Επεξεργασία ουρανίου, προετοιμασία του μεταλλεύματος για χρήση σε διάφορα προϊόντα.
Το ουράνιο (U), αν και πολύ πυκνό (19,1 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό), είναι ένα σχετικά αδύναμο, μη πυρίμαχο μέταλλο. Πράγματι, οι μεταλλικές ιδιότητες του ουρανίου φαίνεται να είναι ενδιάμεσες μεταξύ εκείνων του αργύρου και άλλων πραγματικών μετάλλων και εκείνων των μη μεταλλικών στοιχείων, έτσι ώστε να μην εκτιμάται για δομικές εφαρμογές. Η κύρια τιμή του ουρανίου είναι στις ραδιενεργές και σχάσιμες ιδιότητες των ισοτόπων του. Στη φύση, σχεδόν το σύνολο (99,27 τοις εκατό) του μετάλλου αποτελείται από ουράνιο-238. το υπόλοιπο αποτελείται από ουράνιο-235 (0,72 τοις εκατό) και ουράνιο-234 (0,006 τοις εκατό). Από αυτά τα φυσικά απαντώμενα ισότοπα, μόνο το ουράνιο-235 είναι άμεσα σχάσιμο με ακτινοβολία νετρονίων. Ωστόσο, το ουράνιο-238, κατά την απορρόφηση ενός νετρονίου, σχηματίζει το ουράνιο-239 και αυτό το τελευταίο ισότοπο τελικά αποσυντίθεται σε πλουτώνιο-239 - ένα σχάσιμο υλικό μεγάλης σημασίας για την πυρηνική ενέργεια και τα πυρηνικά όπλα. Ένα άλλο σχάσιμο ισότοπο, το ουράνιο-233, μπορεί να σχηματιστεί με ακτινοβολία νετρονίων του θορίου-232.
Ακόμα και σε θερμοκρασία δωματίου, το λεπτό διαιρεμένο μέταλλο ουρανίου αντιδρά με οξυγόνο και άζωτο. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες αντιδρά με μια μεγάλη ποικιλία μετάλλων κράματος για να σχηματίσει διαμεταλλικές ενώσεις. Ο σχηματισμός στερεού διαλύματος με άλλα μέταλλα συμβαίνει σπάνια, λόγω των μοναδικών κρυσταλλικών δομών που σχηματίζονται από άτομα ουρανίου. Μεταξύ της θερμοκρασίας δωματίου και του σημείου τήξεως των 1.132 ° C (2.070 ° F), το μέταλλο ουρανίου υπάρχει σε τρεις κρυσταλλικές μορφές γνωστές ως τις φάσεις άλφα (α), βήτα (β) και γάμμα (γ). Ο μετασχηματισμός από το άλφα στη βήτα φάση συμβαίνει στους 668 ° C (1.234 ° F) και από το βήτα στη γάμμα φάση στους 775 ° C (1.427 ° F). Το γ-ουράνιο έχει κρυσταλλική δομή με κεντρικό σώμα (bcc), ενώ το β-ουράνιο έχει τετραγωνική δομή. Η άλφα φάση, ωστόσο, αποτελείται από κυματοειδή φύλλα ατόμων σε μια εξαιρετικά ασύμμετρη ορθορομβική δομή. Αυτή η ανισοτροπική ή παραμορφωμένη δομή καθιστά δύσκολο για τα άτομα των κραμάτων μετάλλων να αντικαταστήσουν τα άτομα ουρανίου ή να καταλάβουν χώρους μεταξύ των ατόμων ουρανίου στο κρυσταλλικό πλέγμα. Μόνο μολυβδαίνιο και νιόβιο έχουν παρατηρηθεί ότι σχηματίζουν κράματα στερεού διαλύματος με ουράνιο.
Ιστορία
Ο Γερμανός χημικός Martin Heinrich Klaproth πιστώνεται ότι ανακάλυψε το στοιχείο ουράνιο το 1789 σε ένα δείγμα pitchblende. Ο Klaproth ονόμασε το νέο στοιχείο από τον πλανήτη Ουρανός, ο οποίος είχε ανακαλυφθεί το 1781. Ωστόσο, μόλις το 1841, ο Γάλλος χημικός Eugène-Melchior Péligot έδειξε ότι η μαύρη μεταλλική ουσία που έλαβε η Klaproth ήταν πραγματικά το σύνθετο διοξείδιο του ουρανίου. Η Péligot παρασκευάστηκε πραγματικό μέταλλο ουρανίου μειώνοντας το τετραχλωριούχο ουράνιο με μέταλλο καλίου.
Πριν από την ανακάλυψη και την αποσαφήνιση της πυρηνικής σχάσης, οι λίγες πρακτικές χρήσεις του ουρανίου (και αυτές ήταν πολύ μικρές) ήταν στο χρωματισμό των κεραμικών και ως καταλύτης σε ορισμένες εξειδικευμένες εφαρμογές. Σήμερα, το ουράνιο έχει μεγάλη αξία για πυρηνικές εφαρμογές, τόσο στρατιωτικές όσο και εμπορικές, και ακόμη και μεταλλεύματα χαμηλής ποιότητας έχουν μεγάλη οικονομική αξία. Το μέταλλο ουρανίου παράγεται συνήθως μέσω της διαδικασίας Ames, που αναπτύχθηκε από τον Αμερικανό χημικό FH Spedding και τους συναδέλφους του το 1942 στο Iowa State University, Ames. Στη διαδικασία αυτή, το μέταλλο λαμβάνεται από τετραφθοριούχο ουράνιο με θερμική αναγωγή με μαγνήσιο.
Ορέ
Ο φλοιός της Γης περιέχει περίπου δύο μέρη ανά εκατομμύριο ουράνιο, αντανακλώντας μια ευρεία κατανομή στη φύση. Οι ωκεανοί εκτιμάται ότι περιέχουν 4,5 × 10 9 τόνους του στοιχείου. Το ουράνιο εμφανίζεται ως σημαντικό συστατικό σε περισσότερα από 150 διαφορετικά ορυκτά και ως δευτερεύον συστατικό των 50 άλλων ορυκτών. Τα πρωτογενή ανόργανα ουράνια, που βρίσκονται σε μαγματικές υδροθερμικές φλέβες και σε πεγκματίτες, περιλαμβάνουν το ουρανινίτη και το pitchblende (το τελευταίο μια ποικιλία ουρανινίτη). Το ουράνιο σε αυτά τα δύο μεταλλεύματα εμφανίζεται με τη μορφή διοξειδίου του ουρανίου, το οποίο - λόγω της οξείδωσης - μπορεί να ποικίλει στην ακριβή χημική σύνθεση από UO 2 έως UO 2.67. Άλλα μεταλλεύματα ουρανίου οικονομικής σημασίας είναι αυτόνοτα, ένα ένυδρο φωσφορικό ουρανύλιο ασβεστίου. tobernite, ένα ένυδρο φωσφορικό ουρανύλιο χαλκού. φέρετρο, ένα μαύρο ένυδρο πυριτικό ουράνιο. και καρνοτίτη, ένα κίτρινο ενυδατωμένο βαναδικό ουρανύλιο καλίου.
Εκτιμάται ότι περισσότερο από το 90% των γνωστών αποθεμάτων χαμηλού κόστους ουρανίου εμφανίζονται στον Καναδά, τη Νότια Αφρική, τις Ηνωμένες Πολιτείες, την Αυστραλία, τον Νίγηρα, τη Ναμίμπια, τη Βραζιλία, την Αλγερία και τη Γαλλία. Περίπου το 50 έως 60 τοις εκατό αυτών των αποθεμάτων βρίσκονται στους σχηματισμούς πετρωμάτων του συγκροτήματος της λίμνης Elliot, που βρίσκεται βόρεια της λίμνης Huron στο Οντάριο, στο Can., Και στα χρυσά πεδία Witwatersrand της Νότιας Αφρικής. Οι σχηματισμοί ψαμμίτη στο οροπέδιο του Κολοράντο και τη λεκάνη του Ουαϊόμινγκ των δυτικών Ηνωμένων Πολιτειών περιέχουν επίσης σημαντικά αποθέματα ουρανίου.
Εξόρυξη και συγκέντρωση
Τα μεταλλεύματα ουρανίου εμφανίζονται σε αποθέσεις που είναι τόσο κοντά στην επιφάνεια όσο και πολύ βαθιά (π.χ. 300 έως 1.200 μέτρα ή 1.000 έως 4.000 πόδια). Τα βαθιά μεταλλεύματα εμφανίζονται μερικές φορές σε ραφές πάχους 30 μέτρων. Όπως συμβαίνει με τα μεταλλεύματα άλλων μετάλλων, τα μεταλλεύματα επιφανειακού ουρανίου εξορύσσονται εύκολα με μεγάλο εξοπλισμό που κινείται στη γη, ενώ οι βαθιές εναποθέσεις εξορύσσονται με παραδοσιακές μεθόδους κάθετου άξονα και μετατόπισης.
Τα μεταλλεύματα ουρανίου περιέχουν συνήθως μόνο μια μικρή ποσότητα ορυκτών που φέρουν ουράνιο, και αυτά δεν επιδέχονται τήξη με άμεσες πυρομεταλλουργικές μεθόδους. Αντ 'αυτού, πρέπει να χρησιμοποιούνται υδρομεταλλουργικές διαδικασίες για την εξαγωγή και τον καθαρισμό των τιμών ουρανίου. Η φυσική συγκέντρωση θα μείωνε πολύ το φορτίο στα υδρομεταλλουργικά κυκλώματα επεξεργασίας, αλλά καμία από τις συμβατικές μεθόδους ωφέλειας που χρησιμοποιούνται συνήθως στην επεξεργασία ορυκτών - π.χ. βαρύτητα, επίπλευση, ηλεκτροστατική και ακόμη και διαλογή χεριών - είναι γενικά εφαρμόσιμη στα μεταλλεύματα ουρανίου. Με λίγες εξαιρέσεις, οι μέθοδοι συμπύκνωσης οδηγούν σε υπερβολική απώλεια ουρανίου στα απορρίμματα.
