RUDY URANU (a. rudy uranu; n. Uranerze; f. minerais uraniferes, minerais d "uranium; and. minerales de urania, minerales uraniсos) - naturalne formacje mineralne zawierające uran w takich stężeniach, ilościach i związkach, w których jest on wydobyty przemysłowo jest ekonomicznie opłacalny.

Główne minerały rudy: tlenki - uraninit, pak uranowy, czerń uranowa; krzemiany - trumna; tytaniany – branneryt; krzemiany uranylu - uranofan, betauranotyl; wanadany uranylu – karnotyt, tyujamunit; fosforany uranylu - zapalenie oczodołu, torbernit. Ponadto uran w rudach często wchodzi w skład minerałów zawierających P, Zr, Ti, Th i TR (fluorapatyt, leukoksen, monazyt, cyrkon, ortyt, torianit, dawidyt itp.) lub jest w stanie sorbowanym materia węglowa.

Rudy uranu są zwykle rozróżniane: bardzo bogate (powyżej 0,3% U), bogate (0,1-0,3%), zwykłe (0,05-0,10%), słabe (0,03-0,05%) i pozabilansowe (0,01-0,03% ). Bardzo duże są złoża uranu z rezerwami (tys. ton) powyżej 50, duże - od 10 do 50, średnie - od 1 do 10, małe - 0,2-1,0 i bardzo małe - poniżej 0,2 .

Rudy uranu są zróżnicowane pod względem warunków formowania, charakteru występowania, składu mineralnego, obecności towarzyszących składników oraz metod wydobycia. Osadowe rudy uranu (egzogenne syngenetyczne) obejmują złoża paleogenu typu organogenno-fosforanowego (złoża detrytusu rybich kości wzbogaconych w U i TR) oraz wczesnoproterozoiczne zlepki kwarcowo-kamyczkowe z uranonośnym regionem Jeziora Elliot w Kanadzie (z Th , Zr, Ti), Witwatersrand w RPA (z Au) i Jacobina w Brazylii (z Au). Rudy są zwykle zwyczajne i nędzne. Wśród osadów infiltracyjnych (egzogennych epigenetycznych) wyróżnia się infiltrację glebową, zbiornikową i szczelinową. Wiodące wśród nich są złoża kopytowo-czerniowe typu złożowo-infiltracyjnego, gdzie rudy uranu występują w przepuszczalnych skałach basenów artezyjskich i są kontrolowane przez granice stref utlenienia złoża. Złoża rudy mają postać zwojów (wydłużone korpusy w kształcie sierpa) lub soczewek. Rudy są przeważnie zwyczajne i ubogie, czasem złożone z Se, Re, Mo, V, Sc (złoża w suchych regionach CCCP, Wyoming w Nigrze).

Wśród złóż infiltracyjnych do gleby, przemysłowe zainteresowanie budzą głównie złoża uranowo-węglowe, w których uran i związana z nim mineralizacja znajdują się w górnej części warstw, w kontakcie z utlenionymi piaskami, a także przypowierzchniowe złoża rud karnotytowych w „wapniach”. i „hypcretes” (węglanowe i gipsowe formacje glebowe paleodolin rzecznych) w Australii (złoże Yilirri) i Namibii. Do tej grupy przylegają warstwowe złoża uranowo-bitumiczne w skałach terygenicznych i węglanowych, w których rudę stanowią keryty zawierające mieszankę smolistą i antraksolity (złoża pasma Grante w USA, Banata w Rumunii). Te obiekty kruszcowe, wraz z obiektami infiltracyjnymi, są niekiedy łączone w złoża typu „piaskowiec” (rudy zwykłe i ubogie). Ich możliwymi metamorfozowanymi odpowiednikami są złoża regionu rudnego Franceville w Gabonie, a wśród nich unikatowe złoże Oklo. Depozyty hydrotermalne (endogenne epigenetyczne osady średnio-niskie temperatury) są głównie żyłkowate i żylne, rzadziej arkuszowe. Dzielą się na uran właściwy (w tym żyły węglanu uranowego), molibden-uran (często z Pb, As, Zn i innymi chalkofilami), tytan-uran, fosfor-uran (z Zr, Th). Główne minerały kruszcowe: blenda smołowa, trumna, branneryt (w rudach uranowo-torowych), fluoroapatyt zawierający uran (w rudach fosforowo-uranowych). W strefach utleniania powstają wtórne krzemiany uranylu, fosforany uranylu i larseniany uranylu. Rudy są zwyczajne i bogate. Do tej grupy należą osady w strukturach wulkaniczno-tektonicznych i skałach podłoża w szeregu obszarów CCCP, Rudaw, Masywu Środkowofrancuskiego, Beaverlodge i Great Bear Lake w Kanadzie, USA (Marysvale), Australii (Mount Isa). i Westmoreland). Do tej grupy należą złoża metasomatyczne typu „niezgodności”, zidentyfikowane w Kanadzie (obszary rudy Rabbit Lake, Key Lake itp.) i północnej Australii (region rzeki Alligator). Charakteryzują się kontrolą mineralizacji przez powierzchnie o niezgodności stratygraficznej, morfologię płytkową lub płytkopodobną żył, niezwykle wysoką zawartość uranu w rudach (0, n - n%). Główne minerały kruszcowe to blenda smołowa, uraninit, koffinit, branneryt. W Australii odkryto unikatowe złoże warstwowe złożonych rud.Przemysł uranu.

W latach 80. opłacalne dla wydobycia były rudy uranu o wartości poniżej 80 dolarów/kg uranu. Całkowite rezerwy i zasoby uranu, w tym potencjalne, w rozwiniętych przemysłowo krajach kapitalistycznych i krajach rozwijających się szacuje się na 14 mln ton (bez uranu towarzyszącego). Główne rezerwy rud uranu (tys. ton) w tych krajach skoncentrowane są w Australii (465), Kanadzie (180), RPA, Nigrze, Brazylii, USA (133) i Namibii. Około 31% całkowitych zasobów znajduje się w złożach typu „niezgodność”, 25% - typu „piaskowiec”, 16% - zlepieńców zawierających uran, 14% - typu „porfiru” itp.

Światowa roczna produkcja koncentratów uranu w tych krajach w 1988 r. wyniosła 37,4 tys. ton uranu przy średnim koszcie 30 USD za kg (początek 1989 r.).

Wydobycie uranu (U) ma ogromne znaczenie dla współczesnego społeczeństwa. Jest to najcięższy metal używany w przemyśle jądrowym jako paliwo, służy do produkcji broni jądrowej. W celach pokojowych wykorzystywane są do produkcji szkła oraz farb i lakierów. Czysty uran nie występuje w warunkach naturalnych, wchodzi w skład minerałów i rudy.

światowe rezerwy

Obecnie wydobycie uranu odbywa się na terenie dużej liczby złóż. W warstwie ziemi na głębokości dwudziestu kilometrów znajduje się imponująca ilość ton rudy uranu, która jest w stanie zaopatrywać ludzkość w paliwo na wiele nadchodzących stuleci. Uran wydobywany jest w 28 krajach świata. Ale główne światowe rezerwy należą do 10 państw, które mają 90% rynku.

Australia. W kraju tym znajduje się 19 dużych złóż. Zasoby U w nich wynoszą 661 tys. ton (udział to 31,18% wszystkich światowych złóż).

Kazachstan. Posiada 16 dużych punktów wydobywczych U. Wielkość złóż wynosi 629 000 ton, co stanowi 11,81% całkowitego udziału rezerw na świecie.

Rosja. Udział Federacji Rosyjskiej w światowym przemyśle uranowym wynosi 9,15%. Zapasy U wynoszą 487 000 ton, a produkcja U ma wzrosnąć do 830 000 ton.

Kanada. Zasoby rudy wynoszą około 468 000 ton, co zajmuje 8,80% światowego rynku. Wydobycie uranu to 9 tys. ton rocznie.

Niger. Złoża uranu w kraju wynoszą 421 tys. ton, co stanowi 7,9% całkowitego udziału światowych rezerw. 4 złoża produkują 4,5 tys. ton U rocznie.

AFRYKA POŁUDNIOWA. Zasoby U w kraju wynoszą 297 000 ton; który zajmuje około 6% udziału światowych rezerw. W Afryce Południowej wydobywa się 540 ton uranu rocznie.

Brazylia. Krajowy wskaźnik to 276 700 ton rudy uranu. U produkcji rocznie wynosi 198 ton rocznie.

Namibia. Krajowe rezerwy uranu wynoszą 261 000 t. W Namibii znajdują się cztery duże złoża U.

USA. Całkowite rezerwy U w USA wynoszą 207 000 ton.

Chiny. Wskaźnik dla kraju wynosi 166 000 t. W KRLD wydobywa się rocznie około 1,5 tysiąca ton rudy uranu.

Największe na świecie złoża uranu

W Rosji Rosatom Corporation kontroluje główne aktywa wydobywcze uranu. Łączy międzynarodowy oddział wydobywczy Uranium One i posiada portfel akcji w USA, Kazachstanie i Tanzanii.

Charakterystyka rud uranu

Rodzaje uranu

Naturalny uran składa się z interakcji 3 izotopów: U238, U235, U234. Na radioaktywne właściwości metalu mają wpływ izotopy 238 i jego potomny nukleotyd 234. Ze względu na obecność tych atomów w U, uran jest wykorzystywany do produkcji paliwa do elektrowni jądrowych i broni jądrowej. Chociaż aktywność izotopu U235 jest 21 razy słabsza, jest on w stanie utrzymać reakcję łańcuchową jądrową bez składników aktywnych stron trzecich.

Oprócz naturalnych izotopów istnieją również sztuczne atomy U.

Znane są co najmniej 23 gatunki. Na szczególną uwagę zasługuje izotop U233, który powstaje w wyniku napromieniowania toru-232 neutronami i rozszczepienia pod wpływem neutronów termicznych. Ta zdolność sprawia, że ​​U233 jest optymalnym źródłem energii dla reaktorów jądrowych.

