Mineraller: Uranyum cevherleri. Uranyum elementi

Son yıllarda nükleer enerji konusu giderek daha önemli hale geldi. Nükleer enerji üretmek için uranyum gibi bir malzemenin kullanılması yaygındır. Aktinit ailesine ait kimyasal bir elementtir.

Bu elementin kimyasal aktivitesi, serbest formda bulunmadığını belirler. Üretimi için uranyum cevherleri adı verilen mineral oluşumları kullanılır. Bu kimyasal elementin çıkarılmasının ekonomik olarak rasyonel ve karlı olarak değerlendirilmesine olanak tanıyan miktarda yakıtı yoğunlaştırıyorlar. Şu anda gezegenimizin bağırsaklarında bu metalin içeriği altın rezervlerini aşıyor. 1000 kez(santimetre. ). Genel olarak bu kimyasal elementin toprakta, su ortamında ve kayalarda birikintilerinin 200.000'den fazla olduğu tahmin edilmektedir. 5 milyon ton.

Serbest durumda uranyum, 3 allotropik modifikasyonla karakterize edilen gri-beyaz bir metaldir: eşkenar dörtgen kristal, dörtgen ve vücut merkezli kübik kafesler. Bu kimyasal elementin kaynama noktası 4200°C.

Uranyum kimyasal olarak aktif bir maddedir. Havada bu element yavaş yavaş oksitlenir, asitlerde kolayca çözünür, suyla reaksiyona girer, ancak alkalilerle etkileşime girmez.

Rusya'daki uranyum cevherleri genellikle çeşitli kriterlere göre sınıflandırılmaktadır. Çoğu zaman eğitim açısından farklılık gösterirler. Evet var endojen, ekzojen ve metamorfojenik cevherler. İlk durumda yüksek sıcaklık, nem ve pegmatit erimelerinin etkisi altında oluşan mineral oluşumlarıdır. Dışsal uranyum mineral oluşumları yüzey koşullarında meydana gelir. Doğrudan dünyanın yüzeyinde oluşabilirler. Bu, yeraltı suyunun dolaşımı ve çökeltilerin birikmesi nedeniyle oluşur. Metamorfojenik mineral oluşumları, başlangıçta dağılmış uranyumun yeniden dağıtımının bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Uranyum içeriğinin düzeyine göre bu doğal oluşumlar şunlar olabilir:

• süper zengin (%0,3'ün üzerinde);
• zengin (%0,1 ila 0,3);
• özel kişiler (%0,05'ten %0,1'e);
• zayıf (%0,03'ten %0,05'e);
• bilanço dışı (%0,01'den %0,03'e).

Uranyumun modern kullanımları

Günümüzde uranyum çoğunlukla roket motorları ve nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılıyor. Bu malzemenin özellikleri dikkate alındığında nükleer silahın gücünün arttırılması da amaçlanıyor. Bu kimyasal element aynı zamanda resimde de uygulamasını bulmuştur. Sarı, yeşil, kahverengi ve siyah pigmentler olarak aktif olarak kullanılmaktadır. Uranyum ayrıca zırh delici mermiler için çekirdek yapımında da kullanılıyor.

Rusya'da uranyum cevheri madenciliği: bunun için neye ihtiyaç var?

Radyoaktif cevherlerin çıkarılması üç ana teknoloji kullanılarak gerçekleştirilir. Cevher yatakları mümkün olduğu kadar yeryüzüne yakın yoğunlaşmışsa, bunların çıkarılması için açık ocak teknolojisinin kullanılması gelenekseldir. Bu, büyük çukurlar kazan ve ortaya çıkan mineralleri damperli kamyonlara yükleyen buldozerlerin ve ekskavatörlerin kullanımını içerir. Daha sonra işleme kompleksine gönderilir.

Bu mineral oluşumu derinde yer aldığında, 2 kilometre derinliğe kadar maden oluşturmayı içeren yeraltı madencilik teknolojisinin kullanılması gelenekseldir. Üçüncü teknoloji öncekilerden önemli ölçüde farklıdır. Uranyum yataklarını geliştirmek için yer altı liçi, sülfürik asidin yataklara pompalandığı kuyuların açılmasını içerir. Daha sonra, elde edilen çözeltinin dünya yüzeyine pompalanması için gerekli olan başka bir kuyu açılır. Daha sonra bu metalin tuzlarının özel bir reçine üzerinde toplanmasını sağlayan bir sorpsiyon sürecinden geçer. SPV teknolojisinin son aşaması reçinenin sülfürik asitle döngüsel olarak işlenmesidir. Bu teknoloji sayesinde bu metalin konsantrasyonu maksimum seviyeye ulaşır.

Rusya'daki uranyum cevheri yatakları

Rusya, uranyum cevheri madenciliğinde dünya liderlerinden biri olarak kabul ediliyor. Geçtiğimiz birkaç on yılda, Rusya bu göstergede sürekli olarak ilk 7 lider ülke arasında yer aldı.

Bu doğal mineral oluşumlarının en büyük yatakları şunlardır:

Dünyanın en büyük uranyum madenciliği yatakları - önde gelen ülkeler

Avustralya, uranyum madenciliğinde dünya lideri olarak kabul ediliyor. Tüm dünya rezervlerinin %30'undan fazlası bu eyalette yoğunlaşmıştır. Avustralya'daki en büyük yataklar Olimpiyat Barajı, Beverly, Ranger ve Honemoon'dur.

Avustralya'nın ana rakibi, dünya yakıt rezervlerinin neredeyse %12'sini barındıran Kazakistan'dır. Kanada ve Güney Afrika, dünya uranyum rezervlerinin %11'ini, Namibya'da %8'ini, Brezilya'da ise %7'sini barındırmaktadır. Rusya %5 ile ilk yediyi kapattı. Liderler listesinde Namibya, Ukrayna ve Çin gibi ülkeler de yer alıyor.

