Химический элемент уран: свойства, характеристика, формула. Добыча и применение урана. Добыча урановой руды

Содержание
  1. Урановая руда — месторождения, добыча, переработка
  2. Свойства урана
  3. Добыча
  4. Места добычи
  5. Виды урана
  6. Классификация руды
  7. Ситуация в мире
  8. На первом месте Австралия
  9. Второе место по объемам добычи у Казахстана
  10. Третье место у России
  11. Четвертое место – Канада
  12. Пятое место – Нигер
  13. Уран
  14. Уран и производство электричества
  15. Недостатки ядерной энергии
  16. Нахождение и применение урана
  17. Характеристики урана
  18. Ядерная (атомная) энергетика России
  19. Уран в мире
  20. Уран и ядерные бомбы
  21. Как добывают Уран
  22. Мировые месторождения и запасы
  23. Российская урановая руда
  24. Как добывают уран
  25. Опасности урановых рудников
  26. Химический элемент уран: свойства, характеристика, формула. Добыча и применение урана :: SYL.ru
  27. История открытия
  28. Радиоактивность
  29. Аэродинамическая сепарация
  30. Открытие цепной реакции
  31. Состояния окисления
  32. Ядерное топливо
  33. Другие применения урана
  34. Физиологическое действие
  35. Переработка
  36. Похожие главы из других работ:
  37. Пожаровзрывоопасные свойства веществ
  38. 1.История применения
  39. История создания зарина
  40. История создания
  41. Уран (химический элемент)
  42. Нахождение в природе
  43. Открытие
  44. Первые применения урана
  45. Современное применение урана
  46. Свойства
  47. Изотопы урана
  48. Соединения

Урановая руда — месторождения, добыча, переработка

Химический элемент уран: свойства, характеристика, формула. Добыча и применение урана. Добыча урановой руды

Добыча урана (U) имеет большое значение для современного общества. Этот самый тяжелый металл используют в атомной промышленности в качестве топлива, из него изготавливают ядерное оружие. В мирных целях применяют для производства стекла и лакокрасочных материалов. Чистый уран в природных условиях не встречается, он входит в состав минералов и руды.

Свойства урана

В свободной состоянии уран представляет собой серо-белый металл, которому свойственно 3 аллотропических модификации: ромбическая кристаллическая, тетрагональная и объемно центрированная кубическая решетки. Температура кипения этого химического элемента составляет 4200 °C.

Уран является химическим активным материалом. На воздухе этот элемент медленно окисляется, легко растворяется в кислотах, реагирует с водой, но при этом не взаимодействует с щелочами.

: Улучшение стали — процесс, технология, улучшаемые стали

Добыча

Работами по добыче урана руководит компания Атомредметзолото (в составе Атомэнергопрома). Приаргунское производственное горно-химическое объединение, «Хиагда», «Далур» — главные предприятия по производству урана в России, выпускающие около 90 % продукции страны.

С целью гарантированного долгосрочного сырьевого обеспечения отраслевых потребностей в уране «Росатом» в 2010 г. приобрел канадскую компанию Uranium One и консолидировал на её основе высокоэффективные урановые активы в Казахстане и других странах.

За последние 8 лет производство Uranium One выросло почти в 5 раз, что позволило выйти на четвертое место в мире среди урановых компаний.

Добыча урановых руд в стране осуществляется открытым и подземным способами, используется метод подземного выщелачивания.

Места добычи

Месторождения, на которых ведётся добыча:

На этапе разработки:

Виды урана

Природный уран состоит из взаимодействия 3 изотопов: U238, U235, U234. На радиоактивные свойства металла влияют изотопы 238 и его дочерний нуклеотид 234.

Благодаря присутствию в составе U именно этих атомов, уран используют при производстве топлива для атомных электростанций и ядерного оружия.

Хотя активность U235 изотопа в 21 раз слабее, он способен сохранять цепную ядерную реакцию без сторонних активных элементов.

Помимо естественных изотопов, есть еще искусственные атомы U.

Их известно не менее 23 видов. Особого внимания заслуживает изотоп U233, образуется он при облучении тория-232 нейтронами и делится под влиянием тепловых нейтронов. Эта способность делает U233 оптимальным источником энергии для ядерных реакторов.

Классификация руды

Под понятием природная урановая руда понимается минеральное образование с большой концентрацией урана. При разработке урановых месторождений, как правило, смежно получают другие радиоактивные металлы – радий и полоний. Породы, в которых содержится уран, могут различаться по своему составу. Структура пластов оказывает влияние на способ добычи ценного металла.

По условиям образования руды можно разделить на:

  • эндогенные;
  • экзогенные;
  • метаморфогенные.

По типу минерализации урановые руды различают:

Характеристика урановой руды

  • первичные;
  • окисленные;
  • смешанные.

Классификация по размерам зерен:

  • дисперсные ( 25 мм).

Ураносодержащая порода состоит из различных примесей, а именно различают:

  • молибденовые;
  • анадиевые;
  • уран-кобальт-никель-висмут;
  • моноруда.

Классификация по химическому составу:

  • карбонатная;
  • железно-окисная;
  • силикатная;
  • сульфидная;
  • каустобиолевая.

Руда разделяется по способу обработки:

  • содовый раствор, применяют в том случае, если в химическом составе руды присутствует карбонат;
  • кислота используется для силикатных пород;
  • метод доменной плавки применяют, если железо-окисная по своему составу.

