Urán - kémia iskola
uránium (az Uránusz bolygóról kapta a nevét) egy kémiai elem, amelynek elemszimbóluma és atomszáma 92. A periódusos rendszerben az aktinidok csoportjába tartozik (7. periódus, f-blokk). Az urán olyan fém, amelynek izotópjai mind radioaktívak. Az ásványi anyagokban természetesen előforduló urán a 238 U izotóp körülbelül 99,3% -át és 235 U 0,7% -át teszi ki.
Az urán az atomhasadás 1938-as felfedezése után különös jelentőségre tett szert: a 235 U uránizotópot termikus neutronok hasíthatják fel; A rendkívül ritka 239 Pu mellett ez az egyetlen ismert, természetben előforduló nuklid, amely képes maghasadási láncreakcióra. Ezért használják elsődleges energiaforrásként az atomerőművekben és az atomfegyverekben.
sztori
Az uránt 1789-ben az akkor Berlinben élő német kémiaprofesszor és gyógyszerész, Martin Heinrich Klaproth (1743–1817) izolálta az ásványi szurokfoltból. Nevét az Uránusz bolygóról (tehát Uránosz görög istenről) kapta, amelyet Friedrich Wilhelm Herschel (1738–1822) fedezett fel nyolc évvel korábban (1781). 1789. szeptember 24-én Klaproth a Porosz Tudományos Akadémián tartott beszédében jelentette be a felfedezést. Először a felfedezése volt Uránit hívott, 1790, majd be Uránium átnevezték. Klaproth a szászországi Johanngeorgenstadt közelében, Wittigsthalban található "Georg Wagsfort" bánya ércének elemzése során fedezte fel. Az ércet savval kezelte és erősen felmelegítette. Az eredmény egy fekete por lett, amelyet uránnak nevezett.
Klaproth valóban azonosított egy új elemet, de amit megszerzett, nem maga az urán, hanem egy oxid volt. Csak ötven évvel később, 1841-ben sikerült a francia Eugène Peligot-nak tiszta uránfémet kinyerni. A 19. század első felében az uránt más ásványokkal együtt bányászták St. Joachimsthalban és néhány bányában Cornwallban (Anglia).
Az uránvegyületeket az egész 19. században üveg és kerámia színezésére használták, hogy vázákat és dekorációs tárgyakat, de mindennapi tárgyakat, például tálakat, poharakat stb. Is sárga-zöld színben (ana zöld) kapjanak. A Joachimsthal (Csehország) üveggyártók ezt a technológiát már 1826-ban alkalmazták. Az urán felhasználását az üveg színezésére a 20. század közepéig folytatták, csak ezután helyettesítették más, kevésbé megkérdőjelezhető színező ásványi anyagokkal. A narancssárgától az élénkvörösig terjedő kerámia mázakat az edényektől kezdve az építészeti kiegészítőkig mindenhez felhasználták.
Egészen a 20. századig az uranil-nitrátot használták a fotográfiában a lemezek, platina képek és bromid ezüst képek barna és vörös színezéséhez. [7]
Az uránüveg és az uránmázas kerámiák használatával vagy gyűjtésével kapcsolatos egészségügyi kockázatok továbbra is vitatottak a gyűjtők és a tudósok körében.
Antoine Henri Becquerel először 1896-ban állapította meg, hogy az urán radioaktív.
Az uránt régóta úgy tekintik, mint a legmagasabb atomszámot, amely természetesen előfordul. 1971-ben azonban a 244 Pu plutónium-izotóp legkisebb nyomait is kimutatták, így a plutónium az utolsó ismert természetes elemként helyettesítette az uránt. [8.]
