Уран - хімічна школа
урану (названий на честь планети Уран) - хімічний елемент із символом елемента U та атомним номером 92. У періодичній системі він входить до групи актиноїдів (7-й період, f-блок). Уран - це метал, ізотопи якого всі радіоактивні. Уран, що зустрічається в природі в мінералах, складається приблизно на 99,3% з ізотопу 238 U і 0,7% з 235 U.
Уран набув особливого значення після відкриття ядерного поділу в 1938 році: ізотоп урану 235 U може бути розщеплений тепловими нейтронами; Окрім надзвичайно рідкісного 239 Pu, це єдиний відомий природний нуклід, здатний до ланцюгової реакції ядерного поділу. Ось чому його використовують як основне джерело енергії на атомних електростанціях та ядерній зброї.
історія
Уран був виділений із мінеральної смолистої бленди в 1789 р. Німецьким професором хімії та фармацевтом Мартіном Генріхом Клапротом (1743–1817), який тоді жив у Берліні. Він названий на честь планети Уран (і, отже, на честь грецького бога Ураноса), який був відкритий за вісім років до цього (1781) Фрідріхом Вільгельмом Гершелем (1738–1822). 24 вересня 1789 року Клапрот оголосив про відкриття у своїй промові перед Прусською академією наук. Спочатку було його відкриття Ураніт покликаний, то в 1790р Уран перейменовано. Клапрот зробив своє відкриття під час аналізу руди з шахти "Георг Вагсфорт" у Віттігшталі поблизу Йохангеоргенштадта в Саксонії. Він обробляв руду кислотою і сильно нагрівав її. В результаті вийшов чорний порошок, який він назвав ураном.
Клапрот справді визначив новий елемент, але те, що він отримав, був не самим елементом уран, а оксидом. Лише через п’ятдесят років у 1841 р. Французький Ежен Пеліго домігся видобування чистого уранового металу. У першій половині 19 століття уран видобувався разом з іншими корисними копалинами в Св. Йоахімшталі та на деяких шахтах в Корнуолі (Англія).
Протягом XIX століття сполуки урану використовувались для фарбування скла та кераміки для додання ваз та декоративних предметів, а також повсякденних предметів, таких як миски, склянки тощо, жовто-зеленого кольору (ана зелений). Виробники скла з Йоахімшталя (Богемія) застосовували цю техніку ще в 1826 році. Використання урану для фарбування скла тривало до середини 20 століття, лише тоді його замінили інші, менш сумнівні фарбувальні мінерали. Керамічні глазурі від оранжевого до яскраво-червоного використовували для всього, від посуду до архітектурних аксесуарів.
У фотографії, аж до 20 століття, нітрат уранілу використовувався для тонування предметів, зображень із платини та броміду срібла в коричневий та червоний кольори. [7]
Ризики для здоров’я від використання або збору уранового скла та кераміки з урановою глазур’ю все ще залишаються предметом суперечок серед колекціонерів та науковців.
Антуан Анрі Беккерель вперше встановив, що уран є радіоактивним в 1896 році.
Уран здавна вважався елементом з найбільшим атомним числом, який зустрічається в природі. Однак у 1971 році були виявлені найдрібніші сліди ізотопу плутонію 244 Pu, так що плутоній замінив уран як останній відомий природний елемент. [8-й]
Виникнення
Уран не зустрічається в природі в природі, а завжди в кисневмісних мінералах. До важливих мінеральних речовин урану належать браннерит і ураниніт (оксиди), торберніт, генріхіт і карнотит (фосфати, арсенати та ванадати), а також коффініт і уранофан (силікати). Всього є близько 230 уранових корисних копалин, які також можуть мати місцеве економічне значення. Псевдоморфози уранових мінералів (як правило, ураниніту у формі смоли) після викопної деревини або бактерій також можуть утворюватися в осадових відкладах. [9]
Двома вирішальними факторами розподілу радіоактивного елемента урану на землі є, з одного боку, літофільність цього елемента та його різна рухливість у водних розчинах в умовах окислення та відновлення. Літофільний характер забезпечує накопичення урану в багатих силікатами розплавах. Отже, фельзієві магматичні породи, такі як граніт як плутоніт або риоліт як вулканіт, містять найвищі концентрації цього елемента. Континентальна кора - це ділянка землі з найвищим рівнем урану в середньому 2,5 проміле, тоді як океанічна кора та мантія мають на порядок нижчий рівень урану. У магматичних породах уран, як правило, вбудовується в допоміжні мінерали, такі як циркон або монацит, за допомогою яких можна цілком датувати вік гірських порід.
Різна розчинність урану в умовах окислення або відновлення в розчинах є другим вирішальним фактором розподілу елемента і відіграє важливу роль у формуванні уранових родовищ. За умов окислення (UO2 2+) уран є відносно рухливим у водних розчинах, тоді як за умов відновлення (U 4+) він мало розчинний. Тому окислювально-відновлювальні ліміти часто є факторами, що контролюють депозит для елемента.
Виходячи з вищезазначених факторів та деяких інших, існує широкий спектр родовищ урану від магматичних гідротермальних до осадових типів. МАГАТЕ розрізняє важливі окремі типи.
Найвищий вміст урану досягається в родовищах, що не узгоджуються з середнім вмістом урану від 0,3 до 20%. [10] На даний момент це два найбільші виробники урану. Найбільший одиничний ресурс урану на землі - Олімпійська дамба із доведеним вмістом урану понад 2 млн. Тонн при середньому вмісті урану близько 0,03%. [11] Перша у світі промислова шахта урану в Яхимові (Чеська Республіка), вироблена з гідротермальних жил. [12]
Природні реактори Окло в Габоні, а також сусіднє родовище урану представляють особливість: відомо, що ланцюгові реакції відбувались там приблизно 1,5-2 мільярди років тому протягом тисяч років у природному середовищі, під час якого також утворювались ізотопи плутонію.