Процент содержания урана в руде может быть разный. По этому признаку порода подразделяется на:

  • бедную (< 0,1%);
  • рядовую (0,25–0,1%);
  • среднюю (0,5–0,25%);
  • богатую (1–0,5%);
  • очень богатую (>1% U).

Добывать уран имеет смысл, если его содержание в слое земли составляет не менее 0,5%. Если урана в слое породы менее 0,015%, его добыча осуществляется в качестве побочного продукта.

Ситуация в мире

Сегодня добыча урана осуществляется только в 28 странах мира. При этом 90% месторождений расположены в 10 странах, которые являются лидерами по объемам добычи.

Добыча урановых руд на крупнейших рудниках мира

На первом месте Австралия

Основные показатели:

Полезные ископаемые Австралии

  • доказанные запасы – 661 000 т (31,18% от общемировых запасов);
  • месторождения – 19 крупных. Самые известные:
    • Олимпик Дам – добывается 3 000 т в год;
    • Биверли – одна тысяча тонн в год;
    • Хонемун – 900 т.
  • себестоимость добычи – 40 долларов за один килограмм;
  • крупнейшие добывающие компании:
    • Paladin Energy;
    • Rio Tinto;
    • BHP Billiton.

Второе место по объемам добычи у Казахстана

Основные данные:

Рост добычи урана в Казахстане

  • доказанные запасы – 629 000 т (11,81% от общемировых запасов);
  • месторождения – 16 крупных. Самые известные:
    • Корсан;
    • Ирколь;
    • Буденовское;
    • Западные Мынкудук;
    • Южный Инкай;
  • себестоимость добычи – 40 долларов за кг;
  • объем производства – 22574 тонны в год;
  • добывающая компания – Казатомпром (производит 15,77% от общемирового объема).

Третье место у России

Показатели:

  • доказанные запасы – 487 000 т (9,15% от общемировых запасов); Добыча урана в России
  • месторождения – 7 крупных. Основная часть сосредоточена в Читинской области. Проектные работы ведутся на Ямале;
  • себестоимость добычи – 40 долларов за кг;
  • объем производства – 3135 т в год;
  • добывающая компания – АРМЗ (АТОМРЕДМЕТЗОЛОТО). Производит 13,68% от общемирового объема.

Четвертое место – Канада

Показатели:

    • доказанные запасы – 468 000 т (8,80% от общемировых запасов);

Добыча урана на месторождениях Канады

  • месторождения – 18 крупных. Самые известные:
    1. МакАртур-Ривер;
    2. Уотербери;
  • себестоимость добычи – 34 долларов за один килограмм;
  • объем производства – 9332 т в год;
  • добывающая компания – Cameco (производит 9144 т урана в год).

Пятое место – Нигер

Нигер (горнопромышленная карта)

  • доказанные запасы – 421 000 т (7,9% от общемировых запасов);
  • месторождения :
    • Имурарен;
    • Арлит;
    • Мадауэла;
    • Азелит;
  • себестоимость добычи – 35 долларов за один килограмм;
  • объем производства – 4528 т в год.

Вторая пятерка стран по объемам запасов урана выглядит следующим образом:

  • ЮАР – 297 000 т;
  • Бразилия – 276 000 т;
  • Намибия – 261 000 т;
  • США – 207 000 т;
  • Китай – 166 000 т.

Добыча урана в мире

По прогнозам специалистов до 2025 года в мире будет увеличиваться количество атомных станций. Этот рост будет провоцировать больший спрос на уран – увеличение на 44% (80–100 тыс. т). Поэтому во всем мире ведется тенденция к использованию вторичных источников урана:

  • золото;
  • фосфаты;
  • медь;
  • лигнитсодержащие породы.

Но содержания металла в этих источниках невелико. Такая ситуация ежегодно приводит к росту стоимости. С 2008 года наблюдается стремительное увеличение: с 26 долларов за 1 кг до 64 долларов в 2015 году.

Источник: https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/tehnologiya-dobychi-urana.html

Уран

Химический элемент уран: свойства, характеристика, формула. Добыча и применение урана. Добыча урановой руды

Уран — это радиоактивный химический элемент, который можно найти в природе. В основном он используется для производства электрической энергии. Впрочем, его также используют в медицинских целях и, к сожалению, при производстве ядерных бомб.

Этот элемент был открыт на территории Германской империи в 1789 году. Он назван в честь планеты Уран, которая была обнаружена на 8 лет раньше. Однако радиоактивность урана была открыта лишь в 1896 году.

Уран — последний элемент в таблице Менделеева. Он ещё и самый тяжёлый элемент, существующий в естественном виде на Земле. Именно при расщеплении его атома получается электричество.

Электричество, которое производится из урана, является альтернативой горючим ископаемым, таким как нефть и уголь. Сегодня 16% электричества в мире получается из урана.

Урановая руда

Уран и производство электричества

Символ урана в периодической таблице — U. Уран состоит в основном из двух изотопов — 235U и 238U. Уран на 99,7 % состоит из изотопа 238U и только оставшиеся 0,7 % — это изотоп 235U.

Именно изотоп 235U, который составляет столь малый процент урана, позволяет получить энергию посредством расщепления ядра атома. Для производства электричества концентрация изотопа 235U должна составлять 3–4 %. Поэтому химики обогащают уран.

Обогащение урана можно провести двумя способами: с помощью ультрацентрифугирования или газовой диффузии. Оба метода разделяют изотопы и в результате концентрация 235U повышается.

