Uranyum cevheri nasıl çıkarılır? Uranyum ve bileşikleri neden tehlikelidir? Uranyum zenginleştirme yöntemleri
Çevreye zarar vermeyecek daha ucuz bir enerji kaynağı arayışında olan dünya, bilimsel toplum nükleer enerji alanına önem verdi. Bugüne kadar, enerji üretmek için inşa edilen nükleer reaktörlerin sayısı yüzlercedir. Uranyum cevheri nükleer enerji üretmek için hammadde olarak kullanılır. Aktinid ailesine ait maddeler içerir. Bazı tahminlere göre, dünya altından 1000 kat daha fazla uranyum cevheri içerir. Nükleer santraller için yakıt elde etmek için işlenir.
Uranyum cevherlerinin özellikleri
Serbest formdaki uranyum cevheri, oldukça fazla miktarda çeşitli safsızlıklara sahip olabilen gri-beyaz bir metal ile temsil edilir. Saflaştırılmış uranyumun kendisinin kimyasal olarak aktif bir madde olarak kabul edildiği akılda tutulmalıdır. Fiziksel-mekanik göz önüne alındığında ve Kimyasal özellikler uranyum, aşağıdaki noktalara dikkat edin:
- Bu kimyasal elementin kaynama noktası 4.200 santigrat derecedir ve bu da işleme sürecini büyük ölçüde karmaşıklaştırır.
- Havada uranyum oksitlenir, asitlerde çözülebilir ve su ile reaksiyona girebilir. ama, bu kimyasal elementözelliği denilebilecek alkalilerle etkileşime girmez.
- Belirli bir etki ile, madde oldukça büyük miktarda enerji kaynağı haline gelir. Bu durumda, günümüzde oldukça az sorun olan bertarafı ile nispeten az miktarda madencilik oluşur.
Birçoğunun uranyumu nadir bir kimyasal element olarak gördüğü akılda tutulmalıdır, çünkü konsantrasyonu yerkabuğu%0,002'dir. Bu kimyasal elementin nispeten düşük bir konsantrasyonuyla, henüz alternatif bir madde bulunamadı. Tabii ki, sürekli uranyum madenciliği ve nükleer santrallere veya motorlara güç sağlamak için yeterli rezerv olduğu sürece.
uranyum yatakları
Söz konusu maddenin dünyanın bağırsaklarında bu kadar küçük rezervleri ve malzemeye olan talebin sürekli artması ile maliyetinin arttığını tahmin etmek zor değil. Başına son zamanlar Oldukça fazla sayıda uranyum yatağı keşfedildi, Avustralya üretiminde lider olarak kabul ediliyor. Yapılan araştırmalar, tüm rezervlerin %30'dan fazlasının bu ülkenin topraklarında yoğunlaştığını göstermektedir. En büyük mevduatlar:
- Kunduz;
- Olimpiyat Barajı;
- Korucu.
İlginç bir nokta, Kazakistan'ın uranyum cevheri madenciliği alanında Avustralya'nın ana rakibi olarak kabul edilmesidir. Dünya rezervlerinin %12'sinden fazlası bu ülkenin topraklarında yoğunlaşmıştır. yeterince rağmen geniş alan, Rusya'da dünya rezervlerinin sadece %5'i.
Bazı bilgilere göre, Rusya'nın rezervleri 400.000 ton uranyumdur. 2017 yılı sonunda 16 yatak keşfedildi ve geliştirildi. İlginç bir şekilde, 15 tanesi Transbaikalia'da yoğunlaşmıştır. Uranyum cevherinin çoğu, Streltsovsky cevher sahasında yoğunlaşmıştır.
Daha önce belirtildiği gibi, uranyum cevheri, yatakları için devam eden aramayı belirleyen bir yakıt olarak kullanılır. Bugün, uranyum genellikle roket motorları için yakıt olarak kullanılmaktadır. Üretimde nükleer silahlar bu eleman gücünü artırmak için kullanılır. Bazı üreticiler, boyamada kullanılan pigmentleri üretmek için kullanır.
Uranyum cevheri madenciliği
Uranyum cevherinin çıkarılması birçok ülkede kurulmuştur. Bugün cevher madenciliği için üç teknolojinin kullanılabileceği akılda tutulmalıdır:
- Uranyum yeryüzüne yakın olduğunda, keşif teknolojisi kullanılır. Oldukça basittir ve büyük masraflar gerektirmez. Hammaddeleri kaldırmak için ekskavatörler ve benzeri özel ekipmanlar kullanılmaktadır. Kaldırılıp damperli kamyonlara yüklendikten sonra işleme tesislerine teslim edilir. Bu teknolojinin oldukça fazla sayıda dezavantajı olduğunu, ancak üretim kolaylığı nedeniyle yaygınlaştığını unutmayın. Mevduatın geliştirilmesi sırasında, alanı birkaç kilometrekareye ulaşabilen taş ocakları elde edilir. Bu madencilik cevheri yönteminin çevreye onarılamaz zararlar verdiği akılda tutulmalıdır. Oldukça fazla sayıda büyük madencilik şirketi, uranyum yüzey madenciliği ile uğraşmaktadır.
- Cevherin toprak kalınlığında derin bir konumu ile madenlerin oluşturulması gerçekleştirilir. Teknoloji uygulamada oldukça karmaşıktır, ayrıca malzemenin mekanik olarak çıkarılmasını sağlar. Uranyum ve diğer cevherlerin çıkarıldığı oldukça fazla sayıda maden vardır. Böyle bir kaya çıkarma yöntemi, oldukça büyük risklerle ilişkilidir, çünkü dünyanın kalınlığında gaz cepleri veya su altı nehirleri bulunabilir. Kasaların çökmesi, madenin ağzına kadar taşmasına, işçilerin ölümüne ve pahalı ekipmanların zarar görmesine neden olabilir. Ancak söz konusu kayanın derin bir oluşumu durumunda, onu farklı bir şekilde çıkarmak neredeyse imkansızdır.
- Üçüncü yöntem, içine sülfürik asidin pompalandığı kuyuların oluşturulmasıdır. Daha önce yapılan kuyunun yanında, halihazırda elde edilen çözümü yükseltmek için tasarlanmış ikinci bir tane oluşturulur. Sorpsiyon işlemi tamamlandıktan sonra reçine benzeri maddeleri yüzeye çıkarabilecek donanımlar kurulur. Elde edilen reçine yüzeye çıkarıldıktan sonra işlenir ve uranyum izole edilir.
yeraltı liçiSon zamanlarda, üçüncü uranyum madenciliği yöntemi giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bunun nedeni, minimum kirletici kimyasal element içeriği ile istenen maddenin yüksek konsantrasyonunu elde etmenize izin vermesidir. Bununla birlikte, böyle bir teknoloji, dikkate alınan alan üzerinde kuyu sondajı yapılması gerektiğinden, doğru jeolojik araştırmalar gerektirir. kimyasal. Aksi takdirde, asit eklendiğinde, düşük uranyum konsantrasyonundaki sorpsiyon işlemi oldukça uzun zaman alacaktır.
Rusya topraklarında, çoğu durumda, uranyum madenciliği mekanik ekstraksiyon ile gerçekleştirilir. Ayrıca, nükleer yakıt üretimi için hammaddelerin çıkarılması Çin ve Ukrayna'da gerçekleştirilmektedir.
Günümüzde nükleer enerji yeterli düzeyde kullanılmaktadır. büyük ölçekli. Geçen yüzyılda radyoaktif malzemeler esas olarak en büyük yıkıcı güce sahip olan nükleer silahların üretimi için kullanıldıysa, zamanımızda durum değişti. Nükleer santrallerde nükleer enerji elektrik enerjisine dönüştürülerek tamamen barışçıl amaçlarla kullanılmaktadır. Ayrıca oluşturuldu nükleer motorlarörneğin denizaltılarda kullanılan.
Nükleer enerji üretimi için kullanılan ana radyoaktif madde, Uranüs. Bu kimyasal element, aktinit ailesine aittir. Uranyum, 1789'da Alman kimyager Martin Heinrich Klaproth tarafından, şimdi "katran zift" olarak da adlandırılan zift üzerinde çalışırken keşfedildi. Yeni keşfedilen gezegenin adını taşıyan yeni kimyasal element Güneş Sistemi. Uranyumun radyoaktif özellikleri ancak 19. yüzyılın sonunda keşfedildi.
Uranyum tortul kabukta ve granit tabakasında bulunur. Bu oldukça nadir bir kimyasal elementtir: yerkabuğundaki içeriği %0,002'dir. Ayrıca deniz suyunda önemsiz miktarlarda (10 -9 g/l) uranyum bulunur. Kimyasal aktivitesi nedeniyle uranyum sadece bileşiklerde bulunur ve Dünya'da serbest halde bulunmaz.
uranyum cevherleri uranyum veya bileşiklerini kullanmanın mümkün ve ekonomik olarak uygun olduğu miktarlarda içeren doğal mineral oluşumları olarak adlandırılır.Uranyum cevherleri ayrıca radyum ve polonyum gibi diğer radyoaktif elementlerin üretimi için hammadde görevi görür.
Günümüzde 12'si endüstride radyoaktif madde elde etmek için aktif olarak kullanılan yaklaşık 100 farklı uranyum minerali bilinmektedir. En önemli mineraller uranyum oksitler (uranit ve çeşitleri - ziftblend ve uranyum siyahı), silikatları (coffinite), titanitler (davidit ve branerit), ayrıca sulu fosfatlar ve uranyum mikadır.
Uranyum cevherleri aşağıdakilere göre sınıflandırılır: çeşitli özellikler. Özellikle, eğitim koşulları ile ayırt edilirler. Türlerden biri, yüksek sıcaklıkların etkisi altında ve pegmatit eriyiklerinden ve sulu çözeltilerden biriken endojen cevherlerdir. Endojen cevherler, katlanmış alanların ve aktif platformların karakteristiğidir. Eksojen cevherler, yüzeye yakın koşullarda ve hatta Dünya yüzeyinde birikim sürecinde (singenetik cevherler) veya bunun sonucunda (epigenetik cevherler) oluşur. Esas olarak genç platformların yüzeyinde oluşur. Sedimanter tabakaların metamorfizması sürecinde birincil dağılmış uranyumun yeniden dağıtılması sırasında ortaya çıkan metamorfojenik cevherler. Metamorfojenik cevherler eski platformların karakteristiğidir.
Ayrıca uranyum cevherleri doğal türlere ve teknolojik derecelere ayrılmıştır. Uranyum mineralizasyonunun doğası gereği, ayırt ederler: birincil uranyum cevherleri - (U 4 + içeriği toplamın% 75'inden az değildir), oksitlenmiş uranyum cevherleri (esas olarak U 6 + içerir) ve U 4 + olan karışık uranyum cevherleri ve U 6 + kabaca eşit oranlardadır. İşleme teknolojisi, uranyumun oksidasyon derecesine bağlıdır. Dağın topaklı fraksiyonundaki ("kontrast") eşit olmayan U içeriğinin derecesine göre, çok zıt, zıt, zayıf zıt ve zıt olmayan uranyum cevherleri ayırt edilir. Bu parametre, uranyum cevherlerinin zenginleştirilmesi olasılığını ve uygunluğunu belirler.
Agregaların ve uranyum minerallerinin taneciklerinin boyutuna göre, aşağıdakiler ayırt edilir: iri taneli (25 mm'den büyük çapta), orta taneli (3-25 mm), ince taneli (0,1-3 mm), ince taneli- taneli (0,015–0,1 mm) ve dağılmış (0,015 mm'den az) uranyum cevherleri. Uranyum minerallerinin tanelerinin boyutu da cevher zenginleştirme olasılığını belirler. Yararlı safsızlıkların içeriğine göre, uranyum cevherleri ayrılır: uranyum, uranyum-molibden, uranyum-vanadyum, uranyum-kobalt-bizmut-gümüş ve diğerleri.
Safsızlıkların kimyasal bileşimine göre, uranyum cevherleri ayrılır: silikat (esas olarak silikat minerallerinden oluşur), karbonat (karbonat minerallerinin% 10-15'inden fazlası), demir oksit (demir-uranyum cevherleri), sülfür (8'den fazla) –%10 sülfür mineralleri) ve kostobiyolit esas olarak organik maddeden oluşur.
Cevherlerin kimyasal bileşimi genellikle işlenme şeklini belirler. Silikat cevherlerinden uranyum asitlerle, karbonat cevherlerinden soda çözeltileriyle ayrılır. Demir oksit cevherleri, yüksek fırın eritme işlemine tabi tutulur. Kostobiyolitik uranyum cevherleri bazen yakma ile zenginleştirilir.
Yukarıda bahsedildiği gibi, yerkabuğundaki uranyum içeriği oldukça küçüktür. Rusya'da birkaç uranyum cevheri yatağı var:
Zherlovoye ve Argunskoye yatakları. Chita bölgesinin Krasnokamensky bölgesinde bulunurlar. Zherlovoye yatağının rezervleri, sadece 3485 ton uranyum (ortalama içerik %0.082) ve 4137 ton molibden (%0.227) içeren 4137 bin ton cevherdir. Argun yatağında C1 kategorisindeki uranyum rezervleri 13.025 bin ton cevher, 27.957 ton uranyum (ortalama tenör %0.215) ve 3.598 ton molibden (ortalama tenör %0.048)'dir. C2 kategorisi rezervleri: 7990 bin ton cevher, 9481 ton uranyum (ortalama %0.12 tenör ile) ve 3191 ton molibden (ortalama %0.0489 tenör). Tüm Rus uranyumunun yaklaşık% 93'ü burada mayınlı.
5 uranyum yatağı ( Istochnoe, Kolichkanskoe, Dybrynskoe, Namarusskoe, Koretkondinskoe) Buryatia Cumhuriyeti topraklarında bulunur. Mevduatın toplam keşfedilen rezervleri 17.7 bin ton uranyum, öngörülen kaynakların ise 12,2 bin ton olduğu tahmin ediliyor.
Khiagdinsky uranyum yatağı. Ekstraksiyon, sondaj kuyusu yeraltı liçi yöntemiyle gerçekleştirilir. Bu sahanın C1 + C2 kategorisinde keşfedilen rezervlerinin 11.3 bin ton olduğu tahmin edilmektedir. Mevduat, Buryatia Cumhuriyeti topraklarında bulunmaktadır.
Radyoaktif maddeler sadece nükleer silah ve yakıt yapımında kullanılmaz. Örneğin, cama renk vermesi için az miktarda uranyum eklenir. Uranyum, çeşitli metal alaşımlarının bir bileşenidir ve fotoğrafçılıkta ve diğer alanlarda kullanılır.
Uranyum, atom numarası 92 olan aktinit ailesinin kimyasal bir elementidir. En önemli nükleer yakıttır. Yerkabuğundaki konsantrasyonu milyonda yaklaşık 2 kısımdır. Önemli uranyum mineralleri arasında uranyum oksit (U 3O 8), uraninit (UO 2), karnotit (potasyum uranil vanadat), otenit (potasyum uranil fosfat) ve torbernit (sulu bakır ve uranil fosfat) bulunur. Bu ve diğer uranyum cevherleri nükleer yakıt kaynaklarıdır ve bilinen tüm geri kazanılabilir fosil yakıt yataklarından çok daha fazla enerji içerir. 1 kg uranyum 92 U, 3 milyon kg kömür kadar enerji verir.
keşif geçmişi
Kimyasal element uranyum, yoğun, katı gümüş-beyaz bir metaldir. Esnektir, dövülebilir ve cilalanabilir. Metal havada oksitlenir ve ezildiğinde tutuşur. Nispeten zayıf elektrik iletkeni. elektronik formül uranyum - 7s2 6d1 5f3.
Element, 1789'da yeni keşfedilen Uranüs gezegeninin adını veren Alman kimyager Martin Heinrich Klaproth tarafından keşfedilmiş olmasına rağmen, metalin kendisi 1841'de Fransız kimyager Eugène-Melchior Peligot tarafından uranyum tetraklorürden (UCl 4) indirgenerek izole edildi. potasyum.
radyoaktivite
oluşturma periyodik sistem 1869'da Rus kimyager Dmitri Mendeleev, 1940'ta neptünyumun keşfine kadar kalan en ağır element olarak uranyum üzerinde odaklandı. 1896'da Fransız fizikçi Henri Becquerel, içindeki radyoaktivite fenomenini keşfetti. Bu özellik daha sonra diğer birçok maddede bulundu. Tüm izotoplarında radyoaktif uranyumun 238 U (%99.27, yarı ömür - 4.510.000.000 yıl), 235 U (%0.72, yarı ömür - 713.000.000 yıl) ve 234 U (%0.006) karışımından oluştuğu bilinmektedir. yarı ömür - 247.000 yıl). Bu, örneğin, çalışma için kayaların ve minerallerin yaşını belirlemeyi mümkün kılar. jeolojik süreçler ve dünyanın yaşı. Bunu yapmak için nihai ürün olan kurşun miktarını ölçerler. radyoaktif bozunma uranyum. Bu durumda 238 U ilk eleman, 234 U ise ürünlerden biridir. 235 U, aktinyum bozunma serisine yol açar.
Zincirleme reaksiyon açma
Kimyasal element uranyum, Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann'ın 1938'in sonunda yavaş nötronlarla bombardıman edildiğinde içinde nükleer fisyon keşfetmesinden sonra geniş ilgi ve yoğun çalışmanın konusu oldu. 1939'un başlarında, İtalyan asıllı Amerikalı fizikçi Enrico Fermi, atomun fisyon ürünleri arasında bulunabileceğini öne sürdü. temel parçacıklar zincirleme reaksiyon başlatabilir. 1939'da Amerikalı fizikçiler Leo Szilard ve Herbert Anderson ile Fransız kimyager Frederic Joliot-Curie ve meslektaşları bu öngörüyü doğruladılar. Daha sonraki çalışmalar, bir atomun bölünmesi sırasında ortalama olarak 2,5 nötron salındığını göstermiştir. Bu keşifler, ilk kendi kendini idame ettiren nükleer zincir reaksiyonuna (12/02/1942), ilk atom bombası(16/07/1945), askeri operasyonlar sırasında ilk kullanımı (08/06/1945), ilk nükleer denizaltı (1955) ve ilk tam ölçekli nükleer santral (1957).
oksidasyon durumları
Güçlü bir elektropozitif metal olan uranyum kimyasal elementi su ile reaksiyona girer. Asitlerde çözünür, alkalilerde çözünmez. Önemli oksidasyon durumları +4 (UO 2 oksit, UCl 4 ve yeşil su iyonu U 4+ gibi tetrahalidlerde olduğu gibi) ve +6'dır (UO 3 oksit, UF 6 heksaflorür ve UO 2 2+ uranil iyonunda olduğu gibi) . Sulu bir çözeltide, uranyum lineer bir yapıya sahip olan uranil iyonunun bileşiminde en kararlıdır [O = U = O] 2+ . Elemanın ayrıca +3 ve +5 durumları vardır, ancak bunlar kararsızdır. Kırmızı U 3+ oksijen içermeyen suda yavaş oksitlenir. UO 2 + iyonunun rengi bilinmemektedir, çünkü çok seyreltik çözeltilerde bile orantısızlaşmaya (UO 2 + aynı anda U 4+'a indirgenir ve UO 2 2+'ye oksitlenir) maruz kalır.
Nükleer yakıt
Yavaş nötronların etkisi altında, uranyum atomunun fisyon nispeten nadir izotop 235 U'da meydana gelir. Bu tek doğal bölünebilir malzemedir ve 238 U izotopundan ayrılması gerekir. Ancak, absorpsiyon ve negatif beta bozunmasından sonra, uranyum-238, yavaş nötronların etkisiyle bölünen sentetik plütonyum elementine dönüşür. Bu nedenle, doğal uranyum, fisyonun nadir 235 U tarafından desteklendiği ve 238 U'nun dönüşümü ile eş zamanlı olarak plütonyumun üretildiği dönüştürücü ve damızlık reaktörlerde kullanılabilir. Fissile 233 U, doğada yaygın olarak bulunan toryum-232 izotopundan nükleer yakıt olarak kullanılmak üzere sentezlenebilir. Uranyum, sentetik uranyumötesi elementlerin elde edildiği birincil malzeme olarak da önemlidir.
Uranyumun diğer kullanımları
Kimyasal elementin bileşikleri daha önce seramik boyaları olarak kullanılıyordu. Heksaflorür (UF 6) olağandışı bir katıdır. yüksek basınç 25 °C'de buhar (0.15 atm = 15.300 Pa). UF 6 kimyasal olarak çok reaktiftir, ancak buhar halindeki aşındırıcı doğasına rağmen, UF 6 zenginleştirilmiş uranyum elde etmek için gaz difüzyonu ve gaz santrifüj yöntemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Organometalik bileşikler, metal-karbon bağlarının bir metali organik gruplara bağladığı ilginç ve önemli bir bileşik grubudur. Uranosen, uranyum atomunun C8H8 siklooktatetraene bağlı iki organik halka katmanı arasında sandviçlendiği bir organouranyum bileşiği U(C8H8)2'dir. 1968'deki keşfi, organometalik kimyada yeni bir alan açtı.