Klasyfikacja rudy

Pojęcie naturalnej rudy uranu odnosi się do formacji mineralnej o wysokim stężeniu uranu. Podczas zagospodarowywania złóż uranu z reguły obok siebie pozyskiwane są inne metale promieniotwórcze - rad i polon. Skały zawierające uran mogą mieć różny skład. Struktura warstw wpływa na sposób wydobycia cennego metalu.

W zależności od warunków formowania rudę można podzielić na:

• endogenny;
• egzogenny;
• metamorfogeniczny.

W zależności od rodzaju mineralizacji wyróżnia się rudy uranu:

• podstawowy;
• utlenione;
• mieszany.

Klasyfikacja wielkości ziarna:

• rozproszony (<0,015 мм);
• drobnoziarnisty (0,015-0,1 mm);
• drobnoziarnisty (0,1–3 mm);
• średnioziarnisty (3 do 25 mm);
• gruboziarnisty (> 25 mm).

• molibden;
• anad;
• uran-kobalt-nikiel-bizmut;
• monoore.

Klasyfikacja według składu chemicznego:

• węglan;
• tlenek żelaza;
• krzemian;
• siarczek;
• kaustobiol.

Rudę dzieli się według metody przerobu:

• roztwór sody, stosowany, jeśli węglan jest obecny w składzie chemicznym rudy;
• kwas jest używany do skał krzemianowych;
• metoda wielkopiecowa jest stosowana, jeśli w jej składzie znajduje się tlenek żelaza.

• słaby (< 0,1%);
• zwykły (0,25-0,1%);
• średni (0,5-0,25%);
• bogaty (1–0,5%);
• bardzo bogaty (>1% U).

Wydobywanie uranu ma sens, jeśli jego zawartość w warstwie ziemi wynosi co najmniej 0,5%. Jeśli w warstwie skalnej jest mniej niż 0,015% uranu, wydobywa się go jako produkt uboczny.

Metody wydobywania rudy uranu

Istnieją trzy główne sposoby wydobywania uranu:

• otwarty (lub kariera);
• kopalnia (podziemna);
• ługowanie.

Wszystkie te metody zależą od wielu czynników. Na przykład z głębokości złóż skalnych, skład izotopów itp.

Ma zastosowanie w przypadku, gdy skała nie jest głęboka i do jej wydobycia wystarczy uzbroić się w specjalny sprzęt:

• śmieciarka;
• buldożery;
• ładowarki.

Kamieniołomowa metoda wydobycia uranu jest stosowana od dłuższego czasu. Jedną z zalet tej metody jest minimalne ryzyko narażenia górników na promieniowanie. Jednak istotną wadą metody otwartej są nieodwracalne szkody środowiskowe w zagospodarowanym terenie.

Metoda wydobywcza jest bardziej kosztowna z materialnego punktu widzenia. W celu wydobycia uranu wierci się kopalnie o głębokości do dwóch kilometrów, jeśli wydobycie prowadzone będzie głębiej niż ten znak, paliwo okaże się bardzo drogie. W każdym razie firmy wydobywcze są zobowiązane do wyposażenia górników we wszystkie powiązane urządzenia, ochronę przed promieniowaniem. ORAZ Zainstalować niezbędne systemy wentylacyjne w celu usunięcia radonu i dostarczenia do kopalni świeżego powietrza. W kopalni metal wydobywany jest z górotworu poprzez wiercenie i wysadzanie.

Za optymalną uważa się metodę ługowania wydobycia uranu. W skale wiercone są studnie, przez które pompowany jest roztwór - środek ługujący o specjalnym składzie chemicznym. Rozpuszcza się w głębinach złóż rud i nasyca cennymi związkami metali.

wnioski

Wydobycie uranu z wykorzystaniem ługowania podziemnego powoduje znacznie mniejsze szkody dla środowiska niż metody opisane powyżej. Z biegiem czasu na zabudowanej działce zachodzą procesy rekultywacyjne. Zastosowanie tej metody może obniżyć koszty ekonomiczne. Ale ma swoje ograniczenia. Nie stosuje się go tylko w piaskowcu i poniżej lustra wody.

Wideo: Wydobycie uranu

Ruda uranu to naturalna formacja mineralna, w której uran zawiera taką ilość, że jego wydobycie jest ekonomicznie opłacalne.

W zależności od ilości uranu rudy mineralne to:

• super bogaci. Rudy takie zawierają 0,3% U, a sama ruda w takich złożach to ponad 50 tys. ton.
• bogaty, zawierający od 0,1 do 0,3%.
• zwykłe, mają w swoim składzie 0,05-0,10%
• nieszczęśliwy. W takich rudach jest 0,03-0,05% uranu
• pozabilansowy, w którym występuje tylko 0,01-0,03%.

Większość uranu znajduje się w kwaśnych skałach, które zawierają dużo krzemu. Do najważniejszych rud uranu należą pak uranowy (uraninit) i karnotyt.

