Надо Знать

добавить знаний



Уран (химический элемент)



План:


Введение

Уран (лат. Uranium), U - радиоактивный химический элемент III группы периодической системы Менделеева, относится к семейству актиноидов, атомный номер 92, атомная масса 238,029; серебристо-белый металл.


1. Общая характеристика

Механические свойства урана зависят от его чистоты, от режимов механической и термической обработки.

Природный уран состоит из смеси трех изотопов: 238 U - 99,2739% с периодом полураспада Т1 / 2 = 4,51 109 лет, 2351) - 0,7024% (Т1 / 2 = 7,13 108 лет) и 234 U - 0,0057% (Т1 / 2 = 2,48 105 лет). С 11 искусственных радиоактивных изотопов с массовыми числами от 227 до 240 долгоживущий - 233 U (Т1 / 2 = 1,62-105 лет) он получается при нейтронном облучении тория. 238 U и 235 U являются родоначальниками двух радиоактивных рядов.

Наиболее распространенным изотопом урана является 238 U, важным для применения в атомных электростанциях - 235 U. Встречается также 234 U.

Все изотопы урана радиоактивные с большими периодами полураспада.


2. История

Еще в древние времена (I век до нашей эры) природный окись урана использовался для изготовления желтой глазури для керамики. Первая важная дата в истории исследования урана - 1789 год, когда немецкий натурфилософ и химик Мартин Генрих Клапрот возобновил добытую из саксонской смоляной руды золотисто-желтую "землю" в черной металоподобнои вещества. В честь наиболее далекой из известных тогда планет (открытой Гершелем восемью годами ранее) Клапрот, считая новое вещество элементом, назвал его ураном. Пятьдесят лет уран Клапрота значился металлом. Только в 1841 французский химик Эжен Мелькиор Пелиго доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, уран Клапрота не элемент, а оксид UO 2. В 1840 Пелиго удалось получить настоящий уран - тяжелый металл серо-стального цвета и определить его атомный вес.


3. Происхождение названия

Назван в честь бога Урана.

4. Химические свойства

На воздухе медленно окисляется с образованием на поверхности пленки двуокиси, не предохраняет металл от дальнейшего окисления. В порошкообразном состоянии уран - профорен - горит ярким пламенем. С кислородом образует двуокись UO 2, трехокись UO С и большое число промежуточных окислов, важнейший из которых U 3 О 8. Эти промежуточные окислы по свойствам близки к UO 2 и UO С.

В природе уран чаще встречается в виде закиси урана U 3 O 8, который легко растворяется в смеси натрий карбоната и гидрокарбоната, чем пользуются при отделении от сопутствующих примесей:

2U 3 O 8 +12 Na 2 CO 3 + O 2 = 6Na 4 [UO 2 (CO 3) 3 +6 NaOH

Существует много других оксидов урана, важнейший для использования в атомной энергетике UO 2.

UF 6 - летучее вещество, поэтому используется в технологии обогащению урана.

UF 6 +2 Ca = 2CaF 2 + U

Уран и его соединения радиационно и химически токсичны. Предельно допустимая доза (ПДД) при профессиональном облучении 5 бэр в год.


5. Природный уран

Природный уран - уран, который встречается в природе. Он атомный вес около 238 и содержит незначительные количества 234 U, около 0,7% 235 U и 99,3% 238 U. Природный уран, конечно, добывают в урановых рудниках в форме руды и на заводах обогащения руды получают ее (руды) концентрат, чаще всего это U 3 О 8, который часто называют "желтым кеком".

Уран является одним из важнейших для жизни химических элементов, поскольку температура Земли поддерживается благодаря энергии распада урана внутри Земли.


