Уран - химическо училище
уран (кръстен на планетата Уран) е химичен елемент със символа на елемента U и атомния номер 92. В периодичната таблица той е в групата на актиноидите (7-ми период, f-блок). Уранът е метал, чиито изотопи са радиоактивни. Уранът, който се среща естествено в минералите, се състои от около 99,3% от изотопа 238 U и 0,7% от 235 U.
Уранът придобива особено значение след откриването на ядреното делене през 1938 г.: изотопът на урана 235 U може да се разцепи от топлинни неутрони; Освен изключително редкия 239 Pu, това е единственият известен естествено срещащ се нуклид, който е способен на верижна реакция на ядрено делене. Ето защо се използва като първичен енергиен източник в атомните електроцентрали и ядрените оръжия.
история
Уранът е изолиран от минералната смола през 1789 г. от немския професор по химия и фармацевт Мартин Хайнрих Клапрот (1743–1817), който тогава живее в Берлин. Той е кръстен на планетата Уран (и по този начин на гръцкия бог Уранос), който е открит осем години по-рано (1781) от Фридрих Вилхелм Хершел (1738–1822). На 24 септември 1789 г. Клапрот обявява откритието в речта си пред Пруската академия на науките. Първо беше откритието му Уранит наречен, 1790 г. тогава Уран преименуван. Клапрот направи своето откритие, докато анализира рудата от мината "Георг Вагсфорт" във Витигщал близо до Йохангеоргенщат в Саксония. Той третира рудата с киселина и я нагрява силно. Резултатът е черен прах, който той нарича уран.
Клапрот наистина беше идентифицирал нов елемент, но това, което бе спечелил, не беше самият елемент уран, а оксид. Едва петдесет години по-късно през 1841 г. френският Йожен Пелиго успява да извлече чист уран метал. През първата половина на 19 век уранът се добива заедно с други минерали в Сейнт Йоакимщал и в някои мини в Корнуол (Англия).
Урановите съединения са били използвани през 19-ти век за оцветяване на стъкло и керамика за придаване на вази и декоративни предмети, но също така и на ежедневни предмети като купи, чаши и др. В жълто-зелен цвят (ана зелен). Производителите на стъкло от Йоахимщал (Бохемия) използват тази технология още през 1826 г. Използването на уран за оцветяване на стъкло продължава до средата на 20-ти век, едва тогава е заменено от други, по-малко съмнителни оцветяващи минерали. Керамичните глазури, вариращи от оранжево до ярко червено, са използвани за всичко - от съдове до архитектурни аксесоари.
До края на 20-ти век, уранил нитратът се използва във фотографията за кафяво и червено оцветяване на плъзгащи се плочи, платинени снимки и бромидни сребърни снимки. [7]
Рисковете за здравето от използването или събирането на ураново стъкло и керамика с уранова глазура все още са спорни точки сред колекционерите и учените.
Антоан Анри Бекерел за първи път установява, че уранът е радиоактивен през 1896 година.
Уранът отдавна се счита за елемента с най-голям атомен номер, който се среща естествено. През 1971 г. обаче са открити най-малките следи от плутониевия изотоп 244 Pu, така че плутонийът замества урана като последния известен природен елемент. [8-ми]
Поява
Уранът не се среща естествено в природата, а винаги в минерали, съдържащи кислород. Важните уранови минерали включват бранит и уранинит (оксиди), торбернит, хайнрихит и карнотит (фосфати, арсенати и ванадати), както и кофинит и уранофан (силикати). Общо има около 230 уранови полезни изкопаеми, които също могат да имат местно икономическо значение. Псевдоморфозите на урановите минерали (обикновено уранинит под формата на смола) след изкопаемо дърво или бактерии също могат да се образуват в седиментни отлагания. [9]
Двата решаващи фактора за разпространението на радиоактивния елемент уран на земята са, от една страна, литофилният характер на елемента и различната му подвижност във водни разтвори при окислителни и редуциращи условия. Литофилният характер гарантира, че уранът се натрупва в богати на силикати стопилки. Следователно фелзиевите магматити като гранит като плутонит или риолит като вулканит обикновено съдържат най-високите концентрации на този елемент. Континенталната кора е областта на земята с най-високи нива на уран, средно 2,5 ppm, докато океанската кора и мантия имат порядъци по-ниски нива на уран. В магматичните скали уранът обикновено се вгражда в спомагателни минерали като циркон или моназит, с които много добре може да се определи възрастта на скалите.
Различната разтворимост на урана при окислителни или редуциращи условия в разтвори е вторият решаващ фактор за разпределението на елемента и играе основна роля при образуването на уранови находища. При окислителни условия (UO2 2+) уранът е относително подвижен във водни разтвори, докато при редуциращи условия (U 4+) той е слабо разтворим. Следователно редокс границите често са фактори, контролиращи депозита за елемента.
Въз основа на горните фактори и няколко други, има широк спектър от уранни находища от магматични хидротермални до седиментни видове. МААЕ прави разлика между важни отделни видове.
Най-високото съдържание на уран се постига в залежи, свързани с несъответствие, със средно съдържание на уран от 0,3 до 20%. [10] В момента това са двата най-големи производители на уран. Най-големият единичен уран на земята е язовир Олимпик с доказано съдържание на уран над 2 милиона тона при средно съдържание на уран около 0,03%. [11] Първата в света промишлена урана в Яхимов (Чехия), произведена от хидротермални вени. [12]
Естествените реактори на Окло в Габон, както и съседното находище на уран представляват особеност: известно е, че верижните реакции са се случвали там преди около 1,5 до 2 милиарда години в продължение на хиляди години в естествена среда, по време на която също са се образували плутониеви изотопи.