Dünyanın en büyük uranyum yatakları:

Rusya'da uranyum cevheri rezervleri ve üretim hacimleri

Ülkemizde keşfedilen uranyum rezervinin 400 bin tonun üzerinde olduğu tahmin edilmektedir. Aynı zamanda öngörülen kaynak miktarı da 830 bin tonun üzerindedir. 2017 yılı itibarıyla Rusya'da 16 uranyum yatağı bulunmaktadır. Üstelik bunların 15'i Transbaikalia'da yoğunlaşıyor. Uranyum cevherinin ana yatağının Streltsovskoe cevher sahası olduğu düşünülmektedir. Yurt içi yatakların çoğunda üretim şaft yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmektedir.

• Uranyum 18. yüzyılda keşfedildi. 1789 yılında Alman bilim adamı Martin Klaproth cevherden metal benzeri uranyum üretmeyi başardı. İlginç bir şekilde bu bilim adamı aynı zamanda titanyum ve zirkonyumun da kaşifidir.
• Uranyum bileşikleri fotoğrafçılık alanında aktif olarak kullanılmaktadır. Bu öğe pozitifleri renklendirmek ve negatifleri geliştirmek için kullanılır.
• Uranyum ile diğer kimyasal elementler arasındaki temel fark, doğal radyoaktivitesidir. Uranyum atomları zamanla bağımsız olarak değişme eğilimindedir. Aynı zamanda insan gözünün göremeyeceği ışınlar yayarlar. Bu ışınlar 3 türe ayrılır - gama, beta ve alfa radyasyonu (bkz.).

Uranyum, aktinit ailesinden, atom numarası 92 olan kimyasal bir elementtir. En önemli nükleer yakıttır. Yerkabuğundaki konsantrasyonu milyonda 2 kısımdır. Önemli uranyum mineralleri arasında uranyum oksit (U3O8), uraninit (UO2), karnotit (potasyum uranil vanadat), otenit (potasyum uranil fosfat) ve torbernit (sulu bakır uranil fosfat) bulunur. Bunlar ve diğer uranyum cevherleri nükleer yakıt kaynaklarıdır ve bilinen tüm geri kazanılabilir fosil yakıt yataklarından kat kat daha fazla enerji içerirler. 1 kg uranyum 92 U, 3 milyon kg kömürle aynı enerjiyi sağlar.

Keşif tarihi

Kimyasal element uranyum, gümüşi beyaz renkte, yoğun, sert bir metaldir. Sünek, dövülebilir ve cilalanabilir. Havada metal oksitlenir ve ezildiğinde tutuşur. Elektriği nispeten zayıf iletir. Uranyumun elektronik formülü 7s2 6d1 5f3'tür.

Element, 1789 yılında, kendisine yakın zamanda keşfedilen gezegen Uranüs'ün adını veren Alman kimyager Martin Heinrich Klaproth tarafından keşfedilmiş olsa da, metalin kendisi 1841 yılında Fransız kimyager Eugene-Melchior Peligot tarafından uranyum tetraklorürün (UCl 4) indirgenmesiyle izole edildi. potasyum.

Radyoaktivite

Periyodik tablonun 1869'da Rus kimyager Dmitri Mendeleev tarafından oluşturulması, dikkatleri bilinen en ağır element olarak uranyuma yöneltti ve 1940'ta neptunyumun keşfine kadar bu uranyumda kaldı. 1896'da Fransız fizikçi Henri Becquerel, uranyumdaki radyoaktivite olgusunu keşfetti. Bu özellik daha sonra başka birçok maddede de bulundu. Artık tüm izotopları radyoaktif olan uranyumun 238 U (%99,27, yarı ömür - 4.510.000.000 yıl), 235 U (%0,72, yarı ömür - 713.000.000 yıl) ve 234 U'nun (0.006) karışımından oluştuğu bilinmektedir. %, yarı ömür - 247.000 yıl). Bu, örneğin jeolojik süreçleri ve Dünya'nın yaşını incelemek için kayaların ve minerallerin yaşını belirlemeye olanak tanır. Bunu yapmak için uranyumun radyoaktif bozunmasının son ürünü olan kurşun miktarını ölçerler. Bu durumda 238 U başlangıç ​​elemanı, 234 U ise ürünlerden biridir. 235 U, aktinyumun bozunma serisine yol açar.

Zincirleme reaksiyonun keşfi

Kimyasal element uranyum, Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann'ın 1938'in sonunda yavaş nötronlarla bombardıman edildiğinde uranyumda nükleer fisyon keşfettikten sonra yaygın ilginin ve yoğun çalışmanın konusu haline geldi. 1939'un başlarında İtalyan-Amerikalı fizikçi Enrico Fermi, atomik fisyon ürünleri arasında zincirleme reaksiyon oluşturabilecek temel parçacıkların bulunabileceğini öne sürdü. 1939'da Amerikalı fizikçiler Leo Szilard ve Herbert Anderson'ın yanı sıra Fransız kimyager Frederic Joliot-Curie ve meslektaşları da bu öngörüyü doğruladılar. Daha sonraki çalışmalar, bir atomun bölünmesi sırasında ortalama 2,5 nötronun salındığını gösterdi. Bu keşifler, kendi kendine yeten ilk nükleer zincir reaksiyonuna (12/02/1942), ilk atom bombasına (07/16/1945), ilk savaşta kullanımına (08/06/1945), ilk nükleer denizaltıya (08/06/1945) yol açtı. 1955) ve ilk tam ölçekli nükleer santral (1957).