Tüketilmiş doğal uranyum, zırh delici mermilerde ve tank zırhlarında radyasyondan korunma, balast aracı olarak kullanılır.
geri dönüşüm
Kimyasal element, çok yoğun olmasına rağmen (19,1 g/cm3) nispeten zayıf, yanıcı olmayan bir maddedir. Gerçekten de, uranyumun metalik özellikleri onu gümüş ve diğer gerçek metaller ve metal olmayanlar arasında bir yere yerleştiriyor gibi görünüyor, bu nedenle yapısal bir malzeme olarak kullanılmamaktadır. Uranyumun ana değeri, izotoplarının radyoaktif özelliklerinde ve fisyon yeteneklerinde yatmaktadır. Doğada metalin hemen hemen tamamı (%99,27) 238 U'dan oluşur. Geri kalanı 235 U (%0,72) ve 234 U'dur (%0,006). Bu doğal izotoplardan sadece 235 U, nötron ışınlaması ile doğrudan parçalanır. Bununla birlikte, soğurulma üzerine 238 U, 239 U'yu oluşturur ve sonunda 239 Pu'ya bozunur. büyük önem nükleer enerji ve nükleer silahlar için. Başka bir bölünebilir izotop, 233 U, 232 Th ile nötron ışınlaması ile üretilebilir.
kristal formlar
Uranyumun özellikleri, normal koşullarda bile oksijen ve nitrojen ile reaksiyona girmesine neden olur. Daha yüksek sıcaklıklarda, intermetalik bileşikler oluşturmak için çok çeşitli alaşım metalleriyle reaksiyona girer. Özel kristal yapıları nedeniyle diğer metallerle katı çözeltilerin oluşumu nadirdir, atomların oluşturduğuöğe. Oda sıcaklığı ile 1132 °C'lik bir erime noktası arasında, uranyum metali alfa (α), beta (β) ve gama (γ) olarak bilinen 3 kristal formda bulunur. α-'den β-durumuna dönüşüm 668 °C'de ve β'den γ'ye - 775 °C'de gerçekleşir. γ-uranyum, vücut merkezli bir kübik yapıya sahiptir. kristal yapı ve β - tetragonal. α fazı, oldukça simetrik bir ortorombik yapıdaki atom katmanlarından oluşur. Bu anizotropik çarpık yapı, alaşım metal atomlarının uranyum atomlarının yerini almasını veya kristal kafeste aralarındaki boşluğu işgal etmesini engeller. Sadece molibden ve niyobyumun katı çözeltiler oluşturduğu bulundu.
cevherler
Yerkabuğu, doğadaki geniş dağılımını gösteren, milyonda yaklaşık 2 parça uranyum içerir. Okyanusların bu kimyasal elementten 4,5 x 109 ton içerdiği tahmin edilmektedir. Uranyum, 150'den fazla farklı mineralin önemli bir bileşeni ve 50'den fazla mineralin küçük bir bileşenidir. Magmatik hidrotermal damarlarda ve pegmatitlerde bulunan birincil mineraller, uraninit ve çeşitli pitchblend'i içerir. Bu cevherlerde element, oksidasyon nedeniyle UO 2 ila UO 2.67 arasında değişebilen dioksit formunda oluşur. Uranyum madenlerinden elde edilen diğer ekonomik açıdan önemli ürünler, autunit (hidratlı kalsiyum uranil fosfat), tobernit (hidratlı bakır uranil fosfat), kofinit (siyah hidratlı uranyum silikat) ve karnotittir (hidratlı potasyum uranil vanadat).
Bilinen düşük maliyetli uranyum rezervlerinin %90'ından fazlasının Avustralya, Kazakistan, Kanada, Rusya, Güney Afrika, Nijer, Namibya, Brezilya, Çin, Moğolistan ve Özbekistan'da bulunduğu tahmin edilmektedir. Kanada, Ontario'daki Huron Gölü'nün kuzeyinde bulunan Elliot Gölü'nün konglomera kaya oluşumlarında ve Güney Afrika Witwatersrand altın madeninde büyük tortular bulunur. Colorado Platosu'ndaki ve batı Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Wyoming Havzasındaki kum oluşumları da önemli uranyum rezervleri içerir.
madencilik
Uranyum cevherleri hem yüzeye yakın hem de derin (300-1200 m) yataklarda bulunur. Yeraltında, dikişin kalınlığı 30 m'ye ulaşır, diğer metallerin cevherlerinde olduğu gibi, yüzeydeki uranyum madenciliği büyük hafriyat ekipmanlarıyla gerçekleştirilir ve derin yatakların geliştirilmesi geleneksel dikey yöntemlerle gerçekleştirilir. ve eğimli mayınlar. 2013 yılında dünya uranyum konsantresi üretimi 70 bin ton olarak gerçekleşti.En verimli uranyum madenleri Kazakistan (toplam üretimin %32'si), Kanada, Avustralya, Nijer, Namibya, Özbekistan ve Rusya'da bulunuyor.
Uranyum cevherleri genellikle sadece az miktarda uranyum içeren mineraller içerir ve doğrudan pirometalurjik yöntemlerle eritilemezler. Bunun yerine, uranyumu çıkarmak ve saflaştırmak için hidrometalurjik prosedürler kullanılmalıdır. Konsantrasyonun arttırılması, işleme devreleri üzerindeki yükü önemli ölçüde azaltır, ancak yerçekimi, yüzdürme, elektrostatik ve hatta manuel ayırma gibi mineral işleme için yaygın olarak kullanılan geleneksel zenginleştirme yöntemlerinden hiçbiri uygulanabilir değildir. Birkaç istisna dışında, bu yöntemler önemli ölçüde uranyum kaybına neden olur.
yanan
Uranyum cevherlerinin hidrometalurjik işlenmesinden önce genellikle yüksek sıcaklıkta kalsinasyon aşaması gelir. Fırınlama kili kurutur, karbonlu maddeleri uzaklaştırır, kükürt bileşiklerini zararsız sülfatlara oksitler ve sonraki işlemeye müdahale edebilecek diğer indirgeyici maddeleri oksitler.
liç
Uranyum, hem asidik hem de alkali sulu çözeltilerle kavrulmuş cevherlerden çıkarılır. Tüm liç sistemlerinin başarılı bir şekilde çalışması için, kimyasal element ya başlangıçta daha kararlı 6 değerli formda mevcut olmalı ya da işleme sırasında bu duruma oksitlenmelidir.
Asit liçi, genellikle, bir sıcaklıkta 4-48 saat boyunca bir cevher ve çözücü karışımı karıştırılarak gerçekleştirilir. çevre. Özel durumlar dışında sülfürik asit kullanılır. pH 1.5'te nihai likörü elde etmek için yeterli miktarlarda servis edilir. Sülfürik asit liç şemaları, dört değerlikli U 4+ ila 6 değerli uranili (UO 2 2+) oksitlemek için tipik olarak ya manganez dioksit ya da klorat kullanır. Kural olarak, U 4+ oksidasyonu için ton başına yaklaşık 5 kg manganez dioksit veya 1.5 kg sodyum klorat yeterlidir. Her durumda, oksitlenmiş uranyum, 4-uranil sülfat kompleks anyonunu oluşturmak için sülfürik asit ile reaksiyona girer.
Kalsit veya dolomit gibi önemli miktarda bazik mineral içeren cevher, 0,5-1 molar sodyum karbonat çözeltisi ile liç edilir. Çeşitli reaktifler üzerinde çalışılmış ve test edilmiş olmasına rağmen, uranyum için ana oksitleyici madde oksijendir. Cevherler genellikle atmosferik basınçta ve 75-80 °C sıcaklıkta, spesifik kimyasal bileşime bağlı olarak belirli bir süre boyunca havada liç edilir. Alkali, kolayca çözünür bir kompleks iyon 4-oluşturmak için uranyum ile reaksiyona girer.
Daha fazla işlemden önce asit veya karbonat liçinden kaynaklanan çözeltiler berraklaştırılmalıdır. Killerin ve diğer cevher bulamaçlarının büyük ölçekli ayrımı, poliakrilamidler, guar zamkı ve hayvansal zamk dahil olmak üzere etkili topaklaştırıcı maddelerin kullanımıyla gerçekleştirilir.
çıkarma
Karmaşık iyonlar 4- ve 4-, iyon değişim reçinelerinin ilgili liç çözeltilerinden emilebilir. Sorpsiyon ve elüsyon kinetikleri, partikül boyutu, stabilitesi ve hidrolik özellikleri ile karakterize edilen bu özel reçineler, sabit ve hareketli yatak, sepet tipi ve sürekli bulamaç iyon değişim reçinesi yöntemi gibi çeşitli işleme teknolojilerinde kullanılabilir. Genellikle, adsorbe edilmiş uranyumu ayrıştırmak için sodyum klorür ve amonyak veya nitrat çözeltileri kullanılır.
Uranyum, solvent ekstraksiyonu ile asit cevheri likörlerinden izole edilebilir. Endüstride, alkil fosforik asitlerin yanı sıra ikincil ve üçüncül alkilaminler kullanılır. Genel bir kural olarak, 1 g/l'den fazla uranyum içeren asidik filtratlar için iyon değiştirme yöntemlerine göre solvent ekstraksiyonu tercih edilir. Ancak bu yöntem karbonat liçi için geçerli değildir.
Uranyum daha sonra uranil nitrat oluşturmak üzere nitrik asit içinde çözülerek saflaştırılır, özütlenir, kristalleştirilir ve UO 3 trioksit oluşturmak üzere kalsine edilir. İndirgenmiş UO2 dioksit hidrojen florür ile reaksiyona girerek metalik uranyumun magnezyum veya kalsiyum tarafından 1300 °C'lik bir sıcaklıkta indirgendiği tetraflorür UF4'ü oluşturur.
Tetraflorür, zenginleştirilmiş uranyum-235'i gaz difüzyonu, gaz santrifüjü veya sıvı termal difüzyon ile ayırmak için kullanılan UF 6 heksaflorürü oluşturmak için 350 °C'de florlanabilir.
Uranyum cevheri, çıkarılması ekonomik olarak karlı ve uygun hale gelecek miktarda, konsantrasyonda ve kombinasyonda uranyum içeren doğal bir mineral oluşumudur. Dünyanın bağırsaklarında çok fazla uranyum var. Örneğin doğada:
- uranyum altından 1000 kat daha fazladır;
- gümüşten 50 kat daha fazla;
- uranyum rezervleri neredeyse çinko ve kurşununkilere eşittir.
Uranyum parçacıkları toprakta, kayada, deniz suyunda bulunur. Çok küçük bir kısmı ise mevduatlarda yoğunlaşmıştır. Bilinen, keşfedilen uranyum yataklarının 5,4 milyon ton olduğu tahmin ediliyor.
Özellikleri ve türleri
Uranyum içeren cevherlerin ana türleri: oksitler (uranitler, uranyum reçineleri, uranyum siyahları), silikatlar (koffinitler), titanatlar (branneritler), uranil silikatlar (uranofanlar, betauranotiller), uranil-vanadatlar (karnotitler), tyuyamunitler, uranil fosfatlar otenitler, torbenitler) Zr, TR, Th, Ti, P mineralleri içeren (florapatitler, monazitler, zirkonlar, ortitler…) sıklıkla uranyum da içerir. Karbonlu kayaçta adsorbe edilmiş uranyum da vardır.