Ядерная энергия считается чистой, потому что она не выделяет парниковые газы и её отходы достаточно малы. Другим преимуществом этой энергии то, что её легко транспортировать и она не требует много места для хранения.

Обогащённый уран прессуют в таблетки размером 1х1 см. Энергоотдача такой таблетки очень высока: две таблетки способны обеспечить энергией семью из 4 человек на 1 месяц.

Таким образом, уран является отличной альтернативой нефти и углю: чтобы произвести столько же электроэнергии, сколько производит 1 килограмм урана, потребуется 10 тонн нефти и 20 тонн угля. Это помимо негативных эффектов, которые последние оказывают на окружающую среду. К тому же нефть и уголь требуют много места.

Недостатки ядерной энергии

Одним из основных недостатков является риск аварий и их последствия для окружающей среды. Зоны, заражённые радиоактивностью урана, становятся непригодными для жилья.

Ядерные отходы — ещё одно негативное последствие. Остатки производства не могут быть использованы повторно и должны быть правильно утилизированы. Контакт людей с такими отходами может вызвать генетическую мутацию, болезни и даже немедленную смерть.

Бочки с ядерными отходами

Нахождение и применение урана

После того, как урановую руду извлекают из земли, её измельчают, перерабатывают и делают небольшие урановые таблетки. Таблетки урана подвергаются высоким температурам, чтобы они стали более прочными.

Таблетки помещают в трубки, как правило, циркониевые. Каждая трубка вмещает до 335 таблеток. 236 трубок образуют топливную сборку или ТВЭЛ (тепловыделяющий элемент), которую затем помещают в ядерный реактор.

После того как топливо закладывается в реактор, начинается процесс ядерного деления. Деление происходит в результате бомбардировки нейтронами атомного ядра урана.

Когда нейтрон сталкивается с атомом урана, последний расщепляется на два других атома. Происходит выделение большого количества энергии и других нейтронов. Они сталкиваются с атомами и порождают цепную реакцию.

Выделяемая энергия становится теплотой, которая нагревает воду в реакторе. Пар от горячей воды активирует турбины, а те, в свою очередь, запускают электрогенераторы. Такие генераторы и производят электроэнергию.

Характеристики урана

  • в обычных температурных условиях и под обычным давлением имеет твёрдую форму;
  • имеет серебристо-серый цвет;
  • является радиоактивным. Его радиоактивность возрастает при нагревании;
  • имеет высокую плотность атомов.

Ядерная (атомная) энергетика России

В России функционируют 10 атомных электростанций.

Основные залежи урана в России находятся рядом с городом Краснокаменском. Там же находятся основные горно-химическое объединения и крупнейшее уранодобывающее предприятие.

По объёму добытого урана Россия занимает 5 место. А вот по запасам урана — 3 место.

Уран в мире

Самые большие запасы урана находятся в Австралии. Затем идут Казахстан, Россия, Канада, ЮАР, Нигер и Бразилия.

Что касается производства электроэнергии с помощью атомных электростанций, то Канада, Казахстан и Австралия занимают лидирующие позиции. Эти три страны вместе производят более чем половину ядерной энергии в мире.

Смотрите таблицу с данными по производству и запасам урана каждой из перечисленных стран.

СтранаЗапасы урана (тысяч тонн / в год)Производство обогащённого урана (тонн / в год)
Австралия1 6617 743
Казахстан6297 994
Россия4873 239
Канада46810 485
Нигер4213 355
Бразилия276238

Уран и ядерные бомбы

Для производства электроэнергии уран обогащают для того, чтобы содержание изотопа 235U составило 3 или 4 %.

Для производства же атомной бомбы его содержание должно быть 90 %.

Когда уран обогащён до таких показателей, ядерное деление путём нейтронной бомбардировки представляет собой серьёзный процесс. При аварии на ядерном реакторе последствия будут катастрофическими.

Бомба, сброшенная США на Хиросиму (город в Японии) в конце Второй мировой войны, называлась “Малыш” (от англ. Little boy). Она содержала 64 кг обогащённого урана. Разрушительная сила этой бомбы была равна 15 000 тоннам тротилового эквивалента.

Облако над Хиросимой после взрыва атомной бомбы

“Малыш” произвёл тепловую волну, температура которой достигла 4000 градусов, а её скорость равнялась 440 метрам в секунду.

Взрыв стал причиной гибели 80 000 человек. Тысячи людей подверглись радиации.

Помимо того, что атомная бомба прервала жизни многих людей, последствия радиации будут испытывать на себе бессчётное количество поколений жертв бомбардировки.

Источник: https://www.uznaychtotakoe.ru/uran/

Как добывают Уран

Химический элемент уран: свойства, характеристика, формула. Добыча и применение урана. Добыча урановой руды

10 августа 2017 14:05 ГОК  СССР  радиация  уран  

Уран(U) – самый тяжелый элемент, встречающийся на Земле в естественных условиях. Из 2 основных изотопов урана в земной коре 99,3% по массе приходится на уран-238 и лишь 0,7% на уран-235, который и используется при производство атомных реакторов.

1.

Смотреть все фото в галерее Уран используют и для военных, и для мирных целей. Урановая руда перерабатывалась, полученный элемент применялся в лакокрасочной и стекольной промышленности. После того как была обнаружена его радиоактивность, его стали использовать в атомной энергетике. Насколько чистым и экологичным является данное топливо? Об этом спорят до сих пор.Природный уран

В природе урана в чистом виде не существует – он является компонентом руды и минералов. Основная урановая руда – это карнотит и настуран.

