خامات اليورانيوم (أ. خامات اليورانيوم ؛ ن. يورانيرزي ؛ و. minerais uraniferes ، minerais d "uranium ؛ و. معادن اليورانيا ، والمعادن uraniсos) - التكوينات المعدنية الطبيعية التي تحتوي على اليورانيوم بهذه التركيزات والكميات والمركبات ، والتي يتم فيها تعدينها الصناعي مجدية اقتصاديًا.

المعادن الخام الرئيسية: أكاسيد - يورانيت ، طبقة يورانيوم ، يورانيوم أسود ؛ سيليكات - نعش. تيتانات - برانيريت. سيليكات اليورانيل - يورانوفان ، بيتورانوتيل ؛ فانات اليورانيل - الكارنوت ، تيويامونيت ؛ فوسفات اليورانيل - التهاب الأذن ، توربرنيت. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يتم تضمين اليورانيوم الموجود في الخامات في تكوين المعادن التي تحتوي على P ، و Zr ، و Ti ، و Th و TR (فلوراباتيت ، وليوكوكسين ، ومونازيت ، وزركون ، وورثيت ، وثوريانايت ، ودافيديت ، وما إلى ذلك) ، أو يكون في حالة ممتصة في مادة كربونية.

عادة ما يتم تمييز خامات اليورانيوم: فائق الثراء (أكثر من 0.3٪ يو) ، غني (0.1-0.3٪) ، عادي (0.05-0.10٪) ، فقير (0.03-0.05٪) وخارج الميزانية (0.01-0.03٪) ). كبيرة جدًا هي رواسب اليورانيوم التي تحتوي على احتياطيات (ألف طن) تزيد عن 50 ، كبيرة - من 10 إلى 50 ، متوسطة - من 1 إلى 10 ، صغيرة - 0.2-1.0 وصغيرة جدًا - أقل من 0.2.

تتنوع خامات اليورانيوم من حيث ظروف التكوين وطبيعة التواجد والتركيب المعدني ووجود المكونات المرتبطة وطرق التعدين. تشمل خامات اليورانيوم الرسوبية (التوليف الخارجي) رواسب الباليوجين المبطنة من نوع الفوسفات العضوي المنشأ في (رواسب مخلفات عظام السمك المخصبة في U و TR) والتكتلات المبكرة الحاملة لليورانيوم المليء بالحصى الكوارتز في منطقة بحيرة إليوت في كندا (مع Th ، Zr ، Ti) ، Witwatersrand في جنوب إفريقيا (مع Au) و Jacobina في البرازيل (مع Au). الخامات عادة ما تكون عادية وبائسة. من بين رواسب التسلل (جينية خارجية) ، يتم تمييز التربة ، والخزان ، والشق التسلل. يتصدرها رواسب التابوت والتشيرنيوم من نوع الارتشاح القاعدي ، حيث توجد خامات اليورانيوم في الصخور المنفذة للأحواض الارتوازية ويتم التحكم فيها من خلال حدود مناطق أكسدة الطبقة. تكون رواسب الركاز على شكل لفائف (أجسام ممدودة على شكل منجل) أو عدسات. الخامات في الغالب عادية وفقيرة ، وأحيانًا معقدة مع Se ، Re ، Mo ، V ، Sc (رواسب في المناطق القاحلة من CCCP ، وايومنغ في النيجر).

من بين رواسب تسلل التربة ، من الأهمية الصناعية رواسب اليورانيوم والفحم ، حيث يتم توطين اليورانيوم والتمعدن المرتبط به في الجزء العلوي من الطبقات ، عند ملامسة الرمال المؤكسدة ، وكذلك الرواسب القريبة من السطح لخامات الكارنويت في "الكالسيتات" و "hypcretes" (تكوينات التربة الكربونية والجبسية لنهر paleovalleys) في أستراليا (رواسب Yilirri) وناميبيا. تجاور هذه المجموعة رواسب طباقية من اليورانيوم - البيتومين في الصخور الأرضية والكربونية ، حيث يتم تمثيل مادة الخام بواسطة الكريتات الحاملة للبيشبلند والأنثراكسوليت (رواسب حزام جرانت في الولايات المتحدة الأمريكية ، باناتا في رومانيا). يتم أحيانًا دمج هذه الأجسام الخام ، جنبًا إلى جنب مع العناصر المتسللة ، في رواسب من النوع "الحجر الرملي" (الخامات العادية والفقيرة). نظيراتها المحتملة المتحولة هي رواسب منطقة خام فرانسفيل في الجابون ، من بينها رواسب أوكلو الفريدة. الرواسب الحرارية المائية (رواسب درجة حرارة متوسطة إلى منخفضة فوق جينية داخلية) هي أساسًا معروق ومخزون عرقي ، وغالبًا ما تكون شبيهة بالصفائح. تنقسم إلى اليورانيوم السليم (بما في ذلك عروق كربونات اليورانيوم) والموليبدينوم واليورانيوم (غالبًا مع Pb و As و Zn و Chalcophiles الأخرى) ، والتيتانيوم واليورانيوم والفوسفور واليورانيوم (مع Zr ، Th). المعادن الخام الرئيسية: البتشبلند ، التابوت ، البرانيريت (في خامات اليورانيوم والثوريوم) ، الفلوراباتيت المحتوي على اليورانيوم (في خامات الفوسفور واليورانيوم). يتم تطوير سيليكات اليورانيل الثانوية ، وفوسفات اليورانيل ، وزرنيخات اليورانيل في مناطق الأكسدة. الخامات عادية وغنية. تشتمل هذه المجموعة على رواسب في الهياكل التكتونية البركانية والصخور السفلية في عدد من مناطق CCCP وجبال Ore ووسط ماسيف الفرنسي و Beaverlodge و Great Bear Lake في كندا والولايات المتحدة الأمريكية (Marysvale) وأستراليا (Mount Isa) وويستمورلاند). تجاور هذه المجموعة الرواسب الميتاسوماتيكية من نوع "عدم المطابقة" ، المحددة في كندا (مناطق خام بحيرة رابيت ، بحيرة كي ، إلخ) وشمال أستراليا (منطقة نهر التمساح). وهي تتميز بالتحكم في التمعدن عن طريق أسطح عدم المطابقة الطبقية ، أو التشكل الشبيه بالصفائح أو الألواح الشبيهة بالصفائح ، ومحتويات اليورانيوم المرتفعة بشكل غير عادي في الخامات (0، n - n٪). المعادن الخام الرئيسية هي البيتشبلند ، اليورانيت ، التابوت ، البرانيريت. تم اكتشاف رواسب طبقية فريدة من الخامات المعقدة في أستراليا صناعة اليورانيوم.