Esemény
Az urán nem a természetben fordul elő természetesen, hanem mindig oxigéntartalmú ásványi anyagokban. Fontos uránásványok közé tartozik a brannerit és az uraninit (oxidok), a torbernit, a heinrichit és a karnotit (foszfátok, arsenátok és vanadátok), valamint a kopinit és az uranofán (szilikátok). Összesen 230 uránásvány található, amelyek helyi gazdasági jelentőségűek is lehetnek. Az üledékes lerakódásokban az uránásványok (főleg uraninit szurok formájában) pszeudomorfózisai a fosszilis fa vagy baktériumok után is kialakulhatnak. [9]
Az urán radioaktív elem földi eloszlásának két meghatározó tényezője egyrészt az elem litofil jellege, másrészt vizes oldatokban való eltérő mobilitása oxidáló és redukáló körülmények között. A litofil karakter biztosítja, hogy az urán szilikátban gazdag olvadékokban felhalmozódjon. Ezért a veleszi magmatitok, például gránit, plutonit vagy riolit, mint vulkanit tartalmazzák általában ennek az elemnek a legnagyobb koncentrációját. A kontinentális kéreg a föld területe, ahol a legnagyobb uránszint átlagosan 2,5 ppm, míg az óceáni kéreg és a köpeny nagyságrendekkel alacsonyabb uránszintet mutat. Magmás kőzetekben az uránt általában olyan kiegészítő ásványokba építik be, mint a cirkon vagy a monazit, amelyekkel ezért nagyon jól meg lehet határozni a kőzetek életkorát.
Az urán eltérő oldhatósága oxidáló vagy redukáló körülmények között az oldatokban az elem eloszlásának második meghatározó tényezője, és nagy szerepet játszik az uránlerakódások kialakulásában. Oxidáló körülmények között (UO2 2+) az urán vizes oldatokban viszonylag mozgékony, míg redukciós körülmények között (U 4+) alig oldódik. Ezért a redox korlátok gyakran betét-ellenőrző tényezők az elem számára.
A fenti tényezők és néhány egyéb tényező alapján az uránlerakódások széles skálája létezik a magmás hidrotermától az üledéktípusig. A NAÜ megkülönbözteti a fontos egyedi típusokat.
A legmagasabb urándartalmat diszkordanciához kötött lerakódásokban érik el, az átlagos urántartalom 0,3-20%. [10] Jelenleg ez a két legnagyobb urángyártó. A földön a legnagyobb egyetlen uránforrás az Olympic Dam, amelynek bizonyított urántartalma meghaladja a 2 millió tonnát, átlagos urántartalma körülbelül 0,03%. [11] A világ első ipari méretű uránbányája Jáchymovban (Csehország), amelyet hidrotermális erekből állítottak elő. [12]
A gaboni Oklo természetes reaktorai, valamint a szomszédos uránlelőhely különlegességet képviselnek: Ismert, hogy körülbelül 1,5–2 milliárd évvel ezelőtt évezredek alatt természetes környezetben láncreakciók fordultak elő, amelyek során plutónium-izotópok is képződtek.
Az urán nyomelemként fordul elő a normál talajban. Az amerikai Mérgező anyagok és betegségek nyilvántartásának ügynöksége (ATSDR) becslése szerint a talaj felső 33 cm-e egy négyzetmérföldnyi földterületen átlagosan körülbelül 4 tonna uránt tartalmaz, azaz körülbelül 1,5 tonnát négyzetkilométerenként.
A komplexekben megkötött urán szintén mindenütt jelen van a hidroszférában. Az uránkoncentráció a tengervízben kb. 3,3 µg/l, összehasonlítva a folyókban néha lényegesen alacsonyabb koncentrációkkal (0,03 µg/l az Amazonason és 3,9 µg/l a Gangeszben. Ez azt mutatja, hogy az urán felhalmozódik a tengervízben A német folyók uránkoncentrációja általában 1 és 3 µg/l között van. Az urán forrása a folyók által elvezetett területek geogén struktúrájában található, például a lápok felszíni vizei magasabb uránkoncentrációt tartalmazhatnak, és ezért természetes eredetű. Csak kivételes esetekben lehet a folyók urántartalmát emberi hatásnak tulajdonítani, például urántartalmú foszfáttrágyáknak és uránbányászatnak (Zwickauer Mulde: kb. 10 µg/l). Németországban az urán a nem befolyásolt felszín alatti vizekben alacsonyabb koncentrációban található meg 1–100 µg/l fölött. A megnövekedett urántartalmú ivóvíz rendszeres fogyasztása veserák kialakulásához vezethet. Ezért javasolja Weltgesundhe hatóságának (WHO) az ivóvíz esetében 15 µg/l határértéket. [13]
A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ) adatai szerint a legnagyobb uránérckészlet az Egyesült Államokban, Nigerben, Ausztráliában, Kazahsztánban, Namíbiában, Dél-Afrikában, Kanadában, Brazíliában, Oroszországban, Ukrajnában és Üzbegisztánban található.
