Uranforarbejdning, klargøring af malmen til anvendelse i forskellige produkter.
Uran (U) er, selv om det er meget tæt (19,1 gram pr. Kubikcentimeter), et relativt svagt, ildfast metal. Faktisk ser det ud til, at urans metalliske egenskaber er mellemliggende mellem sølv og andre ægte metaller og egenskaber for ikke-metalliske elementer, så det ikke værdsættes til strukturelle anvendelser. Den største værdi af uran ligger i de radioaktive og fissionable egenskaber på dets isotoper. I naturen består næsten alt (99,27 procent) af metallet af uran-238; resten består af uran-235 (0,72 procent) og uran-234 (0,006 procent). Af disse naturligt forekommende isotoper er det kun uran-235, der er direkte fissibel ved neutronbestråling. Imidlertid danner uranium-238, når det absorberer en neutron, uranium-239, og denne sidstnævnte isotop falder til sidst ned i plutonium-239 - et fissilt materiale af stor betydning i atomkraft og atomvåben. En anden fissil isotop, uranium-233, kan dannes ved neutronbestråling af thorium-232.
Selv ved stuetemperatur reagerer findelt uranmetal med ilt og nitrogen. Ved højere temperaturer reagerer det med en lang række legeringsmetaller til dannelse af intermetalliske forbindelser. Fast opløsningsdannelse med andre metaller forekommer kun sjældent på grund af de entallige krystallinske strukturer dannet af uranatomer. Mellem stuetemperatur og dets smeltepunkt på 1.132 ° C (2.070 ° F) eksisterer uranmetal i tre krystallinske former kendt som alfa- (a), beta (β) og gamma (y) faser. Transformation fra alpha til beta-fasen sker ved 668 ° C (1.234 ° F) og fra beta til gamma-fasen ved 775 ° C (1.427 ° F). Gamma-uran har en legemscentreret kubisk (bcc) krystalstruktur, mens beta-uran har en tetragonal struktur. Alfa-fasen består imidlertid af bølgede ark med atomer i en meget asymmetrisk orthorhombisk struktur. Denne anisotrope eller forvrængede struktur gør det vanskeligt for atomerne i legeringsmetaller at erstatte uranatomer eller at optage mellemrum mellem uranatomer i krystalgitteret. Det er kun observeret, at molybdæn og niob danner legeringer med fast opløsning med uran.
Historie
Den tyske kemiker Martin Heinrich Klaproth krediteres for at have opdaget elementet uran i 1789 i en prøve af pitchblende. Klaproth opkaldte det nye element efter planeten Uranus, som blev opdaget i 1781. Det var dog først i 1841, at den franske kemiker Eugène-Melchior Péligot viste, at det sorte metalliske stof, der blev opnået af Klaproth, virkelig var den sammensatte urandioxid. Péligot fremstillede faktisk uranmetal ved at reducere urantetrachlorid med kaliummetal.
Forud for opdagelsen og belyst af nuklear fission var de få praktiske anvendelser af uran (og disse var meget små) til farvning af keramik og som katalysator i visse specialiserede anvendelser. I dag er uran højt værdsat til nukleare anvendelser, både militære og kommercielle, og endda malme med lav kvalitet har stor økonomisk værdi. Uranmetal produceres rutinemæssigt ved hjælp af Ames-processen, udviklet af den amerikanske kemiker FH Spedding og hans kolleger i 1942 ved Iowa State University, Ames. Ved denne fremgangsmåde opnås metallet fra urantetrafluorid ved termisk reduktion med magnesium.
malme
Jordskorpen indeholder ca. to dele pr. Million uran, hvilket afspejler en bred fordeling i naturen. Havene vurderes at indeholde 4,5 × 10 9 ton af elementet. Uran forekommer som en betydelig bestanddel i mere end 150 forskellige mineraler og som en mindre bestanddel af yderligere 50 mineraler. Primære uranmineraler, der findes i magmatiske hydrotermale årer og i pegmatitter, inkluderer uraninit og pitchblende (sidstnævnte en række uraninit). Uranet i disse to malme forekommer i form af urandioxid, der - på grund af oxidation - kan variere i nøjagtig kemisk sammensætning fra UO 2 til UO 2,67. Andre uranmalm af økonomisk betydning er autunit, et hydreret calciumuranylphosphat; tobernit, et hydreret kobberuranylphosphat; coffinit, et sort hydreret uransilicat; og carnotit, et gult hydratiseret kaliumuranylvanadat.
Det anslås, at mere end 90 procent af de kendte lave omkostninger i uran forekommer i Canada, Sydafrika, USA, Australien, Niger, Namibia, Brasilien, Algeriet og Frankrig. Cirka 50 til 60 procent af disse reserver er i konglomeratklippeformationerne i Elliot Lake, der ligger nord for Huron-søen i Ontario, Can., Og i Witwatersrands guldmarker i Sydafrika. Sandstenformationer i Colorado Plateau og Wyoming Basin i det vestlige USA indeholder også betydelige reserver af uran.
Minedrift og koncentrering
Uranmalm forekommer i aflejringer, der både er nær overflade og meget dybe (f.eks. 300 til 1.200 meter eller 1.000 til 4.000 fod). De dybe malme forekommer undertiden i sømme så tykke som 30 meter. Som det er tilfældet med malme af andre metaller, udvindes uranmalme let med stort jordbevægelsesudstyr, mens dybe aflejringer udvindes ved traditionelle vertikale skaft- og drivmetoder.
Uranmalm indeholder typisk kun en lille mængde uranbærende mineraler, og disse er ikke tilgængelige for smeltning ved direkte pyrometallurgiske metoder; I stedet skal hydrometallurgiske procedurer bruges til at udtrække og rense uranværdierne. Fysisk koncentration ville reducere belastningen på hydrometallurgiske behandlingskredsløb i høj grad, men ingen af de konventionelle fordelingsmetoder, der typisk anvendes i mineralforarbejdning - f.eks. Tyngdekraft, flotation, elektrostatik og endda håndsortering - er generelt anvendelige på uranmalm. Med få undtagelser resulterer koncentrationsmetoder i uforholdsmæssigt stort tab af uran til tailings.