Saha ve üretim
Uranyum cevheri rezervleri açısından önde gelen üç ülke Avustralya, Kazakistan ve Rusya'dır. Dünya uranyum rezervlerinin yaklaşık %10'u Rusya'da yoğunlaşmıştır ve ülkemizde rezervlerin üçte ikisi Yakutya'da (Saha Cumhuriyeti) lokalizedir. En büyük Rus uranyum yatakları bu tür mevduatlardadır: Streltsovskoye, Oktyabrskoye, Anteyskoye, Malo-Tulukuevsky, Argunskoye, Dalmatovskoye, Khiagdinskoye ... Hala çok sayıda küçük mevduat ve mevduat var.
Uranyum cevherlerinin uygulanması
- En önemli uygulama nükleer yakıttır. En çok kullanılan izotop, kendi kendini idame ettiren bir nükleer zincir reaksiyonunun temeli olabilen U235'tir. Nükleer reaktörlerde, silahlarda kullanılır. İzotop U238 fisyon termonükleer silahların gücünü arttırır. U233, gaz fazlı bir nükleer roket motoru için en umut verici yakıttır.
- Uranyum aktif olarak ısıyı serbest bırakabilir. Isı üretme kapasitesi, petrol veya doğal gazdan bin kat daha güçlüdür.
- Jeologlar, kayaların ve minerallerin yaşını belirlemek için uranyum kullanır. Böyle bir bilim bile var - jeokronoloji.
- Bazen uçak yapımında, fotoğrafçılıkta, resimde kullanılır (güzel bir sarı-yeşil tonu vardır).
- Demir + U238 = manyetostriktif malzeme.
- Tüketilmiş uranyum radyasyondan korunma ekipmanı üretmek için kullanılır.
- Uranyumun gerçekleştirdiği daha birçok işlev vardır.
Uranyum (U) madenciliği için büyük önem taşımaktadır. modern toplum. Bu, nükleer endüstride yakıt olarak kullanılan en ağır metaldir, nükleer silah yapımında kullanılır. Barışçıl amaçlarla cam, boya ve vernik üretiminde kullanılırlar. saf uranyum doğal şartlar oluşmaz, mineral ve cevherin bir parçasıdır.
dünya rezervleri
Şu anda bölgede uranyum madenciliği yapılıyor. Büyük bir sayı mevduat. AT toprak tabakası yirmi kilometre derinlikte, insanlığa gelecek yüzyıllar boyunca yakıt sağlayabilecek etkileyici sayıda ton uranyum cevheri var. Uranyum dünyanın 28 ülkesinde çıkarılmaktadır. Ancak ana dünya rezervleri, pazarın %90'ını paylaşan 10 eyalete aittir.
Avustralya. Bu ülkede 19 büyük mevduat var. İçlerindeki U rezervleri 661.000 tondur (tüm dünya mevduatlarının payı %31.18'dir).
Kazakistan. 16 büyük U üretim noktasına sahiptir.Mevduat hacmi 629.000 ton olup, dünyadaki toplam rezerv payının %11.81'idir.
Rusya. Rusya Federasyonu'nun dünya uranyum endüstrisindeki payı %9,15'tir. U rezervleri 487.000 ton, U üretiminin ise 830.000 tona çıkması bekleniyor.
Kanada. Cevher rezervleri dünya pazarının %8.80'ini kaplayan 468.000 ton civarındadır. Uranyum madenciliği yılda 9 bin tondur.
Nijer. Ülkedeki uranyum yatakları 421.000 ton olup, dünya rezervlerinin toplam payının %7,9'udur. 4 yatak yılda 4,5 bin ton U üretir.
GÜNEY AFRİKA. Ülkedeki U rezervi 297.000 ton; dünya rezervlerinin yaklaşık %6'sını kaplar. Güney Afrika'da yılda 540 ton uranyum çıkarılıyor.
Brezilya. Ülkenin göstergesi 276.700 ton uranyum cevheri. Yıllık U üretimi yılda 198 tondur.
Namibya. Ülkenin uranyum rezervi 261.000 ton olup Namibya'da dört büyük U rezervi bulunmaktadır.
AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ. ABD'deki toplam U rezervi 207.000 tondur.
Çin. Ülkenin göstergesi 166.000 ton, DPRK'da yılda yaklaşık 1,5 bin ton uranyum cevheri çıkarılıyor.
Dünyanın en büyük uranyum yatakları
№ | Ülke | Miktar | Mevduatın adı | Yılda uranyum madenciliği hacmi |
1 | Avustralya | 19 | olimpiyat barajı | 3 bin ton 1 bin ton |
2 | Kazakistan | 16 | Korsan Budenovskoye Batı Mynkuduk Güney Yingkai | |
3 | Rusya | 7 | Chita bölgesi: Argun, Zerlovoe, Istochnoe, Namarusskoe Koretkondinskoe, Kolichkanskoe, Dybrynskoe | 27957 bin ton 17.7 bin ton toplamda |
4 | Kanada | 18 | MacArthur Nehri su göbeği | |
5 | Nijer | 4 | Imuraren, Madauela, Azelit, Arlit | |
6 | Güney Afrika | 5 | Hakimiyet, Batı Koç, Palabora, Randfontein ve Vaal Nehri | |
7 | Brezilya | 3 | Santa Quiteria, Pocos de Caldas, Lagoa Real |
Rusya'da Rosatom Corporation, ana uranyum madenciliği varlıklarını kontrol ediyor. Uranium One'ın Uluslararası madencilik bölümünü birleştiriyor ve ABD, Kazakistan ve Tanzanya'da bir hisse portföyüne sahip.
Uranyum cevherlerinin özellikleri
uranyum türleri
Doğal uranyum 3 izotopun etkileşiminden oluşur: U238, U235, U234. Metalin radyoaktif özellikleri, 238 izotoplarından ve onun kızı nükleotid 234'ten etkilenir. Bu atomların U'da bulunması nedeniyle, nükleer santraller ve nükleer silahlar için yakıt üretiminde uranyum kullanılır. U235 izotopunun aktivitesi 21 kat daha zayıf olmasına rağmen, üçüncü taraf aktif elementler olmadan nükleer zincir reaksiyonunu sürdürebilir.
Doğal izotopların yanı sıra yapay U atomları da vardır.
En az 23 tür bilinmektedir. U233 izotopu özel ilgiyi hak ediyor; toryum-232, termal nötronların etkisi altında nötronlar ve fisyonlarla ışınlandığında oluşur. Bu yetenek U233'ü nükleer reaktörler için en uygun enerji kaynağı yapar.
cevher sınıflandırması
Doğal uranyum cevheri kavramı, yüksek konsantrasyonda uranyum içeren bir mineral oluşumunu ifade eder. Uranyum yataklarının gelişimi sırasında, kural olarak, diğer radyoaktif metaller - radyum ve polonyum - bitişik olarak elde edilir. Uranyum içeren kayaların bileşimi değişebilir. Katmanların yapısı, değerli metalin çıkarılma şeklini etkiler.
Oluşum koşullarına göre cevher ayrılabilir:
- endojen;
- dışsal;
- metamorfojenik.
Cevherleşme türüne göre uranyum cevherleri ayırt edilir:
- öncelik;
- oksitlenmiş;
- karışık.
Tane boyutu sınıflandırması:
- dağınık, dağılmış (<0,015 мм);
- ince taneli (0,015–0,1 mm);
- ince taneli (0,1–3 mm);
- orta taneli (3 ila 25 mm);
- iri taneli (> 25 mm).
- molibden;
- anadyum;
- uranyum-kobalt-nikel-bizmut;
- monoor.
Kimyasal bileşime göre sınıflandırma:
- karbonat;
- Demir oksit;
- silikat;
- sülfür;
- kostobiyol.
Cevher işleme yöntemine göre bölünür:
- cevherin kimyasal bileşiminde karbonat varsa kullanılan soda çözeltisi;
- asit, silikat kayaları için kullanılır;
- bileşiminde demir oksit varsa yüksek fırın yöntemi kullanılır.
- yoksul (< 0,1%);
- sıradan (%0,25–0,1);
- orta (%0.5-0.25);
- zengin (%1-0.5);
- çok zengin (>%1 U).
Toprak tabakasındaki içeriği en az %0,5 ise uranyum madenciliği yapmak mantıklıdır. Kaya tabakasında %0.015'ten az uranyum varsa, yan ürün olarak çıkarılır.
Uranyum cevheri madenciliği için yöntemler
Uranyum çıkarmanın üç ana yolu vardır:
- açık (veya kariyer);
- mayın (yeraltı);
- sızıntı.
Tüm bu yöntemler birçok faktöre bağlıdır. Örneğin, kaya birikintilerinin derinliğinden, izotopların bileşimi vb.
Kayanın derin olmadığı durumlarda uygulanabilir ve onu çıkarmak için kendinizi özel ekipmanla donatmanız yeterlidir:
- çöp kamyonları;
- buldozerler;
- yükleyiciler.
Uranyum madenciliğinin taş ocağı yöntemi oldukça uzun süredir kullanılmaktadır. Bu yöntemin avantajlarından biri, madenciler için minimum radyasyona maruz kalma riskidir. Ancak açık yöntemin önemli bir dezavantajı, geliştirilmekte olan arazi parçasına onarılamaz çevresel zarar vermesidir.
Maden çıkarma yöntemi daha maliyetlidir, maddi nokta görüş. Uranyum çıkarmak için, iki kilometre derinliğe kadar madenler delinir, madencilik bu işaretten daha derine yapılırsa, yakıt çok pahalı olacaktır. Her durumda, madencilik şirketlerinin madencileri ilgili tüm ekipmanlarla, radyasyondan korunmayla donatmaları gerekmektedir. VE Radonu uzaklaştırmak ve madene temiz hava sağlamak için gerekli havalandırma sistemlerini kurun. Madende metal, kaya kütlesinden delme ve patlatma yoluyla çıkarılır.
Uranyum madenciliğinin liç yöntemi optimal kabul edilir. Kuyular, içinden bir çözeltinin pompalandığı kayaya delinir - özel bir liç maddesi kimyasal bileşim. Cevher yataklarının derinliklerinde çözünür ve değerli metal bileşikleri ile doyurulur.
sonuçlar
Yeraltı liçi kullanan uranyum madenciliği, çevreye yukarıda açıklanan yöntemlerden önemli ölçüde daha az zarar verir. Zamanla, geliştirilen arsa üzerinde ıslah işlemleri gerçekleşir. Bu yöntemin uygulanması ekonomik maliyetleri azaltabilir. Ama onun sınırlamaları var. Sadece kumtaşında ve su tablasının altında kullanılmaz.