ผู้ค้นพบธาตุยูเรเนียม ยูเรเนียมที่เป็นอันตรายและสารประกอบคืออะไร
; เลขอะตอม 92 มวลอะตอม 238.029; โลหะ. ยูเรเนียมธรรมชาติประกอบด้วยส่วนผสมของไอโซโทปสามชนิด: 238 U - 99.2739% กับครึ่งชีวิต T ½ = 4.51 10 9 ปี, 235 U - 0.7024% (T ½ = 7.13 10 8 ปี) และ 234 U - 0.0057% (T ½ \u003d 2.48 10 5 ปี)
จากไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีประดิษฐ์ 11 ตัวที่มีจำนวนมวลตั้งแต่ 227 ถึง 240 อายุยืนยาวคือ 233 U (T ½ = 1.62 10 5 ปี) ได้จากการฉายรังสีนิวตรอนของทอเรียม 238 U และ 235 U เป็นบรรพบุรุษของอนุกรมกัมมันตภาพรังสีสองชุด
ประวัติอ้างอิงยูเรเนียมถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1789 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน M. G. Klaproth และตั้งชื่อโดยเขาเพื่อเป็นเกียรติแก่ดาวยูเรนัส ซึ่งค้นพบโดย W. Herschel ในปี ค.ศ. 1781 ในสถานะโลหะ ยูเรเนียมได้รับในปี 1841 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส E. Peligot โดยการลด UCl 4 มีโพแทสเซียมเป็นโลหะ ในขั้นต้นดาวยูเรนัสได้รับมวลอะตอม 120 และในปี 1871 D. I. Mendeleev ได้ข้อสรุปว่าค่านี้ควรเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
เป็นเวลานานแล้วที่ยูเรเนียมเป็นที่สนใจของนักเคมีกลุ่มหนึ่งเท่านั้น และพบว่ามีการใช้งานอย่างจำกัดสำหรับการผลิตสีและแก้ว ด้วยการค้นพบกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมในปี พ.ศ. 2439 และเรเดียมในปี พ.ศ. 2441 การแปรรูปแร่ยูเรเนียมทางอุตสาหกรรมเริ่มต้นขึ้นเพื่อสกัดและใช้เรเดียมในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการแพทย์ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2485 หลังจากการค้นพบปรากฏการณ์นิวเคลียร์ฟิชชันในปี พ.ศ. 2482 ยูเรเนียมได้กลายเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หลัก
การกระจายของดาวยูเรนัสในธรรมชาติยูเรเนียมเป็นองค์ประกอบเฉพาะของชั้นหินแกรนิตและเปลือกตะกอนของเปลือกโลก ปริมาณยูเรเนียมเฉลี่ยในเปลือกโลก (คลาร์ก) คือ 2.5 10 -4% โดยมวลในหินอัคนีที่เป็นกรด 3.5 10 -4% ในดินเหนียวและชั้นหิน 3.2 10 -4% ในหินพื้นฐาน 5 10 -5% ในหิน ultrabasic ของเสื้อคลุม 3 10 -7% ยูเรเนียมจะเคลื่อนที่อย่างแรงในน้ำเย็นและร้อน น้ำที่เป็นกลางและเป็นด่างในรูปของไอออนเชิงเดี่ยวและเชิงซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปของสารเชิงซ้อนคาร์บอเนต ปฏิกิริยารีดอกซ์มีบทบาทสำคัญในธรณีเคมีของดาวยูเรนัส เนื่องจากตามกฎแล้วสารประกอบยูเรเนียมสามารถละลายได้สูงในน้ำที่มีสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์และละลายได้ไม่ดีในน้ำที่มีสภาพแวดล้อมแบบรีดิวซ์ (เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์)
รู้จักแร่ธาตุประมาณ 100 ของดาวยูเรนัส 12 รายการมีความสำคัญทางอุตสาหกรรม ในประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยา เนื้อหาของดาวยูเรนัสในเปลือกโลกลดลงเนื่องจากการสลายของกัมมันตภาพรังสี กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการสะสมของอะตอม Pb และ He ในเปลือกโลก การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีของดาวยูเรนัสมีบทบาทสำคัญในพลังงานของเปลือกโลกซึ่งเป็นแหล่งความร้อนลึกที่สำคัญ
คุณสมบัติทางกายภาพของดาวยูเรนัสยูเรเนียมมีสีคล้ายกับเหล็กและสามารถแปรรูปได้ง่าย มีการดัดแปลงแบบ allotropic สามแบบ - α, β และ γ พร้อมอุณหภูมิการแปลงเฟส: α → β 668.8 °С, β → γ 772.2 °С; รูป α มีตาข่ายสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน (a = 2.8538Å, b = 5.8662Å, c = 4.9557Å) รูปแบบ β มีโครงตาข่ายสี่เหลี่ยมจัตุรัส (ที่ 720 °C a = 10.759Å, b = 5.656Å) γ-form - ลูกบาศก์ตาข่ายที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลาง (ที่ 850 ° C a = 3.538Å) ความหนาแน่นของดาวยูเรนัสในรูปแบบα (25 ° C) คือ 19.05 g / cm 3; t pl 1132 ° C; bp เสื้อ 3818 °С; ค่าการนำความร้อน (100-200 ° C), 28.05 W / (m K) , (200-400 ° C) 29.72 W / (m K) ; ความจุความร้อนจำเพาะ (25 °C) 27.67 kJ/(kg K); ความต้านทานไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้องอยู่ที่ประมาณ 3 10 -7 ohm cm ที่ 600 °C 5.5 10 -7 ohm cm; มีความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ 0.68 K; พาราแมกเนติกอ่อน ความไวต่อแม่เหล็กจำเพาะที่อุณหภูมิห้อง 1.72·10 -6
คุณสมบัติทางกลของยูเรเนียมขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของยูเรเนียมในโหมดของกระบวนการทางกลและทางความร้อน ค่าเฉลี่ยของโมดูลัสความยืดหยุ่นของยูเรเนียมหล่อคือ 20.5·10 -2 MN/m 2 ; ความต้านทานแรงดึงสูงสุดที่อุณหภูมิห้อง 372-470 MN/m 2 ; ความแข็งแรงเพิ่มขึ้นหลังจากการชุบแข็งจากเฟส β- และ γ ความแข็งเฉลี่ยตาม Brinell 19.6-21.6·10 2 MN/m 2
การฉายรังสีด้วยฟลักซ์นิวตรอน (ซึ่งเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) จะเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของยูเรเนียม: การคืบคลานและความเปราะบางเพิ่มขึ้น การสังเกตการเสียรูปของผลิตภัณฑ์ซึ่งบังคับให้ใช้ยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในรูปของยูเรเนียมต่างๆ โลหะผสม
ยูเรเนียมเป็นธาตุกัมมันตรังสี นิวเคลียส 235 U และ 233 U ฟิชชันได้เองตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับในระหว่างการจับนิวตรอนที่ช้า (ความร้อน) และนิวตรอนเร็วด้วยส่วนตัดขวางของฟิชชันที่มีประสิทธิภาพ 508 10 -24 ซม. 2 (ยุ้งฉาง 508) และ 533 10 -24 ซม. 2 (533) โรงนา) ตามลำดับ 238 นิวเคลียสของ U ถูกฟิชชันโดยจับเฉพาะนิวตรอนเร็วที่มีพลังงานอย่างน้อย 1 MeV; เมื่อจับนิวตรอนช้า 238 U จะกลายเป็น 239 Pu ซึ่งมีสมบัติทางนิวเคลียร์ใกล้เคียงกับ 235 U มวลวิกฤตของยูเรเนียม (93.5% 235 U) ในสารละลายที่เป็นน้ำจะน้อยกว่า 1 กก. สำหรับลูกบอลเปิด - ประมาณ 50 กก. , สำหรับลูกบอลที่มีแผ่นสะท้อนแสง - 15-23 กก. มวลวิกฤต 233 U อยู่ที่ประมาณ 1/3 ของมวลวิกฤตที่ 235 U
คุณสมบัติทางเคมีของยูเรเนียมการกำหนดค่าของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมยูเรนัสคือ 7s 2 6d l 5f 3 . ยูเรเนียมเป็นของโลหะที่เกิดปฏิกิริยาในสารประกอบจะแสดงสถานะออกซิเดชัน +3, +4, + 5, +6, บางครั้ง +2; สารประกอบที่เสถียรที่สุดคือ U(IV) และ U(VI) ในอากาศจะค่อยๆ ออกซิไดซ์ด้วยการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ (IV) บนพื้นผิว ซึ่งไม่ได้ป้องกันโลหะจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ในสภาพที่เป็นผง ยูเรเนียมมีลักษณะเป็นไพโรฟอริกและเผาไหม้ด้วยเปลวไฟที่เจิดจ้า ด้วยออกซิเจน จะเกิดออกไซด์ (IV) UO 2, ออกไซด์ (VI) UO 3 และออกไซด์ระดับกลางจำนวนมาก ที่สำคัญที่สุดคือ U 3 O 8 ออกไซด์ระดับกลางเหล่านี้มีคุณสมบัติคล้ายกับ UO 2 และ UO 3 ที่อุณหภูมิสูง UO 2 มีช่วงความเป็นเนื้อเดียวกันที่กว้างตั้งแต่ UO 1.60 ถึง UO 2.27 ด้วยฟลูออรีนที่ 500-600 ° C จะสร้าง UF 4 tetrafluoride (ผลึกคล้ายเข็มสีเขียว ละลายได้เล็กน้อยในน้ำและกรด) และ UF 6 hexafluoride (สารผลึกสีขาวที่ระเหยได้โดยไม่ละลายที่ 56.4 ° C) ด้วยกำมะถัน - สารประกอบจำนวนหนึ่งซึ่งที่สำคัญที่สุดคือสหรัฐอเมริกา (เชื้อเพลิงนิวเคลียร์) เมื่อยูเรเนียมทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนที่ 220 ° C จะได้ไฮไดรด์ UH 3 ด้วยไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 450 ถึง 700 ° C และความดันบรรยากาศ - U 4 N 7 ไนไตรด์ที่ความดันไนโตรเจนที่สูงขึ้นและอุณหภูมิเดียวกันสามารถรับ UN, U 2 N 3 และ UN 2 ด้วยคาร์บอนที่ 750-800 ° C - UC monocarbide, UC 2 dicarbide และ U 2 C 3; ด้วยโลหะเป็นโลหะผสมชนิดต่างๆ ยูเรเนียมทำปฏิกิริยาช้า ๆ กับน้ำเดือดเพื่อสร้าง UO 2 n H 2 โดยมีไอน้ำ - ในช่วงอุณหภูมิ 150-250 ° C; ละลายได้ในกรดไฮโดรคลอริกและกรดไนตริกเล็กน้อย - ในกรดไฮโดรฟลูออริกเข้มข้น U(VI) มีลักษณะเฉพาะโดยการก่อตัวของ uranyl ion UO 2 2+ ; เกลือยูแรนิลมีสีเหลืองและละลายได้ดีในน้ำและกรดแร่ เกลือ U(IV) เป็นสีเขียวและละลายได้น้อย ยูแรนิลไอออนมีความสามารถในการก่อตัวที่ซับซ้อนอย่างมากในสารละลายที่เป็นน้ำที่มีทั้งสารอนินทรีย์และอินทรีย์ ที่สำคัญที่สุดสำหรับเทคโนโลยีนี้คือคาร์บอเนต ซัลเฟต ฟลูออไรด์ ฟอสเฟต และสารเชิงซ้อนอื่นๆ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ามียูเรเนตจำนวนมาก (เกลือของกรดยูรานิกที่ไม่ได้แยกออกมาในรูปบริสุทธิ์) ซึ่งองค์ประกอบจะแตกต่างกันไปตามเงื่อนไขของการเตรียม ปัสสาวะทั้งหมดมีความสามารถในการละลายน้ำต่ำ
ยูเรเนียมและสารประกอบของยูเรเนียมเป็นรังสีและเป็นพิษทางเคมี ปริมาณสูงสุดที่อนุญาต (SDA) สำหรับการได้รับสัมผัสจากการทำงานคือ 5 rem ต่อปี
รับดาวยูเรนัสยูเรเนียมได้มาจากแร่ยูเรเนียมที่มียูเรเนียม 0.05-0.5% ยูเรเนียมนั้นแทบไม่ได้รับการเสริมสมรรถนะ ยกเว้นวิธีการคัดแยกแบบเรดิโอเมตริกที่จำกัดตามการแผ่รังสี γ ของเรเดียม ซึ่งมักมาพร้อมกับยูเรเนียมเสมอ โดยทั่วไป แร่จะถูกชะล้างด้วยสารละลายของซัลฟิวริก บางครั้งกรดไนตริกหรือสารละลายโซดาด้วยการถ่ายโอนยูเรเนียมไปเป็นสารละลายที่เป็นกรดในรูปของ UO 2 SO 4 หรือแอนไอออนเชิงซ้อน 4- และกลายเป็นสารละลายโซดา - ในรูปของ 4 -. ในการสกัดและทำให้ยูเรเนียมเข้มข้นจากสารละลายและเยื่อกระดาษ เช่นเดียวกับการกำจัดสิ่งเจือปน ใช้การดูดซับบนเรซินแลกเปลี่ยนไอออนและการสกัดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ (ไตรบิวทิล ฟอสเฟต กรดอัลคิลฟอสฟอริก เอมีน) นอกจากนี้ แอมโมเนียมหรือโซเดียมยูเรเนตหรือไฮดรอกไซด์ U(OH) 4 ถูกตกตะกอนจากสารละลายโดยการเติมอัลคาไล เพื่อให้ได้สารประกอบที่มีความบริสุทธิ์สูง ผลิตภัณฑ์ทางเทคนิคจะละลายในกรดไนตริกและต้องผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ด้วยการกลั่น ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายคือ UO 3 หรือ U 3 O 8 ออกไซด์เหล่านี้จะลดลงที่ 650–800°C ด้วยไฮโดรเจนหรือแอมโมเนียที่แยกตัวออกเป็น UO 2 ตามด้วยการเปลี่ยนเป็น UF 4 โดยการบำบัดด้วยแก๊สไฮโดรเจนฟลูออไรด์ที่ 500–600 °C นอกจากนี้ยังสามารถรับ UF 4 ได้โดยการตกตะกอนของ UF 4 nH 2 O ผลึกไฮเดรตจากสารละลายที่มีกรดไฮโดรฟลูออริก ตามด้วยการคายน้ำของผลิตภัณฑ์ที่ 450 °C ในกระแสไฮโดรเจน ในอุตสาหกรรม วิธีการหลักในการรับยูเรเนียมจาก UF 4 คือการลดแคลเซียม-ความร้อนหรือแมกนีเซียม-ความร้อนด้วยการปล่อยยูเรเนียมในรูปของแท่งโลหะที่มีน้ำหนักมากถึง 1.5 ตัน หลอมหลอมในเตาสุญญากาศ
กระบวนการที่สำคัญมากในเทคโนโลยีของยูเรเนียมคือการเสริมสมรรถนะด้วยไอโซโทป 235 U เหนือเนื้อหาธรรมชาติในแร่หรือการแยกไอโซโทปนี้ให้อยู่ในรูปที่บริสุทธิ์ เนื่องจากมันคือ 235 U ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หลัก นี้ดำเนินการโดยวิธีการกระจายความร้อนของแก๊ส, แรงเหวี่ยงและวิธีการอื่น ๆ ตามความแตกต่างในมวลของ 238 U และ 235 U; ในกระบวนการแยกสาร ยูเรเนียมถูกใช้ในรูปของสารระเหย UF 6 hexafluoride เมื่อได้รับยูเรเนียมหรือไอโซโทปที่มีสมรรถนะสูง มวลวิกฤตจะถูกนำมาพิจารณาด้วย วิธีที่สะดวกที่สุดในกรณีนี้คือการลดยูเรเนียมออกไซด์ด้วยแคลเซียม ตะกรัน CaO ที่เกิดขึ้นจะถูกแยกออกจากยูเรเนียมได้ง่ายโดยการละลายในกรด เพื่อให้ได้ผงยูเรเนียม ออกไซด์ (IV) คาร์ไบด์ ไนไตรด์ และสารประกอบทนไฟอื่นๆ จะใช้วิธีการผงโลหะ
การประยุกต์ใช้ดาวยูเรนัสโลหะยูเรเนียมหรือสารประกอบของยูเรเนียมส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ไอโซโทปยูเรเนียมผสมโดยธรรมชาติหรือในปริมาณน้อยถูกนำมาใช้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบอยู่กับที่ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ผลิตภัณฑ์ที่มีสมรรถนะสูงใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หรือในเครื่องปฏิกรณ์ที่ทำงานด้วยนิวตรอนเร็ว 235 U เป็นแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ในอาวุธนิวเคลียร์ 238 U ทำหน้าที่เป็นแหล่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทุติยภูมิ - พลูโทเนียม
ยูเรเนียมในร่างกายในปริมาณจุลภาค (10 -5 -10 -8%) จะพบในเนื้อเยื่อของพืช สัตว์ และมนุษย์ ในขี้เถ้าของพืช (ที่มีเนื้อหาของยูเรเนียมในดินประมาณ 10 -4%) ความเข้มข้นของมันคือ 1.5·10 -5% ในระดับสูงสุด ยูเรเนียมสะสมโดยเชื้อราและสาหร่ายบางชนิด (ชนิดหลังมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างแข็งขันในการอพยพทางชีวภาพของดาวยูเรนัสตามสายน้ำ - พืชน้ำ - ปลา - มนุษย์) ยูเรเนียมเข้าสู่ร่างกายของสัตว์และมนุษย์ด้วยอาหารและน้ำเข้าไปในทางเดินอาหาร โดยมีอากาศเข้าไปในทางเดินหายใจ เช่นเดียวกับทางผิวหนังและเยื่อเมือก สารประกอบยูเรเนียมถูกดูดซึมในทางเดินอาหาร - ประมาณ 1% ของสารประกอบที่ละลายน้ำได้ในปริมาณที่เข้ามาและไม่เกิน 0.1% ของสารที่ละลายได้น้อย ในปอด 50% และ 20% ถูกดูดซึมตามลำดับ ยูเรเนียมมีการกระจายในร่างกายไม่สม่ำเสมอ คลังเก็บหลัก (สถานที่สะสมและสะสม) คือม้าม ไต โครงกระดูก ตับ และเมื่อสูดดมสารที่ละลายได้เพียงเล็กน้อย ปอดและต่อมน้ำเหลืองในหลอดลม ในเลือด ยูเรเนียม (ในรูปของคาร์บอเนตและคอมเพล็กซ์ที่มีโปรตีน) ไม่หมุนเวียนเป็นเวลานาน ปริมาณยูเรเนียมในอวัยวะและเนื้อเยื่อของสัตว์และมนุษย์ไม่เกิน 10 -7 กรัมต่อกรัม ดังนั้น เลือดโคประกอบด้วย 1 10 -8 g/ml, ตับ 8 10 -8 g/g, กล้ามเนื้อ 4 10 -11 g/g, ม้าม 9 10 8-8 g/g. ปริมาณยูเรเนียมในอวัยวะของมนุษย์ ได้แก่ ในตับ 6 10 -9 g/g ในปอด 6 10 -9 -9 10 -9 g/g ในม้าม 4.7 10 -7 g/g ในเลือด 4-10 -10 g / ml ในไต 5.3 10 -9 (ชั้นเยื่อหุ้มสมอง) และ 1.3 10 -8 g / g (ไขกระดูก) ในกระดูก 1 10 -9 g / g ในไขกระดูก 1- 10 -8 g/g ในเส้นผม 1.3 10 -7 g/g ยูเรเนียมที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อกระดูกทำให้เกิดการฉายรังสีอย่างต่อเนื่อง (ครึ่งชีวิตของดาวยูเรนัสจากโครงกระดูกประมาณ 300 วัน) ยูเรเนียมมีความเข้มข้นต่ำสุดในสมองและหัวใจ (10 -10 g/g) ปริมาณยูเรเนียมที่บริโภคต่อวันพร้อมอาหารและของเหลวคือ 1.9 10 -6 กรัมกับอากาศ - 7 10 -9 กรัมการขับยูเรเนียมออกจากร่างกายมนุษย์ทุกวันคือ: ด้วยปัสสาวะ 0.5 10 -7 - 5 10 -7 กรัมด้วย อุจจาระ - 1.4 10 -6 -1.8 10 -6 กรัมมีขน - 2 10 -8 กรัม
ตามที่คณะกรรมาธิการระหว่างประเทศว่าด้วยการป้องกันรังสี ปริมาณยูเรเนียมโดยเฉลี่ยในร่างกายมนุษย์คือ 9·10 -5 กรัม ค่านี้อาจแตกต่างกันไปตามภูมิภาคต่างๆ เป็นที่เชื่อกันว่ายูเรเนียมมีความจำเป็นต่อการทำงานปกติของสัตว์และพืช
พิษของยูเรเนียมเกิดจากคุณสมบัติทางเคมีและขึ้นอยู่กับความสามารถในการละลาย: ยูเรเนียมและสารประกอบที่ละลายได้อื่น ๆ ของยูเรเนียมมีพิษมากกว่า การเป็นพิษจากยูเรเนียมและสารประกอบของยูเรเนียมเป็นไปได้ที่สถานประกอบการสำหรับการสกัดและการแปรรูปวัตถุดิบยูเรเนียมและโรงงานอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่ใช้ในกระบวนการทางเทคโนโลยี เมื่อเข้าสู่ร่างกาย ยูเรเนียมจะออกฤทธิ์กับอวัยวะและเนื้อเยื่อทั้งหมด ซึ่งเป็นพิษต่อเซลล์โดยทั่วไป สัญญาณของพิษเกิดจากความเสียหายที่เด่นชัดต่อไต (การปรากฏตัวของโปรตีนและน้ำตาลในปัสสาวะ, oliguria ที่ตามมา); ตับและทางเดินอาหารได้รับผลกระทบด้วย มีพิษเฉียบพลันและเรื้อรัง หลังมีลักษณะการพัฒนาทีละน้อยและความรุนแรงของอาการน้อยลง ในภาวะมึนเมาเรื้อรังอาจรบกวนการสร้างเม็ดเลือดระบบประสาท ฯลฯ เป็นที่เชื่อกันว่ากลไกระดับโมเลกุลของการกระทำของยูเรเนียมเกี่ยวข้องกับความสามารถในการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์
ยูเรเนียมไม่ใช่แอคตินอยด์ทั่วไป สถานะความจุของมันห้าสถานะเป็นที่รู้จัก - ตั้งแต่ 2+ ถึง 6+ สารประกอบยูเรเนียมบางชนิดมีสีที่มีลักษณะเฉพาะ ดังนั้น สารละลายของยูเรเนียมไตรวาเลนท์ - แดง เตตระวาเลนต์ - เขียว และยูเรเนียมเฮกซะวาเลนท์ - มีอยู่ในรูปของยูเรเนียมไอออน (UO 2) 2+ - สารละลายสี สีเหลือง ... ความจริงที่ว่ายูเรเนียมเฮกซะวาเลนท์สร้างสารประกอบที่มีสารก่อเชิงซ้อนอินทรีย์จำนวนมาก กลายเป็นสิ่งที่สำคัญมากสำหรับเทคโนโลยีการแยกธาตุหมายเลข 92
เป็นลักษณะเฉพาะที่เปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของยูเรเนียมไอออนจะเต็มอยู่เสมอ เวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่ในชั้นอิเล็กตรอนก่อนหน้า ในเปลือกย่อย 5f หากเราเปรียบเทียบยูเรเนียมกับธาตุอื่นๆ จะเห็นได้ชัดว่าพลูโทเนียมมีความคล้ายคลึงกันมากที่สุด ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพวกเขาคือรัศมีไอออนิกขนาดใหญ่ของยูเรเนียม นอกจากนี้ พลูโทเนียมยังเสถียรที่สุดในสถานะเตตระวาเลนต์ ในขณะที่ยูเรเนียมมีความเสถียรมากที่สุดในสถานะเฮกซะวาเลนต์ ซึ่งจะช่วยแยกพวกมันออกจากกัน ซึ่งสำคัญมาก: เชื้อเพลิงนิวเคลียร์พลูโทเนียม -239 ได้มาจากยูเรเนียมเท่านั้น บัลลาสต์ยูเรเนียม-238 ในแง่ของพลังงาน พลูโทเนียมก่อตัวเป็นมวลยูเรเนียม และจะต้องแยกออกจากกัน!
