Uranbehandling, klargjøring av malmen til bruk i forskjellige produkter.
Uran (U), selv om det er veldig tett (19,1 gram per kubikkcentimeter), er et relativt svakt, ildfast metall. De metalliske egenskapene til uran ser ut til å være mellomliggende mellom sølv og andre sanne metaller og egenskaper til ikke-metalliske elementer, slik at det ikke blir verdsatt for strukturelle anvendelser. Den viktigste verdien av uran er i de radioaktive og klyvbare egenskapene til isotopen. I naturen består nesten alt (99,27 prosent) av metallet av uran-238; resten består av uran-235 (0,72 prosent) og uran-234 (0,006 prosent). Av disse naturlig forekommende isotoper er det bare uran-235 som er direkte splittbar ved nøytronbestråling. Imidlertid danner uran-238, når den absorberer et nøytron, uran-239, og denne sistnevnte isotop blir til slutt nedbrytende til plutonium-239 - et spaltbart materiale av stor betydning i kjernekraft og atomvåpen. En annen fissil isotop, uran-233, kan dannes ved nøytronbestråling av thorium-232.
Selv ved romtemperatur reagerer fint delt uranmetall med oksygen og nitrogen. Ved høyere temperaturer reagerer den med et stort utvalg av legeringsmetaller for å danne intermetalliske forbindelser. Fastoppløsningsdannelse med andre metaller skjer bare sjelden på grunn av de enkle krystallinske strukturer dannet av uranatomer. Mellom romtemperatur og dets smeltepunkt på 1132 ° C, eksisterer uranmetall i tre krystallinske former kjent som alpha (a), beta (β) og gamma (y) faser. Transformasjon fra alfa til betafasen skjer ved 668 ° C (1234 ° F) og fra beta til gammafase ved 775 ° C (1 427 ° F). Gamma-uran har en kroppssentrert kubisk (bcc) krystallstruktur, mens beta-uran har en tetragonal struktur. Alfafasen består imidlertid av korrugerte ark med atomer i en meget asymmetrisk ortorombisk struktur. Denne anisotrope, eller forvrengte strukturen gjør det vanskelig for atomene i legeringsmetaller å erstatte uranatomer eller å oppta mellomrom mellom uranatomer i krystallgitteret. Bare molybden og niob er observert å danne fastløsningslegeringer med uran.
Historie
Den tyske kjemikeren Martin Heinrich Klaproth er kreditert for å oppdage elementet uran i 1789 i en prøve av pitchblende. Klaproth oppkalte det nye elementet etter planeten Uranus, som var blitt oppdaget i 1781. Det var imidlertid først i 1841 at den franske kjemikeren Eugène-Melchior Péligot viste at det sorte metalliske stoffet som ble oppnådd av Klaproth virkelig var den sammensatte urandioksid. Péligot fremstilte faktisk uranmetall ved å redusere urantetraklorid med kaliummetall.
Før oppdagelsen og belysningen av kjernefysjon var de få praktiske bruksområdene av uran (og disse var veldig små) i fargelegging av keramikk og som katalysator i visse spesialiserte anvendelser. I dag er uran høyt verdsatt for kjernefysiske anvendelser, både militære og kommersielle, og til og med malm med lav kvalitet har stor økonomisk verdi. Uranmetall produseres rutinemessig ved hjelp av Ames-prosessen, utviklet av den amerikanske kjemikeren FH Spedding og hans kolleger i 1942 ved Iowa State University, Ames. I denne prosessen oppnås metallet fra urantetrafluorid ved termisk reduksjon med magnesium.
Ores
Jordskorpen inneholder omtrent to deler per million uran, noe som gjenspeiler en bred fordeling i naturen. Havene anslås å inneholde 4,5 × 10 9 tonn av elementet. Uran forekommer som en betydelig bestanddel i mer enn 150 forskjellige mineraler og som en mindre komponent av ytterligere 50 mineraler. Primære uranmineraler, funnet i magmatiske hydrotermale årer og i pegmatitter, inkluderer uraninitt og pitchblende (sistnevnte en rekke uraninitt). Uranet i disse to malmene forekommer i form av urandioksyd, som - på grunn av oksidasjon - kan variere i nøyaktig kjemisk sammensetning fra UO 2 til UO 2,67. Andre uranmalmer av økonomisk betydning er autunite, et hydrert kalsiumuranylfosfat; tobernitt, et hydrert kobberuranylfosfat; coffinite, et svart hydratert uransilikat; og karnotitt, et gult hydrert kaliumuranylvanadat.
Det anslås at mer enn 90 prosent av kjente uranreserver med lave kostnader forekommer i Canada, Sør-Afrika, USA, Australia, Niger, Namibia, Brasil, Algerie og Frankrike. Rundt 50 til 60 prosent av disse reservene er i konglomeratbergformasjonene i Elliot Lake, som ligger nord for Huron-sjøen i Ontario, Can., Og i Witwatersrand gullmarker i Sør-Afrika. Sandsteinformasjoner i Colorado Plateau og Wyoming Basin i det vestlige USA inneholder også betydelige reserver av uran.
Gruvedrift og konsentrasjon
Uranmalm forekommer i avsetninger som både er nær overflate og veldig dypt (f.eks. 300 til 1200 meter, eller 1 000 til 4 000 fot). De dype malmene forekommer noen ganger i sømmer så tykke som 30 meter. Som tilfellet er med malmer av andre metaller, blir overflateuranmalmer lett utvunnet med stort jordbevegelsesutstyr, mens dype avleiringer blir utvunnet ved tradisjonelle vertikalsjakt og drivmetoder.
Uranmalmer inneholder vanligvis bare en liten mengde uranholdige mineraler, og disse er ikke tilgjengelige for smelting ved direkte pyrometallurgiske metoder; I stedet må hydrometallurgiske prosedyrer brukes for å trekke ut og rense uranverdiene. Fysisk konsentrasjon vil redusere belastningen på hydrometallurgiske prosesskretser kraftig, men ingen av de konvensjonelle fordelingsmetodene som vanligvis brukes i mineralforedling - f.eks. Tyngdekraft, flotasjon, elektrostatikk og til og med håndsortering - er generelt anvendelige på uranmalm. Med få unntak resulterer konsentrasjonsmetoder i overdreven tap av uran til avskjæringer.