Oksidasyon durumları

Güçlü bir elektropozitif metal olan kimyasal element uranyum suyla reaksiyona girer. Asitlerde çözünür, ancak alkalilerde çözünmez. Önemli oksidasyon durumları +4 (UO2 oksit, UCl4 gibi tetrahalidler ve yeşil su iyonu U4+'da olduğu gibi) ve +6'dır (UO3 oksit, UF6 heksaflorür ve uranil iyonu UO22+'da olduğu gibi). Sulu bir çözeltide uranyum, doğrusal bir yapıya [O = U = O] 2+ sahip olan uranil iyonunun bileşiminde en kararlı olanıdır. Elementin ayrıca +3 ve +5 durumları vardır, ancak bunlar kararsızdır. Kırmızı U 3+ oksijen içermeyen suda yavaş yavaş oksitlenir. UO 2+ iyonunun rengi bilinmemektedir çünkü çok seyreltik çözeltilerde bile orantısızlığa uğrar (UO 2+ hem U 4+'ya indirgenir hem de UO 2 2+'ya oksitlenir).

Nükleer yakıt

Yavaş nötronlara maruz kaldığında, uranyum atomunun bölünmesi nispeten nadir izotop 235 U'da meydana gelir. Bu, doğal olarak oluşan tek bölünebilir malzemedir ve izotop 238 U'dan ayrılması gerekir. Bununla birlikte, emilim ve negatif beta bozunmasından sonra uranyum, -238, yavaş nötronların etkisi altında parçalanan sentetik element plütonyuma dönüşür. Bu nedenle, fisyonun nadir 235 U ile desteklendiği ve plütonyumun 238 U'nun dönüşümü ile eş zamanlı olarak üretildiği dönüştürücü ve besleyici reaktörlerde doğal uranyum kullanılabilir. Bölünebilir 233 U, nükleer yakıt olarak kullanılmak üzere yaygın olarak oluşan doğal olarak oluşan izotop toryum-232'den sentezlenebilir. Uranyum, sentetik uranyum ötesi elementlerin elde edildiği birincil malzeme olarak da önemlidir.

Uranyumun diğer kullanımları

Kimyasal elementin bileşikleri daha önce seramik boyası olarak kullanılıyordu. Heksaflorür (UF 6), 25 °C'de alışılmadık derecede yüksek buhar basıncına (0,15 atm = 15.300 Pa) sahip bir katıdır. UF 6 kimyasal olarak çok reaktiftir, ancak buhar halindeki aşındırıcı doğasına rağmen UF 6, zenginleştirilmiş uranyum üretmek için gaz difüzyonu ve gaz santrifüj yöntemlerinde yaygın olarak kullanılır.

Organometalik bileşikler, metal-karbon bağlarının metali organik gruplara bağladığı ilginç ve önemli bir bileşik grubudur. Uranosen, uranyum atomunun siklooktatetraen C8H8 ile ilişkili iki organik halka katmanı arasına sıkıştırıldığı organouranik bir U(C8H8)2 bileşiğidir. 1968'deki keşfi organometalik kimyada yeni bir alanın kapısını açtı.

Seyreltilmiş doğal uranyum, zırh delici mermilerde ve tank zırhında radyasyondan korunma, balast olarak kullanılır.

Geri dönüşüm

Kimyasal element çok yoğun olmasına rağmen (19,1 g/cm3) nispeten zayıf, yanıcı olmayan bir maddedir. Aslında, uranyumun metalik özellikleri onu gümüş ile diğer gerçek metaller ve metal olmayanlar arasında bir yere yerleştiriyor gibi görünüyor, bu nedenle yapısal bir malzeme olarak kullanılmıyor. Uranyumun ana değeri, izotoplarının radyoaktif özelliklerinde ve fisyon yeteneklerinde yatmaktadır. Doğada metalin tamamına yakını (%99,27) 238 U'dan oluşur. Geriye kalanlar ise 235 U (%0,72) ve 234 U'dur (%0,006). Bu doğal izotoplardan yalnızca 235 U, nötron ışınlaması ile doğrudan bölünür. Bununla birlikte, emildiğinde 238 U, 239 U'yu oluşturur ve bu, sonuçta nükleer güç ve nükleer silahlar için büyük önem taşıyan bölünebilir bir malzeme olan 239 Pu'ya dönüşür. Başka bir bölünebilir izotop olan 233 U, 232 Th'nin nötron ışınlaması ile oluşturulabilir.

Kristal formları

Uranyumun özellikleri, normal koşullar altında bile oksijen ve nitrojen ile reaksiyona girmesine neden olur. Daha yüksek sıcaklıklarda çok çeşitli alaşım metalleriyle reaksiyona girerek intermetalik bileşikler oluşturur. Elementin atomlarının oluşturduğu özel kristal yapılar nedeniyle diğer metallerle katı çözeltilerin oluşması nadirdir. Oda sıcaklığı ile 1132 °C erime noktası arasında, uranyum metali alfa (α), beta (β) ve gama (γ) olarak bilinen 3 kristal formda bulunur. α- durumundan β durumuna dönüşüm 668 °C'de ve β'dan γ'ya dönüşüm 775 °C'de gerçekleşir. γ-uranyum vücut merkezli kübik kristal yapıya sahipken, β tetragonal kristal yapıya sahiptir. α fazı oldukça simetrik ortorombik yapıdaki atom katmanlarından oluşur. Bu anizotropik bozuk yapı, alaşım metal atomlarının uranyum atomlarının yerini almasını veya kristal kafes içinde aralarındaki boşluğu doldurmasını önler. Yalnızca molibden ve niyobyumun katı çözeltiler oluşturduğu bulundu.

cevher

Yerkabuğunda milyonda 2 parça uranyum bulunur, bu da doğada yaygın olarak bulunduğunu gösterir. Okyanusların bu kimyasal elementten 4,5 × 10 9 ton içerdiği tahmin edilmektedir. Uranyum, 150'den fazla farklı mineralin önemli bir bileşenidir ve diğer 50 mineralin de küçük bir bileşenidir. Magmatik hidrotermal damarlarda ve pegmatitlerde bulunan birincil mineraller arasında uraninit ve onun varyantı pitchblend bulunur. Bu cevherlerde element, oksidasyon nedeniyle UO 2 ile UO 2,67 arasında değişebilen dioksit formunda bulunur. Uranyum madenlerinden elde edilen diğer ekonomik açıdan önemli ürünler, otunit (hidratlı kalsiyum uranil fosfat), tobernit (hidratlı bakır uranil fosfat), tabut (siyah hidratlı uranyum silikat) ve karnotittir (hidratlı potasyum uranil vanadat).

