Predelava urana, priprava rude za uporabo v različnih izdelkih.
Uran (U), čeprav zelo gost (19,1 grama na kubični centimeter), je razmeroma šibka, nerefleksna kovina. Dejansko se zdi, da so kovinske lastnosti urana vmesne med lastnostmi srebra in drugih pravih kovin ter lastnostmi nemetalnih elementov, tako da se za strukturne namene ni vrednotil. Glavna vrednost urana je v radioaktivnih in cepljivih lastnostih njegovih izotopov. V naravi skoraj vso (99,27 odstotka) kovine sestavlja uran-238; preostanek je sestavljen iz urana-235 (0,72 odstotka) in urana-234 (0,006 odstotka). Od teh naravnih izotopov je samo obsevanje urana-235 z nevtronskim obsevanjem. Vendar uran-238, ko absorbira nevron, tvori uran-239 in ta slednji izotop sčasoma razpade v plutonij-239 - cepljiv material velikega pomena v jedrski energiji in jedrskem orožju. Drugi cepljivi izotop, uran-233, se lahko tvori z nevtronskim obsevanjem torija-232.
Tudi pri sobni temperaturi fino razdeljena kovina urana reagira s kisikom in dušikom. Pri višjih temperaturah reagira z najrazličnejšimi legiranimi kovinami in tvori intermetalne spojine. Tvorba trdne raztopine z drugimi kovinami se zgodi le redko, zaradi singularnih kristalnih struktur, ki jih tvorijo atomi urana. Med sobno temperaturo in tališčem 1132 ° C (2.070 ° F) kovina urana obstaja v treh kristalnih oblikah, znanih kot faza alfa (α), beta (β) in gama (γ). Preobrazba iz alfa v beta fazo se pojavi pri 668 ° C (1.234 ° F) in iz beta v gama fazo pri 775 ° C (1.427 ° F). Gama uran ima telesno usmerjeno kubično (bcc) kristalno strukturo, medtem ko ima beta uran tetragonalno strukturo. Alfa faza pa je sestavljena iz valovitih listov atomov v zelo asimetrični orthorhombic strukturi. Ta anizotropna ali izkrivljena struktura otežuje, da atomi legirajočih kovin nadomeščajo uranove atome ali zasedejo prostore med uranovimi atomi v kristalni rešetki. Opaženo je bilo le, da molibden in niobij tvorita zlitine trdne raztopine z uranom.
Zgodovina
Nemški kemik Martin Heinrich Klaproth je zaslužen, da je leta 1789 v vzorcu smolende odkril element uran. Klaproth je novi element poimenoval po planetu Uran, ki so ga odkrili leta 1781. Toda šele leta 1841 je francoski kemik Eugène-Melchior Péligot pokazal, da je črna kovinska snov, ki jo je pridobil Klaproth, res spojina uranovega dioksida. Péligot je pripravil dejansko uranovo kovino z redukcijo uranovega tetraklorida s kalijevo kovino.
Pred odkritjem in razjasnitvijo jedrske cepitve je bilo nekaj praktičnih uporab urana (in teh je bilo zelo malo) pri barvanju keramike in kot katalizatorja v nekaterih specializiranih aplikacijah. Danes je uran zelo cenjen za jedrske namene, tako vojaške kot komercialne, celo rudne nizke stopnje imajo veliko gospodarsko vrednost. Kovine urana se rutinsko proizvajajo s postopkom Ames, ki ga je leta 1942 na ameriški univerzi Iowa v Amesu razvil ameriški kemik FH Spedding in njegovi sodelavci. Pri tem postopku se kovina pridobiva iz uranovega tetrafluorida s toplotno redukcijo z magnezijem.
Rude
Zemljina skorja vsebuje približno dva dela na milijon urana, kar odraža široko razporeditev v naravi. Ocene vsebujejo 4,5 × 10 9 ton elementa. Uran se pojavlja kot pomemben sestavni del več kot 150 različnih mineralov in kot manj pomembna sestavina nadaljnjih 50 mineralov. Primarni minerali urana, ki jih najdemo v magmatskih hidrotermalnih žilah in v pegmatitih, vključujejo uraninit in smolende (slednji so različni uraninit). Uran v teh dveh rudah se pojavlja v obliki uranovega dioksida, ki se lahko - zaradi oksidacije - razlikuje po natančni kemični sestavi od UO 2 do UO 2,67. Druge uranove rude gospodarskega pomena so autunit, hidratirani kalcijev uranil fosfat; tobernit, hidratiran bakrov uranil fosfat; kofinit, črni hidratirani uranovo silikat; in karnotit, rumen hidriran kalijev uranil vanadat.
Ocenjujejo, da se več kot 90 odstotkov znanih nizkocenovnih zalog urana pojavlja v Kanadi, Južni Afriki, ZDA, Avstraliji, Nigerju, Namibiji, Braziliji, Alžiriji in Franciji. Približno 50 do 60 odstotkov teh rezerv je v konglomeratnih kamnitih formacijah Elliot Lake, ki leži severno od jezera Huron v Ontariu v Cannesu in v zlatih poljih Witwatersrand v Južni Afriki. Oblikovanja peščenjaka na planoti Kolorado in porečju Wyoming v zahodnih Združenih državah Amerike vsebujejo tudi znatne rezerve urana.
Pridobivanje in koncentriranje
Uranove rude se pojavljajo v nahajališčih, ki so tako blizu površja kot tudi zelo globoka (npr. Od 300 do 1200 metrov ali od 1.000 do 4.000 čevljev). Globoke rude se včasih pojavijo v šivih, debelih 30 metrov. Tako kot pri rudah drugih kovin se tudi površinske uranove rude zlahka rudirajo z veliko zemeljsko opremo, medtem ko se globoka nahajališča pridobivajo s tradicionalnimi metodami navpične gredi in odnašanja.
Uranove rude običajno vsebujejo le majhno količino mineralov, ki vsebujejo uran, in jih ta z neposrednimi pirometalurškimi metodami ne morejo plavati; namesto tega je treba za pridobivanje in čiščenje vrednosti urana uporabiti hidrometalurške postopke. Fizična koncentracija bi močno zmanjšala obremenitev hidrometalurških obdelovalnih krogov, vendar nobena od običajnih načinov izkoriščanja, ki se običajno uporabljajo pri predelavi mineralov - npr. Gravitacija, flotacija, elektrostatika in celo ročno razvrščanje - na splošno ni uporabna za uranove rude. Z nekaj izjemami koncentracijske metode povzročajo prekomerno izgubo urana do jalovine.