Tabela 1. Wykaz minerałów uranu

Wydobycie uranu

Uran wydobywa się na trzy sposoby:

• metoda otwarta jest odpowiednia w przypadkach, gdy ruda leży w bliskiej odległości od powierzchni ziemi. W przypadku wydobycia konieczne jest wykopanie głębokiego i szerokiego otworu za pomocą buldożerów, a następnie załadowanie wydobytej rudy do wywrotek za pomocą koparek, które dostarczą skałę do kompleksu przeróbczego
• Górnictwo podziemne jest stosowane, jeśli ruda leży na znacznej głębokości. Ta metoda jest znacznie droższa niż poprzednia. Stosuje się go tylko w przypadkach, gdy udowodniono wysokie stężenie uranu w skale. Do realizacji tej metody konieczne jest wywiercenie pionowego szybu, z którego należy wyprowadzić wyrobiska poziome. Kopalnie uranu mogą znajdować się na głębokości dwóch kilometrów. Górnicy wydobywają rudę, za pomocą wind towarowych dostarczają ją na górę, po czym trafiają do przerobu
• ługowanie na miejscu (ISL). Do produkcji tą metodą konieczne jest wywiercenie 6 studzienek w rogach sześciokąta. Studnie te pompują kwas siarkowy do złóż uranu. W centrum całej konstrukcji wiercony jest kolejny odwiert, przez który wypompowywany jest roztwór nasycony solami uranu. Następnie roztwór poddaje się kilkukrotnej adsorpcji. Produktem końcowym jest tlenek uranu.

kopalnie uranu

Według najnowszych danych na naszej planecie jest 440 komercyjnych reaktorów, które rocznie zużywają 67 tys. ton uranu.
Wydobycie uranu na świecie koncentruje się w trzech stanach: Australii, Kazachstanie i Rosji. Australia ma 31% światowego uranu, Kazachstan - 12%, Rosja i Kanada - po 9%. Wydobycie uranu w Rosji prowadzone jest głównie na terenie Republiki Sacha w Jakucji. W sumie Federacja Rosyjska ma 550 tysięcy ton złóż uranu. Oprócz Jakucji złoża uranu znajdują się w Transbaikalii i Buriacji.
Co ciekawe, światowe rezerwy znajdują się w krajach, które z energetyką jądrową nie mają nic wspólnego. Na przykład francuskie firmy wydobywają uran w Nigrze na własne potrzeby. Ale w USA, Chinach, Indiach, Francji, Japonii, Korei Południowej występuje dotkliwy niedobór uranu. Dlatego dzisiaj między krajami toczą się wrogie działania o kontrolę nad złożami rudy uranu. Najtrudniejsza sytuacja jest w Afryce. Tam z powodu uranu wybuchają wojny domowe i wiele osób ginie.

Uran jest pierwiastkiem chemicznym z rodziny aktynowców o liczbie atomowej 92. Jest najważniejszym paliwem jądrowym. Jego stężenie w skorupie ziemskiej wynosi około 2 części na milion. Do ważnych minerałów uranu należą tlenek uranu (U 3 O 8), uraninit (UO 2), karnotyt (uranylowanadan potasowy), otenit (fosforan potasowo-uranylowy) i torbernit (uwodniony fosforan miedzi i uranylu). Te i inne rudy uranu są źródłem paliwa jądrowego i zawierają wielokrotnie więcej energii niż wszystkie znane możliwe do wydobycia złoża paliw kopalnych. 1 kg uranu 92 U daje tyle energii, co 3 mln kg węgla.

Historia odkryć

Pierwiastek chemiczny uran jest gęstym, stałym, srebrno-białym metalem. Jest ciągliwy, kowalny i można go polerować. Metal utlenia się w powietrzu i zapala się po zmiażdżeniu. Stosunkowo słaby przewodnik prądu. Formuła elektronowa uranu to 7s2 6d1 5f3.

Chociaż pierwiastek został odkryty w 1789 roku przez niemieckiego chemika Martina Heinricha Klaprotha, który nazwał go na cześć nowo odkrytej planety Uran, sam metal został wyizolowany w 1841 przez francuskiego chemika Eugène-Melchiora Peligota poprzez redukcję z czterochlorku uranu (UCl 4 ) potas.

Radioaktywność

Stworzenie układu okresowego pierwiastków przez rosyjskiego chemika Dmitrija Mendelejewa w 1869 roku zwróciło uwagę na uran jako najcięższy znany pierwiastek, którym pozostał aż do odkrycia neptunu w 1940 roku. W 1896 roku francuski fizyk Henri Becquerel odkrył w nim zjawisko radioaktywności . Ta właściwość została później znaleziona w wielu innych substancjach. Obecnie wiadomo, że radioaktywny uran we wszystkich jego izotopach składa się z mieszaniny 238 U (99,27%, okres półtrwania - 4,510 000 000 lat), 235 U (0,72%, okres półtrwania - 713 000 000 lat) i 234 U (0,006%, okres półtrwania - 247 000 lat). Umożliwia to np. określenie wieku skał i minerałów w celu badania procesów geologicznych i wieku Ziemi. W tym celu mierzą ilość ołowiu, który jest końcowym produktem radioaktywnego rozpadu uranu. W tym przypadku 238 U jest elementem początkowym, a 234 U jest jednym z produktów. 235 U daje początek serii rozpadów aktynu.