Bilinen düşük maliyetli uranyum rezervlerinin %90'ından fazlasının Avustralya, Kazakistan, Kanada, Rusya, Güney Afrika, Nijer, Namibya, Brezilya, Çin, Moğolistan ve Özbekistan'da bulunduğu tahmin edilmektedir. Ontario, Kanada'daki Huron Gölü'nün kuzeyinde bulunan Elliot Gölü'nün konglomera kaya oluşumlarında ve Güney Afrika Witwatersrand altın madeninde büyük yataklar bulunur. ABD'nin batısındaki Colorado Platosu ve Wyoming Havzası'ndaki kum oluşumları da önemli miktarda uranyum rezervi içeriyor.

Üretme

Uranyum cevherleri hem yüzeye yakın hem de derin (300-1200 m) yataklarda bulunur. Yeraltında dikişin kalınlığı 30 m'ye ulaşır Diğer metallerin cevherlerinde olduğu gibi, büyük hafriyat ekipmanı kullanılarak yüzeyde uranyum çıkarılır ve derin yatakların geliştirilmesi geleneksel dikey ve eğimli yöntemler kullanılarak gerçekleştirilir. mayınlar. 2013 yılında dünya uranyum konsantresi üretimi 70 bin ton olarak gerçekleşti.En verimli uranyum madenleri Kazakistan (tüm üretimin %32'si), Kanada, Avustralya, Nijer, Namibya, Özbekistan ve Rusya'da bulunuyor.

Uranyum cevherleri tipik olarak yalnızca küçük miktarlarda uranyum içeren mineraller içerir ve doğrudan pirometalurjik yöntemlerle eritilemez. Bunun yerine, uranyumun çıkarılması ve saflaştırılması için hidrometalurjik prosedürler kullanılmalıdır. Konsantrasyonun arttırılması, işleme devrelerindeki yükü önemli ölçüde azaltır, ancak cevher işleme için yaygın olarak kullanılan yerçekimi, yüzdürme, elektrostatik ve hatta manuel ayırma gibi geleneksel zenginleştirme yöntemlerinden hiçbiri uygulanamaz. Birkaç istisna dışında bu yöntemler önemli miktarda uranyum kaybına neden olur.

Yanan

Uranyum cevherlerinin hidrometalurjik işlenmesinden önce genellikle yüksek sıcaklıkta kalsinasyon aşaması gelir. Fırınlama kili kurutur, karbonlu maddeleri uzaklaştırır, kükürt bileşiklerini zararsız sülfatlara oksitler ve sonraki işlemlere müdahale edebilecek diğer indirgeyici maddeleri oksitler.

Liç

Uranyum, kavrulmuş cevherlerden hem asidik hem de alkali sulu çözeltilerle ekstrakte edilir. Tüm liç sistemlerinin başarılı bir şekilde çalışması için, kimyasal elementin ya başlangıçta daha stabil altı değerlikli formda mevcut olması ya da işlem sırasında bu duruma oksitlenmesi gerekir.

Asit liçi genellikle cevher ve çözücü karışımının ortam sıcaklığında 4-48 saat karıştırılmasıyla gerçekleştirilir. Özel durumlar dışında sülfürik asit kullanılır. Nihai sıvıyı 1,5 pH'ta elde etmeye yetecek miktarlarda sağlanır. Sülfürik asit liç şemaları, dört değerlikli U4+'yi altı değerlikli uranile (UO22+) oksitlemek için tipik olarak manganez dioksit veya klorat kullanır. Tipik olarak ton başına yaklaşık 5 kg manganez dioksit veya 1,5 kg sodyum klorat U4+ oksidasyonu için yeterlidir. Her iki durumda da oksitlenmiş uranyum, sülfürik asitle reaksiyona girerek uranil sülfat kompleksi anyonu 4-'yi oluşturur.

Kalsit veya dolomit gibi önemli miktarda temel mineral içeren cevher, 0,5-1 molar sodyum karbonat çözeltisiyle süzülür. Çeşitli reaktifler üzerinde çalışılmış ve test edilmiş olmasına rağmen, uranyum için ana oksitleyici madde oksijendir. Tipik olarak cevher, atmosferik basınçta ve 75-80 °C sıcaklıkta, spesifik kimyasal bileşime bağlı bir süre boyunca havada liç edilir. Alkali, kolayca çözünebilen kompleks iyon 4-'yi oluşturmak için uranyumla reaksiyona girer.

Asit veya karbonat liçinden kaynaklanan çözeltiler daha sonraki işlemlerden önce berraklaştırılmalıdır. Killerin ve diğer cevher bulamaçlarının büyük ölçekli ayrılması, poliakrilamidler, guar sakızı ve hayvan tutkalı dahil olmak üzere etkili topaklaştırıcı maddelerin kullanılmasıyla sağlanır.

çıkarma

4- ve 4- kompleks iyonları, ilgili iyon değiştirme reçinesi liç çözeltilerinden emilebilir. Adsorpsiyon ve elüsyon kinetiği, parçacık boyutu, stabilite ve hidrolik özellikleriyle karakterize edilen bu özel reçineler, sabit yatak, hareketli yatak, sepet reçinesi ve sürekli reçine gibi çeşitli işleme teknolojilerinde kullanılabilir. Tipik olarak, emilen uranyumun ayrıştırılması için sodyum klorür ve amonyak veya nitrat çözeltileri kullanılır.