في الثمانينيات. كانت خامات اليورانيوم المربحة للتعدين أقل من 80 دولارًا للكيلوغرام من اليورانيوم. يقدر إجمالي احتياطيات وموارد اليورانيوم ، بما في ذلك الموارد المحتملة ، في البلدان الرأسمالية المتقدمة صناعياً والبلدان النامية بنحو 14 مليون طن (باستثناء اليورانيوم المصاحب). وتتركز الاحتياطيات الرئيسية لخامات اليورانيوم (ألف طن) في هذه الدول في أستراليا (465) وكندا (180) وجنوب إفريقيا والنيجر والبرازيل والولايات المتحدة الأمريكية (133) وناميبيا. ما يقرب من 31٪ من إجمالي الاحتياطيات موجودة في رواسب من النوع "عدم المطابقة" ، 25٪ - نوع "الحجر الرملي" ، 16٪ - التكتلات الحاملة لليورانيوم ، 14٪ - نوع "البورفير" ، إلخ.

بلغ الإنتاج العالمي السنوي من مركزات اليورانيوم في هذه البلدان في عام 1988 ، 37.4 ألف طن من اليورانيوم بمتوسط ​​تكلفة 30 دولارًا للكيلوغرام (أوائل عام 1989).

يعد تعدين اليورانيوم (U) ذا أهمية كبيرة للمجتمع الحديث. وهو أثقل معدن يستخدم في الصناعة النووية كوقود ، ويستخدم في صنع أسلحة نووية. للأغراض السلمية ، يتم استخدامها لإنتاج الزجاج والدهانات والورنيشات. لا يوجد اليورانيوم النقي في الظروف الطبيعية ؛ فهو جزء من المعادن والخامات.

احتياطيات العالم

في الوقت الحالي ، يتم تعدين اليورانيوم على أراضي عدد كبير من الرواسب. يوجد في طبقة الأرض على عمق عشرين كيلومترًا عدد هائل من الأطنان من خام اليورانيوم القادر على تزويد البشرية بالوقود لعدة قرون قادمة. يتم استخراج اليورانيوم في 28 دولة في العالم. لكن الاحتياطيات العالمية الرئيسية تنتمي إلى 10 دول تشارك 90٪ من السوق.

أستراليا. هناك 19 ودائع كبيرة في هذا البلد. احتياطي U فيها يصل إلى 661.000 طن (الحصة 31.18٪ من إجمالي الودائع العالمية).

كازاخستان. لديها 16 نقطة إنتاج كبيرة يو وحجم الودائع 629000 طن ، وهو ما يمثل 11.81٪ من إجمالي الحصة الاحتياطية في العالم.

روسيا. حصة الاتحاد الروسي في صناعة اليورانيوم العالمية 9.15٪. تبلغ احتياطيات يو 487 ألف طن ، ومن المتوقع أن يرتفع إنتاج يو إلى 830 ألف طن.

كندا. يبلغ احتياطي الخام حوالي 468000 طن ، والتي تحتل 8.80 ٪ من السوق العالمية. تعدين اليورانيوم 9 آلاف طن في السنة.

النيجر. تبلغ رواسب اليورانيوم في البلاد 421 ألف طن ، أي 7.9٪ من إجمالي الاحتياطيات العالمية. 4 رواسب تنتج 4.5 ألف طن من اليورانيوم سنويًا.

جنوب أفريقيا. يبلغ احتياطي يو في الدولة 297 ألف طن ؛ التي تحتل حوالي 6٪ من حصة الاحتياطيات العالمية. في جنوب إفريقيا ، يتم استخراج 540 طنًا من اليورانيوم سنويًا.

البرازيل. يبلغ مؤشر الدولة 276700 طن من خام اليورانيوم. إنتاج يو سنويًا هو 198 طنًا سنويًا.

ناميبيا. يبلغ احتياطي اليورانيوم في البلاد 261000 طن ، وهناك أربعة رواسب كبيرة من اليورانيوم في ناميبيا.

الولايات المتحدة الأمريكية. إجمالي احتياطيات U في الولايات المتحدة هي 207،000 طن.

الصين. يبلغ مؤشر البلاد 166 ألف طن ، ويتم استخراج حوالي 1.5 ألف طن من خام اليورانيوم في كوريا الديمقراطية سنويًا.

أكبر رواسب اليورانيوم في العالم

في روسيا ، تسيطر شركة Rosatom Corporation على أصول تعدين اليورانيوم الرئيسية. وهي توحد قسم التعدين الدولي في Uranium One ولديها محفظة من الأسهم في الولايات المتحدة الأمريكية وكازاخستان وتنزانيا.

خصائص خامات اليورانيوم

أنواع اليورانيوم

يتكون اليورانيوم الطبيعي من تفاعل 3 نظائر: U238 ، U235 ، U234. تتأثر الخواص الإشعاعية للمعدن بالنظائر 238 والنيوكليوتيدات الابنة 234. وبسبب وجود هذه الذرات في U ، يستخدم اليورانيوم في إنتاج الوقود لمحطات الطاقة النووية والأسلحة النووية. على الرغم من أن نشاط نظير U235 أضعف بمقدار 21 مرة ، إلا أنه قادر على الحفاظ على تفاعل نووي متسلسل بدون عناصر نشطة من طرف ثالث.

بالإضافة إلى النظائر الطبيعية ، هناك أيضًا ذرات U صناعية.

ما لا يقل عن 23 نوعًا معروفًا. يستحق نظير U233 اهتمامًا خاصًا ؛ حيث يتشكل عندما يتم تشعيع الثوريوم -232 بالنيوترونات والانشطار تحت تأثير النيوترونات الحرارية. تجعل هذه القدرة U233 مصدر الطاقة الأمثل للمفاعلات النووية.

تصنيف الخام

يشير مفهوم خام اليورانيوم الطبيعي إلى تكوين معدني به تركيز عالٍ من اليورانيوم. أثناء تطوير رواسب اليورانيوم ، كقاعدة عامة ، يتم الحصول على المعادن المشعة الأخرى - الراديوم والبولونيوم - بشكل متاخم. يمكن أن تختلف الصخور المحتوية على اليورانيوم في التركيب. يؤثر هيكل الطبقات على طريقة تعدين المعدن الثمين.

وفقًا لظروف التكوين ، يمكن تقسيم الخام إلى:

• ذاتية النمو؛
• خارجي.
• متحولة.

حسب نوع التمعدن ، يتم تمييز خامات اليورانيوم:

• خبرات؛
• مؤكسد.
• مختلط.

تصنيف حجم الحبوب:

• مشتت (<0,015 мм);
• حبيبات دقيقة (0.015 - 0.1 مم) ؛
• دقيق الحبيبات (0.1-3 مم) ؛
• متوسطة الحبيبات (3 إلى 25 مم) ؛
• خشن الحبيبات (> 25 مم).

• الموليبدينوم.
• الأنديوم.
• اليورانيوم - الكوبالت - النيكل - البزموت ؛
• أحادي الطبقة.

التصنيف حسب التركيب الكيميائي:

• كربونات؛
• أكسيد الحديد؛
• سيليكات.
• كبريتيد.
• كاوستوبيول.

يقسم الخام حسب طريقة المعالجة:

• محلول الصودا ، يستخدم في حالة وجود كربونات في التركيب الكيميائي للخام ؛
• يستخدم حمض لصخور السيليكات.
• يتم استخدام طريقة الفرن العالي إذا كان أكسيد الحديد في تركيبته.

• فقير (< 0,1%);
• عادي (0.25 - 0.1٪) ؛
• متوسطة (0.5-0.25٪) ؛
• غني (1–0.5٪) ؛
• غنية جدا (> 1٪ يو).

من المنطقي استخراج اليورانيوم إذا كان محتواه في طبقة الأرض 0.5٪ على الأقل. إذا كان هناك أقل من 0.015٪ من اليورانيوم في الطبقة الصخرية ، فيتم تعدينها كمنتج ثانوي.

طرق تعدين خام اليورانيوم

هناك ثلاث طرق رئيسية لتعدين اليورانيوم:

• مفتوح (أو مهنة) ؛
• منجم (تحت الأرض) ؛
• ترشيح.

كل هذه الأساليب تعتمد على عوامل كثيرة. على سبيل المثال ، من عمق رواسب الصخور ، تكوين النظائر ، إلخ.

إنه قابل للتطبيق في حالة عدم وجود عمق في الصخر ، ومن أجل استخراجه ، يكفي تسليح نفسك بمعدات خاصة:

• شاحنات قلابة
• الجرافات.
• لوادر.

تم استخدام طريقة استخراج اليورانيوم لفترة طويلة. تتمثل إحدى مزايا هذه الطريقة في الحد الأدنى من مخاطر التعرض للإشعاع لعمال المناجم. لكن العيب الكبير للطريقة المفتوحة هو الضرر البيئي الذي لا يمكن إصلاحه للأرض قيد التطوير.

طريقة التعدين في الاستخراج أكثر تكلفة من وجهة نظر مادية. لاستخراج اليورانيوم ، يتم حفر المناجم ، حتى عمق كيلومترين ، وإذا تم التعدين على عمق أكبر من هذه العلامة ، فسيكون الوقود باهظ الثمن. في أي حال ، يتعين على شركات التعدين تزويد عمال المناجم بجميع المعدات ذات الصلة ، والحماية من الإشعاع. وتركيب أنظمة التهوية اللازمة لإزالة الرادون وتزويد المنجم بالهواء النقي. في المنجم ، يُستخرج المعدن من كتلة الصخور بالحفر والتفجير.

تعتبر طريقة الترشيح لتعدين اليورانيوم هي الطريقة المثلى. يتم حفر الآبار في الصخر ، والتي يتم من خلالها ضخ المحلول - عامل ترشيح بتركيبة كيميائية خاصة. يذوب في أعماق رواسب الخام ويشبع بمركبات معدنية قيمة.

الاستنتاجات

يعد تعدين اليورانيوم باستخدام الترشيح تحت الأرض أقل ضررًا بالبيئة بشكل ملحوظ من الطرق الموضحة أعلاه. بمرور الوقت ، تتم عمليات الاستصلاح على قطعة الأرض المطورة. يمكن أن يؤدي تطبيق هذه الطريقة إلى تقليل التكاليف الاقتصادية. لكن لديه حدوده. لا يستخدم فقط في الحجر الرملي وتحت منسوب المياه.

فيديو: تعدين اليورانيوم

خام اليورانيوم هو تكوين معدني طبيعي يحتوي فيه اليورانيوم على كمية تجعل استخراجه مربحًا اقتصاديًا.

حسب كمية اليورانيوم فإن الخامات المعدنية هي:

• فاحشي الثراء. تحتوي هذه الخامات على 0.3٪ يو ، والركاز نفسه في هذه الرواسب يزيد عن 50 ألف طن.
• غنية ، وتحتوي على 0.1 إلى 0.3٪.
• عادية ، في تكوينها 0.05-0.10٪
• بائس. في مثل هذه الخامات يوجد 0.03-0.05٪ يورانيوم
• خارج الميزانية العمومية ، حيث يوجد فقط 0.01-0.03٪.

يوجد معظم اليورانيوم في الصخور الحمضية التي تحتوي على الكثير من السيليكون. وتشمل أهم خامات اليورانيوم طبقة اليورانيوم (يورانيت) والكارنيت.

الجدول 1. قائمة معادن اليورانيوم

تعدين اليورانيوم

يُستخرج اليورانيوم بثلاث طرق:

• الطريقة المفتوحة مناسبة في الحالات التي يكون فيها الخام بالقرب من سطح الأرض. بالنسبة للتعدين ، من الضروري حفر حفرة عميقة وواسعة بمساعدة الجرافات ، ثم تحميل الخام الملغوم في شاحنات قلابة مع حفارات ، والتي ستنقل الصخور إلى مجمع المعالجة
• يستخدم التعدين تحت الأرض إذا كان الخام يقع على عمق كبير. هذه الطريقة أغلى بكثير من الطريقة السابقة. يتم استخدامه فقط في الحالات التي ثبت فيها وجود تركيز عالٍ لليورانيوم في الصخر. لتنفيذ هذه الطريقة ، من الضروري حفر عمود رأسي ، يجب تحويل الأعمال الأفقية منه. يمكن أن تقع مناجم اليورانيوم على عمق كيلومترين. يستخرج عمال المناجم الخام ، ويستخدمون مصاعد الشحن لتسليمه إلى الأعلى ، وبعد ذلك يتم إرساله للمعالجة
• غسل البئر في الموقع (ISL). للإنتاج بهذه الطريقة ، من الضروري حفر 6 آبار في زوايا الشكل السداسي. تضخ هذه الآبار حمض الكبريتيك في رواسب اليورانيوم. في وسط الهيكل بأكمله ، يتم حفر بئر آخر يتم من خلاله ضخ محلول مشبع بأملاح اليورانيوم. بعد ذلك ، يتعرض المحلول للامتصاص عدة مرات. المنتج النهائي هو أكسيد اليورانيوم.

مناجم اليورانيوم

وبحسب أحدث البيانات ، يوجد 440 مفاعلاً تجارياً على كوكبنا ، والتي تتطلب 67 ألف طن من اليورانيوم سنوياً.
يتركز تعدين اليورانيوم في العالم في ثلاث ولايات هي أستراليا وكازاخستان وروسيا. تمتلك أستراليا 31٪ من اليورانيوم في العالم ، وكازاخستان - 12٪ ، وروسيا وكندا - 9٪ لكل منهما. يتم تعدين اليورانيوم في روسيا بشكل رئيسي على أراضي جمهورية ساخا في ياقوتيا. في المجموع ، لدى الاتحاد الروسي 550 ألف طن من رواسب اليورانيوم. بالإضافة إلى ياقوتيا ، توجد رواسب اليورانيوم في ترانسبايكاليا وبورياتيا.
ومن المثير للاهتمام أن احتياطيات العالم تقع في دول لا علاقة لها بالطاقة النووية. على سبيل المثال ، تقوم الشركات الفرنسية بتعدين اليورانيوم في النيجر لتلبية احتياجاتها الخاصة. لكن في الولايات المتحدة الأمريكية والصين والهند وفرنسا واليابان وكوريا الجنوبية ، هناك نقص حاد في اليورانيوم. لذلك ، هناك اليوم أعمال عدائية بين الدول للسيطرة على رواسب خام اليورانيوم. أصعب وضع في أفريقيا. هناك ، بسبب اليورانيوم ، تشتعل الحروب الأهلية ويموت الكثير من الناس.

اليورانيوم عنصر كيميائي من عائلة الأكتينيدات برقم ذري 92. وهو أهم وقود نووي. يبلغ تركيزه في القشرة الأرضية حوالي 2 جزء في المليون. تشمل معادن اليورانيوم المهمة أكسيد اليورانيوم (U 3 O 8) ، واليورانيت (UO 2) ، والكارنيت (فانات يورانيل البوتاسيوم) ، والأوتينيت (فوسفات اليورانيل البوتاسيوم) ، والتوربرنيت (النحاس المائي وفوسفات اليورانيل). هذه الخامات وخامات اليورانيوم الأخرى هي مصادر للوقود النووي وتحتوي على طاقة أكبر بعدة مرات من جميع رواسب الوقود الأحفوري المعروفة القابلة للاسترداد. يعطي 1 كجم من اليورانيوم 92 U قدرًا من الطاقة يعادل 3 ملايين كجم من الفحم.

تاريخ الاكتشاف

عنصر اليورانيوم الكيميائي هو معدن كثيف صلب أبيض فضي. إنه مطيل وقابل للطرق ويمكن صقله. يتأكسد المعدن في الهواء ويشتعل عند سحقه. موصل ضعيف نسبيا للكهرباء. الصيغة الإلكترونية لليورانيوم هي 7s2 6d1 5f3.

على الرغم من اكتشاف هذا العنصر في عام 1789 من قبل الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث ، الذي أطلق عليه اسم كوكب أورانوس المكتشف حديثًا ، فقد تم عزل المعدن نفسه في عام 1841 بواسطة الكيميائي الفرنسي يوجين ميلكيور بيليجوت عن طريق الاختزال من رباعي كلوريد اليورانيوم (UCl 4) باستخدام البوتاسيوم.

النشاط الإشعاعي

أدى إنشاء الجدول الدوري بواسطة الكيميائي الروسي دميتري مندليف في عام 1869 إلى تركيز الانتباه على اليورانيوم باعتباره أثقل عنصر معروف ، والذي ظل موجودًا حتى اكتشاف النبتونيوم في عام 1940. وفي عام 1896 ، اكتشف الفيزيائي الفرنسي هنري بيكريل ظاهرة النشاط الإشعاعي فيه . تم العثور على هذه الخاصية لاحقًا في العديد من المواد الأخرى. من المعروف الآن أن اليورانيوم المشع في جميع نظائره يتكون من خليط من 238 يو (99.27٪ ، نصف عمر - 4.510.000.000 سنة) ، 235 يو (0.72٪ ، نصف عمر - 713.000.000 سنة) و 234 يو (0.006٪ ، نصف العمر - 247000 سنة). وهذا يجعل من الممكن ، على سبيل المثال ، تحديد عمر الصخور والمعادن من أجل دراسة العمليات الجيولوجية وعمر الأرض. للقيام بذلك ، يقومون بقياس كمية الرصاص ، وهو المنتج النهائي للانحلال الإشعاعي لليورانيوم. في هذه الحالة ، 238 U هو العنصر الأولي ، و 234 U أحد حاصل الضرب. 235 U يؤدي إلى سلسلة اضمحلال الأكتينيوم.

