærværelse af organiske forbindelser.

Ansøgning

Atombrændsel

Uran-isotopen 235 U har den største anvendelse, hvor en selvopretholdende nuklear kædereaktion er mulig. Derfor bruges denne isotop som brændstof i atomreaktorer såvel som i atomvåben. Adskillelse af isotopen U 235 fra naturligt uran er et komplekst teknologisk problem (se isotopadskillelse).

Her er nogle tal for en 1000 MW reaktor, der kører ved 80 % belastning og producerer 7000 GWh om året. Driften af ​​en sådan reaktor i løbet af året kræver 20 tons uranbrændsel med et indhold på 3,5 % U-235, som opnås efter berigelse af cirka 153 tons naturligt uran.

U 238-isotopen er i stand til fission under påvirkning af bombardement med højenergi-neutroner, denne funktion bruges til at øge kraften af ​​termonukleare våben (neutroner genereret af en termonuklear reaktion bruges).

Som et resultat af neutronfangst efterfulgt af β-henfald kan 238 U blive til 239 Pu, som derefter bruges som nukleart brændsel.

Uraniums varmegenererende kapacitet

1 ton beriget uran er lig med 1.350.000 tons olie eller naturgas med hensyn til varmeafgivelse.

Geologi

Den vigtigste anvendelse af uran i geologi er bestemmelsen af ​​alderen af ​​mineraler og klipper for at bestemme rækkefølgen af ​​geologiske processer. Dette er hvad geokronologi gør. Løsningen af ​​problemet med blanding og kilder til stof er også væsentlig.

Løsningen af ​​problemet er baseret på ligningerne for radioaktivt henfald:

hvor 238 Uo, 235 Uo- moderne koncentrationer af uranisotoper; ; - henfaldskonstanter atomer af henholdsvis uran 238 U og 235 U.

Deres kombination er meget vigtig:

På grund af det faktum, at sten indeholder forskellige koncentrationer af uran, har de forskellig radioaktivitet. Denne egenskab bruges i udvælgelsen af ​​bjergarter ved geofysiske metoder. Denne metode er mest udbredt i petroleumsgeologi til brøndlogning, dette kompleks omfatter især γ-logning eller neutron-gamma-logning, gamma-gamma-logning osv. Med deres hjælp er der et udvalg af samlere og væsketætninger.

Andre applikationer

forarmet uran

Efter udvinding af 235U og 234U fra naturligt uran kaldes det resterende materiale (uran-238) for "depleteret uran", fordi det er udtømt i den 235. isotop. Ifølge nogle rapporter opbevares omkring 560.000 tons forarmet uranhexafluorid (UF 6) i USA.

Forarmet uran er halvt så radioaktivt som naturligt uran, hovedsageligt på grund af fjernelsen af ​​234 U. På grund af det faktum, at hovedanvendelsen af ​​uran er energiproduktion, er forarmet uran et lavt brugsprodukt med lav økonomisk værdi.

Grundlæggende er dets brug forbundet med den høje densitet af uran og dets relativt lave omkostninger. Forarmet uran bruges til strålingsafskærmning (ironisk nok), ekstremt høje indfangningstværsnit og som ballast i rumfartsapplikationer såsom flykontroloverflader. Hver Boeing 747 indeholder 1.500 kg forarmet uran til disse formål. Dette materiale bruges også i højhastigheds gyroskoprotorer, store svinghjul, som ballast i rumfartsfartøjer og raceryachter, Formel 1-biler og ved boring af oliebrønde.

Pansergennembrydende projektilkerner

Den mest kendte brug af forarmet uran er som kerner til pansergennemtrængende projektiler. Dens høje tæthed (tre gange tungere end stål) gør den hærdede uranbarre til et ekstremt effektivt panserindtrængningsværktøj, der i effektivitet svarer til det dyrere og lidt tungere wolfram. Den tunge uranspids ændrer også massefordelingen i projektilet, hvilket forbedrer dets aerodynamiske stabilitet.

Lignende legeringer af Stabilla-typen anvendes i pileformede fjerbeklædte granater af tank- og panserværnsartilleristykker.

Processen med at ødelægge rustningen ledsages af at uranbarren males til støv og antændes i luften på den anden side af pansret (se Pyroforicitet). Omkring 300 tons forarmet uran forblev på slagmarken under Operation Desert Storm (for det meste er disse rester af granater fra 30 mm GAU-8 kanonen fra A-10 angrebsfly, hver granat indeholder 272 g uraniumlegering ).

Sådanne projektiler blev brugt af NATO-tropper i kampoperationer på Jugoslaviens territorium. Efter deres ansøgning blev det økologiske problem med strålingsforurening af landets territorium diskuteret.

For første gang blev uran brugt som kerne til skaller i Det Tredje Rige.

Forarmet uran bruges i moderne kampvognsrustninger, såsom M-1 Abrams-tanken.

Fysiologisk virkning

I mikromængder (10 -5 -10 -8%) fundet i væv fra planter, dyr og mennesker. Det ophobes i størst grad af nogle svampe og alger. Uranforbindelser absorberes i mave-tarmkanalen (ca. 1%), i lungerne - 50%. De vigtigste depoter i kroppen: milt, nyrer, skelet, lever, lunger og broncho-pulmonale lymfeknuder. Indholdet i organer og væv hos mennesker og dyr overstiger ikke 10 −7 g.

Uran og dets forbindelser giftig. Aerosoler af uran og dets forbindelser er særligt farlige. For aerosoler af vandopløselige uranforbindelser er MPC i luft 0,015 mg/m³, for uopløselige former af uran er MPC 0,075 mg/m³. Når det kommer ind i kroppen, virker uran på alle organer og er en generel cellulær gift. Uran binder næsten irreversibelt, ligesom mange andre tungmetaller, til proteiner, primært til sulfidgrupperne i aminosyrer, hvilket forstyrrer deres funktion. Den molekylære virkningsmekanisme af uran er relateret til dets evne til at hæmme enzymernes aktivitet. Først og fremmest påvirkes nyrerne (protein og sukker vises i urinen, oliguri). Ved kronisk forgiftning er hæmatopoietiske og nervesystemforstyrrelser mulige.

Undersøgte reserver af uran i verden

Mængden af ​​uran i jordskorpen er omkring 1000 gange større end mængden af ​​guld, 30 gange - sølv, mens dette tal er omtrent lig med bly og zink. En betydelig del af uran er spredt i jord, klipper og havvand. Kun en relativt lille del er koncentreret i aflejringer, hvor indholdet af dette grundstof er hundredvis af gange højere end dets gennemsnitlige indhold i jordskorpen. De udforskede verdensreserver af uran i forekomster beløber sig til 5,4 millioner tons.

Uranudvinding i verden

10 lande, der leverer 94% af verdens uranproduktion

Ifølge "Red Book of Uranium" udstedt af OECD blev der udvundet 41.250 tons uran i 2005 (i 2003 - 35.492 tons). Ifølge OECD-data er der 440 kommercielle og omkring 60 videnskabelige reaktorer i drift i verden, som forbruger 67.000 tons uran om året. Det betyder, at dets udvinding fra indskud kun udgjorde 60 % af dets forbrug (i 2009 steg denne andel til 79 %). Resten af ​​det uran, der forbruges af energi eller 17,7 %, kommer fra sekundære kilder.

Uran til "videnskabelige og militære" formål

Det meste af uranet til "videnskabelige og militære" formål genvindes fra gamle nukleare sprænghoveder:

• under START-II aftalen, 352 tons - ud af de aftalte 500 (på trods af at aftalen ikke trådte i kraft, grundet Ruslands udtræden af ​​aftalen den 14. juni 2002)
• under START-I-aftalen (trådte i kraft den 5. december 1994, udløb den 5. december 2009) fra russisk side 500 tons,
• under START III-traktaten (START) - aftalen blev underskrevet den 8. april 2010 i Prag. Traktaten erstattede START I, som udløb i december 2009.

Produktion i Rusland

I USSR var de vigtigste uranmalm-regioner Ukraine (Zheltorechenskoye, Pervomayskoye-aflejringerne osv.), Kasakhstan (det nordlige - Balkashinskoe-malmfelt osv.; det sydlige - Kyzylsay-malmfeltet osv.; Vostochny; alle hører hovedsagelig til den vulkanogene-hydrotermiske type); Transbaikalia (Antey, Streltsovskoye osv.); Centralasien, hovedsageligt Usbekistan med mineralisering i sorte skifre med et center i byen Uchkuduk. Der er mange små malmforekomster og manifestationer. I Rusland forblev Transbaikalia den vigtigste uranmalm-region. Omkring 93 % af russisk uran udvindes ved forekomsten i Chita-regionen (nær byen Krasnokamensk). Minedrift udføres af Priargunsky Production Mining and Chemical Association (PIMCU), som er en del af JSC Atomredmetzoloto (Uranium Holding), ved hjælp af minemetoden.

De resterende 7 % opnås ved in-situ udvaskning fra ZAO Dalur (Kurgan-regionen) og OAO Khiagda (Buryatia).