Uranyum, solvent ekstraksiyonu yoluyla asidik cevher sıvılarından izole edilebilir. Alkilfosforik asitlerin yanı sıra ikincil ve üçüncül alkilaminler endüstride kullanılmaktadır. Genellikle, 1 g/L'den fazla uranyum içeren asit filtratları için iyon değiştirme yöntemleri yerine solvent ekstraksiyonu tercih edilir. Ancak bu yöntem karbonat liçi için geçerli değildir.

Uranyum daha sonra uranil nitrat oluşturmak üzere nitrik asit içerisinde çözündürülerek saflaştırılır, ekstrakte edilir, kristalleştirilir ve UO3 trioksit oluşturmak üzere kalsine edilir. İndirgenmiş dioksit UO2, hidrojen florür ile reaksiyona girerek tetaflorür UF4'ü oluşturur; buradan uranyum metali, 1300 °C sıcaklıkta magnezyum veya kalsiyum ile indirgenir.

Tetraflorür, zenginleştirilmiş uranyum-235'i gazlı difüzyon, gaz santrifüjlemesi veya sıvı termal difüzyon yoluyla ayırmak için kullanılan UF 6 heksaflorürü oluşturmak üzere 350 °C'de florlanabilir.

Uranyum (U) madenciliği modern toplum için büyük önem taşımaktadır. Bu en ağır metal nükleer endüstride yakıt olarak kullanılıyor ve ondan nükleer silahlar yapılıyor. Barışçıl amaçlarla cam, boya ve vernik üretiminde kullanılırlar. Saf uranyum doğal koşullarda oluşmaz, minerallerin ve cevherlerin bir parçasıdır.

Dünya rezervleri

Şu anda çok sayıda yatakta uranyum madenciliği yapılıyor. Yirmi kilometre derinlikteki yeryüzü katmanında, insanlığa gelecek yüzyıllar boyunca yakıt sağlayabilecek etkileyici sayıda ton uranyum cevheri bulunmaktadır. Uranyum dünya çapında 28 ülkede çıkarılmaktadır. Ancak dünyanın ana rezervleri, pazarın %90'ını paylaşan 10 ülkeye ait.

Avustralya. Bu ülkede 19 büyük mevduat var. İçlerindeki U rezervleri 661.000 tondur (pay, tüm dünya mevduatlarının% 31,18'ini oluşturur).

Kazakistan. 16 önemli U üretim noktasına sahip olup, yatak hacmi 629.000 ton olup, dünya rezervlerinin toplam payının %11,81'ini oluşturmaktadır.

Rusya. Rusya Federasyonu'nun küresel uranyum endüstrisindeki payı %9,15'tir. U rezervleri 487 bin ton, U üretiminin ise 830 bin tona çıkması bekleniyor.

Kanada. Maden rezervleri 468.000 ton civarında olup, dünya pazarının %8,80'ini oluşturmaktadır. Uranyum üretimi yılda 9 bin tondur.

Nijer. Ülkenin uranyum yatakları 421.000 ton olup dünya rezervlerinin toplam payının %7,9'unu oluşturmaktadır. 4 yataktan yılda 4,5 bin ton U çıkarılıyor.

GÜNEY AFRİKA. Ülkedeki U rezervleri 297.000 tondur; dünya rezervlerinin yaklaşık %6'sını oluşturur. Güney Afrika'da yılda 540 ton uranyum çıkarılıyor.

Brezilya. Ülkenin göstergesi 276.700 ton uranyum cevheridir. Yıllık U üretimi 198 tondur.

Namibya. Ülkenin uranyum rezervi 261.000 ton olup Namibya'da dört büyük U yatağı bulunmaktadır.

AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki toplam U rezervleri 207.000 tondur.

Çin. Ülkenin göstergesi 166.000 ton olup, Kuzey Kore'de yılda yaklaşık 1,5 bin ton uranyum cevheri çıkarılmaktadır.

Dünyanın en büyük uranyum yatakları

Rusya'da ana uranyum madenciliği varlıkları üzerindeki kontrol Rosatom şirketi tarafından gerçekleştiriliyor. Uranium One'ın Uluslararası Madencilik Bölümü'nü birleştiriyor ve ABD, Kazakistan ve Tanzanya'da hisse portföyüne sahip.

Uranyum cevherlerinin özellikleri

Uranyum türleri

Doğal uranyum 3 izotopun etkileşiminden oluşur: U238, U235, U234. Metalin radyoaktif özellikleri izotoplar 238 ve onun yavru nükleotidi 234'ten etkilenir. Bu atomların U'da bulunması nedeniyle uranyum, nükleer santraller ve nükleer silahlar için yakıt üretiminde kullanılır. U235 izotopunun aktivitesi 21 kat daha zayıf olmasına rağmen, üçüncü taraf aktif elementler olmadan nükleer zincir reaksiyonunu sürdürme kapasitesine sahiptir.

Doğal izotopların yanı sıra yapay U atomları da vardır.

En az 23 tür bilinmektedir. U233 izotopu özel ilgiyi hak ediyor, toryum-232'nin termal nötronların etkisi altında nötronlar ve fisyonlarla ışınlanmasıyla oluşur. Bu yetenek, U233'ü nükleer reaktörler için en uygun enerji kaynağı haline getirir.

Cevher sınıflandırması

Doğal uranyum cevheri terimi, yüksek konsantrasyonda uranyum içeren bir mineral oluşumunu ifade eder. Uranyum yatakları geliştirilirken, kural olarak, diğer radyoaktif metaller (radyum ve polonyum) bitişik olarak elde edilir. Uranyum içeren kayaların bileşimi farklılık gösterebilir. Katmanların yapısı değerli metalin çıkarılması yöntemini etkiler.