Уранът се среща като микроелемент в нормалната почва. Американецът Агенция за регистър на токсичните вещества и заболявания (ATSDR) изчислява, че горните 33 см от почвата на площ от една квадратна миля земя съдържа средно около 4 тона уран, т.е. около 1,5 тона на квадратен километър.
Уранът, свързан в комплекси, също е повсеместен елемент в хидросферата. Концентрацията на уран в морската вода е приблизително 3,3 µg/l в сравнение с понякога значително по-ниските концентрации в реките (0,03 µg/l в Амазонка до 3,9 µg/l в Ганг. Това показва, че уранът се натрупва в морската вода Германските реки обикновено имат концентрации на уран между около 1 и 3 µg/l. Източникът на уран се крие в геогенната структура на районите, дренирани от реките, например повърхностните води от блата могат да съдържат по-високи концентрации на уран, следователно е с естествен произход. Само в изключителни случаи съдържанието на уран в реките може да се отдаде на човешкото влияние, напр. използването на фосфатни торове, съдържащи уран, и добив на уран (Zwickauer Mulde: приблизително 10 µg/l). Уранът се намира в Германия в незасегнати подпочвени води в концентрации по-ниски от 1 до над 100 µg/l. Редовната консумация на питейна вода с повишено съдържание на уран може да доведе до появата на рак на бъбреците. Поради тази причина Weltgesundhe препоръчва неговият орган (СЗО) е определил гранична стойност от 15 µg/l за питейна вода. [13]
Според Международната агенция за атомна енергия (МААЕ) най-големите запаси от уранова руда са в САЩ, Нигер, Австралия, Казахстан, Намибия, Южна Африка, Канада, Бразилия, Русия, Украйна и Узбекистан.
Следи от уран се откриват и в каменните въглища и лигнитни въглища. Въглищата, използвани годишно за производство на електроенергия по света, съдържат около 10 000 тона уран и 25 000 тона торий, които или попадат в околната среда, или се натрупват в пепелта от електроцентралата и филтърния прах. Има отделни усилия за добив на уран от пепелта от електроцентралата. [14]
Демонтаж
В Германия уранът за първи път става конвенционален в Саксония Швейцария (Кьонигщайн), а по-късно чрез излугване, в Дрезден (Coschütz/Gittersee, особено в Gittersee) и в Рудните планини (Schlema, Schneeberg, Johanngeorgenstadt, Pöhla) и в Източна Тюрингия (Ronneburg) предимно под земята като смола. добит от SDAG бисмут. Малки количества са извличани и в Шварцвалд и планините Фихтел. По това време ГДР е третият по големина производител на уран в света. Повечето от минните райони бяха затворени след 1990 г., тъй като бяха неикономични и търсенето на уран също намаля. Последното се случи поради променената политическа обстановка в света (по-малко значение на стратегическите ядрени оръжия) и ниската цена на световния пазар.
Световното производство на уран през 2006 г. е 39 603 тона. Основните страни производители са Австралия, Канада, Русия, Нигер, Намибия, Казахстан, Узбекистан, Южна Африка и САЩ. Потреблението в световен мащаб е било 66 500 тона през 2006 г. и се оценява от Международната агенция за атомна енергия (МААЕ) на 93 775 до 121 955 тона през 2030 г. поради изграждането на нови атомни електроцентрали. Добивът покрива около 60% от настоящото търсене, останалото се покрива от запаси, преработка и обезоръжени ядрени оръжия. [15] Оценките на МААЕ, Грийнпийс и ядрената индустрия за обхвата на находищата на уран се основават на различна информация за глобалните ресурси и бъдещото потребление. Те са между 20 и 200 години. [16]
Добивът на уран води до увреждане на хората и околната среда, тъй като уранът и радиоактивните вторични продукти (напр. Радиоактивният благороден газ радон) се освобождават и извеждат на повърхността от подземното пространство. [17]
презентация
Преработка на уранова руда
Уранови руди, напр. Б. уранинит (смола, U3O8) или карнотит (KUO2VO4 1,5 H2O) се усвояват киселинно със сярна киселина или алкално със сода
Разтворите, образувани след киселинното смилане, се обработват с амоняк, след което жълтата утайка се утаява. Съдържа основно амониев диуранат ((NH4) 2U2O7) и други полиуранати, уранил хидроксиди и сулфати. Разтворът на алкалното смилане се смесва с NaOH, така че натриевият диуранат (Na2U2O7) се утаява. За да се отстрани натрият, той след това се разтваря в H2SO4 и след това се утаява като (NH4) 2U2O7 с воден NH3.
"Жълтата питка" се разтваря в азотна киселина (HNO3), при което неразтворимите части се утаяват и се отстраняват чрез филтриране или центрофугиране. След това от разтвора може да се кристализира суров уранил нитрат (UO2 (NO3) 2). След това разтвор на уранил нитрат се екстрахира с трибутил фосфат (TBP) (процес PUREX), след изпаряване и измиване се получава чист уранил нитрат.
Внимателната пиролиза води до различни модификации на уран (VI) оксид (UO3), в зависимост от температурата и налягането на кислорода. [18] [19] [20] За да се намали теглото по време на транспортирането, "жълтата торта" се разлага термично, което води до черно U3O8.