Также значительные залежи этого стратегического химического элемента обнаружены в редкоземельных и торфиевых минералах – ортите, титаните, цирконе, монаците, ксенотиме.

Залежи урана можно обнаружить в породах с кислой средой и высокими концентрациями кремния. Его спутники – кальцит, галенит, молибденит и др

2.

Есть на свете компания под названием Uranium One, которой принадлежат крупнейшие урановые месторождения в Казахстане, Африке, Австралии и США. На компанию приходится до 30% мировой добычи урана.

Но мало кто знает, что Uranium One, когда-то основанная, как канадско-южно-африканский консорциум, сейчас на 100% принадлежит «Росатому».
В мире непрерывно идет жесточайшая борьба за контроль над рудниками и месторождениями урана. Это вопрос стратегический.

Тот, кто держит в руках источники урана, не только держит за горло всю мировую атомную энергетику, но и может влиять на рынок ядерного оружия.

3.

Мировые месторождения и запасы

На сегодняшний день разведано множество месторождений в 20-километровом слое земной поверхности. Во всех них содержится огромное число тонн урана. Это количество способно обеспечить человечество энергией на много сотен лет вперед.

Странами-лидерами, в которых урановая руда находится в наибольшем объеме, являются Австралия, Казахстан, Россия, Канада, ЮАР, Украина, Узбекистан, США, Бразилия, Намибия.
В СССР на территориях Казахстана, Киргизии, России, Таджикистана, Узбекистана и Украины были проведены системные работы по поиску и разведке месторождений урана.

Были созданы горно-химические комбинаты, которые добывали уран в шахтах и на рудниках. Добытый уран направлялся в военную область, на обеспечение топливом АЭС и в стратегические резервы. Но в начале 90-х всё сломалось.

4.

Российская урановая руда

По добыче урана Российская Федерация находится на пятом месте среди прочих стран мира. Самые известные и мощные – это Хиагдинское, Количканское, Источное, Кореткондинское, Намарусское, Добрынское (республика Бурятия), Аргунское, Жерловое (Читинская область). В Читинской области производится добыча 93% от всего добываемого российского урана.

Всего в России прогнозируются залежи в 830 т. тонн урана, подтвержденных запасов имеется около 615 т. тонн. Это еще месторождения в Якутии, Карелии и других регионах.

Поскольку уран является стратегическим мировым сырьем, цифры могут быть неточными, так как многие данные являются засекреченными, доступ к ним имеет только определенная категория людей.

5.

Как добывают уран

Обычно все слышали про страшные и ужасные урановые рудники, но при этом мало кто представляет себе, как же добывают даже обычные железо и медь, не говоря уже про уран. Поэтому сначала на пальцах об этом нелегком деле.

Существуют 3 основных способа добычи урана. Первый способ – открытый, подходит для тех случаев, когда рудное тело находится близко к поверхности земли.

При открытом способе добыче просто роют бульдозерами большую яму и экскаваторами грузят руду в самосвалы, которые везут ее к перерабатывающему комплекс.

6.

Второй способ – подземный – используется при глубоком залегании рудного тела. Способ этот более дорогостоящий и, соответственно, подходит при высокой концентрации урана в породе.

При подземном способе пробуривается вертикальная шахта, от которой отходя горизонтальные выработки. Глубина шахт может доходить до двух километров.

В горизонтальных штреках шахтеры долбят породу, поднимают руду наверх на специальных грузовых лифтах и также везут дальше на перерабатывающий комплекс.

7.

8.

9.

Что происходит на перерабатывающем комплексе? Данную схему можно считать классической, хотя она отнюдь не единственная и имеет много нюансов. Породу измельчают, смешивают с водой и удаляют ненужные примеси. Дальше проводят выщелачивание концентрата, обычно с помощью серной кислоты.

Из раствора с помощью ионно-обменных смол выделяется осадок солей урана, имеющих характерный желтый цвет, за что они получили название желтый кек (от англ. yellow cake).

Желтый кек еще содержит достаточно много примесей, от которых его надо очищают на аффинажном произвосдтве и после прокаливанием получают закись-окись урана (U3O8) – конечный продукт, которым даже торгуют на бирже.

10.

11.

Я специально рассказал про переработку, но ничего не сказав про третий способ добычи. Он кардинально отличается от первых двух и называется скважинное подземное выщелачивание (СПВ). При СПВ бурят 6 скважин по углам шестиугольника, через которые в рудное тело закачивают серную кислоту.

В центре шестиугольника бурят еще одну скважину и через нее выкачивают на поверхность раствор, насыщенный солями урана. Продуктивный раствор пропускают через сорбционные колонны, в которых соли урана собираются на специальной смоле.

Смолу в свою очередь снова обрабатывают серной кислотой и так несколько раз, пока концентрация урана в растворе не станет достаточной. А дальше снова желтый кек, очистка и получение закиси окиси-урана

12.

Опасности урановых рудников

Принято считать, что урановые рудники – это жутко опасная вещь, но в настоящее время урановые шахты при соблюдении техники безопасности не более опасны для здоровья шахтеров, нежели угольные.

Наибольшую опасность там представляет скорее не радиация, а пыль, содержащая частицы урана и других тяжелых металлов, попадание которых в организм может привести к тяжелым заболеваниям внутренних органов.Также может быть опасно наличие в воздухе радиоактивного газа радона, но при работающей вентиляции его концентрации минимальны.