فتح سلسلة من ردود الفعل

أصبح عنصر اليورانيوم الكيميائي موضوع اهتمام واسع ودراسة مكثفة بعد أن اكتشف الكيميائيان الألمان أوتو هان وفريتز ستراسمان الانشطار النووي فيه في نهاية عام 1938 عندما قصفوه بالنيوترونات البطيئة. في أوائل عام 1939 ، اقترح الفيزيائي الأمريكي من أصل إيطالي إنريكو فيرمي أنه من بين منتجات انشطار الذرة قد تكون هناك جسيمات أولية قادرة على توليد تفاعل متسلسل. في عام 1939 ، أكد كل من الفيزيائيين الأمريكيين ليو زيلارد وهربرت أندرسون ، وكذلك الكيميائي الفرنسي فريدريك جوليو كوري وزملاؤهم ، هذا التوقع. أظهرت الدراسات اللاحقة أنه في المتوسط ​​، يتم إطلاق 2.5 نيوترون أثناء انشطار الذرة. أدت هذه الاكتشافات إلى أول تفاعل تسلسلي نووي مستدام ذاتيًا (12/02/1942) ، أول قنبلة ذرية (16/7/1945) ، أول استخدام لها في العمليات العسكرية (08/06/1945) ، أول غواصة نووية (1955) وأول محطة طاقة نووية واسعة النطاق (1957).

الأكسدة

يتفاعل عنصر اليورانيوم الكيميائي ، باعتباره معدنًا قويًا حساسًا للكهرباء ، مع الماء. يذوب في الأحماض وليس في القلويات. حالات الأكسدة المهمة هي +4 (كما في UO 2 أكسيد ، رباعي الهاليدات مثل UCl 4 ، وأيون الماء الأخضر U 4+) و +6 (كما في UO 3 أكسيد ، UF 6 سداسي فلوريد ، و UO 2 2+ uranyl ion) . في محلول مائي ، يكون اليورانيوم أكثر استقرارًا في تكوين أيون اليورانيل ، والذي له بنية خطية [O = U = O] 2+. يحتوي العنصر أيضًا على حالتي +3 و +5 ، لكنهما غير مستقرتين. يتأكسد Red U 3+ ببطء في الماء الذي لا يحتوي على الأكسجين. لون أيون UO 2 + غير معروف لأنه يخضع لعدم التناسب (يتم تقليل UO 2 + في نفس الوقت إلى UO 2 + ويتأكسد إلى UO 2 2+) حتى في المحاليل المخففة جدًا.

وقود نووي

عند التعرض للنيوترونات البطيئة يحدث انشطار ذرة اليورانيوم في النظير النادر نسبيًا 235 يو.هذه هي المادة الانشطارية الطبيعية الوحيدة ، ويجب فصلها عن النظير 238 يو. -238 يتحول إلى عنصر بلوتونيوم اصطناعي ، والذي ينقسم بفعل النيوترونات البطيئة. لذلك ، يمكن استخدام اليورانيوم الطبيعي في المحولات والمفاعلات المولدة ، حيث يتم دعم الانشطار بواسطة 235 وحدة نادرة ويتم إنتاج البلوتونيوم في وقت واحد مع تحويل 238 وحدة. يمكن تصنيع Fissile 233 U من نظير الثوريوم -232 ، المنتشر في الطبيعة ، لاستخدامه كوقود نووي. يعتبر اليورانيوم مهمًا أيضًا باعتباره المادة الأولية التي يتم منها الحصول على عناصر عبر اليورانيوم الاصطناعية.

استخدامات أخرى لليورانيوم

كانت مركبات العنصر الكيميائي تستخدم سابقًا كأصباغ للسيراميك. سداسي فلوريد (UF 6) مادة صلبة ذات ضغط بخار مرتفع بشكل غير عادي (0.15 ضغط جوي = 15300 باسكال) عند 25 درجة مئوية. يعتبر UF 6 شديد التفاعل من الناحية الكيميائية ، ولكن على الرغم من طبيعته المسببة للتآكل في حالة البخار ، يستخدم UF 6 على نطاق واسع في نشر الغاز وطرق الطرد المركزي للغاز للحصول على اليورانيوم المخصب.

المركبات العضوية الفلزية هي مجموعة مهمة ومثيرة للاهتمام من المركبات التي تربط فيها روابط المعادن الكربونية المعدن بالمجموعات العضوية. اليورانوسين هو مركب عضوي من اليورانيوم U (C 8 H 8) 2 حيث تكون ذرة اليورانيوم محصورة بين طبقتين من الحلقات العضوية المرتبطة بـ C 8 H 8 cyclooctatetraene. فتح اكتشافه في عام 1968 مجالًا جديدًا للكيمياء العضوية المعدنية.

يستخدم اليورانيوم الطبيعي المستنفد كوسيلة للحماية من الإشعاع والصابورة وفي المقذوفات الخارقة للدروع ودرع الدبابات.

إعادة التدوير

العنصر الكيميائي ، على الرغم من كثافته الشديدة (19.1 جم / سم 3) ، فهو مادة ضعيفة نسبيًا وغير قابلة للاشتعال. في الواقع ، يبدو أن الخصائص المعدنية لليورانيوم تضعه في مكان ما بين الفضة والمعادن الحقيقية الأخرى وغير المعدنية ، لذلك لا يتم استخدامه كمادة هيكلية. تكمن القيمة الرئيسية لليورانيوم في الخصائص المشعة لنظائره وقدرتها على الانشطار. في الطبيعة ، يتكون كل المعدن تقريبًا (99.27٪) من 238 وحدة أمريكية والباقي 235 وحدة (0.72٪) و 234 وحدة (0.006٪). من بين هذه النظائر الطبيعية ، ينشطر 235 وحدة فقط مباشرة عن طريق التشعيع النيوتروني. ومع ذلك ، عندما يتم امتصاص 238 U ، فإنها تشكل 239 U ، والتي تتحلل في النهاية إلى 239 Pu ، وهي مادة انشطارية ذات أهمية كبيرة للطاقة النووية والأسلحة النووية. يمكن إنتاج نظير انشطاري آخر ، 233 يو ، عن طريق تشعيع النيوترونات بـ 232 ث.

أشكال بلورية

خصائص اليورانيوم تجعله يتفاعل مع الأكسجين والنيتروجين حتى في الظروف العادية. في درجات الحرارة المرتفعة ، يتفاعل مع مجموعة واسعة من معادن السبائك لتشكيل مركبات بين المعادن. نادرًا ما يكون تكوين المحاليل الصلبة مع معادن أخرى بسبب الهياكل البلورية الخاصة التي تشكلها ذرات العنصر. بين درجة حرارة الغرفة ونقطة انصهار 1132 درجة مئوية ، يوجد معدن اليورانيوم في 3 أشكال بلورية تعرف باسم alpha (α) و beta () و gamma (). يحدث التحول من حالة α- إلى β عند 668 درجة مئوية ومن β إلى γ - عند 775 درجة مئوية. يتألف اليورانيوم من هيكل بلوري مكعب محوره الجسم ، في حين أن β له هيكل رباعي الزوايا. تتكون المرحلة α من طبقات من الذرات في بنية متناظرة للغاية. يمنع هذا الهيكل المشوه متباين الخواص ذرات المعدن المسبوك من استبدال ذرات اليورانيوم أو احتلال الفراغ بينها في الشبكة البلورية. وجد أن الموليبدينوم والنيوبيوم فقط يشكلان محاليل صلبة.

الخامات

تحتوي قشرة الأرض على حوالي 2 جزء في المليون من اليورانيوم ، مما يدل على انتشاره الواسع في الطبيعة. تشير التقديرات إلى أن المحيطات تحتوي على 4.5 × 109 أطنان من هذا العنصر الكيميائي. يعتبر اليورانيوم مكونًا مهمًا لأكثر من 150 نوعًا من المعادن المختلفة ومكونًا ثانويًا لـ 50 نوعًا آخر. وتشمل المعادن الأولية الموجودة في الأوردة الحرارية المائية البركانية وفي البجماتيت اليورانينيت ومجموعة متنوعة من البتشبلند. في هذه الخامات ، يوجد العنصر في شكل ثاني أكسيد ، والذي يمكن أن يختلف من UO 2 إلى UO 2.67 بسبب الأكسدة. المنتجات الأخرى ذات الأهمية الاقتصادية من مناجم اليورانيوم هي autunite (فوسفات اليورانيل الكالسيوم المائي) ، والتوبرنيت (فوسفات اليورانيل النحاسي المائي) ، والتابوت (سيليكات اليورانيوم المطفأ باللون الأسود) ، والكارنويت (فانات اليورانيل البوتاسيوم المائي).

تشير التقديرات إلى أن أكثر من 90٪ من احتياطيات اليورانيوم منخفضة التكلفة المعروفة توجد في أستراليا وكازاخستان وكندا وروسيا وجنوب إفريقيا والنيجر وناميبيا والبرازيل والصين ومنغوليا وأوزبكستان. تم العثور على رواسب كبيرة في التكوينات الصخرية المتكتلة لبحيرة إليوت ، الواقعة شمال بحيرة هورون في أونتاريو ، كندا ، وفي منجم ذهب ويتواترسراند بجنوب إفريقيا. تحتوي التكوينات الرملية في هضبة كولورادو وفي حوض وايومنغ في غرب الولايات المتحدة أيضًا على احتياطيات كبيرة من اليورانيوم.

التعدين

تم العثور على خامات اليورانيوم في الرواسب القريبة من السطح والعميقة (300-1200 م). يصل سمك التماس تحت الأرض إلى 30 مترًا. كما في حالة خامات المعادن الأخرى ، يتم تعدين اليورانيوم على السطح بواسطة معدات كبيرة لتحريك التربة ، ويتم تطوير الرواسب العميقة بالطرق التقليدية الرأسية ويميل المناجم. بلغ الإنتاج العالمي من مركزات اليورانيوم عام 2013 نحو 70 ألف طن ، وتقع أكثر مناجم اليورانيوم إنتاجية في كازاخستان (32٪ من إجمالي الإنتاج) ، وكندا ، وأستراليا ، والنيجر ، وناميبيا ، وأوزبكستان ، وروسيا.

تحتوي خامات اليورانيوم عادة على كمية صغيرة فقط من المعادن الحاملة لليورانيوم ، ولا يمكن صهرها بالطرق الحرارية للمعادن. وبدلاً من ذلك ، ينبغي استخدام إجراءات المعالجة بالمياه المعدنية لاستخراج اليورانيوم وتنقيته. تؤدي زيادة التركيز إلى تقليل الحمل على دوائر المعالجة بشكل كبير ، ولكن لا يمكن تطبيق أي من طرق التخصيب التقليدية المستخدمة بشكل شائع في معالجة المعادن ، مثل الجاذبية والطفو والكهرباء الساكنة وحتى الفرز اليدوي. مع استثناءات قليلة ، تؤدي هذه الطرق إلى فقد كبير لليورانيوم.

احتراق

غالبًا ما تسبق المعالجة المعدنية لخامات اليورانيوم بخطوة تكليس عند درجة حرارة عالية. يؤدي الاحتراق إلى تجفيف الطين ، وإزالة المواد الكربونية ، وأكسدة مركبات الكبريت إلى كبريتات غير ضارة ، ويؤكسد أي عوامل اختزال أخرى قد تتداخل مع المعالجة اللاحقة.

ترشيح

يُستخرج اليورانيوم من الخامات المحمصة باستخدام المحاليل المائية الحمضية والقلوية. لكي تعمل جميع أنظمة الترشيح بنجاح ، يجب أن يكون العنصر الكيميائي إما موجودًا مبدئيًا في شكل 6 التكافؤ الأكثر استقرارًا أو يتأكسد إلى هذه الحالة أثناء المعالجة.

عادة ما يتم ترشيح الحمض عن طريق تقليب خليط الخام والمادة اللاكسدة لمدة 4-48 ساعة في درجة الحرارة المحيطة. يستخدم حامض الكبريتيك إلا في ظروف خاصة. يتم تقديمه بكميات كافية للحصول على السائل النهائي عند درجة الحموضة 1.5. عادةً ما تستخدم مخططات ترشيح حامض الكبريتيك إما ثاني أكسيد المنغنيز أو الكلورات لأكسدة رباعي التكافؤ U 4+ إلى اليورانيل 6 التكافؤ (UO 2 2+). كقاعدة عامة ، يكفي حوالي 5 كجم من ثاني أكسيد المنغنيز أو 1.5 كجم من كلورات الصوديوم للطن لأكسدة U 4+. على أي حال ، يتفاعل اليورانيوم المؤكسد مع حامض الكبريتيك ليشكل أنيون معقد 4- كبريتات اليورانيل.

الخام المحتوي على كمية كبيرة من المعادن الأساسية مثل الكالسيت أو الدولوميت يتم ترشيحه بمحلول 0.5-1 مولار من كربونات الصوديوم. على الرغم من دراسة واختبار الكواشف المختلفة ، فإن العامل المؤكسد الرئيسي لليورانيوم هو الأكسجين. عادة ما يتم ترشيح المعادن الخام في الهواء عند الضغط الجوي وعند درجة حرارة 75-80 درجة مئوية لفترة زمنية تعتمد على التركيب الكيميائي المحدد. يتفاعل القلوي مع اليورانيوم لتكوين أيون مركب سريع الذوبان.

قبل المعالجة الإضافية ، يجب توضيح المحاليل الناتجة عن ترشيح الحمض أو الكربونات. يتم فصل الطين وعجائن الخام الأخرى على نطاق واسع من خلال استخدام عوامل التلبد الفعالة ، بما في ذلك بولي أكريلاميد وصمغ الغوار والغراء الحيواني.

استخلاص

يمكن امتصاص الأيونات المعقدة 4 و 4 من محاليل الترشيح الخاصة بها لراتنجات التبادل الأيوني. يمكن استخدام هذه الراتنجات الخاصة ، التي تتميز بحركية الامتصاص والشطف ، وحجم الجسيمات ، والاستقرار والخصائص الهيدروليكية ، في تقنيات معالجة مختلفة ، مثل السرير الثابت والمتحرك ، ونوع السلة ، وطريقة راتينج التبادل الأيوني المستمر. عادة ، تُستخدم محاليل كلوريد الصوديوم والأمونيا أو النترات لتصفية اليورانيوم الممتز.

يمكن عزل اليورانيوم من سوائل الخام الحمضية عن طريق الاستخلاص بالمذيبات. في الصناعة ، يتم استخدام أحماض الفوسفوريك الألكيل ، وكذلك الألكيلامين الثانوية والثالثية. كقاعدة عامة ، يُفضل الاستخلاص بالمذيبات على طرق التبادل الأيوني للفلاتر الحمضية التي تحتوي على أكثر من 1 جم / لتر من اليورانيوم. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لا تنطبق على ترشيح الكربونات.

ثم يتم تنقية اليورانيوم عن طريق إذابته في حامض النيتريك لتكوين نترات اليورانيل ، ثم يتم استخلاصه وبلوره وتكلسه لتكوين ثالث أكسيد ثالث أكسيد اليورانيوم. يتفاعل ثاني أكسيد ثاني أكسيد اليورانيوم المخفض مع فلوريد الهيدروجين لتكوين رباعي فلوريد UF4 ، والذي ينخفض ​​منه اليورانيوم المعدني بواسطة المغنيسيوم أو الكالسيوم عند درجة حرارة 1300 درجة مئوية.

يمكن فلور رباعي فلوريد عند 350 درجة مئوية لتكوين سادس فلوريد اليورانيوم 6 ، والذي يستخدم لفصل اليورانيوم المخصب -235 عن طريق انتشار الغاز أو الطرد المركزي للغاز أو الانتشار الحراري السائل.

بحثًا عن مصدر أرخص للطاقة لا يضر بالبيئة ، اهتم المجتمع العلمي العالمي بمجال الطاقة النووية. حتى الآن ، فإن عدد المفاعلات النووية التي يتم بناؤها لتوليد الطاقة هو بالمئات. يستخدم خام اليورانيوم كمادة خام لتوليد الطاقة النووية. يحتوي على مواد تنتمي إلى عائلة الأكتينيد. وفقًا لبعض التقديرات ، تحتوي الأرض على خام يورانيوم يزيد بمقدار 1000 مرة عن الذهب. للحصول على وقود لمحطات الطاقة النووية ، يتم معالجته.

خصائص خامات اليورانيوم

يتم تمثيل خام اليورانيوم بشكل حر بمعدن أبيض رمادي ، والذي يمكن أن يحتوي على كمية كبيرة إلى حد ما من الشوائب المختلفة. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن اليورانيوم المنقى نفسه يعتبر مادة فعالة كيميائيا. بالنظر إلى الخصائص الفيزيائية والميكانيكية والكيميائية لليورانيوم ، نلاحظ النقاط التالية:

1. تبلغ درجة غليان هذا العنصر الكيميائي 4200 درجة مئوية ، مما يعقد بشكل كبير عملية معالجته.
2. في الهواء ، يتأكسد اليورانيوم ، ويمكن أن يذوب في الأحماض ويتفاعل مع الماء. ومع ذلك ، فإن هذا العنصر الكيميائي لا يتفاعل مع القلويات ، والتي يمكن تسميتها بميزتها.
3. مع تأثير معين ، تصبح المادة مصدرًا لكمية كبيرة من الطاقة. في هذه الحالة ، يتم تشكيل كمية صغيرة نسبيًا من التعدين ، مع التخلص منها اليوم هناك عدد غير قليل من المشاكل.

يجب ألا يغيب عن الأذهان أن الكثيرين يعتبرون اليورانيوم عنصرًا كيميائيًا نادرًا ، حيث إن تركيزه في قشرة الأرض يبلغ 0.002٪. مع هذا التركيز المنخفض نسبيًا لهذا العنصر الكيميائي ، لم يتم العثور على مادة بديلة بعد. بالطبع ، طالما أن هناك احتياطيات كافية للتعدين المستمر لليورانيوم وتشغيل محطات أو محركات الطاقة النووية.

رواسب اليورانيوم

ليس من الصعب تخمين أنه مع وجود مثل هذه الاحتياطيات الصغيرة نسبيًا من المادة المعنية في أحشاء الأرض والنمو المستمر في الطلب على المادة ، فإن تكلفتها ترتفع. في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف عدد كبير نسبيًا من رواسب اليورانيوم ، وتعتبر أستراليا رائدة في إنتاجها. تشير الدراسات التي أجريت إلى أن أكثر من 30 ٪ من جميع الاحتياطيات تتركز في أراضي هذا البلد. أكبر الودائع هي:

1. بيفرلي.
2. السد الأولمبي
3. الحارس.

نقطة مثيرة للاهتمام هي أن كازاخستان تعتبر المنافس الرئيسي لأستراليا في مجال تعدين خام اليورانيوم. أكثر من 12٪ من الاحتياطيات العالمية تتركز في أراضي هذا البلد. على الرغم من المساحة الكبيرة إلى حد ما ، تمتلك روسيا 5٪ فقط من احتياطيات العالم.

وبحسب بعض المعلومات ، تبلغ احتياطيات روسيا 400 ألف طن من اليورانيوم. في نهاية عام 2017 ، تم اكتشاف وتطوير 16 رواسب. ومن المثير للاهتمام أن 15 منهم يتركزون في ترانسبايكاليا. يتركز معظم خام اليورانيوم في حقل خام ستريلتسوفسكي.

كما لوحظ سابقًا ، يتم استخدام خام اليورانيوم كوقود ، مما يحدد البحث المستمر عن رواسبه. اليوم ، غالبًا ما يستخدم اليورانيوم كوقود لمحركات الصواريخ. في إنتاج الأسلحة النووية ، يستخدم هذا العنصر لزيادة قوتها. تستخدمه بعض الشركات المصنعة لإنتاج أصباغ تستخدم في الطلاء.

تعدين خامات اليورانيوم

تم إنشاء استخراج خام اليورانيوم في العديد من البلدان. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه يمكن استخدام ثلاث تقنيات اليوم لتعدين الخام:

1. عندما يقترب اليورانيوم من سطح الأرض ، يتم استخدام تقنية الاكتشاف. إنه بسيط للغاية ولا يتطلب نفقات كبيرة. تستخدم الحفارات وغيرها من المعدات الخاصة المماثلة لرفع المواد الخام. بعد الرفع والتحميل في الشاحنات القلابة ، يتم تسليمها إلى مصانع المعالجة. لاحظ أن هذه التقنية لها عدد كبير من العيوب ، ولكن نظرًا لسهولة الإنتاج ، فقد أصبحت منتشرة على نطاق واسع. أثناء تطوير الرواسب ، يتم الحصول على المحاجر ، والتي يمكن أن تصل إلى عدة كيلومترات مربعة. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن طريقة تعدين الخام هذه تسبب ضررًا لا يمكن إصلاحه للبيئة. يعمل عدد كبير نسبيًا من شركات التعدين الكبيرة في التعدين السطحي لليورانيوم.
2. مع وجود موقع عميق للخام في سمك الأرض ، يتم إنشاء المناجم. التكنولوجيا معقدة للغاية في التنفيذ ، كما أنها توفر الاستخراج الميكانيكي للمادة. يوجد عدد كبير نسبيًا من المناجم التي يتم فيها تعدين اليورانيوم وخامات أخرى. ترتبط طريقة استخراج الصخور هذه بمخاطر كبيرة إلى حد ما ، حيث يمكن العثور على جيوب الغاز أو الأنهار تحت الماء في سمك الأرض. يمكن أن يؤدي انهيار الخزائن إلى توقف عمل المنجم وموت العمال وتلف المعدات باهظة الثمن. ومع ذلك ، في حالة التواجد العميق للصخرة المعنية ، يكاد يكون من المستحيل استخراجها بطريقة مختلفة.
3. الطريقة الثالثة هي تكوين الآبار التي يُضخ فيها حامض الكبريتيك. بالقرب من البئر المنجز سابقًا ، يتم إنشاء واحد ثانٍ ، وهو مصمم لرفع الحل الذي تم الحصول عليه بالفعل. بعد الانتهاء من عملية الامتصاص ، يتم تركيب المعدات التي يمكنها رفع المواد التي تشبه الراتنجات إلى السطح. بعد رفع الراتينج الناتج إلى السطح ، تتم معالجته وعزل اليورانيوم.

الترشيح تحت الأرض

في الآونة الأخيرة ، تم استخدام الطريقة الثالثة لتعدين اليورانيوم بشكل متزايد. هذا يرجع إلى حقيقة أنه يسمح لك بتحقيق تركيز عالٍ من المادة المرغوبة بأقل محتوى من العناصر الكيميائية الملوثة. ومع ذلك ، تتطلب هذه التقنية إجراء مسوحات جيولوجية دقيقة ، حيث يجب حفر الآبار فوق ترسب المادة الكيميائية المعنية. خلاف ذلك ، عند إضافة الحمض ، ستستغرق عملية الامتصاص بتركيز منخفض من اليورانيوم وقتًا طويلاً.

في أراضي روسيا ، في معظم الحالات ، يتم استخراج اليورانيوم عن طريق الاستخراج الميكانيكي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخراج المواد الخام لإنتاج الوقود النووي في الصين وأوكرانيا.