Uraanin käsittely, malmin valmistelu käytettäväksi eri tuotteissa.
Uraani (U), vaikkakin hyvin tiheä (19,1 grammaa kuutiometriä kohti), on suhteellisen heikko, ei-tulenkestävä metalli. Itse asiassa uraanin metalliset ominaisuudet näyttävät olevan välituotteita hopean ja muiden todellisten metallien ja ei-metallisten elementtien välillä, joten sitä ei arvosteta rakenteellisissa sovelluksissa. Uraanin pääarvo on sen isotooppien radioaktiivisissa ja halkeamisominaisuuksissa. Luonnossa melkein kaikki (99,27 prosenttia) metallista koostuu uraani-238: sta; loput koostuvat uraani-235: stä (0,72 prosenttia) ja uraani-234: stä (0,006 prosenttia). Näistä luonnossa esiintyvistä isotoopeista vain uraani-235 hajoaa suoraan neutronisäteilytyksellä. Uraani-238 muodostaa kuitenkin neutronin absorboituneena uraani-239: n, ja viimeksi mainittu isotooppi hajoaa lopulta plutonium-239: ksi - halkeamiskelpoiseksi materiaaliksi, jolla on suuri merkitys ydinvoimassa ja ydinaseissa. Toinen fissioituva isotooppi, uraani-233, voidaan muodostaa torium-232: n neutronisäteilytyksellä.
Jopa huoneenlämpötilassa hienojakoinen uraanimetalli reagoi hapen ja typen kanssa. Korkeammissa lämpötiloissa se reagoi monien seosterästen kanssa, jolloin muodostuu metalliyhdisteitä. Kiinteän liuoksen muodostuminen muiden metallien kanssa tapahtuu vain harvoin, johtuen uraaniatomien muodostamista yksittäisistä kiteisistä rakenteista. Huoneenlämpötilan ja sen sulamispisteen välillä 1 132 ° C (2 070 ° F) välillä uraanimetallia esiintyy kolmessa kiteisessä muodossa, joita kutsutaan alfa (α), beeta (β) ja gamma (γ) faasiksi. Transformaatio alfafaasista beetafaasiin tapahtuu lämpötilassa 668 ° C (1,234 ° F) ja beetasta gammafaasiin lämpötilassa 775 ° C (1 427 ° F). Gammauraanilla on kehon keskittymä kuutiometriä (bcc) kiderakennetta, kun taas beeta-uraanilla on tetragonaalinen rakenne. Alfafaasi koostuu kuitenkin aallotettuista atomilevyistä, jotka ovat erittäin epäsymmetrisiä ortorombirakenteessa. Tämä anisotrooppinen tai vääristynyt rakenne vaikeuttaa seostettujen metallien atomien korvaamaan uraaniatomeja tai asettamaan tilaa uraaniatomien väliin kidehilassa. Vain molybdeenin ja niobiumin on havaittu muodostavan kiinteitä liuosseoksia uraanin kanssa.
Historia
Saksalaiselle kemistille Martin Heinrich Klaprothille annetaan tunnustus uraanielementin löytämisestä vuonna 1789 sävelkorkeasta. Klaproth nimitti uuden elementin Uranus-planeetan mukaan, joka oli löydetty vuonna 1781. Vasta vuonna 1841 ranskalainen kemisti Eugène-Melchior Péligot osoitti kuitenkin, että Klaprothin saama musta metalli-aine oli todellakin uraanidioksidiseos. Péligot valmisti todellista uraanimetallia pelkistämällä uraanitetrakloridin kaliummetallilla.
Ennen ydinfission löytämistä ja selvittämistä, uraanin harvat käytännön käytöt (ja nämä olivat hyvin pieniä) olivat keramiikan värjäyksessä ja katalysaattorina tietyissä erikoistuneissa sovelluksissa. Nykyään uraania arvostetaan ydinsovelluksissa, niin sotilaallisissa kuin kaupallisissakin, ja jopa heikkolaatuisilla malmeilla on suuri taloudellinen arvo. Uraanimetallia tuotetaan rutiininomaisesti Ames-prosessin avulla, jonka on kehittänyt amerikkalainen kemisti FH Spedding ja hänen kollegansa vuonna 1942 Iowan osavaltion yliopistossa Amesissa. Tässä prosessissa metalli saadaan uraanitetrafluoridista termisellä pelkistyksellä magnesiumilla.
malmit
Maapallonkuoressa on noin kaksi osaa miljoonaa uraania kohti, mikä heijastaa laajaa leviämistä luonnossa. Valtamerien arvioidaan sisältävän 4,5 × 109 tonnia alkuainetta. Uraania esiintyy merkittävänä ainesosana yli 150 eri mineraalissa ja vähäisenä ainesosana toisessa 50 mineraalissa. Ensisijaisiin uraanimineraaleihin, joita esiintyy magmaattisissa hydrotermisissä suoneissa ja pegmatiiteissa, sisältyy uraniniitti ja piksebleeni (jälkimmäinen erilainen uraniniitti). Näissä kahdessa malmissa oleva uraani esiintyy uraanidioksidin muodossa, joka hapettumisen vuoksi voi vaihdella tarkalla kemiallisella koostumuksella UO 2: sta UO 2,67: een. Muita taloudellisesti tärkeitä uraanimalmeja ovat autunite, hydratoitu kalsium-uranyylifosfaatti; toberniitti, hydratoitu kupari-uranyylifosfaatti; kofiniitti, musta hydratoitu uraanisilikaatti; ja karnotiitti, keltainen hydratoitu kaliumuraanyylivanadaatti.
Arviolta yli 90 prosenttia tunnetuista edullisista uraanivarannoista on Kanadassa, Etelä-Afrikassa, Yhdysvalloissa, Australiassa, Nigerissä, Namibiassa, Brasiliassa, Algeriassa ja Ranskassa. Noin 50–60 prosenttia näistä varannoista on Elliot-järven yhdistelmämuodostelmissa, jotka sijaitsevat Huron-järven pohjoispuolella Ontariossa, Kanadassa, ja Witwatersrandin kultapeltoilla Etelä-Afrikassa. Länsi-Yhdysvaltojen Coloradon tasangolla ja Wyomingin alueella sijaitsevilla hiekkakivenmuodostelmilla on myös merkittäviä uraanivarantoja.
Kaivostoiminta ja keskittäminen
Uraanimalmeja esiintyy saostumissa, jotka ovat lähellä pintaa ja erittäin syviä (esim. 300–1200 metriä tai 1000–4000 jalkaa). Syvät malmit esiintyvät joskus jopa 30 metrin paksuisissa saumoissa. Kuten muiden metallien malmeissa, pinta-uraanimalmit louhitaan helposti suurilla maansiirtolaitteilla, kun taas syvät saostumat louhitaan perinteisillä pystyakseli- ja ajomenetelmillä.
Uraanimalmit sisältävät tyypillisesti vain pienen määrän uraania sisältäviä mineraaleja, ja niitä ei voida sulattaa suoria pyrometallurgisia menetelmiä; sen sijaan uraaniarvojen uuttamiseksi ja puhdistamiseksi on käytettävä hydrometallurgisia menetelmiä. Fysikaalinen konsentraatio vähentäisi huomattavasti hydrometallurgisten prosessipiirien kuormitusta, mutta mikään mineraalien käsittelyssä tyypillisesti käytetyistä tavanomaisista rikastusmenetelmistä - esim. Painovoima, vaahdotus, sähköstatiikka ja jopa käsinlajittelu - eivät ole yleisesti sovellettavia uraanimalmiin. Muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta konsentrointimenetelmät johtavat uraanin liialliseen menetykseen jätevesissä.