При использовании же подземного выщелачивания вредность производства для рабочих становится не выше, чем для офисных работников – ни пыли, ни радона)) Шучу, конечно Для экологии самым опасным является открытый способ добычи – это и огромная яма на месте рудника, и пыль с содержанием радиоактивных элементов, и хвостохранилища отработанной породы, которая за счет продуктов распада урана сохраняет около 85% радиационного фона извлекаемой руды. Опасно не только радиационное загрязнение продуктами распада урана, такими, как радон, радий, торий, но и общее загрязнение территории, в том числе солями тяжелых металлов (мышьяка, свинца, меди), ядовитыми для организма, и сульфидами, которые при взаимодействии с водой могут образовывать серную кислоту. Ну и никто не отменял всевозможные производственные аварии и разрушения вследствие стихийных бедствий, риск которых всегда присутствует. При шахтном способе опасности в целом те же, что и при открытом, но отходов все-таки образуется меньше. Среди плюсов также отсутствие ямы.

Поэтому считается, что наименее вредным для экологии является подземное выщелачивание. Утверждается, что через 4-5 лет на месте выработки уже можно будет заниматься сельским хозяйством. Но не стоит забывать, что подземное выщелачивание может сильно ухудшить качество подземных вод, да и работа с серной кислотой вряд ли способствует повышению плодородия. Плюс применение подземного выщелачивания ограничено: его можно использовать только в песчанике и ниже уровня грунтовых вод

13.

Источник:

Ссылки по теме:

ГОК  СССР  радиация  уран  

Любите повспоминать, как всё было раньше?
Присоединяйтесь, поностальгируем вместе:

14

65

Новости партнёров

Источник: https://fishki.net/2355269-kak-dobyvajut-uran.html

Химический элемент уран: свойства, характеристика, формула. Добыча и применение урана :: SYL.ru

Химический элемент уран: свойства, характеристика, формула. Добыча и применение урана. Добыча урановой руды
В сообщении посла Ирака в ООН Мохаммеда Али аль-Хакима от 9 июля говорится, что в распоряжение экстремистов ИГИЛ (Исламское государство Ирака и Леванта) попало около 40 килограммов урановых соединений.

МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) поспешило заявить, что использованные Ираком ранее ядерные вещества имеют низкие токсические свойства, а потому захваченные исламистами материалы не представляют серьёзной угрозы.

Источник в правительстве США, знакомый с ситуацией, сообщил агентству Reuters, что похищенный боевиками уран, вероятнее всего, не является обогащённым, поэтому едва ли может быть использован для изготовления ядерного оружия.

Власти Ирака официально уведомили Организацию Объединённых Наций об этом инциденте и призвали «предотвратить угрозу его применения», сообщает РИА «Новости».

Соединения урана крайне опасны. О том, чем именно, а также о том, кто и как может производить ядерное топливо, рассказывает АиФ.ru.

История открытия

Химический элемент уран – плотный, твердый металл серебристо-белого цвета. Он пластичный, ковкий и поддается полировке. В воздухе метал окисляется и в измельченном состоянии загорается. Относительно плохо проводит электричество. Электронная формула урана – 7s2 6d1 5f3.

Хотя элемент был обнаружен в 1789 г. немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, который назвал его в честь недавно открытой планеты Уран, сам металл был изолирован в 1841 г. французским химиком Эженом-Мельхиором Пелиго путем восстановления из тетрахлорида урана (UCl4) калием.

Радиоактивность

Создание периодической системы российским химиком Дмитрием Менделеевым в 1869 году сосредоточило внимание на уране как на самом тяжелом из известных элементов, которым он оставался до открытия нептуния в 1940 г. В 1896-м французский физик Анри Беккерель обнаружил в нем явление радиоактивности.

Это свойство позже было найдено во многих других веществах. Теперь известно, что радиоактивный во всех его изотопах уран состоит из смеси 238U (99,27 %, период полураспада — 4 510 000 000 лет), 235U (0,72 %, период полураспада — 713 000 000 лет) и 234U (0,006 %, период полураспада — 247 000 лет).

Это позволяет, например, определять возраст горных пород и минералов для изучения геологических процессов и возраста Земли. Для этого в них измеряется количество свинца, который является конечным продуктом радиоактивного распада урана. При этом 238U является исходным элементом, а 234U – один из продуктов.

235U порождает ряд распада актиния.

Аэродинамическая сепарация

Аэродинамическая сепарация это своего рода вариант центрифугирования, но вместо закручивания газа он завихряется в специальной форсунке. Вместо тысячи слов – см. рисунок, т.н. «сопло Беккера» для аэродинамического разделения изотопов урана (смесь водорода и гексафторида урана) при пониженном давлении.

Гексафторид урана очень тяжелый газ и приводит к износу мелких деталей форсунок (см. масштаб), и может переходит в твёрдое состояние на участках повышенного давления (например на входе в форсунку), поэтому гексафторид разбавляют водородом. Понятно, что при 4% содержании сырья в газе, да еще и пониженном давлении эффективность такого способа не велика.

Развивалась этот способ пытались в ЮАР и ФРГ.

Все что вам нужно знать о аэродинамической сепарации есть на этой картинке

Варианты форсунок

Открытие цепной реакции

Химический элемент уран стал предметом широкого интереса и интенсивного изучения после того, как немецкие химики Отто Хан и Фриц Штрассман в конце 1938 г. при его бомбардировке медленными нейтронами обнаружили в нем ядерное деление. В начале 1939 г.

американский физик итальянского происхождения Энрико Ферми предположил, что среди продуктов расщепления атома могут быть элементарные частицы, способные породить цепную реакцию. В 1939 г.