De resulterende malme og urankoncentrat behandles på Chepetsks mekaniske anlæg.

Med hensyn til årlig produktion af uran (ca. 3,3 tusinde tons) rangerer Rusland 4. efter Kasakhstan. Det årlige forbrug af uran i Rusland er nu 16 tusinde tons og består af udgifter til egne atomkraftværker i mængden af ​​5,2 tusinde tons, samt til eksport af brændstoffer (5,5 tusinde tons) og lavberiget uran (6 tusind tons).

Minedrift i Kasakhstan

I 2009 kom Kasakhstan i top i verden med hensyn til uranudvinding (13.500 tons blev udvundet).

Produktion i Ukraine

Pris

På trods af legender om titusindvis af dollars for kilogram eller endda gram mængder uran, er dens reelle pris på markedet ikke særlig høj - uberiget uranoxid U 3 O 8 koster mindre end 100 US dollars per kilogram.

Udviklingen af ​​uranmalme er rentabel til en pris på uran i området omkring $80/kg. På nuværende tidspunkt tillader prisen på uran ikke en effektiv udvikling af dets forekomster, så der er prognoser om, at prisen på uran kan stige til $75-90/kg i 2013-2014.

I 2030 vil store og tilgængelige forekomster med reserver på op til $80/kg være fuldt udviklede, og svært tilgængelige forekomster med en produktionsomkostning på mere end $130/kg uran vil begynde at blive involveret i udviklingen.

Dette skyldes det faktum, at for at opstarte en atomreaktor på uberiget uran, er der brug for ti eller endda hundredvis af tons brændstof, og til fremstilling af atomvåben skal en stor mængde uran beriges for at opnå koncentrationer, der er egnede til at skabe en bombe.

se også

Links

• I. N. BEKMAN. "Uranus". Tutorial. Wien, 2008, Moskva, 2009. (PDF)
• Rusland sælger store lagre af våbenkvalitetsuran til USA

Noter

1. Redaktion: Zefirov N. S. (chefredaktør) Chemical Encyclopedia: i 5 bind - Moskva: Great Russian Encyclopedia, 1999. - V. 5. - S. 41.
2. WebElements grundstoffernes periodiske system | Uran | krystal strukturer
3. Uranus i den forklarende ordbog over det russiske sprog, red. Ushakov
4. Encyklopædi "Jorden rundt"
5. Uranus. Informations- og analysecenter "Mineral"
6. Råstofbase af uran. S. S. Naumov, MINEJOURNAL, N12, 1999
7. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot og A. H. Wapstra (2003). "NUBASE-evalueringen af ​​nukleare og forfaldsegenskaber
8. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot og A. H. Wapstra (2003). "NUBASE-evalueringen af ​​nukleare og henfaldsegenskaber". Kernefysik A 729 : 3-128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
9. Uranmalm indeholder spormængder af uran-236, som dannes ud fra uran-235 under neutronfangst; thoriummalme indeholder spor af uranium-233, som opstår fra thorium-232 efter neutronfangst og to på hinanden følgende beta-henfald. Indholdet af disse uranisotoper er dog så lavt, at det kun kan påvises ved særlige højfølsomme målinger.
10. Rosholt J.N., et al. Isotopfraktionering af uran relateret til rolletræk i Sandstone, Shirley Basin, Wyoming.//Economic Geology, 1964, 59, 4, 570-585
11. Rosholt J.N., et al. Udvikling af den isotopiske sammensætning af uran og thorium i jordprofiler.//Bull.Geol.Soc.Am./1966, 77, 9, 987-1004
12. Chalov PI Isotopisk fraktionering af naturligt uran. - Frunze: Ilim, 1975.
13. Tilton G.R. et al. Isotopsammensætning og fordeling af bly, uran og thorium i en prækambrisk granit.//Bull.Geol.Soc.Am., 1956, 66, 9, 1131-1148
14. Shukolyukov Yu. A. et al. Isotopiske undersøgelser af en "naturlig atomreaktor".//Geochemistry, 1977, 7. S. 976-991.
15. Meshik Alex. Gammel atomreaktor.//I videnskabens verden. Geofysik. 2006.2
16. Remy G. Uorganisk kemi. v.2. M., Mir, 1966. S. 206-223
17. Katz J, Rabinovich E. Kemi af uran. M., Forlag for udenlandsk litteratur, 1954.
18. Khmelevskoy VK Geofysiske metoder til at studere jordskorpen. International University of Nature, Society and Man "Dubna", 1997.
19. Håndbog i olie- og gasgeologi / Udg. Eremenko N. A. - M .: Nedra, 1984
20. 1927 Technical Encyclopedia", bind 24, søjle. 596…597, artikel "Uranus"
21. http://www.pdhealth.mil/downloads/Characterisation_of_DU_projectiles.pdf
22. Uranudvinding i verden
23. NEA, IAEA. - OECD Publishing, 2006. - ISBN 9789264024250
24. World Nuclear Association. Forsyning af uran. 2011.
25. Mineralressourcebase og uranproduktion i det østlige Sibirien og Fjernøsten. Mashkovtsev G. A., Miguta A. K., Shchetochkin V. N., Ruslands mineralressourcer. Økonomi og ledelse, 1-2008
26. Uranudvinding i Kasakhstan. Rapport af Mukhtar Dzhakishev
27. Konyrova, K. Kasakhstan kom i top inden for uranudvinding i verden (rus.), Nyhedsbureauet TREND(30.12.2009). Hentet 30. december 2009.
28. Udo Rethberg; Oversættelse af Alexander Polotsky(Russisk). Oversættelse(12.08.2009). Arkiveret fra originalen 23. august 2011. Hentet 12. maj 2010.
29. Eksperter i uranprisprognose Russisk atomsamfund
30. http://2010.atomexpo.ru/mediafiles/u/files/Present/9.1_A.V.Boytsov.pdf
31. Atomvåben Se underafsnittet om uranbomben.

Forbindelser uran

Ammoniumdiuranat ((NH 4) 2 U 2 O 7) Uranylacetat (UO 2 (CH 3 COO) 2) Uranborhydrid (U(BH 4) 4) Uran(III)bromid (UBr 3) Uran(IV)bromid (UBr 4) Uran(V)bromid (UBr 5) Uran(III)hydrid (UH 3) Uran(III)hydroxid (U(OH) 3) Uranylhydroxid (UO 2 (OH) 2) Diuronsyre (H 2 U 2 O 7) Uran(III)iodid (UJ 3) Uran(IV)iodid (UJ 4) Uranylcarbonat (UO 2 CO 3) Uranmonoxid (UO) US-UP Natriumdiuranat (Na 2 U 2 O 7) Natriumuranat (Na 2 UO 4) Uranylnitrat (UO 2 (NO 3) 2) Tetrauran nonoxid (U 4 O 9) Uran(IV)oxid (UO 2) Uran(VI)-diuran(V)oxid (U 3 O 8) Uraniumperoxid (UO 4) Uran(IV)sulfat (U(SO 4) 2) Uranylsulfat (UO 2 SO 4) Pentauran tridecaoxid (U 5 O 13) Urantrioxid (UO 3) Uransyre (H 2 UO 4) Uranylformiat (UO 2 (CHO 2) 2) Uran(III)phosphat (U 2 (PO 4) 3) Uran(III)fluorid (UF 3) Uran(IV)fluorid (UF 4) Uran(V)fluorid (UF 5) Uran(VI)fluorid (UF 6) Uranylfluorid (UO 2 F 2) Uran(III)chlorid (UCl 3) Uran(IV)chlorid (UCl 4) Uran(V)chlorid (UCl 5) Uran(VI)chlorid (UCl 6) Uranylchlorid (UO 2 Cl 2)

I en besked fra Iraks ambassadør til FN Mohammed Ali al-Hakim dateret 9. juli, står der, at til rådighed for ekstremister ISIS (Islamisk Stat i Irak og Levanten). 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 er materialer fanget af islamisterne.

En kilde fra den amerikanske regering, der er bekendt med situationen, fortalte Reuters, at det uran, der er stjålet af militanterne, sandsynligvis ikke er beriget og derfor usandsynligt at blive brugt til at fremstille atomvåben. De irakiske myndigheder underrettede officielt FN om denne hændelse og opfordrede til at "forebygge truslen om dens brug," rapporterer RIA Novosti.

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

Hvad er uran?

Uran er et kemisk grundstof med atomnummer 92, et sølvhvidt blankt metal, det periodiske system er betegnet med symbolet U. I sin rene form er det lidt blødere end stål, formbart, fleksibelt, findes i jordskorpen (litosfæren) ) og i havvand, og i dets rene forekommer 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 kernen af ​​uran med neutroner og gjorde en opdagelse: indfangning af en fri neutron, kernen af ​​uranisotopen er delt og frigiver enorm energi på grund af den kinetiske energi af fragmenterne og stråling. I 1939-1940 Julius Khariton og Yakov Zel'dovich for første gang teoretisk forklaret, at med en let berigelse af naturligt uran med uran-235 er det muligt at skabe betingelser for kontinuerlig spaltning af atomkerner, det vil sige at give processen en kædekarakter.

Hvad er beriget uran?

Beriget uran er uran produceret af teknologisk proces med at øge andelen af ​​235U isotopen i uran. Som følge heraf opdeles naturligt uran i beriget uran og forarmet uran. Efter udvinding af 235U og 234U fra naturligt uran kaldes det resterende materiale (uran-238) "depleteret uran", da det er udtømt i den 235. isotop. Ifølge nogle rapporter opbevares omkring 560.000 tons forarmet uranhexafluorid (UF6) i USA. Forarmet uran er halvt så radioaktivt som naturligt uran, primært på grund af fjernelse af 234U fra det. På grund af det faktum, at hovedanvendelsen af ​​uran er energiproduktion, er forarmet uran et lavværdiprodukt med lav økonomisk værdi.

Atomkraft bruger kun beriget uran. Uran-isotopen 235U har den største anvendelse, hvor en selvopretholdende nuklear kædereaktion er mulig. Derfor bruges denne isotop som brændsel i atomreaktorer og i atomvåben. Adskillelse af isotopen U235 fra naturligt uran er en kompleks teknologi, som få lande kan implementere. Uranberigelse gør det muligt at producere atomare atomvåben - enkeltfasede eller enkelttrins eksplosive anordninger, hvor den primære energiproduktion kommer fra den nukleare fissionsreaktion af tunge kerner med dannelsen 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 uranium-233), kan i fremtiden blive et almindeligt atombrændsel til atomkraft anlæg (allerede nu er der reaktorer, der bruger dette nuklid som brændstof, f.eks. KAMINI i Indien) og produktion af atombomber (kritisk masse på ca. 16 kg).

Kernen af ​​et 30 mm kaliber projektil (GAU-8 kanoner fra A-10 flyet) med en diameter på omkring 20 mm fra 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 leverer 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 for uran er MAC 0,075 mg/m³. Når det kommer ind i kroppen, virker uran på alle organer og er en generel cellulær gift. Uran binder næsten irreversibelt, ligesom mange andre tungmetaller, til proteiner, primært til sulfidgrupperne i aminosyrer, hvilket forstyrrer deres funktion. Den molekylære virkningsmekanisme af uran er forbundet med dets evne til at hæmme enzymernes aktivitet. Først og fremmest påvirkes nyrerne (protein og sukker vises i urinen, oliguri). Ved kronisk forgiftning er hæmatopoietiske og nervesystemforstyrrelser mulige.

Brugen af ​​uran til fredelige formål

• En lille tilsætning af uran giver en smuk gulgrøn farve til glasset.
• Natriumuran bruges som gult pigment i maleri.
• Uranforbindelser blev brugt som maling til maling på porcelæn og til keramiske glasurer og emaljer (farvet 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 (farve) positive (fotografiske udskrifter) brune.
• Legeringer af jern og forarmet uran (uran-238) bruges som kraftige magnetostriktive materialer.

Isotop - sorter af atomer af et kemisk grundstof, der har det samme atomare (ordinære) nummer, men forskellige massetal.

Gruppe III element i det periodiske system, der tilhører aktiniderne; tungt svagt radioaktivt metal. Thorium har en række anvendelser, hvor det nogle gange spiller en uundværlig rolle. Placeringen af ​​dette metal i det periodiske system af elementer og strukturen af ​​kernen forudbestemte dets brug inden for fredelig brug af atomenergi.

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

Nukleare teknologier er i høj grad baseret på brugen af ​​radiokemiske metoder, som igen er baseret på radioaktive grundstoffers nuklear-fysiske, fysiske, kemiske og giftige egenskaber.

I dette kapitel begrænser vi os til en kort beskrivelse af egenskaberne af de vigtigste fissile isotoper - uran og plutonium.

Uranus

Uranus ( uran) U - et grundstof af actinidgruppen, 7.-0. periode i det periodiske system, Z=92, atommasse 238,029; den tungeste af dem, der findes i naturen.

Der er 25 kendte isotoper af uran, som alle er radioaktive. Det nemmeste 217U (Tj/ 2 = 26 ms), den tungeste 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6,8 min). Der er 6 nukleare isomerer. Der er tre radioaktive isotoper i naturligt uran: 2 s 8 og (99,2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 år) og 2 34U (0,0056%, Ti/ 2=2,48-swl). Den specifikke radioaktivitet af naturligt uran er 2,48104 Bq, fordelt næsten i halvdelen mellem 2 34U og 288 U; 235U giver et lille bidrag (den specifikke aktivitet af isotopen 233 i naturligt uran er 21 gange mindre end aktiviteten af ​​238U). Det termiske neutronfangst tværsnit er 46, 98 og 2,7 barn for henholdsvis 2 zz, 2 35U og 2 3 8 U; fissionstværsnit 527 og 584 lade for 2 zz og 2 s 8 og hhv; naturlig blanding af isotoper (0,7% 235U) 4,2 stald.

Tab. 1. Nuklear-fysiske egenskaber 2 h9 Ri og 2 35C.

Tab. 2. Neutronfangst 235C og 2 timer 8 C.

Seks isotoper af uran er i stand til spontan fission: 282 U, 2 szy, 234U, 235U, 2 s 6 u og 2 s 8 u. De naturlige isotoper 233 og 235U fission under påvirkning af både termiske og hurtige neutroner, mens kerner 238 og kun er i stand til fission, når neutroner med en energi på mere end 1,1 MeV fanges. Når neutroner med en lavere energi fanges, omdannes 288 U kernerne først til 2 -i9U kerner, som derefter gennemgår p-henfald og går først ind i 2 -" * 9Np, og derefter til 2 39Pu. Effektive tværsnit til indfangningen af termiske neutroner på 2 34U, 2 35U og 2 3 8 og er lig med henholdsvis 98, 683 og 2,7-lades. Fuldstændig fission på 2 35U fører til en "termisk energiækvivalent" på 2-107 kWh/kg. Isotoperne 2 35U og 2 zzy bruges som nukleart brændsel, der er i stand til at understøtte fissionskædereaktion.

Atomreaktorer producerer n kunstige isotoper af uran med massetal 227-240, hvoraf den længstlevende er 233U (7 V 2 \u003d i.62 *io 5 år); det opnås ved neutronbestråling af thorium. Uranisotoper med massetal 239^257 er født i de supermægtige neutronstrømme fra en termonuklear eksplosion.

Uran-232- teknogen nuklid, a-emitter, T x / 2=68,9 år, forældreisotoper 2 3 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) og 23 2 Pa(p), datternuklid 228 Th. Intensiteten af ​​spontan fission er 0,47 divisioner / s kg.

Uran-232 dannes som et resultat af følgende henfald:

P + - henfald af nuklidet * 3 a Np (Ti / 2 \u003d 14,7 min):

I den nukleare industri produceres 2 3 2 U som et biprodukt i syntesen af ​​det fissile (våbenkvalitets) nuklid 2 33 i thoriumbrændselskredsløbet. Ved bestråling med 2 3 2 Th neutroner sker hovedreaktionen:

og side to-trins reaktion:

Produktionen af ​​232 U fra thorium sker kun på hurtige neutroner (E>6 MeV). Hvis der er 2 s°Th i startstoffet, så suppleres dannelsen af ​​2 3 2 U af reaktionen: 2 s°Th + u-> 2 3'Th. Denne reaktion finder sted på termiske neutroner. Generation 2 3 2 U er uønsket af en række årsager. Det undertrykkes ved brug af thorium med en minimumskoncentration på 23°Th.

Henfaldet af 2 fra 2 sker i følgende retninger:

Et henfald i 228 Th (sandsynlighed 100%, henfaldsenergi 5,414 MeV):

energien af ​​udsendte a-partikler er 5,263 MeV (i 31,6 % af tilfældene) og 5,320 MeV (i 68,2 % af tilfældene).

• - spontan fission (sandsynlighed mindre end ~ 12%);
• - klynge henfald med dannelsen af ​​nuklidet 28 Mg (sandsynligheden for henfald er mindre end 5 * 10 "12%):

Klyngehenfald med dannelsen af ​​nuklid 2

Uranium-232 er forfaderen til en lang henfaldskæde, som omfatter nuklider - emittere af hårde y-kvanter:

^U-(3,64 dage, a, y)-> 220 Rn-> (55,6 s, a)-> 21b Po->(0,155 s, a)-> 212 Pb->(10,64 t, p, y) - > 212 Bi -> (60,6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3" 10' 7 s, a) -> 2o8 Pb (stub), 2o8 T1 - > (3,06 m, p, y -> 2o8 Pb.

Akkumuleringen af ​​2 3 2 U er uundgåelig i produktionen af ​​2 zzy i thorium energicyklussen. Intens y-stråling, der stammer fra henfaldet af 2 3 2 U, hæmmer udviklingen af ​​thoriumenergi. Det er usædvanligt, at den lige isotop 2 3 2 11 har et højt fissionstværsnit under påvirkning af neutroner (75 barn for termiske neutroner), samt et højt neutronfangst tværsnit - 73 barn. 2 3 2 U anvendes i metoden for radioaktive sporstoffer i kemisk forskning.

2 z 2 og er stamfader til en lang henfaldskæde (ifølge skemaet 2 z 2 Th), som omfatter nuklider, der udsender hårde y-kvanter. Akkumuleringen af ​​2 3 2 U er uundgåelig i produktionen af ​​2 zzy i thorium energicyklussen. Intens γ-stråling, der stammer fra henfaldet af 232 U, hindrer udviklingen af ​​thoriumenergi. Usædvanligt er, at den lige isotop 2 3 2 U har et højt fissionstværsnit under påvirkning af neutroner (75 barn for termiske neutroner), samt et højt neutronfangst tværsnit - 73 barn. 2 3 2 U bruges ofte i metoden til radioaktive sporstoffer i kemisk og fysisk forskning.

Uran-233- teknogent radionuklid, a-emitter (energier 4.824 (82.7%) og 4.783 MeV (14.9%),), Tvi= 1,585105 år, modernuklider 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 33Pa(p), datternuklid 22 9Th. 2 zzi opnås i atomreaktorer fra thorium: 2 s 2 Th fanger en neutron og bliver til 2 zz Th, som henfalder til 2 zz Pa og derefter til 2 zz. Nuclei 2 zzy (ulige isotop) er i stand til både spontan fission og fission under påvirkning af neutroner af enhver energi, hvilket gør den velegnet til produktion af både atomvåben og reaktorbrændstof. Det effektive fissionstværsnit er 533 barn, fangstværsnittet er 52 barn, neutronudbyttet er 2,54 pr. fissionsbegivenhed og 2,31 pr. absorberet neutron. Den kritiske masse på 2 zz er tre gange mindre end den kritiske masse på 2 35U (-16 kg). Intensiteten af ​​spontan fission er 720 tilfælde / s kg.

Uran-233 dannes som et resultat af følgende henfald:

- (3 + -henfald af nuklid 2 33Np (7^=36,2 min):

I industriel skala opnås 2 zzi fra 2 32Th ved neutronbestråling:

Når en neutron absorberes, spalter 234-kernen normalt, men fanger lejlighedsvis en neutron og bliver til 234U. Selvom 2 zzy, efter at have absorberet en neutron, normalt spalter, sparer den ikke desto mindre nogle gange en neutron og bliver til 2 34U. Driftstiden på 2 zz udføres både i hurtige og i termiske reaktorer.

Fra et våbensynspunkt er 2 zzi sammenlignelig med 2 39 Pu: dens radioaktivitet er 1/7 af aktiviteten på 2 39 Pu (Ti/ 2 \u003d 159200 l mod 24100 l for Pu), den kritiske masse på 2 szi er 6o% ​​højere end den for IgPu (16 kg mod 10 kg), og hastigheden af ​​spontan fission er 20 gange højere (b-u - ' versus 310 10). Neutronfluxen fra 239Pu er 3 gange højere end den fra 239Pu. Skabelsen af ​​en nuklear ladning på basis af 2 sz kræver mere indsats end på ^Pu. Den største hindring er tilstedeværelsen af ​​232U-urenheden i 232U, hvis y-stråling af henfaldsprojekterne gør det vanskeligt at arbejde med 2zzi og gør det nemt at opdage færdiglavede våben. Derudover gør den korte halveringstid på 2 3 2 U det til en aktiv kilde til a-partikler. 2 zzi med 1% 232 og har 3 gange stærkere a-aktivitet end plutonium af våbenkvalitet og dermed større radiotoksicitet. Denne a-aktivitet forårsager fødslen af ​​neutroner i våbenladningens lette elementer. For at minimere dette problem bør tilstedeværelsen af ​​sådanne elementer som Be, B, F, Li være minimal. Tilstedeværelsen af ​​en neutronbaggrund påvirker ikke driften af ​​implosionssystemer, men et højt niveau af renhed for lette elementer er påkrævet til våbenskemaer. zgi er ikke skadeligt og endda ønskeligt, fordi det reducerer muligheden for at bruge uran til våbenformål .Efter behandling af det brugte nukleare brændsel og genbrug af brændstoffet når indholdet af 232U 0,1 + 0,2%.

Henfaldet af 2 zzy sker i følgende retninger:

A-henfald i 22 9Th (sandsynlighed 100%, henfaldsenergi 4.909 MeV):

energien af ​​de udsendte n-partikler er 4,729 MeV (i 1,61 % af tilfældene), 4,784 MeV (i 13,2 % af tilfældene) og 4,824 MeV (i 84,4 % af tilfældene).

• - spontan fission (sandsynlighed
• - klyngehenfald med dannelsen af ​​nuklidet 28 Mg (sandsynligheden for henfald er mindre end 1,3*10 -13%):

Klyngehenfald med dannelsen af ​​nuklidet 24 Ne (henfaldssandsynlighed 7,3-10-“%):

2 zz henfaldskæden tilhører Neptunium-serien.

Den specifikke radioaktivitet er 2 zzi 3,57-8 Bq/g, hvilket svarer til en a-aktivitet (og radiotoksicitet) på -15 % af plutonium. Kun 1 % 2 3 2 U øger radioaktiviteten til 212 mCi/g.

Uran-234(Uranus II, UII) er en del af naturligt uran (0,0055%), 2,445105 år, a-emitter (energi af a-partikler 4,777 (72%) og

4,723 (28%) MeV), moderradionuklider: 2 s8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p+),

datterisotop i 2 s"t.

Normalt er 234 U i ligevægt med 2 3 8 u, henfalder og dannes med samme hastighed. Cirka halvdelen af ​​radioaktiviteten af ​​naturligt uran er bidraget fra 234U. Normalt opnås 234U ved ionbytterkromatografi af gamle præparater af rent 238 Pu. I a-henfald egner *34U sig til 234U, så de gamle præparater af 238Pu er gode kilder til 234U. 100 g 2s8Pu indeholder 776 mg 234U efter et år, efter 3 år

2,2 g 2 34U. Koncentrationen af ​​2 34U i højt beriget uran er ret høj på grund af den præferentielle berigelse i lette isotoper. Da 234u er en stærk y-emitter, er der restriktioner på dens koncentration i uran beregnet til forarbejdning til brændstof. Det forhøjede niveau af 234i er acceptabelt for reaktorer, men oparbejdet SNF indeholder allerede uacceptable niveauer af denne isotop.

Henfaldet af 234u sker langs følgende linjer:

A-henfald i 23°T (sandsynlighed 100%, henfaldsenergi 4.857 MeV):

energien af ​​udsendte a-partikler er 4,722 MeV (i 28,4 % af tilfældene) og 4,775 MeV (i 71,4 % af tilfældene).

• - spontan fission (sandsynlighed 1,73-10-9%).
• - klyngehenfald med dannelsen af ​​nuklidet 28 Mg (sandsynligheden for henfald er 1,4-10 "n%, ifølge andre kilder 3,9-10-"%):

• - klynge henfald med dannelsen af ​​nuklider 2 4Ne og 26 Ne (sandsynligheden for henfald er 9-10 ", 2%, ifølge andre data 2,3-10 - 11%):

Den eneste isomer 2 34ti er kendt (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Absorptionstværsnittet af 2 34U termiske neutroner er 10 barn, og for resonansintegralet gennemsnittet over forskellige mellemliggende neutroner, 700 barn. Derfor omdannes det i termiske neutronreaktorer til fissile 235U med en hurtigere hastighed, end meget mere 238U (med et tværsnit på 2,7 barn) omdannes til 2 s9Pu. Som følge heraf indeholder SNF mindre 234U end frisk brændstof.

Uran-235 tilhører 4P + 3-familien, er i stand til at producere en fissionskædereaktion. Dette er den første isotop, hvorpå reaktionen af ​​tvungen fission af kerner under påvirkning af neutroner blev opdaget. Absorberer en neutron, 235U går i 2 zbi, som er opdelt i to dele, frigiver energi og udsender flere neutroner. Spaltelig af neutroner af enhver energi, i stand til spontan fission, er isotopen 2 35U en del af naturligt uthanum (0,72%), a-emitter (energier 4,397 (57%) og 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7,038-th 8 år, modernuklider 2 35Pa, 2 35Np og 2 39Pu, datter - 23"Th. Intensiteten af ​​spontan fission 2 3su 0,16 divisioner/s kg. Spaltningen af ​​en 2 35U kerne frigiver 200 MeV energi = 3,2 Yu p J, dvs. 18 TJ/mol = 77 TJ/kg. Tværsnittet af fission af termiske neutroner er 545 barns, og ved hurtige neutroner - 1,22 barns, neutronudbytte: pr fissionsbegivenhed - 2,5, pr. absorberet neutron - 2,08.

Kommentar. Indfangningstværsnittet af langsomme neutroner for at danne isotopen 2 si (10 barn), således at det samlede absorptionstværsnit af langsomme neutroner er 645 barn.

• - spontan fission (sandsynlighed 7*10~9%);
• - klyngehenfald med dannelsen af ​​nuklider 2 °Ne, 2 5Ne og 28 Mg (sandsynlighederne er henholdsvis 8-io - 10%, 8-kg 10%, 8 * 10 ".0%):

Ris. en.

