Uránfeldolgozás, érc előkészítése különféle termékekben való felhasználásra.
Az urán (U), bár nagyon sűrű (19,1 gramm / cm3), viszonylag gyenge, nem tűzálló fém. Valójában úgy tűnik, hogy az urán fémes tulajdonságai közbeesnek az ezüst és más valódi fémek és a nemfémes elemek tulajdonságai között, tehát az építkezés szempontjából nem értékelhető. Az urán fő értéke izotópjainak radioaktív és hasadó tulajdonságai. A természetben a fém szinte az összes (99,27%) urán-238-at tartalmaz; a fennmaradó rész urán-235 (0,72%) és urán-234 (0,006%). Ezek közül a természetben előforduló izotópok közül csak az urán-235 hasad közvetlenül a neutron besugárzással. Azonban az urán-238 egy neutron abszorpciójával uránt-239 képez, és ez utóbbi izotóp végül plutónium-239-re bomlik - egy hasadó anyag, amely nagy jelentőséggel bír az atomenergiában és a nukleáris fegyverekben. Egy másik hasadó izotóp, az urán-233, torium-232 neutron besugárzással képezhető.
A finoman eloszlatott uránfém szobahőmérsékleten is reagál oxigénnel és nitrogénnel. Magasabb hőmérsékleten reagál számos ötvöző fémmel, és intermetallikus vegyületeket képez. A szilárd oldat képződése más fémekkel csak ritkán fordul elő, az uránatomok által képzett egyedi kristályszerkezetek miatt. A szobahőmérséklet és az 1122 ° C (2 070 ° F) olvadáspontja között az uránfém három kristályos formában létezik, amelyeket alfa (α), béta (β) és gamma (γ) fázisnak hívnak. Az átalakulás az alfa-béta fázisba 668 ° C (1,234 ° F) hőmérsékleten és a béta fázisból a gamma fázisba 775 ° C (1427 ° F) hőmérsékleten történik. A gamma urán testközpontú köbös (bcc) kristályszerkezettel rendelkezik, míg a béta-urán tetragonális szerkezettel rendelkezik. Az alfa fázis azonban hullámkarton atomlemezekből áll, amelyek nagyon aszimmetrikus ortorombás felépítésűek. Ez az anizotrop vagy torz szerkezet megnehezíti az ötvözött fémek atomjait, hogy helyettesítsék urán atomokat, vagy tereket foglaljanak el az urán atomok között a kristályrácsban. Csak a molibdént és a niobiumot figyelték meg szilárd oldat ötvözetek formálására uránnal.
Történelem
A német kémikus, Martin Heinrich Klaproth jóváhagyta az urán elem 1789-es felfedezését a szuroklemez mintájában. Klaproth az Uranus bolygó elnevezésével nevezte el az új elemet, amelyet 1781-ben fedeztek fel. Ellenène-Melchior Péligot francia kémikus azonban csak 1841-ben mutatta be, hogy a Klaproth által előállított fekete fém anyag valóban az urándioxid-vegyület. Az urán-tetraklorid kálium-fémmel történő redukciójával a Péligot előállította a valódi uránium-fémet.
A maghasadás felfedezése és megvilágítása előtt az urán néhány gyakorlati felhasználása (és ezek nagyon kicsik) a kerámia színezésében és katalizátorként szolgáltak bizonyos speciális alkalmazásokban. Manapság az uránt nagyra értékelik a nukleáris alkalmazások során, mind katonai, mind pedig kereskedelmi célokra, és még az alacsony minőségű érceknek is nagy gazdasági értéke van. Az uránfém előállítása rutinszerűen az Ames-eljárás révén történik, amelyet az amerikai gyógyszerész, FH Spedding és munkatársai fejlesztettek ki 1942-ben az Ames Iowa Állami Egyetemen. Ebben az eljárásban a fémet urán-tetrafluoridból nyerik magnéziummal végzett termikus redukcióval.
ércek
A földkéreg körülbelül két rész / millió uránt tartalmaz, tükrözve a természetben elterjedt széles körét. Az óceánok becslések szerint 4,5 × 109 tonna elemet tartalmaznak. Az urán jelentős összetevőként jelenik meg több mint 150 különféle ásványi anyagban, és további 50 ásványi anyag kisebb alkotóelemként. A magmatikus hidrotermális vénákban és a pegmatitokban található elsődleges urán ásványok magukban foglalják az uraninitet és a pitchblende-t (ez utóbbi különféle uraninit). A két ércben az urán urándioxid formájában fordul elő, amelynek oxidációja miatt a pontos kémiai összetétel UO 2- től 2,67 UO- ig változhat. Egyéb gazdasági szempontból jelentős uránércek az autunit, a hidratált kalcium-uranil-foszfát; tobernit, hidratált réz-uranil-foszfát; kofinit, fekete hidratált urán-szilikát; és karnotit, egy sárga hidratált kálium-uranil-vanadát.
A becslések szerint az ismert olcsó uránkészletek több mint 90% -a Kanadában, Dél-Afrikában, az Egyesült Államokban, Ausztráliában, Nigérben, Namíbiában, Brazíliában, Algériában és Franciaországban fordul elő. E tartalékok kb. 50–60 százaléka az Elliot-tó konglomerátumú sziklaalakzatában található, amely a kanadai Ontarioban, a Huron-tótól északra található, és a Dél-Afrika Witwatersrand aranymezőin. Az Egyesült Államok nyugati részének Colorado-fennsík és Wyoming-medence homokkő-képződményei szintén jelentős urántartalmúak.
Bányászat és koncentrálás
Az uránércek olyan rétegekben fordulnak elő, amelyek mind a felszín közelében vannak, mind nagyon mélyek (pl. 300–1200 méter vagy 1000–4000 láb). A mély ércek időnként 30 méter vastag varratokban fordulnak elő. Mint a többi fémek ércében, a felszíni uránérceket nagy földmunkagépekkel könnyen bányászják, míg a mély lerakódásokat hagyományos függőleges tengelyes és sodródó módszerekkel bányozzák.
Az uránércek jellemzően csak kis mennyiségben tartalmaznak uránt hordozó ásványokat, és ezek nem alkalmasak közvetlen pirometallurgiai eljárásokkal történő olvasztásra; ehelyett hidrometallurgiai eljárásokat kell alkalmazni az uránértékek kinyerésére és tisztítására. A fizikai koncentráció nagymértékben csökkentené a hidrometallurgiai feldolgozási körök terhelését, ám az ásványi feldolgozásban általában alkalmazott szokásos gazdagítási módszerek (pl. Gravitáció, flotáció, elektrosztatika és akár kézisorozás) általában nem alkalmazhatók uránércekre. Néhány kivételtől eltekintve a koncentrálási módszerek az urán túlzott veszteségét eredményezik a hulladék számára.