Otwarcie reakcji łańcuchowej

Pierwiastek chemiczny uran stał się przedmiotem szerokiego zainteresowania i intensywnych badań po tym, jak pod koniec 1938 r. niemieccy chemicy Otto Hahn i Fritz Strassmann odkryli w nim rozszczepienie jądrowe, kiedy został zbombardowany powolnymi neutronami. Na początku 1939 roku amerykański fizyk włoskiego pochodzenia Enrico Fermi zasugerował, że wśród produktów rozszczepienia atomu mogą znajdować się cząstki elementarne zdolne do wywołania reakcji łańcuchowej. W 1939 roku amerykańscy fizycy Leo Szilard i Herbert Anderson, a także francuski chemik Frederic Joliot-Curie i ich koledzy potwierdzili tę prognozę. Kolejne badania wykazały, że podczas rozszczepienia atomu uwalniane jest średnio 2,5 neutronu. Odkrycia te doprowadziły do ​​pierwszej samowystarczalnej reakcji łańcucha jądrowego (12.02.1942), pierwszej bomby atomowej (16.07.1945), jej pierwszego użycia w operacjach wojskowych (08.06.1945), pierwszego atomowego okrętu podwodnego (1955) i pierwsza pełnowymiarowa elektrownia jądrowa (1957).

Stany utleniania

Pierwiastek chemiczny uran, będący silnym metalem elektrododatnim, reaguje z wodą. Rozpuszcza się w kwasach, ale nie w zasadach. Ważnymi stopniami utlenienia są +4 (jak w przypadku tlenku UO 2 , tetrahalogenków, takich jak UCl 4 , oraz jonu zielonej wody U 4+) i +6 (jak w przypadku tlenku UO 3, sześciofluorku UF 6 i jonu UO 2 2+ uranylu) . W roztworze wodnym uran jest najbardziej stabilny w składzie jonu uranylu, który ma strukturę liniową [O = U = O] 2+ . Element ma również stany +3 i +5, ale są one niestabilne. Czerwony U 3+ utlenia się powoli w wodzie niezawierającej tlenu. Barwa jonu UO 2 + jest nieznana, ponieważ ulega on dysproporcjonowaniu (UO 2 + jest jednocześnie redukowany do U 4+ i utleniany do UO 2 2+ ) nawet w bardzo rozcieńczonych roztworach.

Paliwo jądrowe

Pod wpływem wolnych neutronów następuje rozszczepienie atomu uranu w stosunkowo rzadkim izotopie 235 U. Jest to jedyny naturalny materiał rozszczepialny i musi zostać oddzielony od izotopu 238 U. Jednak po absorpcji i ujemnym rozpadzie beta, uran-238 zamienia się w syntetyczny pierwiastek pluton, który jest rozdzielany przez działanie wolnych neutronów. Dlatego też naturalny uran może być stosowany w reaktorach konwertorowych i reprodukcyjnych, w których rozszczepianie wspomagane jest przez rzadkie 235 U, a pluton jest produkowany jednocześnie z transmutacją 238 U. Rozszczepialny 233 U można zsyntetyzować z szeroko rozpowszechnionego w przyrodzie izotopu toru-232 do wykorzystania jako paliwo jądrowe. Uran jest również ważny jako podstawowy materiał, z którego otrzymywane są syntetyczne pierwiastki transuranowe.

Inne zastosowania uranu

Związki pierwiastka chemicznego były wcześniej stosowane jako barwniki do ceramiki. Sześciofluorek (UF 6) jest ciałem stałym o niezwykle wysokiej prężności pary (0,15 atm = 15 300 Pa) w temperaturze 25°C. UF 6 jest chemicznie bardzo reaktywny, ale pomimo swojego korozyjnego charakteru w stanie pary, UF 6 jest szeroko stosowany w metodach dyfuzji gazu i wirowania gazu w celu uzyskania wzbogaconego uranu.

Związki metaloorganiczne stanowią interesującą i ważną grupę związków, w których wiązania metal-węgiel łączą metal z grupami organicznymi. Uranocen jest związkiem organouranu U(C8H8)2, w którym atom uranu jest umieszczony pomiędzy dwiema warstwami pierścieni organicznych związanych z cyklooktatetraenem C8H8. Jego odkrycie w 1968 roku otworzyło nową dziedzinę chemii metaloorganicznej.

Zubożony naturalny uran jest używany jako środek ochrony przed promieniowaniem, balast, w pociskach przeciwpancernych i opancerzeniu czołgów.