Oluşum koşullarına göre cevher aşağıdakilere ayrılabilir:

• endojen;
• ekzojen;
• metamorfojenik.

Cevherleşme türüne göre uranyum cevherleri ayırt edilir:

• öncelik;
• oksitlenmiş;
• karışık.

Tane boyutu sınıflandırması:

• dağınık, dağılmış (<0,015 мм);
• ince taneli (0,015–0,1 mm);
• ince taneli (0,1–3 mm);
• orta taneli (3 ila 25 mm);
• iri taneli (> 25 mm).

• molibden;
• anadyum;
• uranyum-kobalt-nikel-bizmut;
• monoor.

Kimyasal bileşime göre sınıflandırma:

• karbonat;
• Demir oksit;
• silikat;
• sülfür;
• kostobiyolik.

Cevher işleme yöntemine göre bölünür:

• cevherin kimyasal bileşiminde karbonat mevcutsa soda çözeltisi kullanılır;
• asit silikat kayaçları için kullanılır;
• Bileşimin demir oksit olması durumunda yüksek fırında eritme yöntemi kullanılır.

• fakir (< 0,1%);
• sıradan (%0,25–0,1);
• ortalama (%0,5–0,25);
• zengin (%1-0,5);
• çok zengin (>%1 U).

Toprak katmanındaki içeriği en az %0,5 ise uranyumun çıkarılması mantıklıdır. Kaya katmanında %0,015'ten az uranyum varsa yan ürün olarak çıkarılır.

Uranyum cevheri madenciliği yöntemleri

Uranyum madenciliğinin üç ana yöntemi vardır:

• açık (veya taş ocağı);
• maden (yeraltı);
• süzme.

Bütün bu yöntemler birçok faktöre bağlıdır. Örneğin kaya birikintilerinin derinliği, izotop bileşimi vb.

Kayanın sığ olması ve onu çıkarmak için özel ekipmanlarla donatılması yeterlidir:

• çöp kamyonları;
• buldozerler;
• yükleyiciler.

Açık ocaktan uranyum madenciliği yöntemi uzun süredir kullanılmaktadır. Bu yöntemin avantajlarından biri madencilerin radyasyona maruz kalma riskinin minimum olmasıdır. Ancak açık yöntemin önemli bir dezavantajı, geliştirilmekte olan arsaya onarılamaz çevresel zarar vermesidir.

Maden madenciliği yöntemi maddi açıdan daha pahalıdır. Uranyum çıkarmak için iki kilometre derinliğe kadar maden açıyorlar, bu işaretin altında madencilik yapılırsa yakıt çok pahalı olacak. Her durumda, madencilik şirketlerinin madencileri ilgili tüm ekipman ve radyasyondan korunma ile donatmaları gerekmektedir. VE Radonu uzaklaştırmak ve madene temiz hava sağlamak için gerekli havalandırma sistemlerini kurun. Madende metal, delme ve patlatma yöntemi kullanılarak kaya kütlesinden çıkarılır.

Uranyum madenciliğinin liç yöntemi optimal kabul edilir. Kayaya, özel bir kimyasal bileşime sahip bir süzme reaktifi olan bir çözeltinin pompalandığı kuyular açılır. Cevher yataklarının derinliklerinde çözünür ve değerli metal bileşikleri ile doyurulur.

sonuçlar

Yeraltı liçi kullanılarak yapılan uranyum madenciliği, yukarıda belirtilen yöntemlere göre çevreye önemli ölçüde daha az zarar verir. Zamanla, geliştirilen arazide ıslah süreçleri meydana gelir. Bu yöntemin kullanılması ekonomik maliyetleri azaltabilir. Ancak bunun da sınırlamaları var. Sadece kumtaşı ve yeraltı suyu seviyesinin altında kullanılmaz.

Video: Uranyum madenciliği

Gezegen ölçeğinde bir keşif. Buna Uranüs'ün bilim adamları tarafından keşfi denilebilir. Gezegen 1781'de keşfedildi.

Keşfi, bunlardan birine isim verilmesinin nedeni oldu periyodik tablonun elemanları. Uranüs metal 1789'da reçine harmanından izole edildi.

Yeni gezegen hakkındaki heyecan henüz azalmamıştı, bu nedenle yeni maddeye isim verme fikri henüz yüzeydeydi.

18. yüzyılın sonlarında radyoaktivite kavramı henüz ortaya çıkmamıştı. Bu arada karasal uranyumun ana özelliği budur.

Onunla çalışan bilim adamları farkında olmadan radyasyona maruz kaldılar. Öncü kimdi ve elementin diğer özelliklerinin neler olduğunu daha fazla anlatacağız.

Uranyumun özellikleri

Uranyum - element, Martin Klaproth tarafından keşfedildi. Reçineyi kostikle kaynaştırdı. Füzyon ürünü tamamen çözünmemiştir.

Klaproth, mineralin bileşiminde sözde bulunmadığını fark etti. Daha sonra bilim adamı blende'yi .

Yeşil altıgenler çözümden düştü. Kimyager onları sarı kana, yani potasyum hekzasiyanoferrat'a maruz bıraktı.

Çözeltiden kahverengi bir çökelti çöktü. Klaproth bu oksidi keten tohumu yağıyla onardı ve kalsine etti. Sonuç bir tozdu.

Zaten kahverengiyle karıştırarak kalsine etmem gerekiyordu. Sinterlenmiş kütlede yeni metal tanecikleri bulundu.

Daha sonra öyle olmadığı ortaya çıktı saf uranyum ve onun dioksiti. Element yalnızca 60 yıl sonra, 1841'de ayrı olarak elde edildi. Ve 55 yıl sonra Antoine Becquerel radyoaktivite olgusunu keşfetti.

Uranyumun radyoaktivitesi elementin çekirdeğinin nötronları ve fragmanları yakalama yeteneği nedeniyle. Aynı zamanda etkileyici bir enerji açığa çıkar.

Radyasyonun ve parçaların kinetik verileri ile belirlenir. Çekirdeklerin sürekli bölünmesini sağlamak mümkündür.

Zincirleme reaksiyon, doğal uranyumun 235'inci izotopuyla zenginleştirilmesiyle başlar. Metale eklenmiş gibi değil.

Aksine, düşük radyoaktif ve etkisiz 238'inci nüklidin yanı sıra 234'üncü nüklid de cevherden çıkarılır.

Karışımlarına tükenmiş, kalan uranyuma ise zenginleştirilmiş denir. Sanayicilerin ihtiyacı olan da tam olarak budur. Ancak bunun hakkında ayrı bir bölümde konuşacağız.

Uranüs yayılır, gama ışınlarıyla hem alfa hem de beta. Siyaha sarılı bir fotoğraf plakası üzerinde metalin etkisi görülerek keşfedildi.

Yeni elementin bir şeyler yaydığı belli oldu. Curie'ler tam olarak bunun ne olduğunu araştırırken Maria, kimyagerin kan kanserine yakalanmasına neden olan bir doz radyasyon aldı ve kadın 1934'te bundan öldü.

Beta radyasyonu yalnızca insan vücuduna değil aynı zamanda metalin kendisine de zarar verebilir. Uranyumdan hangi element oluşur? Cevap: - kısaca.

Aksi takdirde buna protaktinyum denir. 1913 yılında uranyum çalışmaları sırasında keşfedildi.

İkincisi, dış etkiler ve reaktifler olmadan, yalnızca beta bozunmasından dolayı breviuma dönüşür.

Dışarıdan uranyum – kimyasal element- metalik parlaklığa sahip renkler.

Bu, 92 maddesinin ait olduğu tüm aktinitlerin neye benzediğidir. Grup 90 numarayla başlayıp 103 numarayla bitiyor.

Listenin başında yer alıyor radyoaktif element uranyum Oksitleyici bir ajan olarak kendini gösterir. Oksidasyon durumları 2., 3., 4., 5., 6. olabilir.

Yani 92. metal kimyasal olarak aktiftir. Uranyumu toz haline getirirseniz havada kendiliğinden tutuşacaktır.

Her zamanki haliyle madde oksijenle temas ettiğinde oksitlenerek yanardöner bir filmle kaplanır.

Sıcaklığı 1000 santigrat dereceye getirirseniz, kimya uranyum elementi ile bağlantı . Bir metal nitrür oluşur. Bu maddenin rengi sarıdır.

Onu suya atın ve tıpkı saf uranyum gibi çözünecektir. Tüm asitler de onu aşındırır. Element, hidrojeni organik elementlerden uzaklaştırır.

Uranyum ayrıca onu tuz çözeltilerinden dışarı iter, , , , . Böyle bir çözelti çalkalanırsa 92. metalin parçacıkları parlamaya başlayacaktır.

Uranyum tuzları kararsızdır, ışıkta veya organik madde varlığında parçalanır.

Element belki de yalnızca alkalilere karşı kayıtsızdır. Metal onlarla reaksiyona girmez.

Uranyumun keşfi süper ağır bir elementin keşfidir. Kütlesi, metalin veya daha doğrusu onunla birlikte bulunan minerallerin cevherden izole edilmesini mümkün kılar.

Ezip suya dökmeniz yeterlidir. Önce uranyum parçacıkları çökecek. Metal madenciliğinin başladığı yer burasıdır. Ayrıntılar bir sonraki bölümde.

Uranyum madenciliği

Ağır bir çökelti alan sanayiciler konsantreyi süzüyor. Amaç uranyumu çözeltiye dönüştürmektir. Sülfürik asit kullanılır.

Tar için bir istisna yapılmıştır. Bu mineral asitte çözünmediği için alkaliler kullanılır. Zorlukların sırrı uranyumun 4 değerlikli halindedir.

Asit liçi de işe yaramaz. Bu minerallerde 92. metal de 4 değerliklidir.

Bu, kostik soda olarak bilinen hidroksit ile işlenir. Diğer durumlarda oksijen temizliği iyidir. Sülfürik asiti ayrıca stoklamaya gerek yoktur.

Sülfür mineralli cevheri 150 dereceye kadar ısıtmak ve üzerine oksijen akışını yönlendirmek yeterlidir. Bu, yıkanıp giden asit oluşumuna yol açar Uranüs.

Kimyasal element ve uygulaması saf metal formlarıyla ilişkilidir. Safsızlıkları gidermek için sorpsiyon kullanılır.

İyon değiştirme reçineleri üzerinde gerçekleştirilir. Organik çözücülerle ekstraksiyon da uygundur.

Amonyum uranatları çökeltmek, nitrik asit içinde çözmek ve tabi tutmak için çözeltiye alkali eklemek kalır.

Sonuç 92. elementin oksitleri olacaktır. 800 dereceye kadar ısıtılır ve hidrojen ile indirgenir.

Nihai oksit dönüştürülür uranyum florür saf metalin kalsiyum-termal indirgeme yoluyla elde edildiği. Gördüğünüz gibi basit bir şey değil. Neden bu kadar çabalayasınız ki?

Uranyum uygulamaları

92. metal nükleer reaktörlerin ana yakıtıdır. Yalın bir karışım sabit olanlar için uygundur ve enerji santralleri için zenginleştirilmiş bir element kullanılır.

235'inci izotop aynı zamanda nükleer silahların da temelini oluşturur. İkincil nükleer yakıt ayrıca metal 92'den de elde edilebilir.

Burada şu soruyu sormakta yarar var. uranyum hangi elemente dönüşür?. 238. izotopundan başka bir radyoaktif, süper ağır maddedir.

Tam 238. sırada uranyum Harika yarı ömür 4,5 milyar yıl sürer. Bu kadar uzun vadeli yıkım, düşük enerji yoğunluğuna yol açar.

Uranyum bileşiklerinin kullanımını düşünürsek oksitleri faydalıdır. Cam sanayinde kullanılırlar.

Oksitler boya görevi görür. Soluk sarıdan koyu yeşile kadar elde edilebilir. Malzeme ultraviyole ışınlarda floresans yayar.

Bu özellik sadece camlarda değil aynı zamanda uranyum sırlarında da kullanılmaktadır. İçlerindeki uranyum oksitler %0,3 ile %6 arasında değişmektedir.

Sonuç olarak arka plan güvenlidir ve saatte 30 mikronu geçmez. Uranyum elementlerinin fotoğrafı Daha doğrusu onun katılımıyla ürünler çok renkli. Cam ve tabakların parıltısı göze çarpıyor.

Uranyum fiyatı

Bir kilogram zenginleştirilmemiş uranyum oksit için yaklaşık 150 dolar veriyorlar. Zirve değerleri 2007 yılında gözlendi.

Daha sonra maliyet kilo başına 300 dolara ulaştı. Uranyum cevherlerinin geliştirilmesi, 90-100 konvansiyonel birim fiyatla bile karlı kalacaktır.

Uranyum elementini kim keşfetti, yer kabuğundaki rezervlerinin ne olduğunu bilmiyordu. Artık sayılıyorlar.

Kârlı üretim fiyatına sahip büyük mevduatlar 2030 yılına kadar tükenecek.

Yeni yataklar keşfedilmezse veya metale alternatif bulunamazsa maliyeti artacaktır.

Normal koşullar altında, radyoaktif element olan uranyum, büyük atomik (moleküler) kütleye (238.02891 g/mol) sahip bir metaldir. Bu göstergeye göre ikinci sırada yer alıyor çünkü Ondan daha ağır olan tek şey plütonyumdur. Uranyum üretimi bir dizi teknolojik işlemin sıralı uygulanmasıyla ilişkilidir:

• kaya konsantrasyonu, ezilmesi ve sudaki ağır fraksiyonların çökelmesi
• konsantre liç veya oksijen temizleme
• uranyumun katı duruma dönüştürülmesi (oksit veya tetraflorür UF 4)
• Hammaddenin nitrik asit içinde çözülmesiyle uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2 elde edilmesi
• UO 3 oksit elde etmek için kristalizasyon ve kalsinasyon
• UO2 elde etmek için hidrojen ile indirgeme
• hidrojen florür gazı eklenerek UF 4 tetraflorür elde edilmesi
• magnezyum veya kalsiyum kullanılarak uranyum metalinin indirgenmesi

Uranyum mineralleri

En yaygın U mineralleri şunlardır:

• pitchblend (uraninit) “ağır su” olarak adlandırılan en ünlü oksittir.
• Karnotit
• Tyuyamunit
• Torburnit
• Samarskit
• Branerit
• Kasolit
• İftira

Uranyum üretimi

Küresel uranyum pazarında dünya liderlerinden biri olan Rus şirketi Rosatom'a göre, 2014 yılında gezegende 3 bin tondan fazla uranyum çıkarıldı. Aynı zamanda, bu devlet kurumunun madencilik bölümünün temsilcilerine göre, bu metalin Rusya rezervlerinin hacmi 727,2 bin tondur (dünyada 3. sıra), bu da onlarca yıl boyunca gerekli hammaddelerin kesintisiz tedarikini garanti etmektedir. .

Uranyumun ana kimyasal özellikleri tabloda sunulmaktadır:

U elementi, küriyum ve plütonyum gibi, aktinit ailesinin yapay olarak üretilen bir elementidir. Kimyasal özellikleri birçok yönden tungsten, molibden ve kroma benzer. Uranyum, değişken değerliliğin yanı sıra karmaşık bir iyon olan (UO 2) + 2 - uranil oluşturma eğilimi ile karakterize edilir.

Uranyum zenginleştirme yöntemleri

Bilindiği gibi doğal U 3 izotop içerir:

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

Uranyum zenginleştirmesi, bağımsız bir nükleer zincir reaksiyonu gerçekleştirebilen tek izotop olan metaldeki 235U izotopunun payında bir artış anlamına gelir.

Uranyumun nasıl zenginleştirildiğini anlamak için zenginleşme derecesini hesaba katmak gerekir:

• içerik %0,72 - bazı güç reaktörlerinde kullanılabilir
• %2-5 – çoğu güç reaktöründe kullanılır
• %20'ye kadar (düşük zenginleştirilmiş) - deneysel reaktörler için
• %20'den fazlası (yüksek oranda zenginleştirilmiş veya silah sınıfı) – nükleer reaktörler, silahlar.

Uranyum nasıl zenginleştirilir? Uranyumu zenginleştirmenin birçok yöntemi vardır ancak en uygulanabilir olanları şunlardır:

• elektromanyetik – temel parçacıkların özel bir hızlandırıcıda hızlandırılması ve manyetik alanda bükülmeleri
• aerodinamik – özel nozullardan uranyum gazı üfleme
• gaz santrifüjleme - santrifüjdeki uranyum gazı hareket eder ve ataletle ağır molekülleri santrifüjün duvarlarına doğru iter
• uranyum zenginleştirmenin gaz difüzyon yöntemi - hafif uranyum izotoplarının özel membranların küçük gözenekleri yoluyla “elenmesi”

Uranyumun ana uygulaması nükleer reaktörler, nükleer enerji santrali reaktörleri ve nükleer enerji santralleri için yakıttır. Ayrıca 235U izotopu nükleer silahlarda kullanılırken, yüksek oranda 238U içeren zenginleştirilmemiş metal, ikincil nükleer yakıt olan plütonyumun elde edilmesini mümkün kılıyor.