Уран зустрічається як мікроелемент у звичайному ґрунті. Американський Агентство з реєстру токсичних речовин та захворювань (ATSDR) підраховує, що верхні 33 см ґрунту на площі в одну квадратну милю суші містять в середньому близько 4 тонн урану, тобто приблизно 1,5 тонни на квадратний кілометр.
Уран, зв’язаний у комплексах, також є всюдисущим елементом в гідросфері. Концентрація урану в морській воді становить приблизно 3,3 мкг/л у порівнянні з часом значно нижчими концентраціями в річках (0,03 мкг/л в Амазонці до 3,9 мкг/л у Гангу. Це показує, що уран накопичується в морській воді У німецьких річках концентрація урану зазвичай становить приблизно від 1 до 3 мкг/л. Джерело урану лежить в геогенній структурі районів, що осушуються річками, наприклад, поверхневі води з боліт можуть містити більш високі концентрації урану, і Тому лише у виняткових випадках вміст урану в річках можна пояснити впливом людини, наприклад, використання урановмісних фосфорних добрив та видобуток урану (Zwickauer Mulde: приблизно 10 мкг/л). Від 1 до понад 100 мкг/л. Регулярне вживання питної води з високим вмістом урану може призвести до виникнення раку нирок його влада (ВООЗ) встановила граничне значення для питної води 15 мкг/л. [13]
За даними Міжнародного агентства з атомної енергії (МАГАТЕ), найбільші запаси уранової руди знаходяться в США, Нігері, Австралії, Казахстані, Намібії, Південній Африці, Канаді, Бразилії, Росії, Україні та Узбекистані.
Сліди урану виявляються також у кам’яному вугіллі та лігніті. Вугілля, яке щорічно використовується для виробництва електроенергії у всьому світі, містить близько 10 000 т урану і 25 000 т торію, який або потрапляє в навколишнє середовище, або накопичується в золі та фільтруючому пилі на електростанціях. Тому в деяких випадках намагаються видобути уран із золи електростанції. [14]
Демонтаж
У Німеччині уран спочатку став звичайним у саксонській Швейцарії (Кенігштайн), а пізніше через вилуговування, у Дрездені (Кошюц/Гіттерзе, особливо в Гіттерзее), а також у Рудних горах (Шлема, Шнейберг, Йохангеоргенштадт, Пела) та у Східній Тюрінгії (Роннебург) переважно під землею як смоляні плями. видобувається вісмутом SDAG. Невеликі кількості також добували в Шварцвальді та горах Фіхтель. На той час НДР була третім за величиною виробником урану у світі. Більшість районів видобутку було закрито після 1990 року, оскільки вони були неекономічними, а попит на уран також зменшився. Останнє сталося через зміну політичної ситуації у світі (менша важливість стратегічної ядерної зброї) та низьку ціну на світовому ринку.
Світове виробництво урану в 2006 році становило 39 603 тонни. Основними країнами-виробниками є Австралія, Канада, Росія, Нігер, Намібія, Казахстан, Узбекистан, Південна Африка та США. У 2006 році споживання у всьому світі становило 66 500 тонн, і за оцінками Міжнародного агентства з атомної енергії (МАГАТЕ) у 2030 році внаслідок будівництва нових атомних електростанцій у 2013 році буде від 93 775 до 121 955 тонн. Видобуток покриває близько 60% поточного попиту, решта покривається запасами, переробкою та роззброєною ядерною зброєю. [15] Оцінки МАГАТЕ, Грінпіс та ядерної промисловості щодо асортименту уранових родовищ базуються на різній інформації про глобальні ресурси та майбутнє споживання. Їм від 20 до 200 років. [16]
Видобуток урану призводить до шкоди людині та навколишньому середовищу, оскільки уран та радіоактивні вторинні продукти (наприклад, радіоактивний благородний газ радон) вивільняються та виводяться на поверхню з-під землі. [17]
презентація
Переробка уранової руди
Уранові руди, напр. Б. ураниніт (смоляна бленда, U3O8) або карнотит (KUO2VO4 1,5 H2O) засвоюються кислими сірчаною кислотою або лужними з содою
Розчини, що утворюються після кислого перетравлення, обробляють аміаком, після чого жовтий осад випадає в осад. В основному він містить діуранат амонію ((NH4) 2U2O7) та інші поліуранати, гідроксиди уранілу та сульфати. Розчин лужного травлення змішується з NaOH, так що діуранат натрію (Na2U2O7) випадає в осад. Для видалення натрію його потім розчиняють у H2SO4, а потім осаджують у вигляді (NH4) 2U2O7 з водним NH3.
"Жовтий пиріг" розчиняють у азотній кислоті (HNO3), завдяки чому нерозчинні частини випадають в осад і видаляються фільтруванням або центрифугуванням. Потім із розчину можна кристалізувати сирий нітрат уранілу (UO2 (NO3) 2). Потім розчин уранілітрату екстрагують трибутилфосфатом (TBP) (процес PUREX), після випаровування та промивання отримують чистий ураніл нітрат.
Ретельний піроліз призводить до різних модифікацій оксиду урану (VI) (UO3), залежно від температури та тиску кисню. [18] [19] [20] Для зменшення ваги під час транспортування "жовтий корж" термічно розкладається, в результаті чого утворюється чорний U3O8.