6. Получение

Металлический Уран

Уран получают из урановых руд, содержащих 0,05-0,5% U. Содержание урана в земной коре составляет 0,003%.
Первая стадия уранового производства - концентрирование. Породу измельчают и смешивают с водой. Тяжелые компоненты суспензии оседают быстрее. Если порода содержит первичные минералы урана, то они оседают быстро: это тяжелые минералы. Вторичные минералы урана легче, в этом случае ранее оседает тяжелая пустая порода. (Впрочем, далеко не всегда она действительно пуста; в ней могут быть много полезных элементов, в том числе и уран). Следующая стадия - выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор. Применяют кислотное и щелочное выщелачивание. Первое - дешевле, поскольку для добычи урана используют серную кислоту. Но если в исходном сырье, как, например, в урановой смолке, уран находится в четырехвалентного состоянии, то этот способ непригоден: четырехвалентного уран в серной кислоте практически не растворяется. В этом случае нужно либо прибегнуть к щелочной выщелачивания, или предварительно окислять уран до шестивалентного состояния. Не применяют кислотное выщелачивание и в тех случаях, если урановый концентрат содержит доломит или магнезит, реагирующие с серной кислотой. В этих случаях используют гидроксид натрия. Проблему выщелачивания урана из руд решает кислородная продувка. В нагретую до 150 C смесь урановой руды с сульфидными минералами подают поток кислорода. При этом из сернистых минералов образуется серная кислота, которая и вымывает уран. На следующем этапе из полученного раствора нужно избирательно выделить уран. Современные методы - экстракция и ионный обмен - позволяют решить эту проблему.
Теперь раствор содержит не только уран, но и другие катионы. Некоторые из них в определенных условиях ведут себя так же, как уран: экстрагируются теми же органическими растворителями, оседают на тех же ионообменных смолах, выпадают в осадок при тех же условиях. Поэтому для селективного выделения урана приходится использовать многие окислительно-восстановительных реакций, чтобы на каждой стадии избавляться от того или иного нежелательного спутника. На современных ионообменных смолах уран выделяется очень селективно. Методы ионного обмена и экстракции хороши еще и тем, что позволяют достаточно полно извлекать уран из бедных растворов (содержание урана - десятые доли грамма на литр). После этих операций уран переводят в твердое состояние - в один из оксидов или в тетрафторид UF 4. Но этот уран еще надо очистить от примесей элементов с большим переризомом захвата тепловых нейтронов - бора, кадмия, гафния. Их содержание в конечном продукте не должно превышать стотысячной и миллионных долей процента. Для удаления этих примесей технически чистое соединение урана растворяют в азотной кислоте. При этом образуется уранилнитрат UO 2 (NO 3) 2, который при экстракции трибутил-фосфатом и некоторыми другими веществами дополнительно очищается до нужных кондиций. Затем это вещество кристаллизуются (или осаждают пероксид UO 42 О) и начинают осторожно прокаливают. В результате этой операции образуется оксид урана UО 3, восстанавливают водородом до UO 2. На диоксид урана UO 2 при температуре от 430 до 600 C действуют сухим фтористым водородом для получения тетрафторида UF 4. С этого соединения восстанавливают металлический уран с помощью кальция или магния с выходом урана в виде слитков массой до 1,5 т. Слитки рафинируются в вакуумных печах.


7. Применение

Производство (видуботок) урана в мире в процентах для каждой отдельно взятой страны в 2005 году по сравнению с лидером Канадой (100% = 11 627 тонн).


Металлический уран или его соединения используются в основном как ядерное топливо в ядерных реакторах. Естественная или малозбагачувальна смесь изотопов урана применяется в стационарных реакторах атомных электростанций, продукт высокой степени обогащения - в ​​ядерных силовых установках или в реакторах, работающих на быстрых нейтронах. 235 U является источником ядерной энергии в ядерном оружии. 238 U служит источником вторичного ядерного топлива - плутония.


Почти весь уран, добываемый в мире используется на атомных электростанциях ( АЭС). Крупнейшим поставщиком топлива для действующих в мире ядерных реакторов является Канада. В бассейне реки Атабаска на севере провинции Саскачеван добывается около 11600 тонн, или около 30% мирового производства. На втором месте по объемам добычи - Австралия, за ней следуют США и Южная Африка.

В 2005 году мировой объем добычи урана достиг примерно 39.3 тыс. тонн, увеличившись с 2003 года на 10%. Это составляет более половины максимальной мировой потребности в уране.

В 2010 году доля АЕC в выработке электроэнергии по Украине составила 47,4%.


8. Биологическая роль

См.. также


Литература

  • Глоссарий терминов по химии / / Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им .. Л.М.Литвиненка НАН Украины, Донецкий национальный университет - М.: "Вебер", 2008. - 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Горный энциклопедический словарь: в 3 т. / Под ред. В. С. Белецкого. - Донецк: Восточный издательский дом, 2001-2004. ISBN 966-7804-19-4
  • Любич А.И., Пчелинцев В.А. Физические основы металлургии цветных и редкоземельных металлов: Учеб. пособие. - М.: Изд-во СумГУ, 2009 ISBN 978-966-657-255-7 с.212 - 214

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам