Zpracování uranu, příprava rudy pro použití v různých výrobcích.
Uran (U), i když velmi hustý (19,1 gramů na krychlový centimetr), je relativně slabým, nehořlavým kovem. Ve skutečnosti se zdá, že kovové vlastnosti uranu jsou přechodné mezi vlastnostmi stříbra a jiných pravých kovů a vlastnostmi nekovových prvků, takže se neoceňují pro strukturální aplikace. Hlavní hodnota uranu je v radioaktivních a štěpných vlastnostech jeho izotopů. V přírodě téměř všechen (99,27%) kovu tvoří uran-238; zbytek se skládá z uranu-235 (0,72 procenta) a uranu-234 (0,006 procenta). Z těchto přirozeně se vyskytujících izotopů je pouze uran-235 přímo štěpitelný neutronovým zářením. Avšak uran-238 po absorpci neutronu tvoří uran-239 a tento izotop se nakonec rozpadne na plutonium-239 - štěpný materiál velkého významu v jaderné energii a jaderných zbraních. Další štěpný izotop, uran-233, může být vytvořen neutronovým ozářením thoria-232.
Dokonce i při pokojové teplotě jemně rozptýlený kov uranu reaguje s kyslíkem a dusíkem. Při vyšších teplotách reaguje s celou řadou legujících kovů za vzniku intermetalických sloučenin. K tvorbě pevného roztoku s jinými kovy dochází jen zřídka, díky jedinečným krystalickým strukturám tvořeným atomy uranu. Mezi pokojovou teplotou a teplotou tání 1 132 ° C (2 070 ° F) existuje kovový uran ve třech krystalických formách známých jako fáze alfa (a), beta (β) a gama (γ). Transformace z alfa do beta fáze probíhá při 668 ° C (1 234 ° F) a z beta do gama fáze při 775 ° C (1 427 ° F). Gama uran má kubickou (bcc) krystalovou strukturu zaměřenou na tělo, zatímco beta uran má tetragonální strukturu. Alfa fáze však sestává z vlnitých listů atomů ve vysoce asymetrické ortorombické struktuře. Tato anizotropní nebo zkreslená struktura ztěžuje atomům legujících kovů nahradit atomy uranu nebo obsadit mezery mezi atomy uranu v krystalové mřížce. Bylo pozorováno, že pouze molybden a niob tvoří slitiny pevného roztoku s uranem.
Dějiny
Německý chemik Martin Heinrich Klaproth je připočítán s objevem uranu v roce 1789 ve vzorku pitchblende. Klaproth pojmenoval nový prvek po planetě Uran, která byla objevena v roce 1781. Francouzský chemik Eugène-Melchior Péligot však teprve v roce 1841 ukázal, že černou kovovou látkou získanou Klaprothem je skutečně směsný oxid uraničitý. Péligot připravil skutečný kovový uran redukcí chloridu uraničitého kovem draselným.
Před objevením a objasněním jaderného štěpení bylo několik praktických využití uranu (a to byla velmi malá) ve zbarvení keramiky a jako katalyzátor v určitých specializovaných aplikacích. Dnes je uran vysoce ceněn pro jaderné aplikace, vojenské i komerční, a dokonce i rudy nízké kvality mají velkou ekonomickou hodnotu. Kovový uran se běžně vyrábí pomocí procesu Ames, který vyvinul americký chemik FH Spedding a jeho kolegové v roce 1942 na Iowské státní univerzitě v Amesu. Při tomto postupu se kov získává z tetrafluoridu uranu tepelnou redukcí hořčíkem.
Ores
Zemská kůra obsahuje asi dvě části na milion uranu, což odráží širokou distribuci v přírodě. Odhaduje se, že oceány obsahují 4,5 x 109 tun prvku. Uran se vyskytuje jako významná složka ve více než 150 různých minerálech a jako vedlejší složka dalších 50 minerálů. Mezi primární uranové minerály, které se nacházejí v magmatických hydrotermálních žilách a v pegmatitech, patří uraninit a pitchblende (druh uraninitu). Uran v těchto dvou rudách se vyskytuje ve formě oxidu uraničitého, který - v důsledku oxidace - se může lišit v přesném chemickém složení od UO 2 do UO 2,67. Další uranové rudy ekonomického významu jsou autunit, hydratovaný fosforečnan vápenatý uranyl; tobernit, hydratovaný uranylfosfát mědi; coffinite, černý hydratovaný křemičitan uranu; a karnotit, žlutý hydratovaný uranyl vanadát draselný.
Odhaduje se, že v Kanadě, Jižní Africe, Spojených státech, Austrálii, Nigeru, Namibii, Brazílii, Alžírsku a Francii se vyskytuje více než 90 procent známých levných zásob uranu. Asi 50 až 60 procent těchto rezerv je v konglomerátních skalních útvarech Elliotského jezera, které se nachází severně od jezera Huron v Ontariu v Kanadě a na zlatých polích Witwatersrand v Jižní Africe. Významné zásoby uranu obsahují také pískovcové útvary na náhorní plošině Colorado a Wyoming Basin.
Těžba a soustředění
Uranové rudy se vyskytují v ložiscích, která jsou jak na povrchu, tak velmi hluboká (např. 300 až 1200 metrů nebo 1 000 až 4 000 stop). Hluboké rudy se někdy vyskytují ve švech tlustých až 30 metrů. Stejně jako v případě rud z jiných kovů se povrchové uranové rudy snadno těží velkými zemními zařízeními, zatímco hluboká ložiska se těží tradičními metodami vertikální šachty a driftu.
Uranové rudy typicky obsahují pouze malé množství minerálů obsahujících uran, a ty nejsou přístupné k tavení přímými pyrometalurgickými metodami; místo toho musí být pro extrakci a čištění hodnot uranu použity hydrometalurgické postupy. Fyzická koncentrace by značně snížila zatížení hydrometalurgických zpracovatelských obvodů, ale žádná z konvenčních metod dobývání obvykle používaných při zpracování nerostů - např. Gravitace, flotace, elektrostatika a dokonce ruční třídění - není obecně použitelná pro uranové rudy. Až na několik výjimek vedou metody koncentrace k nadměrné ztrátě uranu na zbytcích.