อย่างไรก็ตาม ก่อนที่คุณจะต้องได้รับยูเรเนียมจำนวนมากนี้ โดยต้องผ่านสายโซ่เทคโนโลยีที่มีมายาวนาน โดยเริ่มจากแร่ ตามกฎแล้วแร่ยูเรเนียมที่มีหลายองค์ประกอบ
ไอโซโทปเบาของธาตุหนัก
เมื่อพูดถึงการได้รับองค์ประกอบ #92 เราจงใจละเว้นขั้นตอนสำคัญหนึ่งขั้นตอน อย่างที่คุณทราบ ยูเรเนียมบางชนิดไม่สามารถรองรับปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ได้ ยูเรเนียม-238 ซึ่งคิดเป็น 99.28% ของส่วนผสมตามธรรมชาติของไอโซโทปนั้นไม่สามารถทำได้ ด้วยเหตุนี้ ยูเรเนียม-238 จึงถูกแปลงเป็นพลูโทเนียม และต้องการหาส่วนผสมตามธรรมชาติของไอโซโทปยูเรเนียมเพื่อแบ่งหรือเสริมสมรรถนะด้วยไอโซโทปยูเรเนียม-235 ซึ่งสามารถแตกตัวนิวตรอนความร้อนได้
มีการพัฒนาวิธีการมากมายสำหรับการแยกยูเรเนียม-235 และยูเรเนียม-238 วิธีที่ใช้บ่อยที่สุดคือการแพร่กระจายของก๊าซ สาระสำคัญของมันคือถ้าส่วนผสมของก๊าซสองชนิดถูกส่งผ่านผ่านพาร์ทิชันที่มีรูพรุน ก๊าซที่เบาจะผ่านไปเร็วกว่า ย้อนกลับไปในปี 1913 เอฟ. แอสตันแยกไอโซโทปนีออนบางส่วนด้วยวิธีนี้
สารประกอบยูเรเนียมส่วนใหญ่ภายใต้สภาวะปกติเป็นของแข็ง และสามารถถ่ายโอนไปยังสถานะก๊าซได้เฉพาะที่อุณหภูมิสูงมากเท่านั้น เมื่อไม่มีคำถามเกี่ยวกับกระบวนการที่ดีของการแยกไอโซโทป อย่างไรก็ตาม สารประกอบยูเรเนียมไม่มีสีที่มีฟลูออรีน - เฮกซาฟลูออไรด์ UF 6 จะระเหิดที่ 56.5 ° C (ที่ความดันบรรยากาศ) UF 6 เป็นสารประกอบยูเรเนียมระเหยง่ายที่สุด และเหมาะสมที่สุดสำหรับการแยกไอโซโทปโดยการแพร่กระจายของก๊าซ
ยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์มีลักษณะทางเคมีสูง การกัดกร่อนของท่อ ปั๊ม ภาชนะบรรจุ ปฏิสัมพันธ์กับการหล่อลื่นของกลไกเป็นปัญหาเล็กๆ น้อยๆ แต่น่าประทับใจที่ผู้สร้างพืชแพร่ต้องเอาชนะ พบกับความยากลำบากและจริงจังมากขึ้น
ยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ที่ได้จากฟลูออไรด์ของส่วนผสมตามธรรมชาติของไอโซโทปยูเรเนียมจากมุมมอง "การแพร่กระจาย" ถือได้ว่าเป็นส่วนผสมของก๊าซสองชนิดที่มีน้ำหนักโมเลกุลใกล้เคียงกันมาก - 349 (235 + 19 * 6) และ 352 (238 +19 * 6) ปัจจัยการแยกตามทฤษฎีสูงสุดในระยะการแพร่กระจายหนึ่งสำหรับก๊าซที่มีน้ำหนักโมเลกุลแตกต่างกันเพียงเล็กน้อยคือ 1.0043 เท่านั้น ในสภาพจริง ค่านี้จะยิ่งน้อยกว่า ปรากฎว่าสามารถเพิ่มความเข้มข้นของยูเรเนียม-235 จาก 0.72 เป็น 99% ได้โดยใช้ขั้นตอนการแพร่กระจายหลายพันขั้นตอนเท่านั้น ดังนั้นพืชสำหรับการแยกไอโซโทปของยูเรเนียมจึงครอบครองพื้นที่หลายสิบเฮกตาร์ พื้นที่ของพาร์ทิชันที่มีรูพรุนในน้ำตกที่แบ่งพืชนั้นมีขนาดใกล้เคียงกัน
สั้น ๆ เกี่ยวกับไอโซโทปอื่น ๆ ของยูเรเนียม
ยูเรเนียมธรรมชาติ นอกเหนือไปจากยูเรเนียม-235 และยูเรเนียม-238 ยังรวมถึงยูเรเนียม-234ด้วย เนื้อหาของไอโซโทปที่หายากนี้แสดงเป็นตัวเลขที่มีทศนิยมสี่ตำแหน่ง ไอโซโทปเทียมที่เข้าถึงได้ง่ายกว่ามาก - ยูเรเนียม-233 ได้มาจากการฉายรังสีทอเรียมในฟลักซ์นิวตรอนของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์:
232 90 Th + 10n → 233 90 Th -β-→ 233 91 Pa -β-→ 233 92 U
ตามกฎทั้งหมดของฟิสิกส์นิวเคลียร์ ยูเรเนียม-233 ในฐานะไอโซโทปคี่ สามารถแตกตัวได้ด้วยนิวตรอนความร้อน และที่สำคัญที่สุด ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ยูเรเนียม-233 การขยายการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สามารถเกิดขึ้นได้ (และกำลังเกิดขึ้น) ในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนธรรมดา! การคำนวณแสดงให้เห็นว่าเมื่อยูเรเนียม -233 กิโลกรัมเผาไหม้ในเครื่องปฏิกรณ์ทอเรียม ควรสะสมยูเรเนียม -233 ใหม่ 1.1 กิโลกรัม ปาฏิหาริย์และเท่านั้น! พวกเขาเผาผลาญเชื้อเพลิงหนึ่งกิโลกรัม แต่เชื้อเพลิงไม่ลดลง
อย่างไรก็ตาม ปาฏิหาริย์ดังกล่าวเกิดขึ้นได้ด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เท่านั้น
วัฏจักรยูเรเนียม - ทอเรียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนเป็นคู่แข่งสำคัญของวัฏจักรยูเรเนียม - พลูโทเนียมในการเพาะพันธุ์เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว ... อันที่จริงธาตุหมายเลข 90 ทอเรียมจึงถูกจัดประเภทเป็นวัสดุเชิงกลยุทธ์ .
ไอโซโทปยูเรเนียมเทียมอื่นๆ ไม่มีบทบาทสำคัญ เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญถึงยูเรเนียม -239 เท่านั้น - ไอโซโทปแรกในห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงของยูเรเนียม -238 พลูโทเนียม -239 ครึ่งชีวิตของมันเป็นเพียง 23 นาที
ไอโซโทปยูเรเนียมที่มีเลขมวลมากกว่า 240 ไม่มีเวลาก่อตัวในเครื่องปฏิกรณ์สมัยใหม่ อายุการใช้งานของยูเรเนียม-240 นั้นสั้นเกินไป และสลายตัวโดยไม่มีเวลาจับนิวตรอน
ในฟลักซ์นิวตรอนที่มีพลังมหาศาลของการระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ นิวเคลียสของยูเรเนียมสามารถจับนิวตรอนได้มากถึง 19 นิวตรอนในหนึ่งล้านวินาที ในกรณีนี้ ไอโซโทปของยูเรเนียมที่มีเลขมวลตั้งแต่ 239 ถึง 257 เกิดขึ้น การดำรงอยู่ของพวกมันเรียนรู้จากการปรากฏในผลิตภัณฑ์ของการระเบิดแสนสาหัสขององค์ประกอบทรานส์ยูเรเนียมที่อยู่ห่างไกล - ทายาทของไอโซโทปยูเรเนียมหนัก "ผู้ก่อตั้งสกุล" เองนั้นไม่เสถียรเกินไปต่อการสลายตัวของเบตาและผ่านเข้าไปในองค์ประกอบที่สูงกว่าก่อนการสกัดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยานิวเคลียร์จากหินที่ผสมด้วยการระเบิด
เครื่องปฏิกรณ์ความร้อนสมัยใหม่เผายูเรเนียม-235 ในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วที่มีอยู่แล้ว พลังงานของนิวเคลียสของไอโซโทปที่แพร่หลาย - ยูเรเนียม -238 จะถูกปล่อยออกมา และหากพลังงานคือความมั่งคั่งที่แท้จริง นิวเคลียสของยูเรเนียมจะเป็นประโยชน์ต่อมนุษยชาติในอนาคตอันใกล้: พลังงานของธาตุ N ° 92 จะ มาเป็นพื้นฐานของการดำรงอยู่ของเรา
เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ายูเรเนียมและอนุพันธ์ของยูเรเนียมเผาไหม้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของโรงไฟฟ้าที่สงบเท่านั้น เผาไหม้อย่างช้าๆ โดยไม่มีควันและเปลวไฟ
อีกแหล่งหนึ่งของยูเรเนียม วันนี้กลายเป็นน้ำทะเล โรงงานต้นแบบได้เริ่มดำเนินการเพื่อสกัดยูเรเนียมจากน้ำด้วยตัวดูดซับพิเศษ: ไททาเนียมออกไซด์หรือเส้นใยอะคริลิกที่ผ่านการบำบัดด้วยรีเอเจนต์บางชนิด
เท่าไหร่. ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 การผลิตยูเรเนียมในประเทศทุนนิยมอยู่ที่ประมาณ 50,000 กรัมต่อปี (ในแง่ของ U3O) ประมาณหนึ่งในสามของจำนวนนี้มาจากอุตสาหกรรมของสหรัฐ อันดับที่ 2 ได้แก่ แคนาดา รองลงมาคือแอฟริกาใต้ นิกอร์, กาบอง, นามิเบีย ในกลุ่มประเทศในยุโรป ฝรั่งเศสผลิตยูเรเนียมและสารประกอบได้มากที่สุด แต่มีส่วนแบ่งน้อยกว่าสหรัฐอเมริกาเกือบเจ็ดเท่า
สารประกอบที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม แม้ว่าจะไม่มีมูลความจริงที่จะยืนยันว่าเคมีของยูเรเนียมและพลูโทเนียมเข้าใจได้ดีกว่าเคมีของธาตุดั้งเดิมเช่นเหล็ก อย่างไรก็ตาม แม้แต่ในปัจจุบันนักเคมีก็กำลังพัฒนาสารประกอบยูเรเนียมใหม่ ดังนั้น ในปี 1977 วารสาร Radiochemistry, vol. XIX, no. 6 รายงานสารประกอบยูเรนิลใหม่ 2 ชนิด องค์ประกอบของมันคือ MU02(S04)2-SH20 โดยที่ M คือไอออนของแมงกานีสหรือโคบอลต์ไดวาเลนต์ ข้อเท็จจริงที่ว่าสารประกอบใหม่นี้เป็นเกลือสองเท่าอย่างแม่นยำ และไม่ใช่ส่วนผสมของเกลือสองชนิดที่คล้ายคลึงกัน พิสูจน์ได้จากรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์
เนื้อหาของบทความ
ดาวยูเรนัส U (ยูเรเนียม) ซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีโลหะของตระกูลแอคติไนด์ ซึ่งรวมถึง Ac, Th, Pa, U และองค์ประกอบทรานส์ยูเรเนียม (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr ). ยูเรเนียมมีชื่อเสียงในด้านการใช้อาวุธนิวเคลียร์และพลังงานนิวเคลียร์ ยูเรเนียมออกไซด์ยังใช้ทำสีแก้วและเซรามิก
ค้นหาในธรรมชาติ
ปริมาณยูเรเนียมในเปลือกโลกคือ 0.003% มันเกิดขึ้นในชั้นผิวโลกในรูปของเงินฝากสี่ประเภท ประการแรก นี่คือเส้นเลือดของยูเรเนียมหรือยูเรเนียมพิตช์ (ยูเรเนียมไดออกไซด์ UO 2) ซึ่งอุดมไปด้วยยูเรเนียมมาก แต่หาได้ยาก พวกมันมาพร้อมกับการสะสมของเรเดียมเนื่องจากเรเดียมเป็นผลิตภัณฑ์โดยตรงจากการสลายตัวของไอโซโทปของยูเรเนียม เส้นเลือดดังกล่าวพบในซาอีร์ แคนาดา (เกรทแบร์เลก) สาธารณรัฐเช็ก และฝรั่งเศส แหล่งที่สองของยูเรเนียมคือกลุ่มแร่ทอเรียมและแร่ยูเรเนียม ร่วมกับแร่ของแร่ธาตุที่สำคัญอื่นๆ กลุ่มบริษัทมักมีทองคำและเงินเพียงพอที่จะสกัด และยูเรเนียมและทอเรียมก็กลายเป็นองค์ประกอบควบคู่กันไป แร่เหล่านี้มีอยู่เป็นจำนวนมากในแคนาดา แอฟริกาใต้ รัสเซีย และออสเตรเลีย แหล่งที่สามของยูเรเนียมคือหินตะกอนและหินทรายที่อุดมไปด้วยคาร์โนไทต์ (potassium uranyl vanadate) ซึ่งนอกจากยูเรเนียมแล้วยังมีวาเนเดียมและธาตุอื่นๆ อีกจำนวนมาก แร่ดังกล่าวพบได้ในรัฐทางตะวันตกของสหรัฐอเมริกา หินเหล็กยูเรเนียมและแร่ฟอสเฟตเป็นแหล่งสะสมที่สี่ มีเงินฝากมากมายในชั้นหินของสวีเดน แร่ฟอสเฟตบางชนิดในโมร็อกโกและสหรัฐอเมริกามียูเรเนียมจำนวนมาก และแร่ฟอสเฟตในแองโกลาและสาธารณรัฐอัฟริกากลางนั้นมียูเรเนียมที่เข้มข้นกว่า ลิกไนต์และถ่านหินส่วนใหญ่มักมีสิ่งเจือปนของยูเรเนียม เงินฝากลิกไนต์ที่อุดมด้วยยูเรเนียมพบได้ในนอร์ทดาโคตาและเซาท์ดาโคตา (สหรัฐอเมริกา) และถ่านหินบิทูมินัสในสเปนและสาธารณรัฐเช็ก
เปิด.
ยูเรเนียมถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1789 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน M. Klaproth ซึ่งตั้งชื่อธาตุนี้เพื่อเป็นเกียรติแก่การค้นพบดาวยูเรนัสเมื่อ 8 ปีก่อน (Klaproth เป็นนักเคมีชั้นนำในสมัยของเขา เขายังค้นพบองค์ประกอบอื่นๆ เช่น Ce, Ti และ Zr.) อันที่จริง สสารที่ได้รับจาก Klaproth ไม่ใช่ธาตุยูเรเนียม แต่เป็นรูปแบบออกซิไดซ์ของมัน และธาตุยูเรเนียมเป็นอันดับแรก ได้รับโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส E. .Peligot ในปี 1841 จากช่วงเวลาที่ค้นพบจนถึงศตวรรษที่ 20 ยูเรเนียมไม่สำคัญเท่ากับในทุกวันนี้ แม้ว่าจะมีการกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพหลายอย่าง รวมทั้งมวลอะตอมและความหนาแน่นแล้วก็ตาม ในปี พ.ศ. 2439 เอ. เบคเคอเรลพบว่าเกลือยูเรเนียมมีรังสีที่ส่องแผ่นถ่ายภาพในที่มืด การค้นพบนี้กระตุ้นนักเคมีให้ค้นคว้าเกี่ยวกับกัมมันตภาพรังสี และในปี พ.ศ. 2441 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส คู่สมรส P. Curie และ M. Sklodowska-Curie ได้แยกเกลือแร่โพโลเนียมและเรเดียมออกจากกัน และ E. Rutherford, F. Soddy C. Faience และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้พัฒนาทฤษฎีการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี ซึ่งวางรากฐานของเคมีนิวเคลียร์สมัยใหม่และพลังงานนิวเคลียร์
การใช้ยูเรเนียมครั้งแรก
แม้ว่าจะทราบกัมมันตภาพรังสีของเกลือยูเรเนียม แต่แร่ของแร่ในช่วงสามศตวรรษแรกของศตวรรษนี้ถูกใช้เพื่อได้รับเรเดียมที่มาพร้อมกันเท่านั้น และยูเรเนียมถือเป็นผลพลอยได้ที่ไม่พึงปรารถนา การใช้งานมีความเข้มข้นเป็นหลักในเทคโนโลยีเซรามิกส์และโลหะวิทยา ยูเรเนียมออกไซด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำสีแก้วตั้งแต่สีเหลืองซีดไปจนถึงสีเขียวเข้ม ซึ่งทำให้มีการพัฒนาการผลิตแก้วที่มีราคาไม่แพง ทุกวันนี้ ผลิตภัณฑ์จากอุตสาหกรรมเหล่านี้ถูกระบุว่าเป็นหลอดฟลูออเรสเซนต์ภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต ในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่งและหลังจากนั้นไม่นาน ยูเรเนียมในรูปของคาร์ไบด์ถูกนำมาใช้ในการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือ เช่นเดียวกับ Mo และ W; ยูเรเนียม 4-8% แทนที่ทังสเตน ซึ่งในเวลานั้นมีการผลิตจำกัด เพื่อให้ได้เหล็กกล้าเครื่องมือในปี พ.ศ. 2457-2469 จึงมีการผลิตเฟอร์รูเรเนียมหลายตันต่อปี โดยมีปริมาณยูเรเนียมสูงถึง 30% (มวล) อย่างไรก็ตาม การใช้ยูเรเนียมนี้ไม่นาน
การใช้ยูเรเนียมในปัจจุบัน
อุตสาหกรรมยูเรเนียมเริ่มเป็นรูปเป็นร่างในปี พ.ศ. 2482 เมื่อมีการแยกตัวของยูเรเนียมไอโซโทป 235 U ซึ่งนำไปสู่การดำเนินการทางเทคนิคของปฏิกิริยาลูกโซ่ควบคุมของการแยกตัวของยูเรเนียมในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2485 นี่คือการกำเนิดของยุคของอะตอม เมื่อยูเรเนียมเปลี่ยนจากธาตุรองมาเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในสังคมชีวิต ความสำคัญทางทหารของยูเรเนียมสำหรับการผลิตระเบิดปรมาณูและการใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำให้เกิดความต้องการยูเรเนียมที่เพิ่มขึ้นในทางดาราศาสตร์ ลำดับเหตุการณ์ที่น่าสนใจของการเติบโตของอุปสงค์ยูเรเนียมขึ้นอยู่กับประวัติของเงินฝากในเกรตแบร์เลก (แคนาดา) ในปี พ.ศ. 2473 ได้มีการค้นพบเรซินเบลนด์ซึ่งเป็นส่วนผสมของยูเรเนียมออกไซด์ในทะเลสาบแห่งนี้ และในปี พ.ศ. 2475 ได้มีการจัดตั้งเทคโนโลยีสำหรับการทำให้เรเดียมบริสุทธิ์ในบริเวณนี้ จากแร่แต่ละตัน (ทาร์เบลนด์) ได้รับเรเดียม 1 กรัมและผลพลอยได้ประมาณครึ่งตัน - ยูเรเนียมเข้มข้น อย่างไรก็ตาม เรเดียมมีน้อยและการสกัดก็หยุดลง ตั้งแต่ปีพ.ศ. 2483 ถึง พ.ศ. 2485 การพัฒนากลับมาดำเนินการอีกครั้งและแร่ยูเรเนียมถูกส่งไปยังสหรัฐอเมริกา ในปีพ.ศ. 2492 ได้มีการนำยูเรเนียมบริสุทธิ์ที่คล้ายกันมาใช้เพื่อผลิต UO 2 บริสุทธิ์ โดยมีการดัดแปลงบางอย่าง การผลิตนี้ได้เติบโตขึ้นและปัจจุบันเป็นหนึ่งในการผลิตยูเรเนียมที่ใหญ่ที่สุด
คุณสมบัติ.
ยูเรเนียมเป็นองค์ประกอบที่หนักที่สุดชนิดหนึ่งที่พบในธรรมชาติ โลหะบริสุทธิ์มีความหนาแน่นสูงมาก เหนียว มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำและมีปฏิกิริยาสูง
ยูเรเนียมมีการดัดแปลงแบบ allotropic สามแบบ: เอ-ยูเรเนียม (ตาข่ายคริสตัล orthorhombic) มีอยู่ในช่วงตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 668 ° C ข- ยูเรเนียม (ตาข่ายคริสตัลที่ซับซ้อนของประเภท tetragonal) มีความเสถียรในช่วง 668–774 ° C; g- ยูเรเนียม (ตาข่ายคริสตัลลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ลำตัว) มีความเสถียรตั้งแต่ 774 ° C จนถึงจุดหลอมเหลว (1132 ° C) เนื่องจากไอโซโทปของยูเรเนียมทั้งหมดไม่เสถียร สารประกอบทั้งหมดจึงมีกัมมันตภาพรังสี
ไอโซโทปของยูเรเนียม
238 U, 235 U, 234 U พบได้ในธรรมชาติในอัตราส่วน 99.3:0.7:0.0058 และ 236U ในปริมาณการติดตาม ไอโซโทปยูเรเนียมอื่น ๆ ทั้งหมดจาก 226 U ถึง 242 U ได้มาจากการประดิษฐ์ ไอโซโทป 235 U มีความสำคัญเป็นพิเศษ ภายใต้การกระทำของนิวตรอนช้า (ความร้อน) มันถูกแบ่งออกด้วยการปล่อยพลังงานมหาศาล การแยกตัวที่สมบูรณ์ของ 235 U ส่งผลให้เกิด "พลังงานความร้อนเทียบเท่า" ที่ 2 ชั่วโมง 10 7 กิโลวัตต์ชั่วโมง/กิโลกรัม การแยกตัวของ 235 U ไม่เพียงแต่ใช้ในการผลิตพลังงานจำนวนมากเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เพื่อสังเคราะห์องค์ประกอบแอกทิไนด์ที่สำคัญอื่นๆ ด้วย ยูเรเนียมไอโซโทปธรรมชาติสามารถใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อผลิตนิวตรอนที่เกิดจากการแยกตัวของ 235 U ในขณะที่นิวตรอนส่วนเกินที่ไม่ต้องการโดยปฏิกิริยาลูกโซ่สามารถดักจับโดยไอโซโทปธรรมชาติอีกตัวหนึ่ง ซึ่งส่งผลให้มีการผลิตพลูโทเนียม:
เมื่อถูกทิ้งระเบิดด้วย 238 U โดยนิวตรอนเร็ว จะเกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้:
ตามโครงการนี้ ไอโซโทป 238 U ที่พบบ่อยที่สุดสามารถเปลี่ยนเป็นพลูโทเนียม -239 ซึ่งเช่นเดียวกับ 235 U ก็สามารถแตกตัวได้ภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนช้า
ปัจจุบันได้รับไอโซโทปยูเรเนียมเทียมจำนวนมาก ในหมู่พวกเขา 233 U มีความโดดเด่นเป็นพิเศษในการที่มันเกิดการแยกตัวเมื่อทำปฏิกิริยากับนิวตรอนช้า
ไอโซโทปเทียมอื่นๆ ของยูเรเนียมมักใช้เป็นฉลากกัมมันตภาพรังสี (ตัวติดตาม) ในการวิจัยทางเคมีและกายภาพ อันดับแรกเลย ข- อีซีแอล 237 U และ เอ- อีซีแอล 232 ยู
การเชื่อมต่อ
ยูเรเนียมเป็นโลหะที่มีปฏิกิริยาสูง มีสถานะออกซิเดชันตั้งแต่ +3 ถึง +6 ใกล้กับเบริลเลียมในชุดกิจกรรม ทำปฏิกิริยากับอโลหะทั้งหมดและเกิดสารประกอบระหว่างโลหะกับ Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn และ Zn ยูเรเนียมที่ถูกแบ่งอย่างประณีตจะมีปฏิกิริยาโดยเฉพาะอย่างยิ่ง และที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 องศาเซลเซียส ยูเรเนียมมักจะทำปฏิกิริยาในลักษณะของยูเรเนียมไฮไดรด์ ยูเรเนียมเป็นก้อนหรือขี้กบเผาไหม้อย่างสว่างไสวที่ 700–10000°C ในขณะที่ไอระเหยของยูเรเนียมเผาไหม้อยู่ที่ 150–250°C แล้ว ยูเรเนียมทำปฏิกิริยากับ HF ที่ 200–400 °C ก่อตัวเป็น UF 4 และ H 2 ยูเรเนียมค่อยๆ ละลายใน HF หรือ H 2 SO 4 เข้มข้น และ 85% H 3 PO 4 ที่ 90 ° C แต่ทำปฏิกิริยากับคอนซีลเลอร์ได้ง่าย HCl และใช้งานน้อยกับ HBr หรือ HI ปฏิกิริยาของยูเรเนียมกับ HNO 3 ที่เจือจางและเข้มข้นดำเนินการอย่างแข็งขันและรวดเร็วที่สุดด้วยการก่อตัวของยูเรนิลไนเตรต ( ดูด้านล่าง). เมื่อมี HCl ยูเรเนียมจะละลายอย่างรวดเร็วในกรดอินทรีย์ ก่อตัวเป็นเกลืออินทรีย์ U 4+ . ยูเรเนียมสร้างเกลือได้หลายประเภท ขึ้นอยู่กับระดับของการเกิดออกซิเดชัน (ที่สำคัญที่สุดในหมู่พวกเขามี U 4+ โดยหนึ่งในนั้นคือ UCl 4 คือเกลือสีเขียวที่ออกซิไดซ์ได้ง่าย) เกลือยูแรนิล (UO 2 2+ อนุมูล) ของ UO 2 (NO 3) 2 ประเภทมีสีเหลืองและสีเขียวเรืองแสง เกลือยูเรนิลเกิดขึ้นจากการละลายแอมโฟเทอริกออกไซด์ UO 3 (สีเหลือง) ในตัวกลางที่เป็นกรด ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง UO 3 จะสร้างยูเรเนตของประเภท Na 2 UO 4 หรือ Na 2 U 2 O 7 สารประกอบหลัง ("ยูเรนิลสีเหลือง") ใช้สำหรับการผลิตเครื่องเคลือบพอร์ซเลนและในการผลิตแก้วเรืองแสง
ยูเรเนียมเฮไลด์ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในช่วงทศวรรษที่ 1940-1950 เนื่องจากเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาวิธีการแยกไอโซโทปของยูเรเนียมสำหรับระเบิดปรมาณูหรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ยูเรเนียมไตรฟลูออไรด์ UF 3 ได้มาจากการลด UF 4 ด้วยไฮโดรเจน และได้ยูเรเนียมเตตระฟลูออไรด์ UF 4 ด้วยวิธีต่างๆ โดยปฏิกิริยาของ HF กับออกไซด์ เช่น UO 3 หรือ U 3 O 8 หรือโดยการลดอิเล็กโทรไลต์ของสารประกอบยูรานิล ยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ UF 6 ได้มาจากฟลูออไรด์ของ U หรือ UF 4 กับฟลูออรีนที่เป็นองค์ประกอบหรือโดยการกระทำของออกซิเจนบน UF 4 เฮกซาฟลูออไรด์สร้างผลึกใสที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงที่ 64°C (1137 mmHg); สารประกอบระเหยง่าย (ที่อุณหภูมิ 56.54 ° C ภายใต้สภาวะความดันปกติ) ยูเรเนียมออกโซฮาไลด์ เช่น ออกโซฟลูออไรด์ มีองค์ประกอบ UO 2 F 2 (ยูเรนิลฟลูออไรด์), UOF 2 (ยูเรเนียมออกไซด์ไดฟลูออไรด์)
(ตามพอลลิง)
U←U 3+ -1.66V