американские физики Лео Сциллард и Герберт Андерсон, а также французский химик Фредерик Жолио-Кюри и их коллеги подтвердили это предсказание. Последующие исследования показали, что в среднем при делении атома высвобождается 2,5 нейтрона. Эти открытия привели к первой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции (02.12.

1942), первой атомной бомбе (16.07.1945), первому ее использованию в ходе военных действий (06.08.1945), первой атомной подводной лодке (1955) и первой полномасштабной атомной электростанции (1957).

Состояния окисления

Химический элемент уран, являясь сильным электроположительным металлом, реагирует с водой. Он растворяется в кислотах, но не в щелочах. Важными состояниями окисления являются +4 (как в оксиде UO2, тетрагалогенидах, таких как UCl4, и зеленом водном ионе U4+) и +6 (как в оксиде UO3, гексафториде UF6 и ионе уранила UO22+).

В водном растворе уран наиболее устойчив в составе иона уранила, обладающего линейной структурой [О = U = О]2+. Элемент также имеет состояния +3 и +5, но они неустойчивы. Красный U3+ медленно окисляется в воде, которая не содержит кислорода.

Цвет иона UO2+ неизвестен, поскольку он претерпевает диспропорционирование (UO2+ одновременно сводится к U4+ и окисляется до UO22+) даже в очень разбавленных растворах.

Ядерное топливо

При воздействии медленных нейтронов деление атома урана происходит в относительно редком изотопе 235U. Это единственный природный расщепляющийся материал, и он должен быть отделен от изотопа 238U.

Вместе с тем после поглощения и отрицательного бета-распада уран-238 превращается в синтетический элемент плутоний, который расщепляется под действием медленных нейтронов.

Поэтому природный уран можно использовать в реакторах-преобразователях и размножителях, в которых деление поддерживается редким 235U и одновременно с трансмутацией 238U производится плутоний.

Из широко распространенного в природе изотопа тория-232 может быть синтезирован делящийся 233U для использования в качестве ядерного топлива. Уран также важен как первичный материал, из которого получают синтетические трансурановые элементы.

Другие применения урана

Соединения химического элемента ранее использовались в качестве красителей для керамики.

Гексафторид (UF6) представляет собой твердое вещество с необычно высоким давлением паров (0,15 атм = 15 300 Па) при 25 °C.

UF6 химически очень реактивный, но, несмотря на его коррозионную природу в парообразном состоянии, UF6 широко используется в газодиффузионных и газоцентрифужных методах получения обогащенного урана.

Металлоорганические соединения представляют собой интересную и важную группу соединений, в которых связи металл-углерод соединяют металл с органическими группами.

Ураноцен является органоураническим соединением U(С8Н8)2, в котором атом урана зажат между двумя слоями органических колец, связанными с циклооктатетраеном C8H8. Его открытие в 1968 г.

открыло новую область металлоорганической химии.

Обедненный природный уран применяется в качестве средства радиационной защиты, балласта, в бронебойных снарядах и танковой броне.

Физиологическое действие

В микроколичествах (10−5—10−8 %) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В наибольшей степени накапливается некоторыми грибами и водорослями.

Соединения урана всасываются в желудочно-кишечном тракте (около 1 %), в легких — 50 %. Основные депо в организме: селезёнка, почки, скелет, печень, лёгкие и бронхо-лёгочные лимфатические узлы.

в органах и тканях человека и животных не превышает 10−7г.

Уран и его соединения токсичны

. Особенно опасны аэрозоли урана и его соединений. Для аэрозолей растворимых в воде соединений урана ПДК в воздухе 0,015 мг/м³, для нерастворимых форм урана ПДК 0,075 мг/м³. При попадании в организм уран действует на все органы, являясь общеклеточным ядом.

Молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов. В первую очередь поражаются почки (появляются белок и сахар в моче, олигурия). При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения и нервной системы.

Переработка

Химический элемент, хотя и очень плотный (19,1 г/см3), является относительно слабым, невоспламеняющимся веществом.

Действительно, металлические свойства урана, по-видимому, позиционируют его где-то между серебром и другими истинными металлами и неметаллами, поэтому его не используют в качестве конструкционного материала.

Основная ценность урана заключается в радиоактивных свойствах его изотопов и их способности делиться. В природе почти весь (99,27 %) металл состоит из 238U. Остальную часть составляют 235U (0,72 %) и 234U (0,006 %).

Из этих естественных изотопов только 235U непосредственно расщепляется нейтронным облучением. Однако при его поглощении 238U образует 239U, который в конечном итоге распадается на 239Pu – делящийся материал, имеющий большое значение для атомной энергетики и ядерного оружия. Другой делящийся изотоп, 233U, может образоваться нейтронным облучением 232Th.

Похожие главы из других работ:

Анализ влияния антропогенных факторов на устойчивость территории

Пожаровзрывоопасные свойства веществ

Для оценки возможности возникновения и развития пожара необходимо знать пожаровзрывоопасные свойства веществ и материалов в условиях их производства, переработки, транспортировки и хранения…

Биологическое оружие

1.История применения

В сущности, интенсивное развитие биологического оружия началось лишь в ХХ веке, то есть охватывается новейшей историей.

А все его прошлое даже историей назвать трудно — это были отдельные и несистематические попытки применения…

Боевые отравляющие вещества (зарин)

История создания зарина

Химическое название: фторангидрид изопропилового эфира метилфосфорной кислоты; изопропиловый эфир метилфторфосфорной кислоты; изопропилметилфторфосфонат. Условные названия и шифры: зарин, GB (США), трилон 144, Т 144, трилон 46, Т 46 (Германия)…

Дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА) «Пчела-1Т»

История создания

Комплекс дивизионной воздушной разведки Строй П с ДПЛА Пчела 1 (экспортное обозначение — Шмель) начал разрабатываться коллективом во главе с конструктором Н.

Чистяковым в 1980е гг. ФГУП «НИИ “Кулон” Минрадиопрома СССР. ОКБ имени А.С…

История, структура и организация танковых войск

Источник: https://maginarius.ru/kosmos-drugoe/uran-metall.html

Уран (химический элемент)

Химический элемент уран: свойства, характеристика, формула. Добыча и применение урана. Добыча урановой руды
статьи

УРАН, U (uranium), металлический химический элемент семейства актиноидов, которые включают Ac, Th, Pa, U и трансурановые элементы (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr). Уран приобрел известность благодаря использованию его в ядерном оружии и атомной энергетике. Оксиды урана применяются также для окрашивания стекла и керамики.

Нахождение в природе

урана в земной коре составляет 0,003%, он встречается в поверхностном слое земли в виде четырех видов отложений. Во-первых, это жилы уранинита, или урановой смолки (диоксид урана UO2), очень богатые ураном, но редко встречающиеся. Им сопутствуют отложения радия, так как радий является прямым продуктом изотопного распада урана.

Такие жилы встречаются в Заире, Канаде (Большое Медвежье озеро), Чехии и Франции. Вторым источником урана являются конгломераты ториевой и урановой руды совместно с рудами других важных минералов. Конгломераты обычно содержат достаточные для извлечения количества золота и серебра, а сопутствующими элементами становятся уран и торий.

Большие месторождения этих руд находятся в Канаде, ЮАР, России и Австралии. Третьим источником урана являются осадочные породы и песчаники, богатые минералом карнотитом (уранил-ванадат калия), который содержит, кроме урана, значительное количество ванадия и других элементов. Такие руды встречаются в западных штатах США.

Железоурановые сланцы и фосфатные руды составляют четвертый источник отложений. Богатые отложения обнаружены в глинистых сланцах Швеции. Некоторые фосфатные руды Марокко и США содержат значительные количества урана, а фосфатные залежи в Анголе и Центральноафриканской Республике еще более богаты ураном.

Большинство лигнитов и некоторые угли обычно содержат примеси урана. Богатые ураном отложения лигнитов обнаружены в Северной и Южной Дакоте (США) и битумных углях Испании и Чехии.

Открытие

Уран был открыт в 1789 немецким химиком М.Клапротом, который присвоил имя элементу в честь открытия за 8 лет перед этим планеты Уран. (Клапрот был ведущим химиком своего времени; он открыл также другие элементы, в том числе Ce, Ti и Zr.

) В действительности вещество, полученное Клапротом, было не элементным ураном, но окисленной формой его, а элементный уран был впервые получен французским химиком Э.Пелиго в 1841. С момента открытия и до 20 в. уран не имел того значения, какое он имеет сейчас, хотя многие его физические свойства, а также атомная масса и плотность были определены.

В 1896 А.Беккерель установил, что соли урана обладают излучением, которое засвечивает фотопластинку в темноте. Это открытие активизировало химиков к исследованиям в области радиоактивности и в 1898 французские физики супруги П.Кюри и М.Склодовская-Кюри выделили соли радиоактивных элементов полония и радия, а Э.Резерфорд, Ф.Содди, К.

Фаянс и другие ученые разработали теорию радиоактивного распада, что заложило основы современной ядерной химии и атомной энергетики.

Первые применения урана

Хотя радиоактивность солей урана была известна, его руды в первой трети нынешнего столетия использовались лишь для получения сопутствующего радия, а уран считался нежелательным побочным продуктом.

Его использование было сосредоточено в основном в технологии керамики и в металлургии; оксиды урана широко применяли для окраски стекла в цвета от бледножелтого до темнозеленого, что способствовало развитию недорогих стекольных производств.

Сегодня изделия этих производств идентифицируют как флуоресцирующие под ультрафиолетовыми лучами. Во время Первой мировой войны и вскоре после нее уран в виде карбида применяли в производстве инструментальных сталей, аналогично Mo и W; 4–8% урана заменяли вольфрам, производство которого в то время было ограничено.

Для получения инструментальных сталей в 1914–1926 ежегодно производили по нескольку тонн ферроурана, содержащего до 30% (масс.) U. Однако такое применение урана продолжалось недолго.

Современное применение урана

Промышленность урана начала складываться в 1939, когда было осуществлено деление изотопа урана 235U, что привело к технической реализации контролируемых цепных реакций деления урана в декабре 1942.

Это было рождение эры атома, когда уран из незначительного элемента превратился в один из наиболее важных элементов в жизни общества. Военное значение урана для производства атомной бомбы и использование в качестве топлива в ядерных реакторах вызвали спрос на уран, который возрос в астрономических размерах.

Интересна хронология роста потребности в уране по истории отложений в Большом Медвежьем озере (Канада). В 1930 в этом озере была обнаружена смоляная обманка – смесь оксидов урана, а в 1932 на этом участке была налажена технология очистки радия.

Из каждой тонны руды (смоляной обманки) получали 1 г радия и около половины тонны побочного продукта – уранового концентрата. Однако радия было мало и его добыча была прекращена. С 1940 по 1942 разработку возобновили и начали отправку урановой руды в США.