Den eneste kendte isomer er 2 35n»u (7/2 = 26 min).

Specifik aktivitet 2 35C 7,77-u 4 Bq/g. Den kritiske masse af uran af våbenkvalitet (93,5% 2 35U) for en bold med en reflektor er 15-7-23 kg.

Fission 2 » 5U bruges i atomvåben, til energiproduktion og til syntese af vigtige aktinider. Kædereaktionen opretholdes på grund af overskuddet af neutroner produceret under fissionen af ​​2 35C.

Uran-236 forekommer på Jorden i naturen i spormængder (på Månen er det mere), a-emitter (?

Ris. 2. Radioaktiv familie 4/7+2 (inklusive -3 8 og).

I en atomreaktor optager 233 en termisk neutron, hvorefter den spalter med en sandsynlighed på 82%, og udsender et y-kvante med en sandsynlighed på 18% og bliver til 236 og . I små mængder er det en del af frisk brændsel; akkumuleres, når uran bestråles med neutroner i reaktoren, og bruges derfor som en SNF "signalanordning". 2 h b og dannes som et biprodukt under adskillelse af isotoper ved gasdiffusion under regenerering af brugt nukleart brændsel. De 236 U, der produceres i en kraftreaktor, er en neutrongift; dens tilstedeværelse i nukleart brændsel kompenseres af et højt niveau af 2 35U berigelse.

2b og bruges som et blandingssporstof for oceaniske farvande.

uran-237,T&= 6,75 dage, beta- og gamma-emitter, kan opnås ved nukleare reaktioner:

Detektion 287 og udføres på linje med eu= o.v MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U bruges i metoden for radioaktive sporstoffer i kemisk forskning. Måling af koncentrationen (2 4°Am) i nedfaldet fra en atomvåbentest giver værdifuld information om typen af ​​ladning og det anvendte udstyr.

Uran-238- tilhører 4P + 2-familien, spaltbar med højenergi-neutroner (mere end 1,1 MeV), i stand til spontan fission, danner grundlag for naturligt uran (99,27%), a-emitter, 7'; /2=4>468-109 år, nedbrydes direkte til 2 34Th, danner en række genetisk beslægtede radionuklider og bliver efter 18 produkter til 206 Pb. Pure 2 3 8 U har en specifik radioaktivitet på 1,22-104 Bq. Halveringstiden er meget lang - omkring 10 16 år, således at sandsynligheden for fission i forhold til hovedprocessen - emissionen af ​​en a-partikel - kun er 10 "7. Et kilogram uran giver kun 10 spontane fissioner pr. sekund, og i løbet af samme tid udsender en a-partikel 20 millioner kerner Forældrenuklider: 2 4 2 Pu(a), *spa(p-) 234Th, datter T,/ 2 = 2 :jeg 4 th.

Uran-238 dannes som et resultat af følgende henfald:

2 (V0 4) 2] 8Н 2 0. Af de sekundære mineraler er hydratiseret calciumuranylphosphat Ca (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 almindelig. Ofte er uran i mineraler ledsaget af andre nyttige elementer - titanium , tantal, sjældne jordarter. Derfor er det naturligt at stræbe efter den komplekse forarbejdning af uranholdige malme.

Grundlæggende fysiske egenskaber af uran: atommasse 238.0289 a.m.u. (g/mol); atomradius 138 pm (1 pm = 12 m); ioniseringsenergi (første elektron 7,11 eV; elektronisk konfiguration -5f36d‘7s 2; oxidationstilstande 6, 5, 4, 3; G P l \u003d 113 2, 2 °; T t 1=3818°; massefylde 19,05; specifik varmekapacitet 0,115 JDKmol); trækstyrke 450 MPa, smeltevarme 12,6 kJ/mol, fordampningsvarme 417 kJ/mol, specifik varmekapacitet 0,115 J/(mol-K); molært volumen 12,5 cm3/mol; den karakteristiske Debye temperatur © D = 200K, overgangstemperaturen til den superledende tilstand er 0,68K.

Uran er et tungt, sølvhvidt, blankt metal. Det er lidt blødere end stål, formbart, fleksibelt, har små paramagnetiske egenskaber og er pyrofor i pulverform. Uran har tre allotrope former: alfa (rhombisk, a-U, gitterparametre 0=285, b= 587, c=49b pm, stabil op til 667,7°), beta (tetragonal, p-U, stabil fra 667,7 til 774,8°), gamma (med et kubisk kropscentreret gitter, y-U, eksisterende fra 774,8° til smeltepunkter, frm= ii34 0), hvor uran er mest formbart og bekvemt til forarbejdning.

Ved stuetemperatur er den rombiske a-fase stabil, den prismatiske struktur består af bølgede atomlag parallelt med planet abc, i et ekstremt asymmetrisk prismatisk gitter. Indenfor lagene er atomerne tæt bundet, mens styrken af ​​bindingerne mellem atomerne i tilstødende lag er meget svagere (fig. 4). Denne anisotrope struktur gør det vanskeligt at sammensmelte uran med andre metaller. Kun molybdæn og niobium skaber faststoflegeringer med uran. Alligevel kan metallisk uran interagere med mange legeringer og danne intermetalliske forbindelser.

I intervallet 668 ^ 775 ° er der et (3-uran tetragonal type gitter har en lagdelt struktur med lag parallelt med planet ab i positionerne 1/4С, 1/2 med og 3/4C enhedscelle. Ved temperaturer over 775° dannes y-uran med et kropscentreret kubisk gitter. Tilsætningen af ​​molybdæn gør det muligt at have y-fasen ved stuetemperatur. Molybdæn danner en bred vifte af faste opløsninger med y-uran og stabiliserer y-fasen ved stuetemperatur. y-uran er meget blødere og mere formbart end de skøre a- og (3-faser.

Neutronbestråling har en betydelig effekt på urans fysiske og mekaniske egenskaber, hvilket forårsager en stigning i prøvens størrelse, en ændring i form samt en kraftig forringelse af de mekaniske egenskaber (krybning, skørhed) af uranblokke under drift af en atomreaktor. Stigningen i volumen skyldes akkumulering i uran under fission af urenheder af grundstoffer med lavere tæthed (oversættelse 1% uran til fragmenteringselementer øger volumen med 3,4 %).

Ris. 4. Nogle krystalstrukturer af uran: a - a-uran, b - p-uran.

De mest almindelige metoder til at opnå uran i metallisk tilstand er reduktion af deres fluorider med alkali- eller jordalkalimetaller eller elektrolyse af deres saltsmelter. Uran kan også opnås ved metallotermisk reduktion fra karbider med wolfram eller tantal.

Evnen til nemt at donere elektroner bestemmer urans reducerende egenskaber og dets høje kemiske aktivitet. Uran kan interagere med næsten alle grundstoffer, undtagen ædelgasser, mens det opnår oxidationstilstande +2, +3, +4, +5, +6. I opløsning er hovedvalensen 6+.

Metallisk uran oxideres hurtigt i luft og er dækket af en iriserende oxidfilm. Fint pulver af uran antændes spontant i luft (ved temperaturer på 1504-175°), danner og;) Ov. Ved 1000° kombineres uran med nitrogen og danner gult uraniumnitrid. Vand er i stand til at reagere med metal langsomt ved lave temperaturer og hurtigt ved høje temperaturer. Uran reagerer voldsomt med kogende vand og damp for at frigive brint, som danner et hydrid med uran.

Denne reaktion er kraftigere end forbrændingen af ​​uran i oxygen. En sådan kemisk aktivitet af uran gør det nødvendigt at beskytte uran i atomreaktorer mod kontakt med vand.

Uran opløses i saltsyre, salpetersyre og andre syrer og danner U(IV)-salte, men interagerer ikke med alkalier. Uran fortrænger brint fra uorganiske syrer og saltopløsninger af metaller som kviksølv, sølv, kobber, tin, platin og guld. Ved kraftig rystelse begynder metalpartiklerne af uran at gløde.

Funktioner af strukturen af ​​uranatomets elektronskaller (tilstedeværelsen af ​​^/-elektroner) og nogle af dets fysisk-kemiske egenskaber tjener som grundlag for klassificering af uran som et aktinid. Der er dog en kemisk analogi mellem uran og Cr, Mo og W. Uran er meget reaktivt og reagerer med alle grundstoffer undtagen ædelgasserne. I den faste fase er eksempler på U(VI) uranyltrioxid U03 og uranylchlorid U02C12. Urantetrachlorid UC1 4 og uraniumdioxid U0 2

U(IV) eksempler. Stoffer indeholdende U(IV) er normalt ustabile og bliver hexavalente ved længere tids udsættelse for luft.

Seks oxider er installeret i uran-oxygensystemet: UO, U0 2 , U 4 0 9 og 3 Ov, U0 3 . De er kendetegnet ved et bredt område af homogenitet. U0 2 er et basisk oxid, mens U0 3 er amfotert. U0 3 - interagerer med vand og danner en række hydrater, hvoraf de vigtigste er diuronsyre H 2 U 2 0 7 og uransyre H 2 1U 4. Med alkalier danner U0 3 salte af disse syrer - uranater. Når U0 3 er opløst i syrer, dannes salte af den dobbeltladede uranylkation U0 2 a+.