Az urán nyomai megtalálhatók a kőszénben és a lignitben is. A világszerte évente villamos energia előállításához felhasznált szén körülbelül 10 000 t uránt és 25 000 t tóriumot tartalmaz, amelyek vagy a környezetbe kerülnek, vagy az erőmű hamujában és a szűrőporban felhalmozódnak. Bizonyos esetekben ezért erőfeszítéseket tesznek az urán kinyerésére erőmű hamujából. [14]
Bontás
Németországban az urán elõször Szász-Svájcban (Königstein), majd késõbb kimosódás révén, Drezdában (Coschütz/Gittersee fõként Gittersee-ben) és az Érchegységben (Schlema, Schneeberg, Johanngeorgenstadt, Pöhla) és Kelet-Türingiaban (Ronneburg) vált fõleg földalattivá, mint szurok. bányászta az SDAG bizmut. Kis mennyiségeket a Fekete-erdőben és a Fichtel-hegységben is kitermeltek. Abban az időben az NDK a világ harmadik legnagyobb urángyártója volt. A bányaterületek nagy részét 1990 után bezárták, mivel gazdaságtalanok voltak, és az urán iránti kereslet is csökkent. Ez utóbbi a megváltozott politikai világhelyzet (a stratégiai atomfegyverek kisebb jelentősége) és az alacsony világpiaci ár miatt következett be.
A világ urántermelése 2006-ban 39 603 tonna volt. A fő termelő országok Ausztrália, Kanada, Oroszország, Niger, Namíbia, Kazahsztán, Üzbegisztán, Dél-Afrika és az USA. A fogyasztás 2006-ban világszerte 66 500 tonna volt, és a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ) becslése szerint 93 775 és 121 955 tonna lesz 2030-ban az új atomerőművek építése miatt. A bányászat a jelenlegi kereslet körülbelül 60% -át fedezi, a többit készletek, újrafeldolgozás és leszerelt nukleáris fegyverek fedezik. [15] A NAÜ, a Greenpeace és a nukleáris ipar becslése az uránbetétek tartományáról a globális erőforrásokról és a jövőbeni fogyasztásról szóló különböző információkon alapul. 20 és 200 év között vannak. [16]
Az uránbányászat károsítja az embereket és a környezetet, mivel az urán és a radioaktív másodlagos termékek (pl. A radioaktív nemesgáz radon) felszabadulnak és a felszínre kerülnek a föld alatt. [17]
bemutatás
Uránérc feldolgozása
Uránércek, pl. B. az uraninitet (szurok, U3O8) vagy a karnotitet (KUO2VO4 1,5 H2O) kénsavval savasan vagy lúgosan szódával emésztjük
A savas emésztés után képződött oldatokat ammóniával kezeljük, majd a sárga torta kicsapódik. Ez főleg ammónium-diuranátot ((NH4) 2U2O7) és más poliuranátokat, uranil-hidroxidokat és szulfátokat tartalmaz. A lúgos lebontás oldatát NaOH-val összekeverjük, így nátrium-diuranát (Na2U2O7) válik le. A nátrium eltávolításához ezt követően H2SO4-ban oldjuk, majd vizes NH3-oldattal (NH4) 2U2O7-ként kicsapjuk.
A "sárga pogácsát" salétromsavban (HNO3) oldjuk, így az oldhatatlan részek kicsapódnak és szűréssel vagy centrifugálással eltávolítják. Ezután a nyers uranil-nitrát (UO2 (NO3) 2) kristályosodhat az oldatból. Az uranil-nitrát oldatát tributil-foszfáttal (TBP) extraháljuk (PUREX eljárás), bepárlás és mosás után tiszta uranil-nitrátot kapunk.
A körültekintő pirolízis az urán (VI) -oxid (UO3) különböző módosításaihoz vezet, a hőmérséklettől és az oxigénnyomástól függően. [18] [19] [20] A szállítás közbeni súly csökkentése érdekében a "sárga pogácsa" termikusan lebomlik, fekete U3O8-ot eredményezve.