В 1949 аналогичная очистка урана с некоторыми усовершенствованиями была применена для производства чистого UO2. Это производство росло, и в настоящее время оно является одним из наиболее крупных производств урана.

СВОЙСТВА УРАНА
СВОЙСТВА УРАНА
Атомный номер 92
Атомная масса 238,03
Изотопы
стабильные нет
нестабильные 226–242
в т. ч. природные 234, 235, 236 (следы), 238
Температура плавления, °С 1132
Температура кипения, °С 3818
Плотность, г/см3 18,7
Твердость (по Моосу) 4,0
в земной коре, % (масс.) 0,003
Степени окисления +3, +4, +5, +6

Свойства

Уран – один из наиболее тяжелых элементов, встречающихся в природе. Чистый металл очень плотный, пластичный, электроположительный с малой электропроводностью и высокореакционноспособный.

Уран имеет три аллотропные модификации: a-уран (орторомбическая кристаллическая решетка), существует в интервале от комнатной температуры до 668° С; b-уран (сложная кристаллическая решетка тетрагонального типа), устойчивый в интервале 668–774° С; g-уран (объемноцентрированная кубическая кристаллическая решетка), устойчивый от 774° С вплоть до температуры плавления (1132° С). Поскольку все изотопы урана нестабильны, все его соединения проявляют радиоактивность.

Изотопы урана

238U, 235U, 234U встречаются в природе в соотношении 99,3:0,7:0,0058, а 236U – в следовых количествах. Все другие изотопы урана от 226U до 242U получают искусственно. Изотоп 235U имеет особо важное значение.

Под действием медленных (тепловых) нейтронов он делится с освобождением огромной энергии. Полное деление 235U приводит к выделению «теплового энергетического эквивалента» 2Ч107 кВтЧч/кг.

Деление 235U можно использовать не только для получения больших количеств энергии, но также для синтеза других важных актиноидных элементов.

Уран природного изотопного состава можно использовать в ядерных реакторах для производства нейтронов, образующихся при делении 235U, в то же время избыточные нейтроны, не востребуемые цепной реакцией, могут захватываться другим природным изотопом, что приводит к получению плутония:

При бомбардировке 238U быстрыми нейтронами протекают следующие реакции:

Согласно этой схеме, наиболее распространенный изотоп 238U может превращаться в плутоний-239, который, подобно 235U, также способен делиться под действием медленных нейтронов.

В настоящее время получено большое число искусственных изотопов урана. Среди них 233U особенно примечателен тем, что он также делится при взаимодействии с медленными нейтронами.

Некоторые другие искусственные изотопы урана часто применяются в качестве радиоактивных меток (индикаторов) в химических и физических исследованиях; это прежде всего b-излучатель 237U и a-излучатель 232U.

Соединения

Уран – высокореакционноспособный металл – имеет степени окисления от +3 до +6, близок бериллию в ряду активности, взаимодействует со всеми неметаллами и образует интерметаллические соединения с Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg, Mg, Ni, Pb, Sn и Zn.

Тонкораздробленный уран особенно реакционноспособен и при температурах выше 500° С часто вступает в реакции, характерные для гидрида урана. Кусковой уран или стружка ярко сгорает при 700–1000° С, а пары урана горят уже при 150–250° С, с HF уран реагирует при 200–400° С, образуя UF4 и H2.

Уран медленно растворяется в концентрированной HF или H2SO4 и 85%-ной H3PO4 даже при 90° С, но легко реагирует с конц. HCl и менее активно с HBr или HI. Наиболее активно и быстро протекают реакции урана с разбавленной и концентрированной HNO3 с образованием нитрата уранила (см. ниже).

В присутствии HCl уран быстро растворяется в органических кислотах, образуя органические соли U4+. В зависимости от степени окисления уран образует несколько типов солей (наиболее важные среди них с U4+, одна из них UCl4 – легко окисляемая соль зеленого цвета); соли уранила (радикала UO22+) типа UO2(NO3)2 имеют желтую окраску и флуоресцируют зеленым цветом.

Соли уранила образуются при растворении амфотерного оксида UO3 (желтая окраска) в кислой среде. В щелочной среде UO3 образует уранаты типа Na2UO4 или Na2U2O7. Последнее соединение («желтый уранил») применяют для изготовления фарфоровых глазурей и в производстве флуоресцентных стекол. См. также КЕРАМИКА ПРОМЫШЛЕННАЯ.

Галогениды урана широко изучались в 1940–1950, так как на их основе были разработаны методы разделения изотопов урана для атомной бомбы или ядерного реактора.

Трифторид урана UF3 был получен восстановлением UF4 водородом, а тетрафторид урана UF4 получают разными способами по реакциям HF с оксидами типа UO3 или U3O8 или электролитическим восстановлением соединений уранила.

Гексафторид урана UF6 получают фторированием U или UF4 элементным фтором либо действием кислорода на UF4. Гексафторид образует прозрачные кристаллы с высоким коэффициентом преломления при 64° С (1137 мм рт. ст.); соединение летуче (в условиях нормального давления возгоняется при 56,54° С).

Оксогалогениды урана, например, оксофториды, имеют состав UO2F2 (фторид уранила), UOF2 (оксид-дифторид урана). См. также ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ; РАДИОАКТИВНОСТЬ; УРАНИНИТ; УРАНОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ.

Источник: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/URAN.html

Вопросы юристу
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: