Uraniu: producție, metode și grad de îmbogățire, proprietăți chimice. Unde se folosește uraniul? Care este uraniul Numărul uraniului

În condiții normale, elementul radioactiv uraniul este un metal cu o masă atomică (moleculară) mare - 238,02891 g/mol. Conform acestui indicator, se află pe locul al doilea, deoarece Singurul lucru mai greu decât el este plutoniul. Producția de uraniu este asociată cu implementarea secvențială a unui număr de operațiuni tehnologice:

• concentrația rocii, zdrobirea acesteia și sedimentarea fracțiilor grele în apă
• leşierea concentrată sau purjarea cu oxigen
• conversia uraniului într-o stare solidă (oxid sau tetrafluorura UF 4)
• obţinerea azotatului de uranil UO 2 (NO 3) 2 prin dizolvarea materiei prime în acid azotic
• cristalizare şi calcinare pentru a obţine oxid de UO 3
• reducerea cu hidrogen pentru a obține UO2
• obţinerea tetrafluorurii de UF 4 prin adăugarea de acid fluorhidric gazos
• reducerea uraniului metalic folosind magneziu sau calciu

Minerale de uraniu

Cele mai comune minerale U sunt:

• pitchblenda (uraninit) este cel mai faimos oxid, care se numește „apă grea”
• Carnotită
• Tyuyamunit
• Torburnita
• Samarskit
• Brannerite
• Kasolit
• Calomnie

Producția de uraniu

Potrivit companiei ruse Rosatom, unul dintre liderii mondiali pe piața globală a uraniului, peste 3 mii de tone de uraniu au fost extrase pe planetă în 2014. În același timp, potrivit reprezentanților diviziei de minerit a acestei corporații de stat, volumul rezervelor rusești din acest metal este de 727,2 mii tone (locul 3 în lume), ceea ce garantează o aprovizionare neîntreruptă a materiilor prime necesare pentru multe decenii. .

Principalele proprietăți chimice ale uraniului sunt prezentate în tabel:

Elementul U, ca și curiu și plutoniu, este un element produs artificial din familia actinidelor. Proprietățile sale chimice sunt în multe privințe similare cu cele ale wolframului, molibdenului și cromului. Uraniul se caracterizează prin valență variabilă, precum și o tendință de a forma (UO 2) + 2 – uranil, care este un ion complex.

Metode de îmbogățire a uraniului

După cum se știe, U natural conține 3 izotopi:

• 238U (99,2745%)
• 235U (0,72%)
• 234U (0,0055%)

Îmbogățirea uraniului înseamnă o creștere a ponderii izotopului 235U din metal - singurul care este capabil de o reacție nucleară în lanț independentă.

Pentru a înțelege cum este îmbogățit uraniul, este necesar să se țină cont de gradul de îmbogățire a acestuia:

• continut 0,72% - poate fi folosit in unele reactoare de putere
• 2-5% – folosit în majoritatea reactoarelor de putere
• până la 20% (scăzut îmbogățit) – pentru reactoare experimentale
• mai mult de 20% (foarte îmbogățit sau de calitate pentru arme) – reactoare nucleare, arme.

Cum este îmbogățit uraniul? Există multe metode de îmbogățire a uraniului, dar cele mai aplicabile sunt următoarele:

• electromagnetic – accelerarea particulelor elementare într-un accelerator special și răsucirea lor într-un câmp magnetic
• aerodinamic – suflarea gazului de uraniu prin duze speciale
• centrifugare cu gaz - gazul de uraniu din centrifugă se deplasează și, prin inerție, împinge molecule grele spre pereții centrifugei
• metoda de difuzie a gazului de îmbogățire a uraniului - „cernerea” izotopilor ușoare de uraniu prin porii mici ai membranelor speciale

Principala aplicație a uraniului este combustibilul pentru reactoarele nucleare, reactoarele centralelor nucleare și centralele nucleare. În plus, izotopul 235U este folosit în armele nucleare, în timp ce metalul neîmbogățit cu o proporție mare de 238U face posibilă obținerea de combustibil nuclear secundar - plutoniu.

Configuratie electronica 5f 3 6d 1 7s 2 Proprietăți chimice Raza covalentă ora 142 Raza ionică (+6e) 80 (+4e) 97 pm Electronegativitatea
(după Pauling) 1,38 Potențialul electrodului U←U 4+ -1,38V
U←U 3+ -1,66V
U←U 2+ -0,1V Stări de oxidare 6, 5, 4, 3 Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple Densitate 19,05 /cm³ Capacitate de căldură molară 27,67 J/(mol) Conductivitate termică 27,5 W/( ·) Temperatură de topire 1405,5 Căldura de topire 12,6 kJ/mol Temperatura de fierbere 4018 Căldura de vaporizare 417 kJ/mol Volumul molar 12,5 cm³/mol Rețea cristalină dintr-o substanță simplă Structura de zăbrele ortorombic Parametrii rețelei 2,850 raport c/a N / A Debye temperatura N / A

U	92
238,0289
5f 3 6d 1 7s 2
Uranus

Uranus(nume vechi Uraniu) este un element chimic cu număr atomic 92 în tabelul periodic, masa atomică 238,029; notat cu simbolul U ( Uraniu), aparține familiei actinidelor.

Poveste

Chiar și în antichitate (secolul I î.Hr.), oxidul de uraniu natural a fost folosit pentru a face glazură galbenă pentru ceramică. Cercetările asupra uraniului s-au dezvoltat ca o reacție în lanț generată de acesta. La început, informațiile despre proprietățile sale, precum primele impulsuri ale unei reacții în lanț, au ajuns cu întreruperi lungi, de la caz la caz. Prima dată importantă din istoria uraniului este 1789, când filozoful și chimistul german Martin Heinrich Klaproth a restaurat „pământul” galben-auriu extras din minereul de rășină săsească într-o substanță asemănătoare metalului negru. În cinstea celei mai îndepărtate planete cunoscute la acea vreme (descoperită de Herschel cu opt ani mai devreme), Klaproth, considerând noua substanță un element, a numit-o uraniu.

Timp de cincizeci de ani, uraniul lui Klaproth a fost considerat un metal. Abia în 1841 Eugene Melchior Peligot, un chimist francez (1811-1890), a demonstrat că, în ciuda luciului metalic caracteristic, uraniul lui Klaproth nu este un element, ci un oxid. UO 2. În 1840, Peligo a reușit să obțină uraniu real, un metal greu de culoare gri-oțel, și să determine greutatea atomică a acestuia. Următorul pas important în studiul uraniului a fost făcut în 1874 de D. I. Mendeleev. Pe baza sistemului periodic pe care l-a dezvoltat, el a plasat uraniul în celula cea mai îndepărtată a tabelului său. Anterior, greutatea atomică a uraniului era considerată a fi 120. Marele chimist a dublat această valoare. 12 ani mai târziu, predicția lui Mendeleev a fost confirmată de experimentele chimistului german Zimmermann.

Studiul uraniului a început în 1896: chimistul francez Antoine Henri Becquerel a descoperit accidental razele lui Becquerel, pe care Marie Curie le-a redenumit mai târziu radioactivitate. În același timp, chimistul francez Henri Moissan a reușit să dezvolte o metodă de producere a uraniului metalic pur. În 1899, Rutherford a descoperit că radiația preparatelor de uraniu este neomogenă, că există două tipuri de radiații - razele alfa și beta. Ele poartă diferite sarcini electrice; Gama lor în materie și capacitatea de ionizare sunt departe de a fi aceeași. Puțin mai târziu, în mai 1900, Paul Villar a descoperit un al treilea tip de radiație - razele gamma.

Ernest Rutherford a efectuat primele experimente în 1907 pentru a determina vârsta mineralelor atunci când studia uraniul și toriul radioactiv pe baza teoriei radioactivității pe care a creat-o împreună cu Frederick Soddy (Soddy, Frederick, 1877-1956; Premiul Nobel pentru Chimie, 1921). În 1913, F. Soddy a introdus conceptul de izotopi(din grecescul ισος - „egal”, „același”, și τόπος - „loc”), iar în 1920 a prezis că izotopii ar putea fi folosiți pentru a determina vârsta geologică a rocilor. În 1928, Niggot a implementat, iar în 1939, A.O.K Nier (Nier, Alfred Otto Carl, 1911 - 1994) a creat primele ecuații pentru calcularea vârstei și a folosit un spectrometru de masă pentru a separa izotopii.

În 1939, Frederic Joliot-Curie și fizicienii germani Otto Frisch și Lise Meitner au descoperit un fenomen necunoscut care are loc cu un nucleu de uraniu atunci când este iradiat cu neutroni. A avut loc o distrugere explozivă a acestui nucleu cu formarea de noi elemente mult mai ușoare decât uraniul. Această distrugere a fost de natură explozivă, fragmente de mâncare împrăștiate în diferite direcții cu viteze enorme. Astfel, a fost descoperit un fenomen numit reacție nucleară.

În 1939-1940 Yu B. Khariton și Ya B. Zeldovich au fost primii care au arătat teoretic că cu o mică îmbogățire a uraniului natural cu uraniu-235, este posibil să se creeze condiții pentru fisiunea continuă a nucleelor ​​atomice. procesează un caracter în lanț.

Fiind în natură

Minereu de uraninit

Uraniul este larg distribuit în natură. Clarke de uraniu este de 1,10 -3% (greutate). Cantitatea de uraniu dintr-un strat gros de 20 km al litosferei este estimată la 1,3 10 14 tone.

Cea mai mare parte a uraniului se găsește în roci acide cu un conținut ridicat siliciu. O masă semnificativă de uraniu este concentrată în rocile sedimentare, în special cele îmbogățite în materie organică. Uraniul este prezent în cantități mari ca impuritate în toriu și mineralele pământurilor rare (ortit, sfenă CaTiO 3, monazit (La,Ce)PO 4, zircon ZrSiO 4, xenotim YPO4 etc.). Cele mai importante minereuri de uraniu sunt smoala de uraniu, uranitul și carnotita. Principalele minerale care sunt sateliți ai uraniului sunt molibdenita MoS 2, galena PbS, cuarțul SiO 2, calcitul CaCO 3, hidromuscovit etc.

Mineral	Compoziția de bază a mineralului	Conținut de uraniu, %
uraninit	UO 2, UO 3 + ThO 2, CeO 2	65-74
Carnotită	K2(UO2)2(VO4)22H2O	~50
Kasolit	PbO2UO3Si02H2O	~40
Samarskit	(Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th) (Nb, Ta, Ti, Sn) 2 O 6	3.15-14
Brannerite	(U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5O15	40
Tyuyamunit	CaO2UO3V2O5nH2O	50-60
Tseynerit	Cu(UO2)2(AsO4)2nH2O	50-53
Otenită	Ca(U02)2(P04)2nH20	~50
Schreckingerite	Ca3NaU02(C03)3S04(OH)9H2O	25
Ouranophanes	CaO UO22Si026H2O	~57
Fergusonit	(Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O 4	0.2-8
Torburnita	Cu(U02)2(P04)2nH20	~50
Coffinit	U(Si04) 1-x (OH) 4x	~50

Principalele forme de uraniu găsite în natură sunt uranitul, pitchblenda (șchia de uraniu) și negrul de uraniu. Ele diferă doar prin formele lor de localizare; există o dependență de vârstă: uraninitul este prezent mai ales în antice (roci precambriene), pitchblenda - vulcanogenă și hidrotermală - în principal în formațiunile paleozoice și mai tinere de temperatură înaltă și medie; negri de uraniu - în principal în formațiuni tinere - cenozoice și mai tinere - în principal în rocile sedimentare cu temperatură scăzută.

Conținutul de uraniu din scoarța terestră este de 0,003% se găsește în stratul de suprafață al pământului sub formă de patru tipuri de depozite. În primul rând, există vene de uraninit, sau smoală de uraniu (dioxid de uraniu UO2), foarte bogat în uraniu, dar rar. Ele sunt însoțite de depozite de radiu, deoarece radiu este un produs direct al dezintegrarii izotopice a uraniului. Astfel de vene se găsesc în Zaire, Canada (Lacul Marele Urs), Republica CehăȘi Franţa. A doua sursă de uraniu sunt conglomeratele de minereuri de toriu și uraniu împreună cu minereurile altor minerale importante. Conglomeratele conțin de obicei cantități suficiente pentru a fi extrase aurȘi argint, iar elementele însoțitoare sunt uraniul și toriu. Depozite mari de aceste minereuri sunt situate în Canada, Africa de Sud, Rusia și Australia. A treia sursă de uraniu sunt rocile sedimentare și gresiile bogate în mineralul carnotită (uranil vanadat de potasiu), care, pe lângă uraniu, conține o cantitate semnificativă. vanadiu si alte elemente. Astfel de minereuri se găsesc în statele vestice STATELE UNITE ALE AMERICII. Șisturile fier-uraniu și minereurile fosfatice constituie o a patra sursă de sedimente. Depozite bogate găsite în șisturi Suedia. Unele minereuri de fosfat din Maroc și Statele Unite conțin cantități semnificative de uraniu și zăcăminte de fosfat în Angola iar Republica Centrafricană sunt și mai bogate în uraniu. Majoritatea ligniților și unii cărbuni conțin de obicei impurități de uraniu. S-au descoperit zăcăminte de lignit bogate în uraniu în Dakota de Nord și de Sud (SUA) și cărbuni bituminoși SpaniaȘi Republica Cehă

Izotopi ai uraniului

Uraniul natural este format dintr-un amestec de trei izotopi: 238 U - 99,2739% (timp de înjumătățire T 1/2 = 4,468×10 9 ani), 235 U - 0,7024% ( T 1/2 = 7,038×10 8 ani) și 234 U - 0,0057% ( T 1/2 = 2.455×10 5 ani). Ultimul izotop nu este primar, ci radiogen face parte din seria 238 U radioactiv.

Radioactivitatea uraniului natural se datorează în principal izotopilor 238 U și 234 U aflați în echilibru, activitățile lor specifice sunt egale. Activitatea specifică a izotopului 235 U din uraniul natural este de 21 de ori mai mică decât activitatea lui 238 U.

Există 11 izotopi radioactivi artificiali cunoscuți ai uraniului cu numere de masă de la 227 la 240. Cel mai longeviv dintre ei este 233 U ( T 1/2 = 1,62×10 5 ani) se obţine prin iradierea toriului cu neutroni şi este capabil de fisiune spontană de către neutroni termici.

Izotopii de uraniu 238 U și 235 U sunt strămoșii a două serii radioactive. Elementele finale ale acestor serii sunt izotopii conduce 206 Pb și 207 Pb.

În condiții naturale, cei mai comuni izotopi sunt 234 U: 235 U : 238 U= 0,0054: 0,711: 99,283. Jumătate din radioactivitatea uraniului natural se datorează izotopului 234 U. Izotop 234 U se formează din cauza degradarii 238 U. Ultimele două, spre deosebire de alte perechi de izotopi și indiferent de capacitatea mare de migrare a uraniului, se caracterizează prin constanța geografică a raportului. Mărimea acestui raport depinde de vârsta uraniului. Numeroase măsurători pe teren au arătat ușoarele sale fluctuații. Deci, în role, valoarea acestui raport în raport cu standardul variază în intervalul 0,9959 - 1,0042, în săruri - 0,996 - 1,005. În mineralele care conțin uraniu (smoală neagră, negru de uraniu, cirtolit, minereuri de pământuri rare), valoarea acestui raport variază de la 137,30 la 138,51; Mai mult, diferența dintre formele U IV și U VI nu a fost stabilită; în sfenă - 138,4. Deficiența de izotopi a fost detectată la unii meteoriți 235 U. Cea mai scăzută concentrație în condiții terestre a fost găsită în 1972 de către cercetătorul francez Bujigues în orașul Oklo din Africa (depozit în Gabon). Astfel, uraniul normal conține 0,7025% uraniu 235 U, în timp ce în Oklo se reduce la 0,557%. Aceasta a susținut ipoteza unui reactor nuclear natural care duce la arderea izotopilor, prezisă de George W. Wetherill de la Universitatea California din Los Angeles și Mark G. Inghram de la Universitatea din Chicago și Paul K. Kuroda, chimist la Universitatea din Arkansas, a descris procesul încă din 1956. În plus, în aceleași raioane au fost găsite reactoare nucleare naturale: Okelobondo, Bangombe etc. În prezent, se cunosc aproximativ 17 reactoare nucleare naturale.

Chitanță

Prima etapă a producției de uraniu este concentrarea. Roca este zdrobită și amestecată cu apă. Componentele grele ale suspensiei se aseaza mai repede. Dacă roca conține minerale primare de uraniu, acestea precipită rapid: acestea sunt minerale grele. Mineralele secundare de uraniu sunt mai ușoare, caz în care roca sterilă grea se depune mai devreme. (Cu toate acestea, nu este întotdeauna cu adevărat gol; poate conține multe elemente utile, inclusiv uraniu).

Următoarea etapă este leșierea concentratelor, transferul uraniului în soluție. Se utilizează leșierea acidă și alcalină. Primul este mai ieftin deoarece acidul sulfuric este folosit pentru extragerea uraniului. Dar dacă în materie primă, cum ar fi uraniul gudron, uraniul este în stare tetravalentă, atunci această metodă nu este aplicabilă: uraniul tetravalent este practic insolubil în acid sulfuric. În acest caz, trebuie fie să recurgeți la leșierea alcalină, fie să preoxidați uraniul la starea hexavalentă.

Leșierea acidă nu este, de asemenea, utilizată în cazurile în care concentratul de uraniu conține dolomit sau magnezit, care reacționează cu acidul sulfuric. În aceste cazuri, utilizați sodă caustică (hidroxid sodiu).

Problema leșierii uraniului din minereuri este rezolvată prin suflarea cu oxigen. Un flux de oxigen este furnizat unui amestec de minereu de uraniu și minerale sulfurate încălzit la 150 °C. În acest caz, acidul sulfuric se formează din mineralele sulfuroase, care spălă uraniul.

În etapa următoare, uraniul trebuie izolat selectiv din soluția rezultată. Metodele moderne - extracția și schimbul de ioni - pot rezolva această problemă.

Soluția conține nu numai uraniu, ci și alți cationi. Unele dintre ele, în anumite condiții, se comportă la fel ca uraniul: sunt extrase cu aceiași solvenți organici, depuse pe aceleași rășini schimbătoare de ioni și precipită în aceleași condiții. Prin urmare, pentru a izola selectiv uraniul, este necesar să folosiți multe reacții redox pentru a scăpa de unul sau altul însoțitor nedorit în fiecare etapă. Pe rășinile schimbătoare de ioni moderne, uraniul este eliberat foarte selectiv.

Metode schimbul de ioni și extracția Sunt bune și pentru că permit extragerea completă a uraniului din soluții sărace (conținutul de uraniu este de zecimi de gram pe litru).

După aceste operațiuni, uraniul este transformat în stare solidă - într-unul dintre oxizi sau în tetrafluorură de UF 4. Dar acest uraniu trebuie încă purificat de impurități cu o secțiune transversală mare de captare termică a neutronilor - bor, cadmiu, hafnie. Conținutul lor în produsul final nu trebuie să depășească sute de miimi și milioane de procente. Pentru a elimina aceste impurități, un compus de uraniu pur comercial este dizolvat în acid azotic. În acest caz, se formează nitrat de uranil UO 2 (NO 3) 2, care, în timpul extracției cu tributil fosfat și alte substanțe, este purificat în continuare la standardele cerute. Apoi această substanță se cristalizează (sau se precipită peroxidul UO 4 · 2H 2 O) și se calcinează cu grijă. În urma acestei operațiuni, se formează trioxid de uraniu UO 3, care se reduce cu hidrogen la UO 2.

Dioxidul de uraniu UO 2 este expus la fluorură de hidrogen uscată la temperaturi de la 430 la 600 °C pentru a produce tetrafluorură de UF 4. Uraniul metalic este recuperat din acest compus folosind calciu sau magneziu.

Proprietăți fizice

Uraniul este un metal foarte greu, alb-argintiu, strălucitor. În forma sa pură, este puțin mai moale decât oțelul, maleabil, flexibil și are ușoare proprietăți paramagnetice. Uraniul are trei forme alotrope: alfa (prismatic, stabil până la 667,7 °C), beta (tetragonal, stabil de la 667,7 °C la 774,8 °C), gamma (cu structură cubică centrată pe corp, existentă de la 774,8 °C). până la punctul de topire).

Proprietățile radioactive ale unor izotopi ai uraniului (se evidențiază izotopii naturali):

Proprietăți chimice

Uraniul poate prezenta stări de oxidare de la +III la +VI. Compușii uraniului (III) formează soluții instabile roșii și sunt agenți reducători puternici:

4UCl 3 + 2H 2 O → 3UCl 4 + UO 2 + H 2

Compușii de uraniu (IV) sunt cei mai stabili și formează soluții apoase verzi.

Compușii uraniului (V) sunt instabili și ușor disproporționați în soluție apoasă:

2UO 2 Cl → UO 2 Cl 2 + UO 2

Din punct de vedere chimic, uraniul este un metal foarte activ. Oxidându-se rapid în aer, se acoperă cu o peliculă curcubeu de oxid. Pulberea fină de uraniu se aprinde spontan în aer, se aprinde la o temperatură de 150-175 ° C, formând U 3 O 8. La 1000 °C, uraniul se combină cu azotul pentru a forma nitrură de uraniu galbenă. Apa poate coroda metalul, încet la temperaturi scăzute și rapid la temperaturi ridicate, precum și atunci când pulberea de uraniu este măcinată fin. Uraniul se dizolvă în acizi clorhidric, azotic și alți acizi, formând săruri tetravalente, dar nu interacționează cu alcalii. Uranus se deplasează hidrogen din acizi anorganici si solutii sarate ale metalelor precum Mercur, argint, cupru, staniu, platinăȘiaur. Când sunt agitate puternic, particulele de metal de uraniu încep să strălucească. Uraniul are patru stări de oxidare - III-VI. Compuşii hexavalenţi includ trioxid de uraniu (oxid de uranil) UO3 şi clorură de uraniu UO2CI2. Tetraclorura de uraniu UCl4 și dioxidul de uraniu UO2 sunt exemple de uraniu tetravalent. Substanțele care conțin uraniu tetravalent sunt de obicei instabile și devin hexavalente atunci când sunt expuse la aer pentru o perioadă lungă de timp. Sărurile de uranil, cum ar fi clorura de uranil, se descompun în prezența luminii puternice sau a materiei organice.

Aplicație

Combustibil nuclear

Cea mai mare aplicație este izotop uraniu 235 U, în care este posibilă o reacție nucleară în lanț auto-susținută. Prin urmare, acest izotop este folosit ca combustibil în reactoarele nucleare, precum și în armele nucleare. Izolarea izotopului U 235 din uraniul natural este o problemă tehnologică complexă (vezi separarea izotopilor).

Izotopul U 238 este capabil de fisiune sub influența bombardării neutronilor de înaltă energie, această caracteristică este utilizată pentru a crește puterea armelor termonucleare (se folosesc neutroni generați de o reacție termonucleară).

Ca rezultat al captării neutronilor urmată de dezintegrarea β, 238 U poate fi convertit în 239 Pu, care este apoi folosit ca combustibil nuclear.

Uraniul-233, produs artificial în reactoare din toriu (toriul-232 captează un neutron și se transformă în toriu-233, care se descompune în protactiniu-233 și apoi în uraniu-233), poate deveni în viitor un combustibil nuclear comun pentru energia nucleară. centrale (deja acum există reactoare care folosesc acest nuclid drept combustibil, de exemplu KAMINI în India) și producția de bombe atomice (masă critică de aproximativ 16 kg).

Uraniul-233 este, de asemenea, cel mai promițător combustibil pentru motoarele de rachete nucleare în fază gazoasă.

Geologie

Principala utilizare a uraniului este determinarea vârstei mineralelor și rocilor pentru a determina succesiunea proceselor geologice. Aceasta este ceea ce fac Geocronologia și Geocronologia Teoretică. Rezolvarea problemei amestecării și a surselor de materie este de asemenea esențială.

Soluția problemei se bazează pe ecuațiile dezintegrarii radioactive descrise de ecuații.

Unde 238 U o, 235 Uo— concentrații moderne de izotopi de uraniu; ; — constante de dezintegrare respectiv atomi de uraniu 238 UȘi 235 U.

Combinația lor este foarte importantă:

.

Datorită faptului că rocile conțin concentrații diferite de uraniu, acestea au radioactivitate diferită. Această proprietate este utilizată la identificarea rocilor folosind metode geofizice. Această metodă este cea mai utilizată în geologia petrolului în timpul studiilor geofizice ale puțurilor, acest complex include, în special, γ - înregistrarea cu gamma neutronă, înregistrarea gamma-gamma etc. Cu ajutorul lor, sunt identificate rezervoare și sigilii.

Alte aplicații

Un mic adaos de uraniu dă o frumoasă fluorescență galben-verzuie sticlei (sticlă de uraniu).

Uranatul de sodiu Na 2 U 2 O 7 a fost folosit ca pigment galben în pictură.

Compușii de uraniu au fost utilizați ca vopsele pentru vopsirea pe porțelan și pentru glazuri și emailuri ceramice (vopsite în culori: galben, maro, verde și negru, în funcție de gradul de oxidare).

Unii compuși ai uraniului sunt fotosensibili.

La începutul secolului al XX-lea nitrat de uranil utilizat pe scară largă pentru a îmbunătăți negativele și colorează (nuanța) pozitive (printuri fotografice) maro.

Carbura de uraniu-235 aliată cu carbură de niobiu și carbură de zirconiu este folosită ca combustibil pentru motoarele cu reacție nucleare (fluid de lucru - hidrogen + hexan).

Aliajele de fier și uraniu sărăcit (uraniu-238) sunt utilizate ca materiale magnetostrictive puternice.

Uraniu sărăcit

Uraniu sărăcit

După ce 235 U și 234 U sunt extrași din uraniu natural, materialul rămas (uraniu-238) se numește „uraniu sărăcit” deoarece este sărăcit în izotopul 235. Potrivit unor date, aproximativ 560.000 de tone de hexafluorură de uraniu sărăcit (UF 6) sunt stocate în Statele Unite.

Uraniul sărăcit este la jumătate la fel de radioactiv decât uraniul natural, în principal datorită eliminării a 234 U din acesta Deoarece principala utilizare a uraniului este producerea de energie, uraniul sărăcit este un produs cu utilizare redusă, cu valoare economică scăzută.

Utilizarea sa este asociată în principal cu densitatea mare a uraniului și cu costul său relativ scăzut. Uraniul sărăcit este folosit pentru protecția împotriva radiațiilor (ironic) și ca balast în aplicații aerospațiale, cum ar fi suprafețele de control a aeronavelor. Fiecare avion Boeing 747 conține 1.500 kg de uraniu sărăcit în aceste scopuri. Acest material este, de asemenea, utilizat în rotoarele giroscopului de mare viteză, volantele mari, ca balast în aterizatoarele spațiale și iahturile de curse și la forarea puțurilor de petrol.

Miezuri de proiectile care străpung armura

Vârful (căptușeala) unui proiectil de calibru 30 mm (tunuri GAU-8 ale unei aeronave A-10) cu un diametru de aproximativ 20 mm este realizat din uraniu sărăcit.

Cea mai faimoasă utilizare a uraniului sărăcit este ca nuclee pentru proiectile care străpung armura. Atunci când este aliat cu 2% Mo sau 0,75% Ti și tratament termic (stingerea rapidă a metalului încălzit la 850 °C în apă sau ulei, menținând în continuare la 450 °C timp de 5 ore), uraniul metalic devine mai dur și mai puternic decât oțelul (întinderea la tracțiune). rezistența este mai mare de 1600 MPa, în ciuda faptului că pentru uraniu pur este de 450 MPa). Combinat cu densitatea sa mare, acest lucru face din lingoul de uraniu întărit un perforator de armură extrem de eficient, similar ca eficacitate cu tungstenul mai scump. Vârful greu de uraniu modifică și distribuția masei proiectilului, îmbunătățind stabilitatea aerodinamică a acestuia.

Aliaje similare de tip Stabilla sunt utilizate în proiectilele cu aripioare măturate pentru tunurile de artilerie de tancuri și antitanc.

Procesul de distrugere a armurii este însoțit de măcinarea unui porc de uraniu în praf și aprinderea acestuia în aer pe cealaltă parte a armurii (vezi Piroforicitate). Aproximativ 300 de tone de uraniu sărăcit au rămas pe câmpul de luptă în timpul Operațiunii Desert Storm (mai ales rămășițe de obuze de tun GAU-8 de 30 mm de la aeronavele de atac A-10, fiecare obuz conținând 272 g de aliaj de uraniu).

Astfel de obuze au fost folosite de trupele NATO în operațiuni de luptă pe teritoriul Iugoslaviei. După aplicarea acestora s-a discutat problema de mediu a contaminării cu radiații a teritoriului țării.

Uraniul a fost folosit pentru prima dată ca miez pentru proiectile în cel de-al treilea Reich.

Uraniul sărăcit este folosit în armurile moderne ale tancurilor, cum ar fi tancul M-1 Abrams.

Acțiune fiziologică

Se găsește în microcantități (10−5–10−8%) în țesuturile plantelor, animalelor și oamenilor. Se acumulează în cea mai mare măsură de către unele ciuperci și alge. Compușii uraniului sunt absorbiți în tractul gastrointestinal (aproximativ 1%), în plămâni - 50%. Principalele depozite din organism: splină, rinichi, schelet, ficat, plămâni și ganglioni limfatici bronhopulmonari. Conținutul în organe și țesuturi ale oamenilor și animalelor nu depășește 10-7 g.

Uraniu și compușii săi toxic. Aerosolii de uraniu și compușii săi sunt deosebit de periculoși. Pentru aerosolii compușilor de uraniu solubili în apă, MPC în aer este de 0,015 mg/m³, pentru formele insolubile de uraniu, MPC este de 0,075 mg/m³. Când uraniul intră în organism, acesta afectează toate organele, fiind o otravă celulară generală. Mecanismul molecular de acțiune al uraniului este asociat cu capacitatea sa de a suprima activitatea enzimatică. Rinichii sunt afectați în primul rând (proteinele și zahărul apar în urină, oligurie). Cu intoxicația cronică, sunt posibile tulburări ale hematopoiezei și ale sistemului nervos.

Producția pe țară în tone după conținutul de U pentru 2005-2006.

Productie de catre companie in 2006:

Cameco - 8,1 mii de tone

Rio Tinto - 7 mii de tone

AREVA - 5 mii de tone

Kazatomprom - 3,8 mii de tone

SA TVEL - 3,5 mii tone

BHP Billiton - 3 mii de tone

Navoi MMC - 2,1 mii tone ( Uzbekistan, Navoi)

Uraniu Unu - 1 mie de tone

Heathgate - 0,8 mii de tone

Minele Denison - 0,5 mii de tone

Producția în Rusia

În URSS, principalele regiuni de minereu de uraniu au fost Ucraina (Zheltorechenskoye, zăcăminte Pervomaiskoye etc.), Kazahstan (Nord - zăcământ de minereu Balkashin etc.; Sud - zăcământ de minereu Kyzylsay etc.; Vostochny; toate aparțin în mod predominant tip vulcanogen-hidrotermal); Transbaikalia (Antey, Streltsovskoe etc.); Asia Centrală, în principal Uzbekistan, cu mineralizare în șisturi negre centrate în orașul Uchkuduk. Există o mulțime de apariții și manifestări mici de minereu. În Rusia, principala regiune de minereu de uraniu rămâne Transbaikalia. Aproximativ 93% din uraniul rusesc este extras la zăcământul din regiunea Chita (lângă orașul Krasnokamensk). Exploatarea minieră se desfășoară folosind metoda arborelui de către Asociația Priargunskoye Production Mining and Chemical (PPMCU), care face parte din OJSC Atomredmetzoloto (Uranium Holding).

Restul de 7% este obținut prin leșiere subterană de către SA Dalur (regiunea Kurgan) și SA Khiagda (Buriația).

Minereurile rezultate și concentratul de uraniu sunt prelucrate la Uzina Mecanică Chepetsk.

Productie in Kazahstan

Aproximativ o cincime din rezervele mondiale de uraniu sunt concentrate în Kazahstan (21% și locul 2 în lume). Resursele totale de uraniu sunt de aproximativ 1,5 milioane de tone, din care aproximativ 1,1 milioane de tone pot fi extrase prin leșiere in situ.

În 2009, Kazahstanul a ocupat primul loc în lume la producția de uraniu.

Producția în Ucraina

Principala întreprindere este Uzina de Mine și Procesare de Est din orașul Zhovti Vody.

Preț

În ciuda legendelor predominante despre zeci de mii de dolari pentru cantități de kilograme sau chiar grame de uraniu, prețul său real pe piață nu este foarte mare - oxidul de uraniu nembogățit U 3 O 8 costă mai puțin de 100 de dolari SUA pe kilogram. Acest lucru se datorează faptului că pentru a rula un reactor nuclear care utilizează uraniu neîmbogățit sunt necesare zeci sau chiar sute de tone de combustibil, iar pentru fabricarea armelor nucleare trebuie îmbogățită o cantitate mare de uraniu pentru a obține concentrații adecvate pentru crearea unei bombe.

URANUS (numit după planeta Uranus descoperită cu puțin timp înainte; lat. uraniu * a. uraniu; n. Uran; f. uraniu; i. uranio), U, este un element chimic radioactiv din grupa III a sistemului periodic Mendeleev, număr atomic 92, masa atomică 238,0289, aparține actinidelor. Uraniul natural este format dintr-un amestec de trei izotopi: 238 U (99,282%, T 1/2 4.468,10 9 ani), 235 U (0,712%, T 1/2 0,704,10 9 ani), 234 U (0,006%, T 1). /2 0.244.10 6 ani). Există, de asemenea, 11 izotopi radioactivi artificiali cunoscuți ai uraniului cu numere de masă de la 227 la 240. 238 U și 235 U sunt fondatorii a două serii de descompunere naturală, în urma cărora se transformă în izotopi stabili 206 Pb și, respectiv, 207 Pb.

Uraniul a fost descoperit în 1789 sub formă de UO 2 de către chimistul german M. G. Klaproth. Uraniul metal a fost obținut în 1841 de chimistul francez E. Peligot. Multă vreme, uraniul a avut o utilizare foarte limitată și abia odată cu descoperirea radioactivității în 1896 a început studiul și utilizarea sa.

Proprietățile uraniului

În stare liberă, uraniul este un metal de culoare gri deschis; sub 667,7°C se caracterizează printr-o rețea cristalină ortorombic (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) (a-modificare), în intervalul de temperatură 667,7-774°C - tetragonal (a = 1,075 nm). , c = 0,5656 nm, G-modificare), la o temperatură mai mare - rețea cubică centrată pe corp (a = 0,3538 nm, G-modificare). Densitate 18700 kg/m 3, punct de topire 1135°C, punct de fierbere aproximativ 3818°C, capacitate termică molară 27,66 J/(mol.K), rezistivitate electrică 29,0,10 -4 (Ohm.m), conductivitate termică 22, 5 W/(m.K), coeficient de temperatură de dilatare liniară 10.7.10 -6 K -1. Temperatura de tranziție a uraniului în starea supraconductoare este de 0,68 K; paramagnetică slabă, susceptibilitate magnetică specifică 1.72.10 -6. Nucleele 235 U și 233 U se fisionează spontan, precum și la captarea neutronilor lenți și rapidi, 238 U se fisionează numai la capturarea neutronilor rapizi (mai mult de 1 MeV). Când neutronii lenți sunt capturați, 238 U se transformă în 239 Pu. Masa critică a uraniului (93,5% 235U) în soluții apoase este mai mică de 1 kg, pentru o minge deschisă este de aproximativ 50 kg; pentru 233 U masa critică este aproximativ 1/3 din masa critică de 235 U.

Educație și păstrare în natură

Principalul consumator de uraniu este energia nucleară (reactoare nucleare, centrale nucleare). În plus, uraniul este folosit pentru a produce arme nucleare. Toate celelalte domenii de utilizare a uraniului au o importanță strict subordonată.

Uraniul nu este o actinidă foarte tipică; sunt cunoscute cele cinci stări de valență - de la 2+ la 6+. Unii compuși ai uraniului au o culoare caracteristică. Astfel, soluțiile de uraniu trivalent sunt roșii, uraniul tetravalent este verde, iar uraniul hexavalent - există sub formă de ion de uranil (UO 2) 2+ - colorează soluțiile în galben... Faptul că uraniul hexavalent formează compuși cu multe substanțe organice. agenți de complexare, s-au dovedit a fi foarte importanți pentru tehnologia de extracție a elementului nr. 92.

Este caracteristic că învelișul electron exterior al ionilor de uraniu este întotdeauna complet umplut; Electronii de valență se află în stratul de electroni anterior, în subshell-ul 5f. Dacă comparăm uraniul cu alte elemente, este evident că plutoniul este cel mai asemănător cu acesta. Principala diferență dintre ele este raza ionică mare a uraniului. În plus, plutoniul este cel mai stabil în stare tetravalentă, iar uraniul este cel mai stabil în stare hexavalentă. Acest lucru ajută la separarea lor, ceea ce este foarte important: combustibilul nuclear plutoniu-239 este obținut exclusiv din uraniu, balast din punct de vedere energetic al uraniului-238. Plutoniul se formează într-o masă de uraniu și trebuie separate!

