Prelucrare de uraniu, prepararea minereului pentru utilizare în diferite produse.
Uraniul (U), deși este foarte dens (19,1 grame pe centimetru cub), este un metal relativ slab, nerefractar. Într-adevăr, proprietățile metalice ale uraniului par a fi intermediare între cele ale argintului și ale altor metale adevărate și cele ale elementelor nemetalice, astfel încât nu este evaluată pentru aplicații structurale. Valoarea principală a uraniului se află în proprietățile radioactive și fisionabile ale izotopilor săi. În natură, aproape tot (99,27 la sută) din metal este format din uraniu-238; restul constă din uraniu-235 (0,72 la sută) și uraniu-234 (0,006 la sută). Dintre izotopii naturali, numai uraniu-235 este fisionabil direct prin iradierea neutronilor. Cu toate acestea, uraniul-238, la absorbția unui neutron, formează uraniu-239, iar acest din urmă izotop se descompune în cele din urmă în plutoniu-239 - un material fisil de mare importanță în energia nucleară și armele nucleare. Un alt izotop fissil, uraniu-233, poate fi format prin iradierea de neutroni a toriu-232.
Chiar și la temperatura camerei, metalul de uraniu divizat fin reacționează cu oxigenul și azotul. La temperaturi mai ridicate reacționează cu o mare varietate de metale aliate pentru a forma compuși intermetalici. Formarea soluției solide cu alte metale are loc numai foarte rar, datorită structurilor cristaline singulare formate din atomii de uraniu. Între temperatura camerei și punctul său de topire de 1.132 ° C (2.070 ° F), metalul de uraniu există în trei forme cristaline cunoscute sub denumirea de faze alfa (α), beta (β) și gamma (γ). Transformarea de la faza alfa la faza beta are loc la 668 ° C (1,234 ° F) și de la faza beta la faza gamma la 775 ° C (1.427 ° F). Uraniul Gamma are o structură cristalină cubică (bcc) centrată pe corp, în timp ce beta uraniul are o structură tetragonală. Faza alfa constă, însă, din foi ondulate de atomi într-o structură ortorombică extrem de asimetrică. Această structură anizotropă, sau distorsionată, îngreunează atomii metalelor care se aliază să înlocuiască atomii de uraniu sau să ocupe spații între atomii de uraniu din rețeaua de cristal. Numai molibden și niobiu au fost observate care formează aliaje cu soluție solidă cu uraniu.
Istorie
Chimistul german Martin Heinrich Klaproth este creditat că a descoperit elementul de uraniu în 1789 într-un eșantion de pitchblende. Klaproth a numit noul element după planeta Uranus, care a fost descoperită în 1781. Cu toate acestea, abia în 1841, chimistul francez Eugène-Melchior Péligot a arătat că substanța metalică neagră obținută de Klaproth era într-adevăr dioxidul de uraniu compus. Péligot a pregătit metal uraniu efectiv prin reducerea tetraclorurii de uraniu cu potasiu metal.
Înainte de descoperirea și elucidarea fisiunii nucleare, puținele utilizări practice ale uraniului (și acestea erau foarte mici) erau în colorarea ceramicii și ca catalizator în anumite aplicații specializate. Astăzi, uraniul este foarte apreciat pentru aplicațiile nucleare, atât militare, cât și comerciale, chiar și minereurile de calitate scăzută au o mare valoare economică. Metalul de uraniu este produs în mod obișnuit prin intermediul procesului Ames, dezvoltat de chimistul american FH Spedding și colegii săi în 1942 la Universitatea de Stat din Iowa, Ames. În acest procedeu, metalul este obținut din tetrafluorura de uraniu prin reducerea termică cu magneziu.
minereurile
Crusta Terrei conține aproximativ două părți la un milion de uraniu, reflectând o largă distribuție în natură. Se estimează că oceanele conțin 4,5 × 10 9 tone de element. Uraniul apare ca un constituent semnificativ în peste 150 de minerale diferite și ca o componentă minoră a altor 50 de minerale. Mineralele primare de uraniu, care se găsesc în vene hidrotermale magmatice și în pegmatite, includ uraninita și pitchblende (acestea din urmă o varietate de uraninite). Uraniul din aceste două minereuri apare sub formă de dioxid de uraniu, care - datorită oxidării - poate varia în compoziția chimică exactă de la UO 2 la UO 2.67. Alte minereuri de uraniu de importanță economică sunt autunitul, un fosfat de uranil de calciu hidratat; tobernit, un fosfat de uranil de cupru hidratat; coffinit, un silicat de uraniu hidratat negru; și carnotită, un uranil vanadat de potasiu hidratat galben.
Se estimează că peste 90% din rezervele de uraniu cu costuri reduse cunoscute apar în Canada, Africa de Sud, Statele Unite, Australia, Niger, Namibia, Brazilia, Algeria și Franța. Aproximativ 50 până la 60 la sută din aceste rezerve se află în formațiunile de roci conglomerate ale lacului Elliot, situat la nord de lacul Huron în Ontario, Can., Și în câmpurile de aur Witwatersrand din Africa de Sud. Formațiile de gresie din Platoul Colorado și Bazinul Wyoming din vestul Statelor Unite conțin, de asemenea, rezerve importante de uraniu.
Minerit și concentrare
Minereuri de uraniu apar în depozite care sunt atât la suprafață cât și foarte adânci (de exemplu, 300 până la 1.200 de metri, sau 1.000 până la 4.000 de metri) Minereurile adânci apar uneori în cusături de până la 30 de metri. Așa cum este cazul minereurilor din alte metale, minereurile de uraniu de suprafață sunt ușor minate cu echipamente mari de mișcare a pământului, în timp ce depozitele adânci sunt minate prin metode tradiționale cu ax vertical și în derivă.
Minereurile de uraniu conțin, de obicei, doar o cantitate mică de minerale purtătoare de uraniu, iar acestea nu sunt susceptibile de topire prin metode pirometalurgice directe; în schimb, procedurile hidrometalurgice trebuie utilizate pentru extragerea și purificarea valorilor uraniului. Concentrația fizică ar reduce considerabil sarcina pe circuitele de prelucrare hidrometalurgică, dar niciuna dintre metodele convenționale de beneficiere folosite în mod obișnuit în prelucrarea mineralelor - de exemplu, gravitația, flotarea, electrostatica și chiar sortarea mâinilor - nu sunt aplicabile în general minereurilor de uraniu. Cu câteva excepții, metodele de concentrare duc la pierderea excesivă de uraniu la steril.