Urandioxid, U02, er brun i støkiometrisk sammensætning. Når iltindholdet i oxidet stiger, skifter farven fra mørkebrun til sort. Krystalstruktur af CaF 2 type, -en = 0,547 nm; massefylde 10,96 g/cm "* (den højeste massefylde blandt uranoxider). T , pl \u003d 2875 0, T kn „ \u003d 3450 °, D # ° 298 \u003d -1084,5 kJ / mol. Urandioxid er en halvleder med hulledningsevne, en stærk paramagnet. MAC = 0,015 mg/m3. Lad os ikke opløses i vand. Ved en temperatur på -200° tilfører den oxygen og når sammensætningen U02>25.

Uran (IV) oxid kan opnås ved reaktioner:

Urandioxid udviser kun basiske egenskaber, det svarer til det basiske hydroxid U (OH) 4, som derefter bliver til hydreret hydroxid U0 2 H 2 0. Urandioxid opløses langsomt i stærke ikke-oxiderende syrer i fravær af atmosfærisk oxygen til dannelse af W + ioner:

U0 2 + 2H 2 S0 4 -> U(S0 4) 2 + 2Н 2 0. (38)

Det er opløseligt i koncentrerede syrer, og opløsningshastigheden kan øges kraftigt ved tilsætning af fluorion.

Når den er opløst i salpetersyre, dannes uranylionen 1U 2 2+:

Triuran oktoxid U 3 0s (uranoxid) - pulver, hvis farve varierer fra sort til mørkegrøn; ved kraftig knusning - olivengrøn farve. Store sorte krystaller efterlader grønne streger på porcelæn. Der er tre kendte krystallinske modifikationer af U 3 0 h: a-U3C>8 - rombisk krystalstruktur (sp. gr. C222; 0=0,671 nm; 6=1,197 nm; c=0,83 nm; d = 0,839 nm); p-U 3 0e - rombisk krystalstruktur (rumgruppe Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Begyndelsen af ​​nedbrydning er 100° (går til 110 2), MPC = 0,075 mg / m3.

U3C>8 kan opnås ved reaktionen:

Ved at kalcinere U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 eller (NH 4) 2 U 2 0 7 ved 750 0 i luft eller i en oxygenatmosfære ( p = 150 + 750 mm Hg) modtager støkiometrisk ren U 3 08.

Når U 3 0s calcineres ved T > 100°, reduceres det til 110 2, men når det afkøles i luft, vender det tilbage til U 3 0s. U 3 0e opløses kun i koncentrerede stærke syrer. I salt- og svovlsyrer dannes en blanding af U(IV) og U(VI), og i salpetersyre dannes uranylnitrat. Fortyndede svovl- og saltsyrer reagerer meget svagt med U 3 Os selv ved opvarmning, tilsætning af oxidationsmidler (salpetersyre, pyrolusit) øger opløsningshastigheden markant. Koncentreret H 2 S0 4 opløser U 3 Os med dannelse af U(S0 4) 2 og U0 2 S0 4. Salpetersyre opløser U 3 Oe med dannelse af uranylnitrat.

Urantrioxid, U0 3 - krystallinsk eller amorft stof med lys gul farve. Reagerer med vand. MPC \u003d 0,075 mg/m 3.

Det opnås ved at kalcinere ammoniumpolyuranater, uraniumperoxid, uranyloxalat ved 300-500 ° og hexahydrat uranylnitrat. I dette tilfælde dannes et orange pulver af en amorf struktur med en tæthed

6,8 g/cm. Den krystallinske form IO 3 kan opnås ved oxidation af U 3 0 8 ved temperaturer på 450°-750° i en oxygenstrøm. Der er seks krystallinske modifikationer af U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 er hygroskopisk og bliver til uranylhydroxid i fugtig luft. yderligere opvarmning til 6oo° gør det muligt at opnå U 3 Os.

Hydrogen, ammoniak, kulstof, alkali og jordalkalimetaller reducerer U0 3 til U0 2 . Ved at lede en blanding af HF og NH 3 gasser, dannes UF 4. I den højeste valens udviser uran amfotere egenskaber. Under påvirkning af U0 3 syrer eller dets hydrater dannes uranylsalte (U0 2 2+), farvet gulgrøn:

De fleste uranylsalte er meget opløselige i vand.

Med alkalier, når de er smeltet, danner U0 3 salte af uransyre - uranater MDKH,:

Med alkaliske opløsninger danner urantrioxid salte af polyuransyrer - polyuranater dgM 2 0y110 3 pH^O.

Salte af uransyre er praktisk talt uopløselige i vand.

De sure egenskaber af U(VI) er mindre udtalte end de basiske.

Uran reagerer med fluor ved stuetemperatur. Stabiliteten af ​​højere halogenider falder fra fluorider til iodider. Fluorider UF 3 , U4F17, U2F9 og UF 4 er ikke-flygtige, og UFe er flygtige. De vigtigste af fluoriderne er UF 4 og UFe.

Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart i praksis:

Reaktionen i et fluidiseret leje udføres ifølge ligningen:

Det er muligt at bruge fluoreringsmidler: BrF 3, CC1 3 F (freon-11) eller CC1 2 F 2 (freon-12):

Uran (1U) fluorid UF 4 ("grønt salt") - pulver fra blålig-grøn til smaragdfarve. G 11L \u003d SW6 °; G til, ",. \u003d -1730 °. DYa ° 298 = 1856 kJ/mol. Krystalstrukturen er monoklin (sp. gp C2/c; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p \u003d 12b ° 20 "; massefylde 6,72 g / cm3. UF 4 er en stabil, inaktiv, ikke-flygtig forbindelse, dårligt opløselig i vand. Det bedste opløsningsmiddel til UF 4 er rygende perchlorsyre HC10 4. Det opløses i oxiderende syrer at danne et uranylsalt hurtigt opløses i en varm opløsning af Al(N0 3) 3 eller A1C1 3, samt i en opløsning af borsyre syrnet med H 2 S0 4, HC10 4 eller HC1. eller borsyre, bidrager også til opløsningen af ​​UF 4. Danner en række tungtopløselige dobbeltsalte med fluorider af andre metaller (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 osv.) NH 4 UF 5 er af industriel betydning.

U(IV)fluorid er et mellemprodukt i præparatet

både UF6 og uran metal.

UF 4 kan opnås ved reaktioner:

eller ved elektrolytisk reduktion af uranylfluorid.

Uranhexafluorid UFe - ved stuetemperatur, elfenbenskrystaller med et højt brydningsindeks. Massefylde

5,09 g/cm3, densiteten af ​​flydende UFe er 3,63 g/cm3. Flyvende forbindelse. Tvoag = 5^>5°> Gil=64,5° (under tryk). Mættet damptryk når atmosfæren ved 560°. Entalpi ved dannelse af AR° 29 8 = -2116 kJ/mol. Krystalstrukturen er rombisk (sp. gr. Rpta; 0=0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=0,5207 nm; d 5.060 nm (250). MPC - 0,015 mg/m3. Fra den faste tilstand kan UF6 sublimere fra den faste fase (sublimere) til en gas, idet den omgår den flydende fase over et bredt trykområde. Sublimationsvarme ved 50 0 50 kJ/mg. Molekylet har ikke et dipolmoment, så UF6 associerer ikke. Dampe UFr, - en ideel gas.

Det opnås ved virkningen af ​​fluor på U af dets forbindelser:

Ud over gasfasereaktioner er der også væskefasereaktioner.

opnåelse af UF6 ved brug af for eksempel halogenfluorider

Der er en måde at opnå UF6 uden brug af fluor - ved at oxidere UF 4:

UFe reagerer ikke med tør luft, oxygen, nitrogen og CO 2, men ved kontakt med vand, selv med spor af det, undergår det hydrolyse:

Det interagerer med de fleste metaller og danner deres fluorider, hvilket komplicerer metoderne til opbevaring. Egnede beholdermaterialer til arbejde med UF6 er: Ni, Monel og Pt ved opvarmning, Teflon, absolut tørt kvarts og glas, kobber og aluminium, når det er koldt. Ved temperaturer på 25 yuo 0 danner det komplekse forbindelser med fluorider af alkalimetaller og sølv af typen 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Det opløses godt i forskellige organiske væsker, uorganiske syrer og i alle halogenfluorider. Inert til tør 0 2 , N 2 , CO 2 , C1 2 , Br 2 . UFr er karakteriseret ved reduktionsreaktioner med de fleste rene metaller. UF6 reagerer kraftigt med kulbrinter og andre organiske stoffer, så lukkede beholdere med UFe kan eksplodere. UF6 i området 25 - 100° danner komplekse salte med fluorider af alkalier og andre metaller. Denne egenskab bruges i teknologi til selektiv udvinding af UF

Uranhydrider UH 2 og UH 3 indtager en mellemposition mellem saltlignende hydrider og hydrider, såsom faste opløsninger af hydrogen i metal.

Når uran reagerer med nitrogen, dannes der nitrider. Fire faser er kendt i U-N-systemet: UN (uraniumnitrid), a-U 2 N 3 (sesquinitrid), p-U 2 N 3 og UN If90. Det er ikke muligt at nå sammensætningen af ​​UN 2 (dinitrid). Pålidelige og velkontrollerede er synteserne af uranmononitride UN, som bedst udføres direkte fra grundstofferne. Uraniumnitrider er pulveragtige stoffer, hvis farve varierer fra mørkegrå til grå; ligner metal. UN har en kubisk ansigtscentreret krystalstruktur, såsom NaCl (0=4,8892 A); (/ = 14.324, 7 ^ = 2855 °, stabil i vakuum op til 1700 0. Det opnås ved at reagere U- eller U-hydrid med N 2 eller NH 3 , nedbrydning af højere nitrider U ved 1300 ° eller deres reduktion med metallisk uran. U 2 N 3 er kendt i to polymorfe modifikationer: kubisk a og hexagonal p (0=0,3688 nm, 6=0,5839 nm), frigiver N 2 i vakuum over 8oo°. Det opnås ved reduktion af UN 2 med brint. Dinitrid UN 2 syntetiseres ved omsætning af U med N 2 ved højt tryk N 2 . Urannitrider er letopløselige i syrer og alkaliske opløsninger, men nedbrydes med smeltede alkalier.

Urannitrid opnås ved to-trins carbotermisk reduktion af uranoxid:

Opvarmning i argon ved 7M450 0 i 10 * 20 timer

Det er muligt at opnå uraniumnitrid med en sammensætning tæt på dinitrid, UN 2 , ved påvirkning af ammoniak på UF 4 ved høj temperatur og tryk.

Uran dinitrid nedbrydes ved opvarmning:

Uraniumnitrid, beriget med 2 35U, har en højere fissionstæthed, termisk ledningsevne og smeltepunkt end uranoxider, det traditionelle brændsel i moderne kraftreaktorer. Det har også god mekanisk og stabilitet, der overstiger traditionelt brændstof. Derfor betragtes denne forbindelse som et lovende grundlag for hurtige neutronreaktorer for nukleart brændsel (generation IV-atomreaktorer).

Kommentar. FN er meget nyttigt at berige på '5N, fordi ,4 N har tendens til at fange neutroner, hvilket genererer den radioaktive isotop 14 C ved (n, p) reaktionen.

Urancarbid UC 2 (?-fase) er et lysegråt krystallinsk stof med en metallisk glans. I U-C systemet (urancarbider) er der UC 2 (?-fase), UC 2 (b 2-fase), U 2 C 3 (e-fase), UC (b 2-fase) - urancarbider. Urandicarbid UC 2 kan opnås ved reaktionerne:

U + 2C ^ UC 2 (54v)

Urancarbider bruges som brændstof til atomreaktorer, de er lovende som brændstof til rumraketmotorer.

Uranylnitrat, uranylnitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Metallets rolle i dette salt spilles af uranylkationen 2+. Gule krystaller med en grønlig glans, letopløselige i vand. Den vandige opløsning er sur. Opløselig i ethanol, acetone og ether, uopløselig i benzen, toluen og chloroform. Ved opvarmning smelter krystallerne og frigiver HN0 3 og H 2 0. Det krystallinske hydrat eroderer let i luften. En karakteristisk reaktion er, at der under påvirkning af NH 3 dannes et gult bundfald af ammoniumurat.

Uran er i stand til at danne metalorganiske forbindelser. Eksempler er cyclopentadienylderivater med sammensætningen U(C5H5)4 og deres halogenerede u(C5H5)3G eller u(C5H5)2G2.

I vandige opløsninger er uran mest stabil i oxidationstilstanden U(VI) i form af uranylionen U0 2 2+. I mindre grad er den karakteriseret ved U(IV)-tilstanden, men den kan endda eksistere i U(III)-formen. U(V)-oxidationstilstanden kan eksistere som IO 2 +-ionen, men denne tilstand observeres sjældent på grund af tendensen til disproportionering og hydrolyse.

I neutrale og sure opløsninger findes U(VI) som U0 2 2+ - en gul uranylion. Velopløselige uranylsalte omfatter nitrat U0 2 (N0 3) 2, sulfat U0 2 S0 4, chlorid U0 2 C1 2, fluorid U0 2 F 2, acetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Disse salte er isoleret fra opløsninger i form af krystallinske hydrater med forskellige antal vandmolekyler. Svagt opløselige salte af uranyl er: oxalat U0 2 C 2 0 4, phosphater U0 2 HP0., og UO2P2O4, ammoniumuranylphosphat UO2NH4PO4, natriumuranylvanadat NaU0 2 V0 4 (U 02) 2 (U ferrocyanide). Uranylionen er kendetegnet ved en tendens til at danne komplekse forbindelser. Så komplekser med fluorioner af typen -, 4- kendes; nitratkomplekser og 2 *; sulfatkomplekser 2 "og 4-; carbonatkomplekser 4" og 2 " osv. Under indvirkning af alkalier på opløsninger af uranylsalte frigives tungtopløselige bundfald af diuranater af Me 2 U 2 0 7-typen (Me 2 U0 4). monouranater er ikke isoleret fra opløsninger, de opnås ved fusion af uranoxider med alkalier) Me 2 U n 0 3 n+i polyuranater er kendte (f.eks. Na 2 U60i 9).

U(VI) reduceres i sure opløsninger til U(IV) af jern, zink, aluminium, natriumhydrosulfit og natriumamalgam. Opløsningerne er farvet grønne. Alkalier udfælder hydroxid og 0 2 (0H) 2 fra dem, flussyre - fluorid UF 4 -2,5H 2 0, oxalsyre - oxalat U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Tendensen til kompleksdannelse i U 4+ ion mindre end uranylioners.

Uran (IV) i opløsning er i form af U 4+ ioner, som er stærkt hydrolyseret og hydreret:

Hydrolyse hæmmes i sure opløsninger.

Uran (VI) i opløsning danner uranyloxokation - U0 2 2+ Der kendes adskillige uranylforbindelser, hvoraf eksempler er: U0 3, U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2, U0 2 C0 3 -2 (NH 4) 2 C0 3 U0 2 C0 3, U0 2 C1 2, U0 2 (0H) 2, U0 2 (N0 3) 2, UO0SO4, ZnU0 2 (CH 3 C00) 4 osv.

Under hydrolysen af ​​uranylionen dannes en række multinukleære komplekser:

Ved yderligere hydrolyse fremkommer U 3 0s (0H) 2 og derefter U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

Til kvalitativ påvisning af uran anvendes metoder til kemiske, luminescerende, radiometriske og spektrale analyser. Kemiske metoder er hovedsageligt baseret på dannelsen af ​​farvede forbindelser (for eksempel rød-brun farve af forbindelsen med ferrocyanid, gul med hydrogenperoxid, blå med arsenazo-reagens). Den luminescerende metode er baseret på mange uranforbindelsers evne til at give en gullig-grønlig glød under påvirkning af UV-stråler.

Kvantitativ bestemmelse af uran udføres ved forskellige metoder. De vigtigste af dem er: volumetriske metoder, der består i reduktion af U(VI) til U(IV) efterfulgt af titrering med opløsninger af oxidationsmidler; vægtmetoder - udfældning af uranater, peroxid, U(IV) kupferranater, oxyquinolat, oxalat mv. efterfulgt af deres kalcinering ved 100° og vejning U 3 0s; polarografiske metoder i en nitratopløsning gør det muligt at bestemme 10 x 7 x 10-9 g uran; talrige kolorimetriske metoder (f.eks. med H 2 0 2 i et alkalisk medium, med arsenazoreagenset i nærvær af EDTA, med dibenzoylmethan, i form af et thiocyanatkompleks osv.); selvlysende metode, som gør det muligt at bestemme, hvornår fusioneret med NaF til yu 11 g uran.

235U tilhører gruppe A af strålingsfare, den minimale signifikante aktivitet MZA=3,7-10 4 Bq, 2 s 8 og - til gruppe D, MZA=3,7-10 6 Bq (300 g).

Da de radioaktive grundstoffer i det periodiske system blev opdaget, kom en person til sidst med en ansøgning om dem. Dette er, hvad der skete med uran. Det blev brugt til både militære og civile formål. Uranmalm blev forarbejdet, det resulterende element blev brugt i maling- og lak- og glasindustrien. Efter at dens radioaktivitet blev opdaget, begyndte den at blive brugt i Hvor rent og miljøvenligt er dette brændstof? Dette diskuteres stadig.

naturligt uran

I naturen findes uran ikke i sin rene form – det er en bestanddel af malm og mineraler. Den vigtigste uranmalm er carnotit og begblende. Også betydelige aflejringer af denne strategiske findes i sjældne jordarters og tørvemineraler - orthit, titanit, zircon, monazit, xenotime. Uranaflejringer kan findes i bjergarter med et surt miljø og høje koncentrationer af silicium. Dens ledsagere er calcit, galena, molybdenit osv.

Verdensindskud og reserver

Til dato er mange aflejringer blevet udforsket i et 20 kilometer langt lag af jordens overflade. Alle indeholder et stort antal tons uran. Denne mængde er i stand til at forsyne menneskeheden med energi i mange hundrede år fremover. De førende lande, hvor uranmalm er placeret i det største volumen, er Australien, Kasakhstan, Rusland, Canada, Sydafrika, Ukraine, Usbekistan, USA, Brasilien, Namibia.

Typer af uran

Radioaktivitet bestemmer egenskaberne af et kemisk grundstof. Naturligt uran består af tre af dets isotoper. To af dem er forfædrene til den radioaktive serie. Naturlige isotoper af uran bruges til at skabe brændstof til nukleare reaktioner og våben. Også uran-238 tjener som råmateriale til produktion af plutonium-239.

Uran isotoper U234 er datternuklider af U238. De er anerkendt som de mest aktive og giver stærk stråling. Isotopen U235 er 21 gange svagere, selvom den med succes er blevet brugt til ovennævnte formål - den har evnen til at opretholde uden yderligere katalysatorer.

Ud over naturlige er der også kunstige isotoper af uran. I dag er der 23 sådanne kendte, den vigtigste af dem - U233. Det er kendetegnet ved evnen til at blive aktiveret under påvirkning af langsomme neutroner, mens resten kræver hurtige partikler.

Malm klassificering

Selvom uran kan findes næsten overalt - selv i levende organismer - kan lagene, som det er indeholdt i, være af forskellige typer. Dette afhænger også af udvindingsmetoderne. Uranmalm er klassificeret efter følgende parametre:

1. Dannelsesforhold - endogene, eksogene og metamorfogene malme.
2. Karakteren af ​​uranmineralisering er primære, oxiderede og blandede malme af uran.
3. Størrelsen af ​​tilslag og korn af mineraler - grovkornede, mellemkornede, finkornede, finkornede og spredte malmfraktioner.
4. Nytten af ​​urenheder - molybdæn, vanadium osv.
5. Sammensætningen af ​​urenheder - carbonat, silikat, sulfid, jernoxid, caustobiolitisk.

Afhængigt af hvordan uranmalm er klassificeret, er der en måde at udvinde et kemisk grundstof fra det. Silikat behandles med forskellige syrer, carbonat - med sodaopløsninger beriges caustobiolit ved afbrænding, og jernoxid smeltes i en højovn.

Hvordan udvindes uranmalm?

Som i enhver minevirksomhed er der en vis teknologi og metoder til at udvinde uran fra sten. Alt afhænger også af, hvilken isotop der er i lithosfærelaget. Uranmalm udvindes på tre måder. Økonomisk berettiget at isolere grundstoffet fra klippen er, når dets indhold er i mængden 0,05-0,5%. Der er en mine, et stenbrud og en udvaskningsmetode. Brugen af ​​hver af dem afhænger af isotopernes sammensætning og klippens dybde. Udvinding af stenbrud af uranmalm er mulig med en lav forekomst. Risikoen for eksponering er minimal. Der er ingen problemer med udstyr - bulldozere, læssere, dumpere er meget brugte.

Minedrift er mere kompleks. Denne metode bruges, når elementet forekommer i en dybde på op til 2 kilometer og er økonomisk rentabel. Stenen skal indeholde en høj koncentration af uran for at blive udvundet på en hensigtsmæssig måde. Aditten giver maksimal sikkerhed, dette skyldes den måde, uranmalm udvindes under jorden. Arbejderne er udstyret med overalls, arbejdstiden er strengt begrænset. Minerne er udstyret med elevatorer, forbedret ventilation.

Udvaskning er den tredje metode - den reneste fra et miljømæssigt synspunkt og sikkerheden for de ansatte i minevirksomheden. En speciel kemisk opløsning pumpes gennem et system af borede brønde. Det opløses i reservoiret og bliver mættet med uranforbindelser. Opløsningen pumpes derefter ud og sendes til forarbejdningsanlæg. Denne metode er mere progressiv, den giver mulighed for at reducere økonomiske omkostninger, selvom der er en række begrænsninger for dens anvendelse.

Indskud i Ukraine

Landet viste sig at være en lykkelig ejer af forekomster af det element, som det er fremstillet af. Ifølge prognoser indeholder uranmalme i Ukraine op til 235 tons råmaterialer. I øjeblikket er kun forekomster indeholdende omkring 65 tons bekræftet. Et vist beløb er allerede beregnet. En del af uranet blev brugt indenlandsk, og en del blev eksporteret.

Hovedforekomsten er Kirovograds uranmalmregion. Indholdet af uran er lavt - fra 0,05 til 0,1% per ton sten, så prisen på materialet er høj. Som følge heraf udveksles de resulterende råmaterialer i Rusland til færdige brændselsstave til kraftværker.

Det andet store indskud er Novokonstantinovskoye. Indholdet af uran i klippen gjorde det muligt at reducere omkostningerne sammenlignet med Kirovogradskoye med næsten 2 gange. Udvikling er dog ikke blevet gennemført siden 90'erne, alle miner er oversvømmet. I forbindelse med forværringen af ​​de politiske forbindelser med Rusland kan Ukraine stå uden brændstof til

russisk uranmalm

Med hensyn til uranudvinding ligger Den Russiske Føderation på en femteplads blandt andre lande i verden. De mest berømte og magtfulde er Khiagdinskoye, Kolichkanskoye, Istochnoye, Koretkondinskoye, Namarusskoye, Dobrynskoye (Republikken Buryatia), Argunskoye, Zherlovoye. 93% af alt russisk uran udvindes i Chita-regionen (hovedsageligt ved åben grube og minemetoder).

Situationen er noget anderledes med aflejringer i Buryatia og Kurgan. Uranmalm i Rusland i disse regioner ligger på en sådan måde, at det gør det muligt at udvinde råstoffer ved udvaskning.

I alt forudsiges forekomster af 830 tons uran i Rusland, og der er omkring 615 tons bekræftede reserver. Disse er også aflejringer i Yakutia, Karelen og andre regioner. Da uran er et strategisk globalt råmateriale, er tallene muligvis ikke nøjagtige, da mange af dataene er klassificerede, har kun en bestemt kategori af mennesker adgang til dem.

Uran er et radioaktivt metal. I naturen består uran af tre isotoper: uran-238, uran-235 og uran-234. Det højeste stabilitetsniveau er registreret for uranium-238.

radioaktivt henfald af uran

Radioaktivt henfald er processen med en pludselig ændring i sammensætningen eller den indre struktur af atomkerner, som er karakteriseret ved ustabilitet. I dette tilfælde udsendes elementære partikler, gamma-kvanter og/eller nukleare fragmenter. Radioaktive stoffer indeholder en radioaktiv kerne. Datterkernen, der er et resultat af radioaktivt henfald, kan også blive radioaktiv og efter en vis tid undergå henfald. Denne proces fortsætter, indtil der dannes en stabil kerne uden radioaktivitet. E. Rutherford beviste eksperimentelt i 1899, at uransalte udsender tre typer stråler:

• α-stråler - en strøm af positivt ladede partikler
• β-stråler - en strøm af negativt ladede partikler
• γ-stråler - skaber ikke afvigelser i magnetfeltet.

Radioaktivitet af uran

Naturlig radioaktivitet er det, der adskiller radioaktivt uran fra andre grundstoffer. Uranatomer, uanset faktorer og forhold, ændres gradvist. I dette tilfælde udsendes usynlige stråler. Efter de transformationer, der sker med uranatomer, opnås et andet radioaktivt grundstof, og processen gentages. Han vil gentage så mange gange som nødvendigt for at få et ikke-radioaktivt grundstof. For eksempel har nogle transformationskæder op til 14 stadier. I dette tilfælde er det mellemliggende element radium, og det sidste trin er dannelsen af ​​bly. Dette metal er ikke et radioaktivt grundstof, så en række transformationer afbrydes. Det tager dog flere milliarder år for den fuldstændige omdannelse af uran til bly.
Radioaktiv uranmalm forårsager ofte forgiftning hos virksomheder, der er involveret i udvinding og forarbejdning af uranråmaterialer. I den menneskelige krop er uran en generel cellulær gift. Det påvirker hovedsageligt nyrerne, men lever- og mave-tarmlæsioner forekommer også.
Uran har ikke helt stabile isotoper. Den længste levetid er noteret for uranium-238. Semi-henfaldet af uran-238 sker over 4,4 milliarder år. Lidt mindre end en milliard år er det halve henfald af uran-235 - 0,7 milliarder år. Uran-238 optager over 99% af den samlede mængde naturligt uran. På grund af dets kolossale halveringstid er radioaktiviteten af ​​dette metal ikke høj, for eksempel kan alfapartikler ikke trænge ind i stratum corneum af menneskelig hud. Efter en række undersøgelser fandt forskerne ud af, at hovedkilden til stråling ikke er uran i sig selv, men radongassen, der dannes af det, såvel som dets henfaldsprodukter, der kommer ind i menneskekroppen under vejrtrækningen.