Cu toate acestea, mai întâi trebuie să obțineți această masă de uraniu, trecând printr-un lung lanț tehnologic, începând cu minereu. De obicei, un minereu cu mai multe componente, sărac în uraniu.

Izotop ușor al unui element greu

Când am vorbit despre obținerea elementului nr. 92, am omis în mod deliberat o etapă importantă. După cum știți, nu tot uraniul este capabil să susțină o reacție nucleară în lanț. Uraniul-238, care reprezintă 99,28% din amestecul natural de izotopi, nu este capabil de acest lucru. Din această cauză, uraniul-238 este transformat în plutoniu, iar amestecul natural de izotopi de uraniu este căutat fie să fie separat, fie să fie îmbogățit cu izotopul uraniu-235, care este capabil de fisiunea neutronilor termici.

Au fost dezvoltate multe metode pentru separarea uraniului-235 și uraniu-238. Cel mai des este folosită metoda difuziei gazelor. Esența sa este că, dacă un amestec de două gaze este trecut printr-o partiție poroasă, atunci lumina va trece mai repede. În 1913, F. Aston a separat parțial izotopii de neon în acest fel.

Majoritatea compușilor de uraniu în condiții normale sunt solide și pot fi transformați în stare gazoasă doar la temperaturi foarte ridicate, când nu se poate vorbi de vreun proces subtil de separare a izotopilor. Cu toate acestea, compusul incolor al uraniului cu fluor, hexafluorura de UF 6, se sublimează deja la 56,5 ° C (la presiunea atmosferică). UF 6 este cel mai volatil compus al uraniului și este cel mai potrivit pentru separarea izotopilor săi prin difuzie gazoasă.

Hexafluorura de uraniu se caracterizează printr-o activitate chimică ridicată. Coroziunea țevilor, pompelor, containerelor, interacțiunea cu lubrifierea mecanismelor - o listă mică, dar impresionantă de necazuri pe care creatorii instalațiilor de difuzie au trebuit să le depășească. Am întâmpinat dificultăți și mai grave.

Hexafluorura de uraniu, obținută prin fluorurarea unui amestec natural de izotopi de uraniu, din punct de vedere al „difuziei”, poate fi considerată ca un amestec de două gaze cu mase moleculare foarte asemănătoare - 349 (235+19*6) și 352 (238). +19*6). Coeficientul maxim de separare teoretic într-o etapă de difuzie pentru gazele care diferă atât de puțin în greutate moleculară este de numai 1,0043. În condiții reale, această valoare este și mai mică. Se pare că este posibilă creșterea concentrației de uraniu-235 de la 0,72 la 99% numai cu ajutorul a câteva mii de pași de difuzie. Prin urmare, instalațiile de separare a izotopilor de uraniu ocupă o suprafață de câteva zeci de hectare. Zona partițiilor poroase din cascadele de separare ale fabricilor este aproximativ de același ordin de mărime.

Pe scurt despre alți izotopi ai uraniului

Uraniul natural, pe lângă uraniu-235 și uraniu-238, include uraniu-234. Abundența acestui izotop rar este exprimată ca un număr cu patru zerouri după virgulă zecimală. Un izotop artificial mult mai accesibil este uraniul-233. Se obține prin iradierea toriului în fluxul de neutroni al unui reactor nuclear:

232 90 Th + 10n → 233 90 Th -β-→ 233 91 Pa -β-→ 233 92 U
Conform tuturor regulilor fizicii nucleare, uraniul-233, ca izotop ciudat, este împărțit de neutroni termici. Și, cel mai important, în reactoarele cu uraniu-233, reproducerea extinsă a combustibilului nuclear poate (și are) să aibă loc. Într-un reactor de neutroni termici convențional! Calculele arată că, atunci când un kilogram de uraniu-233 arde într-un reactor cu toriu, ar trebui să se acumuleze în el 1,1 kg de uraniu-233 nou. Un miracol, și asta-i tot! Am ars un kilogram de combustibil, dar cantitatea de combustibil nu a scăzut.

Cu toate acestea, astfel de miracole sunt posibile doar cu combustibilul nuclear.

Ciclul uraniu-toriu din reactoarele cu neutroni termici este principalul concurent al ciclului uraniu-plutoniu pentru reproducerea combustibilului nuclear în reactoarele cu neutroni rapidi... De fapt, doar din această cauză, elementul nr. 90 - toriu - a fost clasificat ca un material strategic.

Alți izotopi artificiali ai uraniului nu joacă un rol semnificativ. Merită menționat doar uraniul-239 - primul izotop din lanțul de transformări a uraniului-238 plutoniu-239. Timpul său de înjumătățire este de numai 23 de minute.

Izotopii de uraniu cu un număr de masă mai mare de 240 nu au timp să se formeze în reactoarele moderne. Durata de viață a uraniului-240 este prea scurtă și se descompune înainte de a avea timp să capteze un neutron.

În fluxurile de neutroni super-puternice ale unei explozii termonucleare, un nucleu de uraniu reușește să capteze până la 19 neutroni într-o milione de secundă. În acest caz, se nasc izotopi de uraniu cu numere de masă de la 239 la 257. Existența lor a fost învățată din apariția unor elemente transuraniu îndepărtate - descendenți ai izotopilor grei ai uraniului - în produsele unei explozii termonucleare. „Fondatorii genului” înșiși sunt prea instabili pentru a se dezintegra beta și trec în elemente superioare cu mult înainte ca produsele reacțiilor nucleare să fie extrase din roca amestecată de explozie.

Reactoarele termice moderne ard uraniu-235. În reactoarele cu neutroni rapizi deja existente, energia nucleelor ​​unui izotop comun, uraniul-238, este eliberată, iar dacă energia este adevărata bogăție, atunci nucleele de uraniu vor beneficia omenirea în viitorul apropiat: energia elementului N° 92 va să devină baza existenței noastre.

Este extrem de important să ne asigurăm că uraniul și derivații săi ard numai în reactoarele nucleare ale centralelor pașnice, ard încet, fără fum și flacără.

O ALTA SURSA DE URANIU. În zilele noastre, a devenit apă de mare. Sunt deja în funcțiune instalații pilot-industriale pentru extragerea uraniului din apă cu ajutorul adsorbanților speciali: oxid de titan sau fibră acrilică tratată cu anumiți reactivi.

CINE CÂT. La începutul anilor 80, producția de uraniu în țările capitaliste era de aproximativ 50.000 g pe an (în termeni de U3O). Aproximativ o treime din această sumă a fost furnizată de industria americană. Pe locul doi se află Canada, urmată de Africa de Sud. Nigor, Gabon, Namibia. Dintre țările europene, Franța produce cel mai mult uraniu și compușii săi, dar ponderea sa a fost de aproape șapte ori mai mică decât Statele Unite.

CONEXIUNI NETRADIȚIONALE. Deși nu este fără temei că chimia uraniului și plutoniului este mai bine studiată decât chimia elementelor tradiționale precum fierul, chimiștii încă descoperă noi compuși ai uraniului. Deci, în 1977, revista „Radiochimie”, vol. XIX, nr. 6 au raportat doi compuși noi de uranil. Compoziția lor este MU02(S04)2-SH20, unde M este un ion de mangan sau cobalt divalent. Modelele de difracție cu raze X au indicat că noii compuși erau săruri duble și nu un amestec de două săruri similare.

; numărul atomic 92, masa atomică 238,029; metal. Uraniul natural constă dintr-un amestec de trei izotopi: 238 U - 99,2739% cu un timp de înjumătățire T ½ = 4,51 10 9 ani, 235 U - 0,7024% (T ½ = 7,13 10 8 ani) și 234 U - 0,005% (T ½ = 2,48·10 5 ani).