U←U 2+ -0.1V
| ยู | 92 |
| 238,0289 | |
| 5f 3 6d 1 7s 2 | |
| ดาวยูเรนัส | |
ดาวยูเรนัส(ชื่อเดิม ยูเรเนีย) เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอม 92 ในระบบธาตุมวลอะตอม 238.029; แสดงด้วยสัญลักษณ์ U ( ยูเรเนียม) เป็นของครอบครัวแอกทิไนด์
เรื่องราว
แม้แต่ในสมัยโบราณ (ศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสต์ศักราช) ยูเรเนียมออกไซด์ธรรมชาติยังถูกนำมาใช้ทำเคลือบสีเหลืองสำหรับเซรามิก การวิจัยเกี่ยวกับยูเรเนียมมีวิวัฒนาการเหมือนกับปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดขึ้น ในตอนแรก ข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติของมัน เช่น แรงกระตุ้นแรกของปฏิกิริยาลูกโซ่ มาพร้อมกับการพักระยะยาว ในแต่ละกรณี วันสำคัญครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของยูเรเนียมคือ 1789 เมื่อนักปรัชญาธรรมชาติและนักเคมีชาวเยอรมัน Martin Heinrich Klaproth ฟื้นฟู "ดิน" สีเหลืองทองที่สกัดจากแร่เรซินแซกซอนให้เป็นสารคล้ายโลหะสีดำ เพื่อเป็นเกียรติแก่ดาวเคราะห์ที่ห่างไกลที่สุดที่รู้จัก (ค้นพบโดย Herschel เมื่อแปดปีก่อน) Klaproth พิจารณาสารใหม่ว่าเป็นธาตุที่เรียกว่ายูเรเนียม
ยูเรเนียมของ Klaproth ถือเป็นโลหะเป็นเวลาห้าสิบปี เฉพาะในปี 1841 Eugene Melchior Peligot - นักเคมีชาวฝรั่งเศส (1811-1890)] พิสูจน์ว่ายูเรเนียมของ Klaproth ไม่ใช่องค์ประกอบ แต่เป็นออกไซด์ UO2. ในปี ค.ศ. 1840 Peligo ประสบความสำเร็จในการรับยูเรเนียมแท้ ซึ่งเป็นโลหะหนักสีเทาเหล็กกล้า และกำหนดน้ำหนักอะตอมของยูเรเนียม ขั้นตอนต่อไปในการศึกษายูเรเนียมถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2417 โดย D.I. Mendeleev ตามระบบธาตุที่เขาพัฒนาขึ้น เขาวางยูเรเนียมไว้ในเซลล์ที่ไกลที่สุดของโต๊ะ ก่อนหน้านี้ น้ำหนักอะตอมของยูเรเนียมถือว่าเท่ากับ 120 นักเคมีผู้ยิ่งใหญ่ได้เพิ่มค่านี้เป็นสองเท่า 12 ปีผ่านไป การคาดการณ์ของ Mendeleev ได้รับการยืนยันจากการทดลองของ Zimmermann นักเคมีชาวเยอรมัน
การศึกษายูเรเนียมเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2439 นักเคมีชาวฝรั่งเศส อองตวน อองรี เบคเคอเรล บังเอิญค้นพบรังสีเบคเคอเรล ซึ่งมารี กูรีได้เปลี่ยนชื่อเป็นกัมมันตภาพรังสีในเวลาต่อมา ในเวลาเดียวกัน นักเคมีชาวฝรั่งเศส Henri Moissan ได้พัฒนาวิธีการเพื่อให้ได้ยูเรเนียมที่เป็นโลหะบริสุทธิ์ ในปี พ.ศ. 2442 รัทเธอร์ฟอร์ดค้นพบว่าการแผ่รังสีของการเตรียมยูเรเนียมนั้นไม่สม่ำเสมอ ซึ่งมีรังสีสองประเภทคือ รังสีอัลฟาและเบตา พวกมันมีประจุไฟฟ้าต่างกัน ช่วงของสสารและความสามารถในการแตกตัวเป็นไอออนนั้นยังห่างไกลจากความเหมือนกัน ต่อมาในเดือนพฤษภาคม 1900 Paul Villard ได้ค้นพบรังสีประเภทที่สาม - รังสีแกมมา
เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ดำเนินการทดลองครั้งแรกในปี พ.ศ. 2450 เพื่อกำหนดอายุของแร่ธาตุในการศึกษายูเรเนียมกัมมันตภาพรังสีและทอเรียมบนพื้นฐานของทฤษฎีกัมมันตภาพรังสีที่เขาสร้างขึ้นร่วมกับเฟรดเดอริก ซอดดี้ (Soddy, Frederick, 2420-2499; รางวัลโนเบลสาขาเคมี 1921). ในปี 1913 F. Soddy ได้แนะนำแนวคิดของ ไอโซโทป(จากภาษากรีก ισος - "เท่ากัน", "เหมือนกัน" และ τόπος - "สถานที่") และในปี 1920 คาดการณ์ว่าไอโซโทปสามารถใช้กำหนดอายุทางธรณีวิทยาของหินได้ ในปี 1928 Niggot ได้ตระหนัก และในปี 1939 A.O.K. Nier (Nier, Alfred Otto Carl, 1911 - 1994) ได้สร้างสมการแรกสำหรับการคำนวณอายุและใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์สำหรับการแยกไอโซโทป
ในปี 1939 Frederic Joliot-Curie และนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Otto Frisch และ Lisa Meitner ค้นพบปรากฏการณ์ที่ไม่รู้จักซึ่งเกิดขึ้นกับนิวเคลียสของยูเรเนียมเมื่อถูกฉายรังสีด้วยนิวตรอน มีการทำลายนิวเคลียสนี้อย่างระเบิดด้วยการก่อตัวขององค์ประกอบใหม่ที่เบากว่ายูเรเนียมมาก การทำลายล้างนี้เป็นลักษณะการระเบิด ชิ้นส่วนของผลิตภัณฑ์กระจัดกระจายไปในทิศทางต่างๆ ด้วยความเร็วมหาศาล ดังนั้นจึงมีการค้นพบปรากฏการณ์ที่เรียกว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์
ในปี พ.ศ. 2482-2483 Yu. B. Khariton และ Ya. B. Zel'dovich แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในทางทฤษฎีว่าด้วยการเสริมสมรรถนะเล็กน้อยของยูเรเนียมธรรมชาติด้วยยูเรเนียม-235 เป็นไปได้ที่จะสร้างเงื่อนไขสำหรับการแตกตัวต่อเนื่องของนิวเคลียสของอะตอม กล่าวคือ ให้กระบวนการมีลักษณะเป็นลูกโซ่
อยู่ในธรรมชาติ
แร่ยูเรนิไนต์
ยูเรเนียมมีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติ ยูเรเนียมคลาร์กคือ 1·10 -3% (wt.) ปริมาณยูเรเนียมในชั้นเปลือกโลกหนา 20 กม. ประมาณ 1.3 10 14 ตัน
ยูเรเนียมจำนวนมากพบได้ในหินที่เป็นกรดซึ่งมีปริมาณสูง ซิลิคอน. ยูเรเนียมจำนวนมากกระจุกตัวอยู่ในหินตะกอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุดมด้วยอินทรียวัตถุ ยูเรเนียมมีอยู่ในปริมาณมากในฐานะสิ่งเจือปนในทอเรียมและแร่ธาตุหายาก (ออร์ไทต์, sphene CaTiO 3 , โมนาไซต์ (La,Ce) PO 4 , เพทาย ZrSiO 4 , ซีโนไทม์ YPO4 เป็นต้น) แร่ยูเรเนียมที่สำคัญที่สุดคือ pitchblende (tar pitch), uraninite และ carnotite แร่ธาตุหลัก - ดาวเทียมของยูเรเนียม ได้แก่ โมลิบดีไนต์ MoS 2, galena PbS, ควอตซ์ SiO 2, แคลไซต์ CaCO 3, hydromuscovite เป็นต้น
| แร่ | องค์ประกอบหลักของแร่ | ปริมาณยูเรเนียม% |
|---|---|---|
| Uraninite | UO 2 , UO 3 + ThO 2 , CeO 2 | 65-74 |
| คาร์โนไทต์ | K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 2H 2 O | ~50 |
| Casolite | PbO 2 UO 3 SiO 2 H 2 O | ~40 |
| สมาร์สกิต | (Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th) (Nb, Ta, Ti, Sn) 2 O 6 | 3.15-14 |
| แบรนเนอไรท์ | (U, Ca, Fe, Y, Th) 3 Ti 5 O 15 | 40 |
| ตุยมุนิต | CaO 2UO 3 V 2 O 5 nH 2 O | 50-60 |
| zeynerite | Cu(UO 2) 2 (AsO 4) 2 nH 2 O | 50-53 |
| หูน้ำหนวก | Ca(UO 2) 2 (PO 4) 2 nH 2 O | ~50 |
| Schrekingerite | Ca 3 NaUO 2 (CO 3) 3 SO 4 (OH) 9H 2 O | 25 |
| อูราโนเฟเนส | CaO UO 2 2SiO 2 6H 2 O | ~57 |
| เฟอร์กูโซไนท์ | (Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O 4 | 0.2-8 |
| ธอร์เบอร์ไนต์ | Cu(UO 2) 2 (PO 4) 2 nH 2 O | ~50 |
| coffinite | U(SiO 4) 1-x (OH) 4x | ~50 |
รูปแบบหลักของยูเรเนียมที่พบในธรรมชาติ ได้แก่ uraninite, pitchblende (tar pitch) และ uranium black ต่างกันแค่ในรูปแบบของการเกิดขึ้นเท่านั้น มีการพึ่งพาอายุ: uraninite มีอยู่ส่วนใหญ่ในสมัยโบราณ (หิน Precambrian), pitchblende - ภูเขาไฟและความร้อนใต้พิภพ - ส่วนใหญ่ใน Paleozoic และการก่อตัวของอุณหภูมิสูงและปานกลางที่อายุน้อยกว่า ยูเรเนียมสีดำ - ส่วนใหญ่อยู่ในหนุ่ม - Cenozoic และอายุน้อยกว่า - ส่วนใหญ่ในหินตะกอนอุณหภูมิต่ำ
ปริมาณยูเรเนียมในเปลือกโลกคือ 0.003% มันเกิดขึ้นในชั้นผิวโลกในรูปของเงินฝากสี่ประเภท อย่างแรก นี่คือเส้นเลือดของยูเรเนียมหรือยูเรเนียมพิตช์ (ยูเรเนียมไดออกไซด์ UO2) ที่อุดมไปด้วยยูเรเนียมมาก แต่หาได้ยาก พวกมันมาพร้อมกับการสะสมของเรเดียมตั้งแต่ เรเดียมเป็นผลโดยตรงจากการสลายตัวของไอโซโทปของยูเรเนียม เส้นเลือดดังกล่าวพบในซาอีร์ แคนาดา (เกรทแบร์เลก) สาธารณรัฐเช็กและ ฝรั่งเศส. แหล่งที่สองของยูเรเนียมคือกลุ่มแร่ทอเรียมและแร่ยูเรเนียม ร่วมกับแร่ของแร่ธาตุที่สำคัญอื่นๆ กลุ่มบริษัทมักมีปริมาณเพียงพอที่จะสกัดได้ ทองและ เงินและองค์ประกอบที่ประกอบเป็นยูเรเนียมและทอเรียม พบแร่เหล่านี้เป็นจำนวนมากในแคนาดา แอฟริกาใต้ รัสเซีย และ ออสเตรเลีย. แหล่งที่สามของยูเรเนียมคือหินตะกอนและหินทรายที่อุดมไปด้วยคาร์โนไทต์ (potassium uranyl vanadate) ซึ่งนอกจากยูเรเนียมแล้ว วานาเดียมและองค์ประกอบอื่นๆ แร่ดังกล่าวมีอยู่ในรัฐทางตะวันตก สหรัฐอเมริกา. หินเหล็กยูเรเนียมและแร่ฟอสเฟตเป็นแหล่งสะสมที่สี่ พบเงินฝากมากมายในชั้นหิน สวีเดน. แร่ฟอสเฟตบางชนิดในโมร็อกโกและสหรัฐอเมริกามียูเรเนียมจำนวนมากและมีฟอสเฟตสะสมอยู่ใน แองโกลาและสาธารณรัฐอัฟริกากลางก็อุดมไปด้วยยูเรเนียมมากกว่า ลิกไนต์และถ่านหินส่วนใหญ่มักมีสิ่งเจือปนของยูเรเนียม แหล่งแร่ลิกไนต์ที่อุดมด้วยยูเรเนียมที่พบในรัฐนอร์ทและเซาท์ดาโคตา (สหรัฐอเมริกา) และถ่านหินบิทูมินัส สเปนและ สาธารณรัฐเช็ก
ไอโซโทปของยูเรเนียม
ยูเรเนียมธรรมชาติประกอบด้วยส่วนผสมของสาม ไอโซโทป: 238 U - 99.2739% (ครึ่งชีวิต ตู่ 1/2 \u003d 4.468 × 10 9 ปี), 235 U - 0.7024% ( ตู่ 1/2 \u003d 7.038 × 10 8 ปี) และ 234 U - 0.0057% ( ตู่ 1/2 = 2.455×10 5 ปี) ไอโซโทปสุดท้ายไม่ใช่ไอโซโทปปฐมภูมิ แต่เป็นกัมมันตภาพรังสี มันเป็นส่วนหนึ่งของชุดกัมมันตภาพรังสี 238 U
กัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมธรรมชาติส่วนใหญ่เกิดจากไอโซโทป 238 U และ 234 U ในสภาวะสมดุล กิจกรรมเฉพาะของยูเรเนียมมีค่าเท่ากัน กิจกรรมจำเพาะของไอโซโทป 235 U ในยูเรเนียมธรรมชาตินั้นน้อยกว่ากิจกรรมของ 238 U ถึง 21 เท่า
มี 11 ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมที่รู้จักซึ่งมีมวลตั้งแต่ 227 ถึง 240 อายุยืนที่สุดคือ 233 U ( ตู่ 1/2 \u003d 1.62 × 10 5 ปี) ได้มาจากการฉายรังสีทอเรียมด้วยนิวตรอนและสามารถแตกตัวได้เองโดยนิวตรอนความร้อน
ไอโซโทปของยูเรเนียม 238 U และ 235 U เป็นต้นกำเนิดของชุดกัมมันตภาพรังสีสองชุด องค์ประกอบสุดท้ายของอนุกรมเหล่านี้คือไอโซโทป ตะกั่ว 206Pb และ 207Pb
ภายใต้สภาวะธรรมชาติ ไอโซโทปมีการกระจายตัวเป็นส่วนใหญ่ 234 ยู: 235 ยู : 238 ยู= 0.0054: 0.711: 99.283 ครึ่งหนึ่งของกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมธรรมชาติเกิดจากไอโซโทป 234 ยู. ไอโซโทป 234 ยูเกิดจากการผุกร่อน 238 ยู. สำหรับสองไอโซโทปสุดท้ายซึ่งแตกต่างจากคู่อื่น ๆ ของไอโซโทปและโดยไม่คำนึงถึงความสามารถในการอพยพสูงของยูเรเนียม ความคงตัวทางภูมิศาสตร์ของอัตราส่วนนั้นเป็นคุณลักษณะเฉพาะ ค่าของอัตราส่วนนี้ขึ้นอยู่กับอายุของยูเรเนียม การวัดตามธรรมชาติจำนวนมากแสดงให้เห็นความผันผวนที่ไม่มีนัยสำคัญ ดังนั้นในม้วน ค่าของอัตราส่วนนี้เทียบกับมาตรฐานจะแปรผันภายใน 0.9959 -1.0042 ในเกลือ - 0.996 - 1.005 ในแร่ธาตุที่ประกอบด้วยยูเรเนียม (แนสเทอรัน ยูเรเนียมดำ เซอร์โธไลต์ แร่หายาก) ค่าของอัตราส่วนนี้จะแตกต่างกันระหว่าง 137.30 ถึง 138.51 ยิ่งไปกว่านั้น ความแตกต่างระหว่างแบบฟอร์ม U IV และ U VI ยังไม่ได้รับการจัดตั้งขึ้น ในสฟีน - 138.4 ตรวจพบการขาดไอโซโทปในอุกกาบาตบางชนิด 235 ยู. ความเข้มข้นต่ำสุดภายใต้สภาพพื้นดินถูกค้นพบในปี 1972 โดย Buzhiges นักวิจัยชาวฝรั่งเศสในเมือง Oklo ในแอฟริกา (ฝากเงินในกาบอง) ดังนั้นยูเรเนียมปกติจึงมียูเรเนียม 0.7025% 235 U ในขณะที่ Oklo ลดลงเหลือ 0.557% สิ่งนี้สนับสนุนสมมติฐานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติที่นำไปสู่การเผาไหม้ไอโซโทป ซึ่งทำนายโดย George W. Wetherill จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ลอสแองเจลิสและ Mark G. Inghram จากมหาวิทยาลัยชิคาโกและ Paul K. Kuroda นักเคมีจาก University of อาร์คันซอ ซึ่งอธิบายกระบวนการนี้ย้อนกลับไปในปี 1956 นอกจากนี้ยังพบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติในเขตเดียวกัน: Okelobondo, Bangombe และอื่น ๆ ปัจจุบันรู้จักเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติประมาณ 17 เครื่อง
ใบเสร็จ
ขั้นตอนแรกของการผลิตยูเรเนียมคือความเข้มข้น นำหินมาบดผสมกับน้ำ ส่วนประกอบของสารแขวนลอยที่มีน้ำหนักมากจะคลายตัวเร็วขึ้น หากหินมีแร่ธาตุยูเรเนียมขั้นต้น พวกมันจะตกตะกอนอย่างรวดเร็ว นั่นคือแร่ธาตุหนัก แร่ธาตุยูเรเนียมทุติยภูมิมีน้ำหนักเบา ซึ่งในกรณีนี้ หินเสียหนักจะเกาะตัวก่อน (อย่างไรก็ตาม มันยังห่างไกลจากความว่างเปล่าจริงๆ เสมอไป มันสามารถมีองค์ประกอบที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงยูเรเนียมด้วย)
ขั้นตอนต่อไปคือการชะล้างสารเข้มข้น การถ่ายโอนยูเรเนียมไปเป็นสารละลาย ใช้ชะล้างกรดและด่าง อย่างแรกมีราคาถูกกว่าเนื่องจากใช้กรดซัลฟิวริกเพื่อสกัดยูเรเนียม แต่ถ้าอยู่ในวัตถุดิบ เช่น ในยูเรเนียม ทาร์ยูเรเนียมอยู่ในสถานะเตตระวาเลนต์ ดังนั้นวิธีนี้ใช้ไม่ได้: ยูเรเนียมเตตระวาเลนต์ในกรดซัลฟิวริกแทบไม่ละลาย ในกรณีนี้ เราต้องใช้วิธีการชะล้างที่เป็นด่างหรือยูเรเนียมก่อนออกซิไดซ์ให้เป็นสถานะเฮกซะวาเลนต์
ห้ามใช้กรดชะล้าง และในกรณีที่ยูเรเนียมเข้มข้นมีโดโลไมต์หรือแมกนีไซต์ ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก ในกรณีเหล่านี้ โซดาไฟ (ไฮดรอกไซด์ โซเดียม).
ปัญหาการชะล้างของยูเรเนียมจากแร่แก้ไขได้ด้วยการกำจัดออกซิเจน การไหลของออกซิเจนจะถูกป้อนเข้าไปในส่วนผสมของแร่ยูเรเนียมกับแร่ธาตุซัลไฟด์ที่ถูกทำให้ร้อนถึง 150 °C ในกรณีนี้ กรดกำมะถันเกิดจากแร่ธาตุกำมะถัน ซึ่งจะชะล้างยูเรเนียมออก
ในขั้นต่อไป ต้องแยกยูเรเนียมออกจากสารละลายที่ได้ วิธีการสมัยใหม่ - การสกัดและการแลกเปลี่ยนไอออน - ช่วยให้สามารถแก้ปัญหานี้ได้
สารละลายนี้ไม่เพียงประกอบด้วยยูเรเนียมเท่านั้น แต่ยังมีไอออนบวกอื่นๆ ด้วย สารบางชนิดภายใต้สภาวะบางประการมีพฤติกรรมเช่นเดียวกับยูเรเนียม: พวกมันถูกสกัดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ชนิดเดียวกัน วางบนเรซินแลกเปลี่ยนไอออนเดียวกัน และตกตะกอนภายใต้สภาวะเดียวกัน ดังนั้นสำหรับการแยกยูเรเนียมแบบคัดเลือก เราต้องใช้ปฏิกิริยารีดอกซ์หลายอย่างเพื่อกำจัดสหายที่ไม่พึงประสงค์หนึ่งหรืออีกตัวหนึ่งในแต่ละขั้นตอน สำหรับเรซินแลกเปลี่ยนไอออนสมัยใหม่ ยูเรเนียมจะถูกปล่อยออกมาอย่างเฉพาะเจาะจง
วิธีการ การแลกเปลี่ยนไอออนและการสกัดพวกเขายังดีเพราะช่วยให้คุณสามารถดึงยูเรเนียมออกจากสารละลายที่ไม่ดีได้อย่างสมบูรณ์ (ปริมาณยูเรเนียมอยู่ที่สิบกรัมต่อลิตร)
หลังจากการดำเนินการเหล่านี้ ยูเรเนียมจะถูกถ่ายโอนไปยังสถานะของแข็ง - เป็นออกไซด์ตัวใดตัวหนึ่งหรือลงใน UF 4 tetrafluoride แต่ยูเรเนียมนี้ยังคงต้องถูกทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งเจือปนด้วยส่วนดักจับนิวตรอนความร้อนขนาดใหญ่ - โบรอน, แคดเมียมแฮฟเนียม เนื้อหาของพวกเขาในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายไม่ควรเกินหนึ่งแสนและล้านของเปอร์เซ็นต์ เพื่อขจัดสิ่งสกปรกเหล่านี้ สารประกอบยูเรเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์จะละลายในกรดไนตริก ในกรณีนี้ ยูแรนิลไนเตรต UO 2 (NO 3) 2 จะเกิดขึ้น ซึ่งเมื่อสกัดด้วยไตรบิวทิลฟอสเฟตและสารอื่นๆ จะถูกทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมตามสภาวะที่ต้องการ จากนั้นสารนี้จะตกผลึก (หรือเปอร์ออกไซด์ตกตะกอน UO 4 ·2H 2 O) และเริ่มจุดไฟอย่างระมัดระวัง อันเป็นผลมาจากการดำเนินการนี้ ยูเรเนียมไตรออกไซด์ UO 3 ถูกสร้างขึ้นซึ่งลดลงด้วยไฮโดรเจนเป็น UO 2
ยูเรเนียมไดออกไซด์ UO 2 ที่อุณหภูมิ 430 ถึง 600 ° C ได้รับการรักษาด้วยไฮโดรเจนฟลูออไรด์แห้งเพื่อให้ได้เตตระฟลูออไรด์ UF 4 ยูเรเนียมที่เป็นโลหะจะลดลงจากสารประกอบนี้โดยใช้ แคลเซียมหรือ แมกนีเซียม.
คุณสมบัติทางกายภาพ
ยูเรเนียมเป็นโลหะหนักมาก สีขาวเงิน เป็นมันเงา ในรูปแบบบริสุทธิ์ จะอ่อนกว่าเหล็กกล้าเล็กน้อย อ่อนตัว ยืดหยุ่นได้ และมีคุณสมบัติต้านสนามแม่เหล็กเล็กน้อย ยูเรเนียมมีรูปแบบ allotropic สามรูปแบบ: อัลฟา (ปริซึม, เสถียรถึง 667.7 ° C), เบต้า (รูปสี่เหลี่ยม, เสถียรจาก 667.7 ° C ถึง 774.8 ° C), แกมมา (ด้วยโครงสร้างลูกบาศก์ที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลางที่มีอยู่จาก 774, 8 ° C ถึง จุดหลอมเหลว).
คุณสมบัติกัมมันตภาพรังสีของไอโซโทปยูเรเนียมบางชนิด (แยกไอโซโทปธรรมชาติออกแล้ว):
คุณสมบัติทางเคมี
ยูเรเนียมสามารถแสดงสถานะออกซิเดชันได้ตั้งแต่ +III ถึง +VI สารประกอบยูเรเนียม (III) ก่อให้เกิดสารละลายสีแดงที่ไม่เสถียรและเป็นตัวรีดิวซ์ที่แรง:
4UCl 3 + 2H 2 O → 3UCl 4 + UO 2 + H 2
สารประกอบยูเรเนียม (IV) เป็นสารละลายสีเขียวที่เสถียรที่สุด
สารประกอบยูเรเนียม (V) นั้นไม่เสถียรและผิดสัดส่วนได้ง่ายในสารละลายที่เป็นน้ำ:
2UO 2 Cl → UO 2 Cl 2 + UO 2
ในทางเคมี ยูเรเนียมเป็นโลหะที่มีปฏิกิริยารุนแรง ออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศ ปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์สีรุ้ง ผงยูเรเนียมละเอียดจะจุดประกายในอากาศได้เอง โดยจุดไฟที่อุณหภูมิ 150-175 °C ก่อตัวเป็น U 3 O 8 ที่ 1,000 °C ยูเรเนียมจะรวมตัวกับไนโตรเจนเพื่อสร้างยูเรเนียมไนไตรด์สีเหลือง น้ำสามารถกัดกร่อนโลหะได้ช้าที่อุณหภูมิต่ำและรวดเร็วที่อุณหภูมิสูง รวมถึงการบดผงยูเรเนียมแบบละเอียด ยูเรเนียมละลายในกรดไฮโดรคลอริก ไนตริก และกรดอื่นๆ ก่อตัวเป็นเกลือเตตระวาเลนต์ แต่ไม่มีปฏิกิริยากับด่าง ดาวยูเรนัสพลัดถิ่น ไฮโดรเจนจากกรดอนินทรีย์และสารละลายเกลือของโลหะเช่น ปรอท, เงิน, ทองแดง, ดีบุก, แพลตตินั่มและทอง. ด้วยการเขย่าอย่างแรง อนุภาคโลหะของยูเรเนียมเริ่มเรืองแสง ยูเรเนียมมีสถานะออกซิเดชันสี่สถานะ - III-VI สารประกอบเฮกซาวาเลนต์รวมถึงยูเรเนียมไตรออกไซด์ (ยูเรนิลออกไซด์) UO 3 และยูเรเนียมคลอไรด์ UO 2 Cl 2 ยูเรเนียมเตตระคลอไรด์ UCl 4 และยูเรเนียมไดออกไซด์ UO 2 เป็นตัวอย่างของยูเรเนียมเตตระวาเลนต์ สารที่มียูเรเนียมเตตระวาเลนต์มักจะไม่เสถียรและเปลี่ยนเป็นยูเรเนียมเฮกซะวาเลนท์เมื่อสัมผัสกับอากาศเป็นเวลานาน เกลือยูเรนิล เช่น ยูแรนิลคลอไรด์ สลายตัวในที่ที่มีแสงจ้าหรือสารอินทรีย์
แอปพลิเคชัน
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
มีแอพพลิเคชั่นที่ดีที่สุด ไอโซโทปยูเรเนียม 235 U ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์แบบยั่งยืนได้เอง ดังนั้นไอโซโทปนี้จึงถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เช่นเดียวกับในอาวุธนิวเคลียร์ การแยกไอโซโทป U 235 จากยูเรเนียมธรรมชาติเป็นปัญหาทางเทคโนโลยีที่ซับซ้อน (ดู การแยกไอโซโทป)
ไอโซโทป U 238 สามารถแตกตัวภายใต้อิทธิพลของการทิ้งระเบิดด้วยนิวตรอนพลังงานสูง คุณลักษณะนี้ใช้เพื่อเพิ่มพลังของอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์ (ใช้นิวตรอนที่เกิดจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์)
ผลจากการดักจับนิวตรอนตามด้วย β-decay ทำให้ 238 U สามารถแปลงเป็น 239 Pu ซึ่งจากนั้นใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
ยูเรเนียม-233 ที่ผลิตขึ้นเทียมในเครื่องปฏิกรณ์จากทอเรียม (ทอเรียม-232 จับนิวตรอนและกลายเป็นทอเรียม-233 ซึ่งสลายตัวเป็นโพรแทกติเนียม-233 แล้วเปลี่ยนเป็นยูเรเนียม-233) ในอนาคตอาจกลายเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทั่วไปสำหรับพลังงานนิวเคลียร์ พืช (ขณะนี้มีเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้นิวไคลด์นี้เป็นเชื้อเพลิงแล้ว เช่น KAMINI ในอินเดีย) และการผลิตระเบิดปรมาณู (มวลวิกฤตประมาณ 16 กก.)
ยูเรเนียม-233 ยังเป็นเชื้อเพลิงที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบเฟสแก๊ส
ธรณีวิทยา
สาขาหลักของการใช้ยูเรเนียมคือการกำหนดอายุของแร่ธาตุและหินเพื่อชี้แจงลำดับของกระบวนการทางธรณีวิทยา สิ่งนี้ทำโดย Geochronology และ Geochronology เชิงทฤษฎี การแก้ปัญหาเรื่องการผสมและแหล่งที่มาของสสารก็มีความสำคัญเช่นกัน
การแก้ปัญหาขึ้นอยู่กับสมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่อธิบายโดยสมการ
ที่ไหน 238 อู้, 235 Uo— ไอโซโทปยูเรเนียมเข้มข้นสมัยใหม่ ; — ค่าคงที่การสลายตัว อะตอมของยูเรเนียมตามลำดับ 238 ยูและ 235 ยู.
การรวมกันมีความสำคัญมาก:
.
เนื่องจากหินมีความเข้มข้นของยูเรเนียมต่างกัน จึงมีกัมมันตภาพรังสีต่างกัน คุณสมบัตินี้ใช้ในการคัดเลือกหินด้วยวิธีธรณีฟิสิกส์ วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในธรณีวิทยาปิโตรเลียมสำหรับการตัดไม้อย่างดี ความซับซ้อนนี้รวมถึงโดยเฉพาะอย่างยิ่ง การตัดไม้ γ หรือ การบันทึกแกมมานิวตรอน การบันทึกด้วยแกมมา-แกมมา ฯลฯ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา อ่างเก็บน้ำและแมวน้ำจะถูกระบุ
แอปพลิเคชั่นอื่นๆ
การเติมยูเรเนียมเล็กน้อยจะทำให้แก้วมีแสงเรืองแสงสีเขียวอมเหลืองสวยงาม (แก้วยูเรเนียม)
ใช้โซเดียมยูเรเนต Na 2 U 2 O 7 เป็นเม็ดสีเหลืองในการทาสี
สารประกอบยูเรเนียมถูกใช้เป็นสีสำหรับทาสีบนพอร์ซเลนและสำหรับเคลือบเซรามิกและอีนาเมล (มีสี: สีเหลือง สีน้ำตาล สีเขียว และสีดำ ขึ้นอยู่กับระดับของการเกิดออกซิเดชัน)
สารประกอบยูเรเนียมบางชนิดมีความไวต่อแสง
ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ยูแรนิลไนเตรตมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มฟิล์มเนกาทีฟและรอยเปื้อน (สีอ่อน) ค่าบวก (ภาพพิมพ์) สีน้ำตาล
ยูเรเนียม-235 คาร์ไบด์ในโลหะผสมที่มีไนโอเบียมคาร์ไบด์และเซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ (สารทำงานคือ ไฮโดรเจน + เฮกเซน)
โลหะผสมของเหล็กและยูเรเนียมที่หมดสภาพ (ยูเรเนียม-238) ถูกใช้เป็นวัสดุแม่เหล็กที่ทรงพลัง
ยูเรเนียมหมดฤทธิ์
ยูเรเนียมหมดฤทธิ์
หลังจากการสกัด 235U และ 234U จากยูเรเนียมธรรมชาติ วัสดุที่เหลือ (ยูเรเนียม-238) จะเรียกว่า "ยูเรเนียมพร่อง" เพราะมันหมดลงในไอโซโทปที่ 235 ตามรายงานบางฉบับ มีการจัดเก็บยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ (UF 6) ที่หมดฤทธิ์แล้วประมาณ 560,000 ตันในสหรัฐอเมริกา
ยูเรเนียมที่หมดฤทธิ์มีกัมมันตภาพรังสีเท่ากับยูเรเนียมธรรมชาติครึ่งหนึ่ง สาเหตุหลักมาจากการกำจัด 234 U ออกจากยูเรเนียม เนื่องจากการใช้ยูเรเนียมเป็นหลักคือการผลิตพลังงาน
โดยทั่วไป การใช้งานเกี่ยวข้องกับยูเรเนียมที่มีความหนาแน่นสูงและมีราคาค่อนข้างต่ำ ยูเรเนียมที่หมดฤทธิ์ใช้สำหรับป้องกันรังสี (แดกดัน) และใช้เป็นบัลลาสต์ในการใช้งานด้านอวกาศ เช่น พื้นผิวควบคุมอากาศยาน เครื่องบินโบอิ้ง 747 แต่ละลำมียูเรเนียมที่หมดแล้ว 1,500 กิโลกรัมเพื่อการนี้ วัสดุนี้ยังใช้ในโรเตอร์ไจโรสโคปความเร็วสูง มู่เล่ขนาดใหญ่ เช่น บัลลาสต์ในยานสำรวจอวกาศและเรือยอทช์แข่ง ขณะเจาะบ่อน้ำมัน
แกนกระสุนเจาะเกราะ
ปลาย (ซับ) ของกระสุนปืนขนาด 30 มม. (ปืน GAU-8 ของเครื่องบิน A-10) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 20 มม. จากยูเรเนียมที่หมดแล้ว
การใช้ยูเรเนียมที่หมดฤทธิ์ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือใช้เป็นแกนสำหรับขีปนาวุธเจาะเกราะ เมื่อผสมกับ 2% Mo หรือ 0.75% Ti และอบชุบด้วยความร้อน (การชุบโลหะอย่างรวดเร็วโดยให้ความร้อนถึง 850 °C ในน้ำหรือน้ำมัน โดยคงไว้ที่อุณหภูมิ 450 °C เป็นเวลา 5 ชั่วโมง) โลหะยูเรเนียมจะแข็งและแข็งแรงกว่าเหล็ก (กำลังรับแรงดึง) มากกว่า 1600 MPa แม้ว่ายูเรเนียมบริสุทธิ์จะมีค่า 450 MPa) เมื่อรวมกับความหนาแน่นสูง ทำให้แท่งยูเรเนียมชุบแข็งเป็นเครื่องมือเจาะเกราะที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง มีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับทังสเตนที่มีราคาแพงกว่า ปลายยูเรเนียมหนักยังเปลี่ยนการกระจายมวลในโพรเจกไทล์ ช่วยเพิ่มเสถียรภาพตามหลักอากาศพลศาสตร์
โลหะผสมที่คล้ายคลึงกันของประเภท Stabilla นั้นถูกใช้ในเปลือกขนนกรูปลูกศรของรถถังและชิ้นส่วนปืนใหญ่ต่อสู้รถถัง
กระบวนการทำลายชุดเกราะนั้นมาพร้อมกับการบดแท่งยูเรเนียมให้เป็นฝุ่นและจุดไฟในอากาศที่อีกด้านหนึ่งของชุดเกราะ (ดู Pyrophoricity) ยูเรเนียมที่หมดแล้วประมาณ 300 ตันยังคงอยู่ในสนามรบระหว่างปฏิบัติการพายุทะเลทราย (ส่วนใหญ่เป็นซากของกระสุนจากปืนใหญ่ GAU-8 ขนาด 30 มม. ของเครื่องบินจู่โจม A-10 กระสุนแต่ละนัดบรรจุยูเรเนียมอัลลอยด์ 272 กรัม)
กระสุนดังกล่าวถูกใช้โดยกองทหารนาโต้ในการสู้รบในยูโกสลาเวีย หลังจากการประยุกต์ใช้แล้วได้มีการหารือเกี่ยวกับปัญหาทางนิเวศวิทยาของการปนเปื้อนรังสีในอาณาเขตของประเทศ
เป็นครั้งแรกที่ยูเรเนียมถูกใช้เป็นแกนสำหรับเปลือกหอยใน Third Reich
ยูเรเนียมที่หมดแล้วถูกใช้ในเกราะของรถถังสมัยใหม่ เช่น รถถัง M-1 Abrams
การกระทำทางสรีรวิทยา
ในปริมาณจุลภาค (10 -5 -10 -8%) จะพบในเนื้อเยื่อของพืช สัตว์ และมนุษย์ มันสะสมในระดับสูงสุดโดยเชื้อราและสาหร่ายบางชนิด สารประกอบยูเรเนียมถูกดูดซึมในทางเดินอาหาร (ประมาณ 1%) ในปอด - 50% คลังเก็บหลักในร่างกาย: ม้าม ไต โครงกระดูก ตับ ปอด และต่อมน้ำเหลืองในหลอดลมและปอด ปริมาณในอวัยวะและเนื้อเยื่อของมนุษย์และสัตว์ไม่เกิน 10 −7 กรัม
ยูเรเนียมและสารประกอบของมัน พิษ. ละอองลอยของยูเรเนียมและสารประกอบของยูเรเนียมเป็นอันตรายอย่างยิ่ง สำหรับละอองลอยของสารประกอบยูเรเนียมที่ละลายน้ำได้ MPC ในอากาศคือ 0.015 มก./ลบ.ม. สำหรับ MPC ยูเรเนียมในรูปแบบที่ไม่ละลายน้ำคือ 0.075 มก./ลบ.ม. เมื่อเข้าสู่ร่างกาย ยูเรเนียมจะออกฤทธิ์กับอวัยวะทุกส่วน เป็นพิษต่อเซลล์โดยทั่วไป กลไกการออกฤทธิ์ของโมเลกุลยูเรเนียมสัมพันธ์กับความสามารถในการยับยั้งการทำงานของเอ็นไซม์ ประการแรกไตได้รับผลกระทบ (โปรตีนและน้ำตาลปรากฏในปัสสาวะ oliguria) เมื่อมึนเมาเรื้อรังความผิดปกติของเม็ดเลือดและระบบประสาทก็เป็นไปได้
การผลิตตามประเทศเป็นตันโดยเนื้อหา U สำหรับปี 2548-2549
การผลิตโดยบริษัทต่างๆ ในปี 2549:
Cameco - 8.1 พันตัน
Rio Tinto - 7,000 ตัน
AREVA - 5 พันตัน
Kazatomprom - 3.8 พันตัน
JSC TVEL — 3.5 พันตัน
BHP Billiton - 3,000 ตัน
Navoi MMC - 2.1 พันตัน ( อุซเบกิสถาน, นาวอย)
ยูเรเนียมหนึ่ง - 1,000 ตัน
Heathgate - 0.8 พันตัน
Denison Mines - 0.5 พันตัน
การผลิตในรัสเซีย
ในสหภาพโซเวียต ภูมิภาคแร่ยูเรเนียมหลักคือยูเครน (แหล่งแร่ Zheltorechenskoye, Pervomayskoye เป็นต้น) คาซัคสถาน (แหล่งแร่ทางตอนเหนือ - บัลคาชินสโค ฯลฯ ภาคใต้ - แหล่งแร่ Kyzylsay ฯลฯ ; Vostochny; ทั้งหมดเป็นของส่วนใหญ่ ประเภทภูเขาไฟ-ไฮโดรเทอร์มอล); Transbaikalia (Antey, Streltsovskoye ฯลฯ ); เอเชียกลาง ส่วนใหญ่เป็นอุซเบกิสถานที่มีการทำให้เป็นแร่ในหินดินดานสีดำ โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่เมืองอุชคูดุก มีการเกิดแร่และอาการแสดงเล็กๆ น้อยๆ มากมาย ในรัสเซีย Transbaikalia ยังคงเป็นภูมิภาคหลักของแร่ยูเรเนียม ยูเรเนียมรัสเซียประมาณ 93% ถูกขุดที่แหล่งสะสมในภูมิภาค Chita (ใกล้เมือง Krasnokamensk) การขุดดำเนินการโดย Priargunsky Industrial Mining and Chemical Association (PIMCU) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ JSC Atomredmetzoloto (Uranium Holding) โดยใช้วิธีการทำเหมือง
ส่วนที่เหลืออีก 7% ได้มาจากการชะล้างในแหล่งกำเนิดจาก ZAO Dalur (เขต Kurgan) และ OAO Khiagda (Buryatia)
แร่ที่เป็นผลลัพธ์และยูเรเนียมเข้มข้นจะถูกแปรรูปที่โรงงานเครื่องจักร Chepetsk
การขุดในคาซัคสถาน
ปริมาณสำรองยูเรเนียมประมาณหนึ่งในห้าของโลกกระจุกตัวอยู่ในคาซัคสถาน (21% และอันดับ 2 ของโลก) ทรัพยากรทั้งหมดของยูเรเนียมอยู่ที่ประมาณ 1.5 ล้านตัน ซึ่งประมาณ 1.1 ล้านตันสามารถขุดได้โดยการชะล้างในแหล่งกำเนิด
ในปี 2552 คาซัคสถานขึ้นอันดับหนึ่งของโลกในด้านการขุดยูเรเนียม
การผลิตในยูเครน
องค์กรหลักคือโรงงานเหมืองแร่และแปรรูปตะวันออกในเมือง Zhovti Vody
ราคา
แม้จะมีตำนานเกี่ยวกับเงินหลายหมื่นดอลลาร์สำหรับกิโลกรัมหรือแม้กระทั่งปริมาณยูเรเนียมเป็นกรัม แต่ราคาที่แท้จริงในตลาดนั้นไม่สูงมาก - ยูเรเนียมออกไซด์ที่ไม่ได้รับการปรับปรุงคุณภาพ U 3 O 8 มีราคาน้อยกว่า 100 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในการเปิดเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บนยูเรเนียมที่ไม่ได้เสริมสมรรถนะ จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงหลายสิบหรือหลายร้อยตัน และสำหรับการผลิตอาวุธนิวเคลียร์ ยูเรเนียมจำนวนมากจะต้องได้รับการเสริมสมรรถนะเพื่อให้ได้ความเข้มข้นที่เหมาะสมสำหรับการสร้าง ระเบิด.
เมื่อมีการค้นพบธาตุกัมมันตภาพรังสีในตารางธาตุ ในที่สุดก็มีคนมาประยุกต์ใช้ นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับยูเรเนียม มันถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางทหารและพลเรือน แร่ยูเรเนียมถูกแปรรูป ผลลัพธ์ที่ได้ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมสีและสารเคลือบเงาและแก้ว หลังจากค้นพบกัมมันตภาพรังสีแล้ว ก็เริ่มมีการใช้เชื้อเพลิงชนิดนี้ว่าสะอาดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมแค่ไหน? เรื่องนี้ยังคงถูกถกเถียงกันอยู่
ยูเรเนียมธรรมชาติ
โดยธรรมชาติแล้ว ยูเรเนียมไม่มีอยู่ในรูปที่บริสุทธิ์ แต่เป็นส่วนประกอบของแร่และแร่ธาตุ แร่ยูเรเนียมหลักคือ carnotite และ pitchblende นอกจากนี้ยังพบแหล่งสะสมที่สำคัญของกลยุทธ์นี้ในแร่หายากและแร่ธาตุพีท - ออร์ไทต์, ไททาไนต์, เพทาย, โมนาไซต์, ซีโนไทม์ การสะสมของยูเรเนียมสามารถพบได้ในหินที่มีสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและมีซิลิกอนที่มีความเข้มข้นสูง สหายของมันคือแคลไซต์, กาเลนา, โมลิบดีไนต์ ฯลฯ
เงินฝากและเงินสำรองของโลก
จนถึงปัจจุบัน มีการสำรวจตะกอนจำนวนมากในชั้นพื้นผิวโลกที่มีระยะทาง 20 กิโลเมตร ทั้งหมดมียูเรเนียมจำนวนมาก จำนวนนี้สามารถให้พลังงานแก่มนุษยชาติได้อีกหลายร้อยปี ประเทศชั้นนำที่แร่ยูเรเนียมตั้งอยู่ในปริมาณที่ใหญ่ที่สุดคือออสเตรเลีย, คาซัคสถาน, รัสเซีย, แคนาดา, แอฟริกาใต้, ยูเครน, อุซเบกิสถาน, สหรัฐอเมริกา, บราซิล, นามิเบีย
ประเภทของยูเรเนียม
กัมมันตภาพรังสีกำหนดคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมี ยูเรเนียมธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปสามชนิด สองคนนี้เป็นบรรพบุรุษของซีรีย์กัมมันตภาพรังสี ไอโซโทปธรรมชาติของยูเรเนียมถูกใช้เพื่อสร้างเชื้อเพลิงสำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์และอาวุธ นอกจากนี้ ยูเรเนียม-238 ยังทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบในการผลิตพลูโทเนียม-239
ไอโซโทปยูเรเนียม U234 เป็นนิวไคลด์ลูกสาวของ U238 พวกมันได้รับการยอมรับว่าเป็นกัมมันตภาพรังสีที่กระฉับกระเฉงที่สุด ไอโซโทป U235 นั้นอ่อนแอกว่า 21 เท่า แม้ว่าจะถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จตามวัตถุประสงค์ข้างต้น แต่ก็มีความสามารถในการบำรุงรักษาโดยไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มเติม
นอกจากธรรมชาติแล้ว ยังมีไอโซโทปยูเรเนียมเทียมอีกด้วย วันนี้มี 23 อย่างที่รู้จักกัน ที่สำคัญที่สุดของพวกเขา - U233 มันโดดเด่นด้วยความสามารถในการกระตุ้นภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนช้าในขณะที่ส่วนที่เหลือต้องการอนุภาคที่รวดเร็ว
การจำแนกแร่
แม้ว่ายูเรเนียมจะพบได้แทบทุกที่ แม้แต่ในสิ่งมีชีวิต แต่ชั้นที่บรรจุยูเรเนียมนั้นมีหลายประเภท ขึ้นอยู่กับวิธีการสกัดด้วย แร่ยูเรเนียมจำแนกตามพารามิเตอร์ต่อไปนี้:
- เงื่อนไขการก่อตัว - แร่ภายนอก, ภายนอกและการเปลี่ยนแปลง
- ลักษณะของแร่ยูเรเนียมเป็นแร่ปฐมภูมิ ออกซิไดซ์ และผสมของยูเรเนียม
- ขนาดของมวลรวมและเม็ดแร่ - เม็ดหยาบ เม็ดกลาง เม็ดละเอียด เม็ดละเอียด และเศษแร่ที่กระจายตัว
- ประโยชน์ของสิ่งสกปรก - โมลิบดีนัม วานาเดียม ฯลฯ
- องค์ประกอบของสิ่งสกปรก - คาร์บอเนต ซิลิเกต ซัลไฟด์ เหล็กออกไซด์ caustobiolitic
มีวิธีการแยกองค์ประกอบทางเคมีออกจากแร่ยูเรเนียมทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการจำแนกแร่ยูเรเนียม ซิลิเกตได้รับการบำบัดด้วยกรดต่าง ๆ คาร์บอเนต - ด้วยสารละลายโซดา caustobiolitic อุดมไปด้วยการเผาไหม้และเหล็กออกไซด์จะละลายในเตาหลอม
แร่ยูเรเนียมมีการขุดอย่างไร?
เช่นเดียวกับในธุรกิจเหมืองแร่ใดๆ มีเทคโนโลยีและวิธีการบางอย่างในการสกัดยูเรเนียมออกจากหิน ทุกอย่างยังขึ้นอยู่กับไอโซโทปที่อยู่ในชั้นเปลือกโลกด้วย แร่ยูเรเนียมขุดได้สามวิธี การแยกองค์ประกอบออกจากหินที่สมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจคือเมื่อมีเนื้อหาอยู่ในปริมาณ 0.05-0.5% มีวิธีการทำเหมือง เหมืองหิน และวิธีการชะล้าง การใช้แต่ละธาตุขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของไอโซโทปและความลึกของหิน การทำเหมืองหินแร่ยูเรเนียมเป็นไปได้ด้วยการเกิดขึ้นที่ตื้น ความเสี่ยงจากการสัมผัสน้อยที่สุด ไม่มีปัญหากับอุปกรณ์ - ใช้กันอย่างแพร่หลายในรถปราบดิน, รถตัก, รถดั๊มพ์
การขุดมีความซับซ้อนมากขึ้น วิธีนี้ใช้เมื่อองค์ประกอบเกิดขึ้นที่ระดับความลึกไม่เกิน 2 กิโลเมตรและใช้งานได้ในเชิงเศรษฐกิจ หินต้องมียูเรเนียมเข้มข้นสูงจึงจะสามารถขุดได้อย่างเหมาะสม adit ให้ความปลอดภัยสูงสุดเนื่องจากวิธีการขุดแร่ยูเรเนียมใต้ดิน พนักงานจะได้รับชุดเอี๊ยม โดยจำกัดชั่วโมงการทำงานอย่างเคร่งครัด เหมืองมีการติดตั้งลิฟต์ การระบายอากาศที่เพิ่มขึ้น
การชะล้างเป็นวิธีที่สาม - วิธีที่สะอาดที่สุดจากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยของพนักงานในองค์กรเหมืองแร่ สารละลายเคมีพิเศษถูกสูบผ่านระบบของหลุมเจาะ มันละลายในอ่างเก็บน้ำและอิ่มตัวด้วยสารประกอบยูเรเนียม สารละลายจะถูกสูบออกและส่งไปยังโรงงานแปรรูป วิธีนี้เป็นวิธีที่ก้าวหน้ากว่า แต่ช่วยลดต้นทุนทางเศรษฐกิจ แม้ว่าจะมีข้อจำกัดหลายประการสำหรับการประยุกต์ใช้
เงินฝากในยูเครน
ประเทศกลายเป็นเจ้าของที่มีความสุขของเงินฝากของธาตุที่ผลิต ตามการคาดการณ์ แร่ยูเรเนียมของยูเครนมีมากถึง 235 ตันของวัตถุดิบ ขณะนี้ได้รับการยืนยันเงินฝากที่มีประมาณ 65 ตันเท่านั้น ได้ดำเนินการไปแล้วจำนวนหนึ่ง ส่วนหนึ่งของยูเรเนียมถูกใช้ในประเทศและส่วนหนึ่งถูกส่งออกไป
แหล่งแร่หลักคือบริเวณแร่ยูเรเนียม Kirovograd ปริมาณยูเรเนียมต่ำ - จาก 0.05 ถึง 0.1% ต่อตันของหิน ดังนั้นต้นทุนของวัสดุจึงสูง เป็นผลให้วัตถุดิบที่เกิดขึ้นถูกแลกเปลี่ยนในรัสเซียสำหรับแท่งเชื้อเพลิงสำเร็จรูปสำหรับโรงไฟฟ้า
เงินฝากหลักที่สองคือ Novokonstantinovskoye เนื้อหาของยูเรเนียมในหินทำให้สามารถลดต้นทุนเมื่อเทียบกับ Kirovogradskoye ได้เกือบ 2 เท่า อย่างไรก็ตาม การพัฒนาไม่ได้ดำเนินการมาตั้งแต่ยุค 90 เหมืองทั้งหมดถูกน้ำท่วม เกี่ยวเนื่องกับความสัมพันธ์ทางการเมืองกับรัสเซียที่ทวีความรุนแรงยิ่งขึ้น ยูเครนอาจถูกทิ้งให้ปราศจากเชื้อเพลิงสำหรับ
แร่ยูเรเนียมรัสเซีย
ในแง่ของการขุดยูเรเนียม สหพันธรัฐรัสเซียอยู่ในอันดับที่ 5 เมื่อเทียบกับประเทศอื่นๆ ในโลก ที่มีชื่อเสียงและทรงพลังที่สุดคือ Khiagdinskoye, Kolichkanskoye, Istochnoye, Koretkondinskoye, Namarusskoye, Dobrynskoye (สาธารณรัฐ Buryatia), Argunskoye, Zherlovoye 93% ของยูเรเนียมรัสเซียทั้งหมดถูกขุดในภูมิภาค Chita (ส่วนใหญ่โดยหลุมเปิดและวิธีการขุด)
สถานการณ์ค่อนข้างแตกต่างกับเงินฝากใน Buryatia และ Kurgan แร่ยูเรเนียมในรัสเซียในภูมิภาคเหล่านี้อยู่ในลักษณะที่ทำให้สามารถสกัดวัตถุดิบโดยการชะล้าง
โดยรวมแล้วรัสเซียคาดการณ์ว่าจะมีเงินฝากยูเรเนียม 830 ตันและมีสำรองที่ยืนยันแล้วประมาณ 615 ตัน สิ่งเหล่านี้เป็นเงินฝากใน Yakutia, Karelia และภูมิภาคอื่น ๆ เนื่องจากยูเรเนียมเป็นวัตถุดิบเชิงกลยุทธ์ระดับโลก ตัวเลขจึงอาจไม่ถูกต้อง เนื่องจากข้อมูลจำนวนมากจัดอยู่ในประเภท มีเพียงคนบางประเภทเท่านั้นที่เข้าถึงข้อมูลเหล่านี้ได้