Spracovanie uránu, príprava rudy na použitie v rôznych výrobkoch.
Urán (U) je síce veľmi hustý (19,1 gramov na kubický centimeter), ale je relatívne slabým nerádioaktívnym kovom. Kovové vlastnosti uránu sa skutočne javia ako medzičlánky medzi vlastnosťami striebra a iných pravých kovov a nekovových prvkov, takže sa neoceňuje pre štrukturálne aplikácie. Hlavná hodnota uránu je v rádioaktívnych a štiepnych vlastnostiach jeho izotopov. V prírode takmer všetok kov (99,27%) pozostáva z uránu-238; zvyšok pozostáva z uránu 235 (0,72 percenta) a uránu 234 (0,006 percenta). Z týchto prirodzene sa vyskytujúcich izotopov je štiepením neutrónovým žiarením priamo štiepiteľný iba urán 235. Avšak urán-238 po absorpcii neutrónu vytvára urán-239 a tento izotop sa nakoniec rozpadne na plutónium 239 - štiepny materiál veľkého významu v jadrovej energii a jadrových zbraniach. Ďalší štiepny izotop, urán-233, môže byť vytvorený neutrónovým ožiarením tória-232.
Dokonca aj pri izbovej teplote jemne rozptýlený kov uránu reaguje s kyslíkom a dusíkom. Pri vyšších teplotách reaguje so širokou škálou legujúcich kovov za vzniku intermetalických zlúčenín. Tvorba tuhého roztoku s inými kovmi sa vyskytuje iba zriedka v dôsledku jedinečných kryštalických štruktúr tvorených atómami uránu. Medzi teplotou miestnosti a teplotou topenia 1 132 ° C (2 070 ° F) existuje kovový urán v troch kryštalických formách známych ako alfa (a), beta (β) a gama (y) fázy. Transformácia z fázy alfa do fázy beta prebieha pri 668 ° C (1 234 ° F) a z fázy beta do fázy gama pri 775 ° C (1 427 ° F). Gama urán má kubickú kryštalickú štruktúru (bcc) zameranú na telo, zatiaľ čo beta urán má tetragonálnu štruktúru. Alfa fáza je však tvorená vlnitými vrstvami atómov vo vysoko asymetrickej ortorombickej štruktúre. Táto anizotropná alebo zdeformovaná štruktúra sťažuje atómom legujúcich kovov náhradu atómov uránu alebo obsadenie medzier medzi atómami uránu v kryštálovej mriežke. Bolo pozorované, že iba molybdén a niób tvoria zliatiny tuhého roztoku s uránom.
histórie
Nemeckému chemikovi Martinovi Heinrichovi Klaprothovi sa pripisuje objavenie prvku urán v roku 1789 vo vzorke pitchblende. Klaproth pomenoval nový prvok po planéte Urán, ktorá bola objavená v roku 1781. Francúzsky chemik Eugène-Melchior Péligot však až v roku 1841 ukázal, že čiernou kovovou látkou získanou Klaprothom je skutočne zlúčenina oxidu uraničitého. Spoločnosť Péligot pripravila skutočný kovový urán redukciou chloridu uraničitého kovom draselným.
Pred objavením a objasnením jadrového štiepenia bolo niekoľko praktických použití uránu (a tieto boli veľmi malé) vo vyfarbovaní keramiky a ako katalyzátor v určitých špecializovaných aplikáciách. Dnes je urán vysoko cenený pre jadrové aplikácie, vojenské aj komerčné, a dokonca aj rudy nízkej kvality majú veľkú ekonomickú hodnotu. Kovový urán sa bežne vyrába pomocou procesu Ames, ktorý vyvinul americký chemik FH Spedding a jeho kolegovia v roku 1942 na Iowskej štátnej univerzite v Ames. Pri tomto postupe sa kov získava z fluoridu uranitého tepelnou redukciou horčíkom.
rudy
Zemská kôra obsahuje asi dve časti na milión uránu, čo odráža široké rozšírenie v prírode. Odhaduje sa, že oceány obsahujú 4,5 x 109 ton prvku. Urán sa vyskytuje ako významná zložka vo viac ako 150 rôznych mineráloch a ako minoritná zložka ďalších 50 minerálov. Medzi primárne uránové minerály, ktoré sa nachádzajú v magmatických hydrotermálnych žilách a v pegmatitoch, patria uraninit a pitchblende (druh uraninitu). Urán v týchto dvoch rudách sa vyskytuje vo forme oxidu uraničitého, ktorý - v dôsledku oxidácie - sa môže meniť v presnom chemickom zložení od UO 2 do UO 2,67. Ďalšími uránovými rudami ekonomického významu sú autunit, hydratovaný uranylfosfát vápenatý; tobernit, hydratovaný uranylfosfát medi; koffinit, čierny hydratovaný kremičitan uránu; a karnotit, žltý hydratovaný uranyl vanadát draselný.
Odhaduje sa, že viac ako 90 percent známych lacných zásob uránu sa vyskytuje v Kanade, Južnej Afrike, Spojených štátoch, Austrálii, Nigeri, Namíbii, Brazílii, Alžírsku a Francúzsku. Približne 50 až 60 percent týchto rezerv je v konglomerátnych skalných útvaroch Elliotského jazera, ktoré sa nachádza severne od jazera Huron v Ontáriu v kanadskom štáte a na zlatých poliach Witwatersrand v Južnej Afrike. Významné zásoby uránu obsahujú pieskovcové útvary na náhornej plošine Colorado a Wyoming Basin.
Ťažba a koncentrovanie
Uránové rudy sa vyskytujú v ložiskách, ktoré sú blízko povrchu a veľmi hlboké (napr. 300 až 1200 metrov alebo 1 000 až 4 000 stôp). Hlboké rudy sa niekedy vyskytujú vo švoch s hrúbkou až 30 metrov. Rovnako ako v prípade rúd iných kovov sa povrchové uránové rudy ľahko ťažia pomocou veľkých zariadení na zemné práce, zatiaľ čo hlboké ložiská sa ťažia tradičnými metódami vertikálneho hriadeľa a driftu.
Uránové rudy typicky obsahujú iba malé množstvo minerálov obsahujúcich urán, ktoré nie sú prístupné k taveniu priamymi pyrometalurgickými metódami; namiesto toho sa na extrakciu a čistenie hodnôt uránu musia použiť hydrometalurgické postupy. Fyzikálna koncentrácia by značne znížila zaťaženie hydrometalurgických spracovateľských obvodov, ale žiadna z konvenčných metód dobývania, ktoré sa zvyčajne používajú pri spracovaní nerastov - napr. Gravitácia, flotácia, elektrostatika a dokonca aj ručné triedenie -, sa vo všeobecnosti nevzťahuje na uránové rudy. Metódy koncentrácie, až na pár výnimiek, vedú k nadmernej strate uránu na zvyšky.