Dintre cei 11 izotopi radioactivi artificiali cu numere de masă de la 227 la 240, cel cu viață lungă este 233 U (T ½ = 1,62·10 5 ani); se obtine prin iradierea cu neutroni a toriului. 238 U și 235 U sunt strămoșii a două serii radioactive.

Referință istorică. Uraniul a fost descoperit în 1789 de chimistul german M. G. Klaproth și numit de acesta în cinstea planetei Uranus, descoperită de W. Herschel în 1781. În stare metalică, uraniul a fost obținut în 1841 de chimistul francez E. Peligo în timpul reducerii. de UCl 4 cu potasiu metal. Inițial, lui Uranus i s-a atribuit o masă atomică de 120, iar abia în 1871 D.I Mendeleev a ajuns la concluzia că această valoare ar trebui dublată.

Multă vreme, uraniul a fost de interes doar pentru un cerc restrâns de chimiști și a găsit o utilizare limitată în producția de vopsele și sticlă. Odată cu descoperirea fenomenului de radioactivitate în uraniu în 1896 și radiu în 1898, a început prelucrarea industrială a minereurilor de uraniu în scopul extragerii și utilizării radiului în cercetarea științifică și în medicină. Din 1942, după descoperirea fisiunii nucleare în 1939, uraniul a devenit principalul combustibil nuclear.

Distribuția lui Uranus în natură. Uraniul este un element caracteristic pentru stratul de granit și învelișul sedimentar al scoarței terestre. Conținutul mediu de uraniu în scoarța terestră (clarke) este de 2,5 10 -4% în masă, în rocile magmatice acide 3,5 10 -4%, în argile și șisturi 3,2 10 -4%, în rocile bazice 5 ·10 -5% , în rocile ultrabazice ale mantalei 3·10 -7%. Uraniul migrează viguros în apele reci și calde, neutre și alcaline sub formă de ioni simpli și complecși, în special sub formă de complexe carbonatice. Reacțiile redox joacă un rol important în geochimia uraniului, deoarece compușii uraniului, de regulă, sunt foarte solubili în ape cu mediu oxidant și slab solubili în ape cu mediu reducător (de exemplu, hidrogen sulfurat).

Sunt cunoscute aproximativ 100 de minerale de uraniu; 12 dintre ele sunt de importanță industrială. De-a lungul istoriei geologice, conținutul de uraniu din scoarța terestră a scăzut din cauza dezintegrarii radioactive; Acest proces este asociat cu acumularea atomilor de Pb și He în scoarța terestră. Dezintegrarea radioactivă a uraniului joacă un rol important în energia scoarței terestre, fiind o sursă semnificativă de căldură profundă.

Proprietățile fizice ale uraniului. Uraniul are culoarea similară cu oțelul și este ușor de prelucrat. Are trei modificări alotropice - α, β și γ cu temperaturi de transformare de fază: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C; Forma α are o rețea rombică (a = 2,8538Å, b = 5,8662Å, c = 4,9557Å), forma β are o rețea tetragonală (la 720 °C a = 10,759Å, b = 5,656Å), forma γ - rețea cubică centrată pe corp (la 850 °C a = 3,538 Å). Densitatea uraniului în formă a (25 °C) este de 19,05 g/cm3; tpl 1132 °C; punctul de fierbere 3818 °C; conductivitate termică (100-200 °C), 28,05 W/(m K), (200-400 °C) 29,72 W/(m K); capacitate termică specifică (25 °C) 27,67 kJ/(kg K); rezistivitatea electrică specifică la temperatura camerei este de aproximativ 3·10 -7 ohm·cm, la 600 °C 5,5·10 -7 ohm·cm; are supraconductivitate la 0,68 K; paramagnetică slabă, susceptibilitate magnetică specifică la temperatura camerei 1,72·10 -6.

Proprietățile mecanice ale uraniului depind de puritatea acestuia și de modurile de tratament mecanic și termic. Valoarea medie a modulului de elasticitate pentru uraniul turnat este de 20,5·10 -2 Mn/m 2 ; rezistenta la tractiune la temperatura camerei 372-470 Mn/m2; rezistența crește după întărire din fazele β și γ; duritate medie Brinell 19,6-21,6·10 2 Mn/m 2 .

Iradierea printr-un flux de neutroni (care are loc într-un reactor nuclear) modifică proprietățile fizice și mecanice ale uraniului: se dezvoltă fluaj și crește fragilitatea, se observă deformarea produselor, ceea ce obligă utilizarea uraniului în reactoare nucleare sub formă de diferite uraniu. aliaje.

Uraniul este un element radioactiv. Nucleii 235 U și 233 U fisionează spontan, precum și la captarea atât a neutronilor lenți (termici) cât și a celor rapizi, cu o secțiune transversală de fisiune efectivă de 508 10 -24 cm 2 (508 hambar) și 533 10 -24 cm 2 (533 hambar). ) respectiv. Fisiunea de 238 nuclee U la capturarea numai a neutronilor rapizi cu o energie de cel puțin 1 MeV; la captarea neutronilor lenți, 238 U se transformă în 239 Pu, ale cărui proprietăți nucleare sunt apropiate de 235 U. Masa critică a uraniului (93,5% 235 U) în soluții apoase este mai mică de 1 kg, pentru o minge deschisă - aproximativ 50 kg, pentru o minge cu reflector - 15-23 kg; masa critică 233 U este aproximativ 1/3 din masa critică 235 U.

Proprietățile chimice ale uraniului. Configurația învelișului electron exterior al atomului de uraniu este 7s 2 6d l 5f 3. Uraniul este un metal reactiv în compuși, prezintă stări de oxidare de +3, +4, +5, +6, uneori +2; cei mai stabili compuși sunt U (IV) și U (VI). În aer se oxidează lent cu formarea unei pelicule de oxid (IV) la suprafață, care nu protejează metalul de oxidarea ulterioară. În stare de pulbere, uraniul este piroforic și arde cu o flacără strălucitoare. Cu oxigenul formează oxid (IV) UO 2, oxid (VI) UO 3 și un număr mare de oxizi intermediari, dintre care cel mai important este U 3 O 8. Acești oxizi intermediari au proprietăți similare cu UO 2 și UO 3 . La temperaturi ridicate, UO 2 are o gamă largă de omogenitate de la UO 1,60 la UO 2,27. Cu fluor la 500-600°C formează tetrafluorura de UF 4 (cristale verzi în formă de ac, ușor solubile în apă și acizi) și hexafluorura de UF 6 (substanță cristalină albă care se sublimează fără a se topi la 56,4°C); cu sulf - o serie de compuși, dintre care SUA (combustibil nuclear) este cel mai important. Când uraniul interacționează cu hidrogenul la 220 °C, se obține hidrura UH 3; cu azot la temperaturi de la 450 la 700 ° C și presiunea atmosferică - nitrură de U 4 N 7 la o presiune de azot mai mare și aceeași temperatură, se pot obține UN, U 2 N 3 și UN 2; cu carbon la 750-800 °C - monocarbură UC, dicarbură UC 2, precum și U 2 C 3; cu metale formează aliaje de diferite tipuri. Uraniul reacționează lent cu apa clocotită pentru a forma UO 2 nH 2, cu vapori de apă - în intervalul de temperatură 150-250 ° C; solubil în acizi clorhidric și azotic, ușor solubil în acid fluorhidric concentrat. U(VI) se caracterizează prin formarea ionului de uranil UO 2 2+; sărurile de uranil sunt de culoare galbenă și sunt foarte solubile în apă și acizi minerali; Sărurile U(IV) sunt verzi și mai puțin solubile; ionul de uranil este extrem de capabil să formeze complexe în soluții apoase atât cu substanțe anorganice, cât și cu substanțe organice; Cele mai importante pentru tehnologie sunt carbonatul, sulfatul, fluorura, fosfatul și alte complexe. Se cunosc un număr mare de uranați (săruri ale acidului uranic neizolate în formă pură), a căror compoziție variază în funcție de condițiile de producție; Toți uranații au solubilitate scăzută în apă.

Uraniul și compușii săi sunt toxici prin radiații și chimic. Doza maximă admisă (MAD) pentru expunerea profesională este de 5 rem pe an.

Primirea lui Uranus. Uraniul se obține din minereuri de uraniu care conțin 0,05-0,5% U. Minereurile practic nu sunt îmbogățite, cu excepția unei metode limitate de sortare radiometrică bazată pe radiația γ a radiului, care însoțește întotdeauna uraniul. Practic, minereurile sunt levigate cu soluții de acizi sulfuric, uneori azotic sau soluții de sodă cu transfer de uraniu într-o soluție acidă sub formă de UO 2 SO 4 sau anioni complecși 4- și într-o soluție de sodă - sub formă de 4 -. Pentru extragerea și concentrarea uraniului din soluții și pulpe, precum și pentru purificarea acestuia de impurități, se utilizează sorbția pe rășini schimbătoare de ioni și extracția cu solvenți organici (tributil fosfat, acizi alchilfosforici, amine). Apoi, uranați de amoniu sau de sodiu sau hidroxid de U(OH)4 sunt precipitați din soluții prin adăugare de alcali. Pentru a obţine compuşi de înaltă puritate, produsele tehnice sunt dizolvate în acid azotic şi supuse operaţiilor de purificare de rafinare, ale căror produse finale sunt UO 3 sau U 3 O 8 ; acești oxizi sunt reduși la 650-800 °C cu hidrogen sau amoniac disociat la UO 2, urmat de conversia acestuia în UF 4 prin tratare cu fluorură de hidrogen gazoasă la 500-600 °C. UF4 poate fi obţinut şi prin precipitarea hidratului cristalin UF4nH2O cu acid fluorhidric din soluţii, urmată de deshidratarea produsului la 450 °C într-un curent de hidrogen. În industrie, principala metodă de obținere a Uraniului din UF 4 este reducerea sa calcico-termică sau magnezio-termică cu eliberare de Uraniu sub formă de lingouri cu o greutate de până la 1,5 tone Lingourile sunt rafinate în cuptoare cu vid.

Un proces foarte important în tehnologia uraniului este îmbogățirea izotopului său de 235 U peste conținutul natural din minereuri sau izolarea acestui izotop în forma sa pură, deoarece 235 U este principalul combustibil nuclear; Acest lucru se realizează prin difuzie termică gazoasă, centrifugă și alte metode bazate pe diferența dintre masele de 238 U și 235 U; în procesele de separare, uraniul este utilizat sub formă de hexafluorură volatilă UF 6. La obținerea uraniului sau izotopilor foarte îmbogățiți, se iau în considerare masele critice ale acestora; cea mai convenabilă metodă în acest caz este reducerea oxizilor de uraniu cu calciu; zgura de CaO rezultată este ușor separată de uraniu prin dizolvare în acizi. Pentru a obține uraniu sub formă de pulbere, oxid (IV), carburi, nitruri și alți compuși refractari, se folosesc metode de metalurgie a pulberilor.

Aplicarea lui Uranus. Uraniul metalic sau compușii săi sunt utilizați în principal ca combustibil nuclear în reactoare nucleare. Un amestec natural sau slab îmbogățit de izotopi de uraniu este utilizat în reactoarele staționare ale centralelor nucleare, un produs foarte îmbogățit este utilizat în centralele nucleare sau în reactoare care funcționează pe neutroni rapizi. 235 U este sursa de energie nucleară în armele nucleare. 238 U servește ca sursă de combustibil nuclear secundar - plutoniu.

Uraniu în organism. Se găsește în microcantități (10 -5 -10 -8%) în țesuturile plantelor, animalelor și oamenilor. În cenușa de plante (cu un conținut de uraniu de aproximativ 10 -4% în sol), concentrația acesteia este de 1,5·10 -5%. În cea mai mare măsură, uraniul este acumulat de unele ciuperci și alge (cele din urmă participă activ la migrarea biogenă a uraniului de-a lungul lanțului de apă - plante acvatice - pești - oameni). Uraniul intră în corpul animalelor și al oamenilor cu alimente și apă în tractul gastrointestinal, cu aer în tractul respirator, precum și prin piele și mucoase. Compușii de uraniu sunt absorbiți în tractul gastrointestinal - aproximativ 1% din cantitatea de compuși solubili primită și nu mai mult de 0,1% din cei puțin solubili; 50%, respectiv 20% sunt absorbite în plămâni. Uraniul este distribuit inegal în organism. Depozitul principal (locurile de depunere și acumulare) este splina, rinichii, scheletul, ficatul și, la inhalarea compușilor slab solubili, plămânii și ganglionii limfatici bronhopulmonari. Uraniul (sub formă de carbonați și complexe cu proteine) nu circulă în sânge mult timp. Conținutul de uraniu în organele și țesuturile animalelor și oamenilor nu depășește 10 -7 g/g. Astfel, sângele bovinelor conține 1·10 -8 g/ml, ficatul 8·10 -8 g/g, mușchii 4·10 -11 g/g, splina 9·10 8-8 g/g. Conținutul de uraniu în organele umane este: în ficat 6·10 -9 g/g, în plămâni 6·10 -9 -9·10 -9 g/g, în splină 4,7·10 -7 g/g , în sânge 4-10 -10 g/ml, în rinichi 5,3·10 -9 (stratul cortical) și 1,3·10 -8 g/g (stratul medular), în oase 1·10 -9 g/g , în măduva osoasă 1 -10 -8 g/g, în păr 1,3·10 -7 g/g. Uraniul conținut în țesutul osos provoacă iradierea sa constantă (timp de înjumătățire al uraniului din schelet este de aproximativ 300 de zile). Cele mai scăzute concentrații de uraniu sunt în creier și inimă (10 -10 g/g). Aportul zilnic de uraniu cu alimente și lichide este de 1,9·10 -6 g, cu aer - 7·10 -9 g Excreția zilnică de uraniu din corpul uman este: cu urină 0,5·10 -7 - 5·10 -. 7 g, cu fecale - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, cu păr - 2·10 -8 g.

Conform Comisiei Internaționale pentru Protecția împotriva Radiațiilor, conținutul mediu de uraniu în corpul uman este de 9,10 -5 g. Această valoare poate varia în funcție de regiuni. Se crede că uraniul este necesar pentru funcționarea normală a animalelor și plantelor.

Efectul toxic al uraniului este determinat de proprietățile sale chimice și depinde de solubilitate: uranilul și alți compuși solubili ai uraniului sunt mai toxici. Otrăvirea cu uraniu și compușii săi este posibilă la întreprinderile de extracție și prelucrare a materiilor prime de uraniu și alte unități industriale în care este utilizat în procesul tehnologic. Când intră în organism, uraniul afectează toate organele și țesuturile, fiind o otravă celulară generală. Semnele de otrăvire sunt cauzate de afectarea primară a rinichilor (apariția proteinelor și a zahărului în urină, oligurie ulterioară); sunt afectate și ficatul și tractul gastrointestinal. Există intoxicații acute și cronice; acestea din urmă se caracterizează prin dezvoltare treptată și simptome mai puțin severe. Cu intoxicația cronică, sunt posibile tulburări ale hematopoiezei, ale sistemului nervos etc. Se crede că mecanismul molecular de acțiune al uraniului este asociat cu capacitatea sa de a suprima activitatea enzimelor.