Recykling

Pierwiastek chemiczny, choć bardzo gęsty (19,1 g/cm3), jest stosunkowo słabą, niepalną substancją. Rzeczywiście, metaliczne właściwości uranu wydają się umieszczać go gdzieś pomiędzy srebrem a innymi prawdziwymi metalami i niemetalami, więc nie jest używany jako materiał konstrukcyjny. Główna wartość uranu leży w radioaktywnych właściwościach jego izotopów i ich zdolności do rozszczepiania. W naturze prawie cały (99,27%) metalu składa się z 238 U. Reszta to 235 U (0,72%) i 234 U (0,006%). Spośród tych naturalnych izotopów tylko 235 U ulega bezpośredniemu rozszczepieniu przez napromieniowanie neutronami. Jednak po wchłonięciu 238 U tworzy 239 U, które ostatecznie rozpada się na 239 Pu, materiał rozszczepialny o wielkim znaczeniu dla energii jądrowej i broni jądrowej. Inny rozszczepialny izotop, 233 U, można wytworzyć przez napromieniowanie neutronami 232 Th.

formy krystaliczne

Właściwości uranu powodują, że reaguje on z tlenem i azotem nawet w normalnych warunkach. W wyższych temperaturach reaguje z szeroką gamą metali stopowych, tworząc związki międzymetaliczne. Tworzenie stałych roztworów z innymi metalami jest rzadkie ze względu na specjalne struktury krystaliczne tworzone przez atomy pierwiastka. Między temperaturą pokojową a temperaturą topnienia 1132 °C metaliczny uran występuje w 3 postaciach krystalicznych znanych jako alfa (α), beta (β) i gamma (γ). Transformacja ze stanu α- do β następuje w 668 °C, a od β do γ – w 775°C. γ-uran ma sześcienną strukturę krystaliczną skupioną wokół ciała, podczas gdy β ma strukturę tetragonalną. Faza α składa się z warstw atomów w wysoce symetrycznej strukturze rombowej. Ta anizotropowo zniekształcona struktura zapobiega zastępowaniu atomów uranu przez atomy stopu lub zajmowaniu przestrzeni między nimi w sieci krystalicznej. Stwierdzono, że tylko molibden i niob tworzą roztwory stałe.

rudy

Skorupa ziemska zawiera około 2 części na milion uranu, co wskazuje na jego szeroką dystrybucję w przyrodzie. Szacuje się, że oceany zawierają 4,5 x 109 ton tego pierwiastka chemicznego. Uran jest ważnym składnikiem ponad 150 różnych minerałów i pomniejszym składnikiem kolejnych 50. Pierwotne minerały występujące w magmowych żyłach hydrotermalnych i pegmatytach obejmują uraninit i jego odmianę mieszankę smołową. W rudach tych pierwiastek występuje w postaci dwutlenku, który w wyniku utleniania może wahać się od UO 2 do UO 2,67. Inne istotne ekonomicznie produkty z kopalń uranu to autunit (uwodniony fosforan wapnia uranylu), tobernit (uwodniony fosforan miedzi uranylu), coffinit (czarny uwodniony krzemian uranu) i karnotyt (uwodniony wanadan potasu uranylu).

Szacuje się, że ponad 90% znanych tanich rezerw uranu znajduje się w Australii, Kazachstanie, Kanadzie, Rosji, RPA, Nigrze, Namibii, Brazylii, Chinach, Mongolii i Uzbekistanie. Duże złoża znajdują się w konglomeratowych formacjach skalnych jeziora Elliot, położonego na północ od jeziora Huron w Ontario w Kanadzie oraz w południowoafrykańskiej kopalni złota Witwatersrand. Formacje piaskowe na płaskowyżu Kolorado iw basenie Wyoming w zachodnich Stanach Zjednoczonych również zawierają znaczne rezerwy uranu.

Górnictwo

Rudy uranu znajdują się zarówno w złożach przypowierzchniowych, jak i głębokich (300-1200 m). Pod ziemią miąższość pokładu dochodzi do 30 m. Podobnie jak w przypadku rud innych metali, wydobycie uranu na powierzchni odbywa się dużymi maszynami do robót ziemnych, a zagospodarowanie głębokich złóż odbywa się tradycyjnymi metodami wertykalnymi. i pochyłe miny. Światowa produkcja koncentratu uranu w 2013 roku wyniosła 70 tysięcy t. Najwydajniejsze kopalnie uranu znajdują się w Kazachstanie (32% całkowitej produkcji), Kanadzie, Australii, Nigrze, Namibii, Uzbekistanie i Rosji.

Rudy uranu zwykle zawierają tylko niewielką ilość minerałów zawierających uran i nie mogą być wytopione bezpośrednimi metodami pirometalurgicznymi. Zamiast tego do ekstrakcji i oczyszczania uranu należy stosować procedury hydrometalurgiczne. Zwiększenie stężenia znacznie zmniejsza obciążenie obwodów przetwórczych, ale żadna z konwencjonalnych metod wzbogacania powszechnie stosowanych w przeróbce minerałów, takich jak sortowanie grawitacyjne, flotacyjne, elektrostatyczne, a nawet ręczne, nie ma zastosowania. Z nielicznymi wyjątkami metody te powodują znaczną utratę uranu.

Palenie

Hydrometalurgiczne przetwarzanie rud uranu jest często poprzedzone etapem kalcynacji w wysokiej temperaturze. Wypalanie odwadnia glinę, usuwa materiały zawierające węgiel, utlenia związki siarki do nieszkodliwych siarczanów i utlenia wszelkie inne środki redukujące, które mogą zakłócać dalszą obróbkę.

Ługowanie

Uran jest ekstrahowany z prażonych rud za pomocą kwaśnych i zasadowych roztworów wodnych. Aby wszystkie systemy ługowania działały pomyślnie, pierwiastek chemiczny musi być początkowo obecny w bardziej stabilnej 6-wartościowej postaci lub być utleniony do tego stanu podczas przetwarzania.

Ługowanie kwasem zwykle prowadzi się przez mieszanie mieszaniny rudy i środka roztłaczającego przez 4-48 godzin w temperaturze otoczenia. Z wyjątkiem szczególnych okoliczności stosuje się kwas siarkowy. Podaje się go w ilościach wystarczających do uzyskania końcowego trunku o pH 1,5. Schematy ługowania kwasem siarkowym zazwyczaj wykorzystują dwutlenek manganu lub chloran do utleniania czterowartościowego U 4+ do 6-wartościowego uranylu (UO 2 2+). Z reguły do ​​utlenienia U 4+ wystarcza około 5 kg dwutlenku manganu lub 1,5 kg chloranu sodu na tonę. W każdym razie utleniony uran reaguje z kwasem siarkowym, tworząc anion kompleksu 4-uranylosiarczanu.

Rudę zawierającą znaczną ilość podstawowych minerałów, takich jak kalcyt czy dolomit, ługuje się 0,5-1 molowym roztworem węglanu sodu. Chociaż zbadano i przetestowano różne odczynniki, głównym utleniaczem uranu jest tlen. Rudy są zwykle ługowane powietrzem pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze 75-80 °C przez czas zależny od konkretnego składu chemicznego. Alkalia reagują z uranem, tworząc łatwo rozpuszczalny jon kompleksowy 4-.

Przed dalszą obróbką roztwory powstałe w wyniku ługowania kwasem lub węglanem muszą zostać sklarowane. Separacja glin i innych szlamów rudy na dużą skalę odbywa się dzięki zastosowaniu skutecznych środków flokulacyjnych, w tym poliakryloamidów, gumy guar i kleju zwierzęcego.

Ekstrakcja

Złożone jony 4- i 4- mogą być sorbowane z ich odpowiednich roztworów ługujących żywic jonowymiennych. Te specjalne żywice, charakteryzujące się kinetyką sorpcji i elucji, wielkością cząstek, stabilnością i właściwościami hydraulicznymi, mogą być stosowane w różnych technologiach przetwarzania, takich jak nieruchome i ruchome złoże, koszykowe i metoda ciągłej zawiesiny żywicy jonowymiennej. Zwykle do elucji zaadsorbowanego uranu stosuje się roztwory chlorku sodu i amoniaku lub azotanów.

Uran można wyizolować z kwaśnych ługów rudy przez ekstrakcję rozpuszczalnikową. W przemyśle stosuje się kwasy alkilofosforowe, a także drugorzędowe i trzeciorzędowe alkiloaminy. Z reguły ekstrakcja rozpuszczalnikiem jest korzystniejsza od metod wymiany jonowej w przypadku kwaśnych przesączy zawierających więcej niż 1 g/l uranu. Jednak ta metoda nie ma zastosowania do ługowania węglanów.

Uran jest następnie oczyszczany przez rozpuszczenie w kwasie azotowym z wytworzeniem azotanu uranylu, ekstrahowany, krystalizowany i kalcynowany z wytworzeniem trójtlenku UO3. Zredukowany dwutlenek UO2 reaguje z fluorowodorem, tworząc tetrafluorek UF4, z którego metaliczny uran jest redukowany przez magnez lub wapń w temperaturze 1300°C.

Tetrafluorek można fluorować w temperaturze 350 °C, tworząc sześciofluorek UF 6, który jest używany do oddzielania wzbogaconego uranu-235 przez dyfuzję gazu, wirowanie gazu lub dyfuzję termiczną cieczy.

W poszukiwaniu tańszego źródła energii, które nie zaszkodziłoby środowisku, światowe środowisko naukowe zwróciło uwagę na dziedzinę energetyki jądrowej. Do tej pory liczba reaktorów jądrowych, które są budowane w celu wytwarzania energii, sięga setek. Ruda uranu jest wykorzystywana jako surowiec do wytwarzania energii jądrowej. Zawiera substancje należące do rodziny aktynowców. Według niektórych szacunków ziemia zawiera 1000 razy więcej rudy uranu niż złota. Aby uzyskać paliwo dla elektrowni jądrowych, jest ono przetwarzane.

Charakterystyka rud uranu

Ruda uranu w postaci wolnej jest reprezentowana przez szarobiały metal, który może mieć dość dużą ilość różnych zanieczyszczeń. Należy pamiętać, że sam oczyszczony uran jest uważany za substancję chemicznie czynną. Biorąc pod uwagę fizyczne, mechaniczne i chemiczne właściwości uranu, zwracamy uwagę na następujące punkty:

1. Temperatura wrzenia tego pierwiastka wynosi 4200 stopni Celsjusza, co znacznie komplikuje proces jego przetwarzania.
2. W powietrzu uran utlenia się, może rozpuszczać się w kwasach i reagować z wodą. Jednak ten pierwiastek chemiczny nie wchodzi w interakcje z zasadami, co można nazwać jego cechą.
3. Przy pewnym oddziaływaniu substancja staje się źródłem dość dużej ilości energii. W tym przypadku powstaje stosunkowo niewielka ilość wydobycia, z którego zagospodarowaniem jest dziś sporo problemów.

Należy pamiętać, że wielu uważa uran za rzadki pierwiastek chemiczny, ponieważ jego stężenie w skorupie ziemskiej wynosi 0,002%. Przy tak stosunkowo niskim stężeniu tego pierwiastka chemicznego nie znaleziono jeszcze alternatywnej substancji. Oczywiście tak długo, jak są wystarczające rezerwy do ciągłego wydobywania uranu i zasilania elektrowni jądrowych lub silników.

Złoża uranu

Nietrudno się domyślić, że przy tak stosunkowo niewielkich zasobach omawianej substancji w jelitach ziemi i stałym wzroście zapotrzebowania na materiał, jego koszt rośnie. W ostatnim czasie odkryto dość dużą liczbę złóż uranu, za lidera w jego produkcji uważa się Australię. Z przeprowadzonych badań wynika, że ​​ponad 30% wszystkich zasobów jest skoncentrowanych na terenie tego kraju. Największe złoża to:

1. Beaverleya;
2. tama olimpijska;
3. Leśniczy.

Ciekawostką jest to, że Kazachstan uważany jest za głównego konkurenta Australii w dziedzinie wydobycia rudy uranu. Ponad 12% światowych rezerw koncentruje się na terytorium tego kraju. Mimo dość dużej powierzchni Rosja ma tylko 5% światowych rezerw.

Według niektórych informacji rosyjskie rezerwy wynoszą 400 tys. ton uranu. Na koniec 2017 roku odkryto i zagospodarowano 16 złóż. Co ciekawe, 15 z nich jest skoncentrowanych w Transbaikalia. Większość rudy uranu jest skoncentrowana w złożu Streltsovsky.

Jak już wspomniano, ruda uranu jest wykorzystywana jako paliwo, co warunkuje ciągłe poszukiwania jej złóż. Obecnie uran jest często używany jako paliwo do silników rakietowych. W produkcji broni jądrowej pierwiastek ten służy do zwiększenia jej mocy. Niektórzy producenci używają go do produkcji pigmentów, które są używane w malarstwie.

Wydobycie rud uranu

W wielu krajach rozpoczęło się wydobycie rudy uranu. Należy pamiętać, że dziś do wydobycia rudy można zastosować trzy technologie:

1. Kiedy uran znajduje się blisko powierzchni ziemi, stosowana jest technologia odkrywcza. Jest dość prosty i nie wymaga dużych nakładów. Do podnoszenia surowców wykorzystywane są koparki i inne podobne urządzenia specjalne. Po podniesieniu i załadowaniu do wywrotek jest dostarczany do zakładów przetwórczych. Zauważ, że ta technologia ma dość dużą liczbę wad, ale ze względu na łatwość produkcji stała się powszechna. Podczas zagospodarowania złóż uzyskuje się kamieniołomy o powierzchni, która może sięgać kilku kilometrów kwadratowych. Należy pamiętać, że ten sposób wydobywania rudy powoduje nieodwracalne szkody dla środowiska. Wydobyciem odkrywkowym uranu zajmuje się dość duża liczba dużych firm wydobywczych.
2. Wraz z głębokim położeniem rudy w grubości ziemi odbywa się tworzenie kopalń. Technologia jest dość skomplikowana w wykonaniu, przewiduje również mechaniczne wydobycie materiału. Istnieje dość duża liczba kopalń, w których wydobywa się uran i inne rudy. Taka metoda wydobycia skał wiąże się z dość dużym ryzykiem, ponieważ w grubości ziemi można znaleźć kieszenie gazu lub podwodne rzeki. Zawalenie się podziemi może doprowadzić do zawalenia się kopalni, śmierci robotników i uszkodzenia drogiego sprzętu. Jednak w przypadku głębokiego występowania omawianej skały jest prawie niemożliwe wydobycie jej w inny sposób.
3. Trzecią metodą jest tworzenie studni, do których pompowany jest kwas siarkowy. W pobliżu wcześniej wykonanej studni powstaje druga, która ma na celu podniesienie już uzyskanego rozwiązania. Po zakończeniu procesu sorpcji instalowane są urządzenia zdolne do wytrącania na powierzchnię substancji przypominających żywice. Po wydobyciu powstałej żywicy na powierzchnię jest ona przetwarzana, a uran jest izolowany.

Ługowanie podziemne

Ostatnio coraz częściej stosuje się trzecią metodę wydobycia uranu. Wynika to z faktu, że pozwala osiągnąć wysokie stężenie pożądanej substancji przy minimalnej zawartości zanieczyszczających pierwiastków chemicznych. Technologia ta wymaga jednak dokładnych badań geologicznych, ponieważ nad złożem omawianej substancji chemicznej muszą być wiercone studnie. W przeciwnym razie po dodaniu kwasu proces sorpcji przy niskim stężeniu uranu zajmie dość dużo czasu.

Na terenie Rosji w większości przypadków wydobycie uranu odbywa się poprzez wydobycie mechaniczne. Ponadto wydobycie surowców do produkcji paliwa jądrowego odbywa się w Chinach i na Ukrainie.