В конце XVIII века химик Мартин Клапорт положил начало изучению урана. Обнаруженная «смоляная обманка» — урановая руда — поспособствовала извлечению элемента в окисленном виде. В XIX веке было отмечено, что соли урана испускают невидимое излучение. Радиоактивный поток смог засветить пластинку фотоаппарата в темноте. До следующего столетия уран не был задействован в промышленности, но после разработки теории радиоактивного распада ученые обнаружили пользу, которую можно извлекать из металла.
Что такое урановая руда
Урановая руда — это минеральное образование, содержащее уран в таком количестве, что его выгодно и целесообразно добывать и извлекать. Основные радиоактивные руды носят названия настуран и карнотит. Элемент также может быть обнаружен в редкоземельных минералах — цирконе, ортите, титаните, ксенотиме, монаците.
Помимо урана в рудниках часто добывают сопутствующие ценные компоненты. Например, в Якутии, в Куранахском месторождении титаномагнетитовых руд параллельно ведется добыча золота.
Что, Если Съесть Уран?
Самая богатая руда на уран — настуран. Она содержит до 80% полезного металла. Цвет урановой смоляной руды серо-черный, блеск — металлический. Под ультрафиолетовыми лучами она обретает желтые, оранжевые, зеленые оттенки радиоактивного компонента, которые отчетливо видны на фоне темной породы.
Урановая руда выглядит в природе непримечательно, но благодаря способности люминесцировать (светиться под ультрафиолетом), ее можно обнаружить среди похожих серо-черных пород.
Классификация урановых руд
В России и в мире урановые руды классифицируют по нескольким признакам. Важную роль играют происхождение и концентрации.
Наиболее распространенное разделение построено на генетических признаках. Выделяют полезные ископаемые эндогенного (глубинного), экзогенного (в приповерхностных условиях) и метаморфического происхождения:
- Эндогенные руды образуются на глубинах под действием высоких температур, водных растворов, гранитных расплавов.
- На поверхности источником служат подземные воды и осадконакопление.
- Метаморфогенное сырье образуется при перераспределении разнесенного урана.
Не менее важную роль при добыче и обогащении играет классификация по концентрационному признаку. По содержанию урана в породе отмечают:
- забалансовые (их добыча нецелесообразна) —
- убогие — (0,03-0,05)%;
- рядовые — (0,05-0,1)%;
- богатые — (0,1-0,3)%;
- супербогатые — >0,3%.
По составу вмещающих пород руды подразделяются на силикатные, карбонатные, сульфидные, каустобиолитовые, железоокисные.
Посмотрите о видах и минералогии урана:
Месторождения и способы добычи минерала
Залежи урановой руды обнаруживают методом аэрогаммасъемки. Самый тяжелый элемент таблицы Менделеева — слаборадиоактивный. Его атомы испускают лучи альфа, бета и гамма-излучения, способствующие определению элемента в руде. После поиска осуществляется этап разведки с последующим бурением, оценкой содержания полезного компонента, выбором способа добычи и схемы переработки материала.
Уран может образовываться в водной среде, накапливаться в живых организмах, горных породах и грунтах. В связи с разнообразием условий залегания разработано несколько способов его рациональной добычи.
В России, а также странах Европы металл добывается тремя методами: открытым, закрытым и скважинным.
Если породы, содержащие урановую минерализацию, залегают в приповерхностных условиях, то чаще всего прибегают к открытому методу. Для добычи из карьера используется горнодобывающая техника (бульдозеры, самосвалы), которая позволяет извлекать породы из недр земли и транспортировать на перерабатывающий завод.
Третий метод добычи радиоактивных руд урана считается наиболее перспективным. Изначально производится бурение двух скважин, в одну из которых закачивается серная кислота, а из другой — откачивается полученный выщелоченный раствор. Из раствора извлекается соль металла с помощью смолы, которая в дальнейшем снова обрабатывается серной кислотой с целью достижения максимальной концентрации полезного компонента.
Открытый метод добычи урановой руды в Казахстане 
Схема добычи урана методом выщелачивания 
Добыча урановой руды в шахте Краснокаменска
Получение урана из пород
Извлечение урана из руды производится в несколько этапов:
- Независимо от метода добычи, порода после измельчения подвергается выщелачиванию посредством серной кислоты или щелочи.
- Полученный раствор солей урана сорбируется ионообменными смолами.
- Отделенный тонкозернистый агрегат урана осаждают с помощью перекиси водорода, получая концентрированную суспензию.
- Ее подвергают фильтрации и сушке для получения уранового порошка желтого цвета, который носит название «кек».
- Затем кек необходимо переплавить для удаления из него примесей и получения окись урана.
- Из желтого порошка с помощью нагревания с кальцием или магнием выделяют две модификаций металла — тетрафторид и гексафторид.
Гексафторид необходим для отделения изотопов. В настоящее время известно три вида урана, два из которых радиоактивны. Уран-238 имеет наибольшее распространение и составляет до 99% от всей добычи металла.
Изотоп под номером 235 в природе встречается реже, но играет важную роль в промышленности. Интерес к данной разновидности в сфере атомной энергетики вызван его способностью к поддержанию цепной реакции.
Запасы и объемы урановой руды по России и в мире
Содержание урана на планете оценивается в более чем 5 миллионов тонн. География ценного сырья обширна, так как оно обнаружено на всех материках, кроме Антарктиды, которая не полностью изучена. В таблице приведен список 6 стран-лидеров, богатых урановыми рудами (информация на 2017 год):
| Страна | Процент запасов сырья от мирового | Крупнейшие месторождения | Оценка запасов урановых руд, тонны |
| Австралия | 31% | Олимпик-Дам, Биверли, Хонемун | 1818000 |
| Казахстан | 14% | Корсан, Ирколь, Харасан | 842000 |
| Канада | 9% | Мак-Артур-Ривер, Сигар Лейк | 514000 |
| Россия | 8% | Аргунское, Жерловое, Источное | 486000 |
| Намибия | 7% | Рёссинг, Трекопье, Валенсия | 442000 |
| ЮАР | 5% | Доминион, Вестерн-Ариез, Палабора | 322000 |
На карте распространения запасов урановых руд наибольшие концентрации металла выделяют на трех материках — в Австралии, Северной Америке, Евразии. Выводы можно сделать по условным обозначениям. Наиболее богатые территории обозначаются на карте обычно более насыщенным цветом.
На географической карте руда представлена значком в виде круга с точкой внутри.
Важную роль в мировой промышленности и экономике играют Китай, Нигер, Украина, Узбекистан. В Украине насчитывается около 115000 тонн урана, сконцентрированного в шахте «Смолинская», Ватутинском и Желтоводском месторождениях.
Изменение в рейтинге в стран-производителей урана с 1970 по 2018 год:
Свойства и применения урана
Уран — металл из таблицы химических элементов, который относится к семейству актинидов. Название радиоактивному элементу было дано в честь планеты.
Цвет металла — серо-белый в свободном состоянии, однако встретить его в природе в подобном виде невозможно из-за химической активности. У элемента выделено три модификации кристаллических решеток — объемно центрическая, ромбическая, тетрагональная.
Физико-химические свойства
Уран относится к классу парамагнетиков, то есть является слабомагнитным элементом. Он без труда поддается обработке, вскипает при температуре в 4200 градусов. Химические особенности элемента делают его легко растворимым в кислотах. Уран медленно окисляется на воздухе, не реагирует со щелочами, но при этом взаимодействует с водой.
Сферы применения урана
В современной промышленности уран нашел множество способов применения. Его активно используют в атомной энергетике для получения энергии. Радиоактивный металл служит основным сырьем на атомных электростанциях, где при расщеплении его атомов получается электричество.
Урановое топливо подходит для ядерных реакторов и двигателей ракет. С его помощью создается ядерное оружие.
Металл давно устоялся в художестве и фотографии. Из него получают пигменты желтых, бурых, зеленых, черных красок. Элемент позволяет улучшать фотографии, а также зачастую служит основой для создания цветных стекол.
Сколько стоит урановая руда
Урановые руды всегда являлись стратегически важным сырьем, но после катастрофических событий на атомной станции «Фукусима» его цена на рынке заметно упала. В настоящее время 1 кг сырья стоит примерно 2500 рублей. Но купить радиоактивный элемент в свободном доступе нельзя. Его могут приобретать только владельцы предприятий, занимающихся атомной энергетикой.
Активная добыча урана карьерным, шахтным и скважинным методами позволяет получать урановую руду, пригодную для дальнейшего обогащения и использования. Сейчас уран играет важную роль в мировой промышленности. Он позволяет успешно функционировать и развиваться ядерной энергетике, без которой затруднительно обеспечить полеты в космос.
Посмотрите интересное видео о свойствах урана и экспериментах с ним:
Рассказывайте об известных Вам фактах об уране и его рудах в комментариях. Не забывайте делиться интересной статьей с друзьями в социальных сетях.
Источник: zakamnem.ru
Уран элемент. Свойства, добыча, применение и цена урана
Открытие планетарного масштаба. Так можно назвать обнаружение учеными Урана. Планета открыта в 1781-ом году.
Ее обнаружение стало поводом для наречения одного из элементов таблицы Менделеева. Уран металлический выделили из смоляной обманки в 1789-ом.
Шумиха вокруг новой планеты еще не улеглась, поэтому, идея о названии нового вещества лежала на поверхности.
В конце 18-го века еще не было понятия радиоактивности. Между тем, это основное свойство земного урана.
Ученые, работавшие с ним, облучались, сами того не зная. Кто был первопроходцем, и каковы другие свойства элемента, расскажем далее.
Свойства урана
Уран – элемент, открытый Мартином Клапротом. Он сплавил смоляную обманку с едким калием . Продукт сплавления был неполностью растворим.
Клапрот понял, что предполагаемых цинка , молибдена и вольфрама в составе минерала нет. Тогда, ученый растворил обманку в царской водке .
Из раствора выпали шестигранные кристаллы зеленого цвета. На них химик воздействовал желтой кровяной солью , то есть, гексацианоферратом калия.
Из раствора выпал бурый осадок. Этот окисел Клапрот восстановил льняным маслом, прокалил. Получился черный порошок.
Пришлось прокаливать уже его, смешав с бурым углем . В спекшейся массе обнаружились зерна нового металла.
Позже выяснилось, что это был не чистый уран, а его диоксид. Отдельно элемент получили лишь через 60 лет, в 1841-ом году. А еще через 55 Антуан Беккерель открыл явление радиоактивности.
Радиоактивность урана обусловлена способностью ядра элемента захватывать нейтроны и дробиться. При этом, выделяется внушительная энергия.
Она обусловлена кинетическими данными излучения и осколков. Есть возможность обеспечить непрерывное деление ядер.
Цепная реакция запускается при обогащении природного урана его 235-ым изотопом. Его не то, чтобы добавляют в металл.
Наоборот, из руды убирают малорадиоактивный и неэффективный 238-ой нуклид, а так же, 234-ый.
Их смесь именуют обедненной, а оставшийся уран называют обогащенным. Именно такой нужен промышленникам. Но, об этом поговорим в отдельной главе.
Уран излучает, как альфа-, так и бета- с гамма-лучами. Их обнаружили, увидев влияние соли металла на фотографическую пластину, обернутую черной бумагой .
Стало понятно, что новый элемент что-то излучает. Пока супруги Кюри исследовали, что именно, Мария получила дозу радиации, ставшей причиной развития у химика рака крови, от которого женщина умерла в 1934-ом году.
Бета-излучение способно разрушить не только человеческий организм, но и сам металл. Какой элемент образуется из урана? Ответ: — бревий.
Иначе его называют протактинием. Обнаружен в 1913-ом, как раз при изучении урана.
Последний превращается в бревий без сторонних воздействий и реактивов, лишь от бета-распада.
Внешне уран – химический элемент серебристо — белого цвета с металлическим блеском.
Так выглядят все актиноиды, к коим и относится 92-ое вещество. Начинается группа с 90-го номера, а заканчивается 103-им.
Стоя в начале списка, радиоактивный элемент уран, проявляет себя, как окислитель. Степени окисления могут быть 2-ой, 3-ей, 4-ой, 5-ой, 6-ой.
То есть, химически 92-ой металл активен. Если истереть уран в порошок, он самовоспламениться на воздухе.
В обычном виде вещество окислится при контакте с кислородом, покрывшись радужной пленкой.
Если довести температуру до 1000 градусов Цельсия, хим. элемент уран соединиться с азотом . Образуется нитрид металла. Это вещество желтого цвета.
Брось его в воду, — раствориться, как и чистый уран. Разъедают его и все кислоты. Из органических элемент вытесняет водород.
Выталкивает его уран, так же, из соляных растворов серебра , меди , олова , ртути , золота . Если такой раствор встряхнуть, частицы 92-го металла начнут светиться.
Урановые соли нестабильны, распадаются на свету, или в присутствии органики.
Индифферентен элемент, пожалуй, лишь к щелочам. С ними в реакцию металл не вступает.
Открытие урана – это обнаружение сверхтяжелого элемента. Его масса позволяет выделить металл, точнее, минералы с ним, из руды.
Достаточно раздробить ее и засыпать в воду. Урановые частицы осядут первыми. С этого начинается добыча металла. Подробности, в следующей главе.
Добыча урана
Получив тяжелый осадок, промышленники выщелачивают концентрат. Цель – перевести уран в раствор. Используют серную кислоту.
Исключение делают для смолки. Этот минерал в кислоте не растворим, поэтому, используют щелочи. Секрет трудностей в 4-валентном состоянии урана.
Не проходит кислотное выщелачивание и с доломитом , магнезитом . В этих минералах 92-ой металл тоже 4-валентный.
На такой воздействуют гидроксидом натрия , известным, как едкий натр. В остальных случаях хороша кислородная продувка. Не надо отдельно запасаться серной кислотой.
Достаточно нагреть руду с сульфидными минералами до 150-ти градусов и направить на нее кислородную струю. Это ведет к образованию в камнях кислоты, вымывающей уран.
Химический элемент и его применение связаны с чистыми формами металла. Дабы убрать примеси, используют сорбцию.
Ее проводят на ионообменных смолах. Подходит, так же, экстракция органическими растворителями.
Остается добавить в раствор щелочь, чтобы осадить уранаты аммония, растворить их в азотной кислоте и подвергнуть аффинажу .
Итогом станут оксиды 92-го элемента. Их нагревают до 800-от градусов и восстанавливают водородом.
Итоговый оксид переводят во фторид урана, из которого кальциетермическим восстановлением и получают чистый металл. Цепочка , как видно, не из простых. Зачем же так стараться?
Применение урана
92-ой металл – основное топливо ядерных реакторов. Обедненная смесь подходит для стационарных, а для силовых установок используют обогащенный элемент.
235-ый изотоп, так же, — основа ядерного оружия. Из 92-го металла можно получить и вторичное ядерное топливо.
Здесь стоит задаться вопросом, в какой элемент превращается уран. Из его 238-го изотопа получают плутоний , — еще одно радиоактивное, сверхтяжелое вещество.
У самого 238-го урана велик период полураспада, он длится 4,5 миллиардов лет. Столь длительное разрушение приводит к малой энергоемкости.
Если рассматривать применение соединений урана, пригождаются его оксиды. Их используют в стекольной промышленности.
Оксиды выступают красителями. Можно получить стекла от бледно-желтых до темно-зеленых. В ультрафиолетовых лучах материал флуоресцирует.
Это свойство используют не только в стеклах, но и урановых глазурях для фарфора . Оксидов урана в них от 0,3 до 6%.
В итоге, фон изделий безопасен, не превышает 30-ти микрон в час. Фото элементов урана, точнее, изделий с его участием, весьма красочны. Свечение стекол и посуды притягивает взоры.
Цена урана
За килограмм необогащенной окиси урана дают около 150-ти долларов. Пиковые значения наблюдались в 2007-ом.
Тогда стоимость достигала 300-от долларов за кило. Разработки урановых руд останутся рентабельными и при цене в 90-100 условных единиц.
Кто открыл элемент уран, не знал, каковы его запасы в земной коре. Теперь, они подсчитаны.
Крупные месторождения с рентабельной ценой добычи истощатся к 2030-му году.
Если не откроют новых залежей, или не найдут альтернативы металлу, его стоимость поползет вверх.
Источник: tvoi-uvelirr.ru
Уран. Что такое уран? Как выглядит уран (фото)?
Уран как химический элемент был открыт в 1789 году прусским (немецким) химиком Мартином Генрихом Клапротом, который исследовал кусок камня из Яхимова, небольшого города на территории современной Чешской Республики.
Он дал ему название «уран» или «уранит». Поскольку у всех на слуху было открытие новой планеты того же названия. В связи с открытием планеты Уран 8 годами ранее астрономом Уильямом Гершелем.
Французский химик Эжен-Мельхиор Пелиго немного позже детально устанавливает, что порода, найденная и проанализированная Клапротом, на самом деле состоит химически из двух атомов кислорода и одного атома какого-то металла, который он и назвал «ураном».
Радиоактивность урана не была обнаружена вплоть до 1896 года. Анри Беккерель как-то заметил, что фотографические пластины, помещенные рядом с образцами урана, почернели и засветились, но при этом он был уверен, что они никогда и никак не подвергались воздействию света. Таким образом, Беккерель открыл явление радиоактивности и продолжил далее свои исследования, между прочим, с супружеской парой Марией и Пьером Кюри.
Первоначально урановая руда использовалась просто при изготовлении керамики для получения желтых, оранжевых и зеленых пигментов. Первые медицинские применения урана появились только с открытием его радиоактивности.
Манхэттенский проект положил начало его использованию в военных целях, которое продолжалось на протяжении второй половины 20 века в период всей так называемой «холодной войны».
Сегодня преобладают применения урана в ядерной энергетике для производства электроэнергии и в области диагностической медицины.
Будущее.
Уран становится все более востребованным, но и дорогим.
Рост цен на ископаемое топливо — основная тенденция на протяжении нескольких десятилетий. Государства и страны из опасениями перед парниковым эффектом ищут альтернативы углю, нефти и природному газу.
Ядерная энергия, по КПД в миллион раз превосходящая ископаемые энергоносители, является основной, и многие страны, такие как Франция, выбирают ее по экономическим или стратегическим соображениям. Но такая плотность и энергоёмкость по своей природе достаточно опасна и применение ее рискованно, о чем нам напоминают ядерные аварии на атомных электростанциях. Поэтому работа в области ядерной энергетики требует исключительных мер безопасности, которые постоянно совершенствуются, и которые все равно в перспективе нужно улучшить.
По состоянию на 18 апреля 2014 г. в мире построены 72 реактора, в том числе 28 в Китае, 10 в России, 6 в Индии, 5 в Корее, 1 во Франции и 5 в США.
Когда разведанных запасов урана очень высокого качества недостаточно для удовлетворения спроса, цены на уран естественно растут. Эта ситуация в последние годы возродила интерес к разведке полезных ископаемых, и в настоящее время вновь открываются и обновляются с учетом новых технологий добычи даже старые, казалось бы выработанные, месторождения.
Одновременно совершенствуются модели атомных реакторов, теперь это реакторы четвертого поколения. Усилия проектантов, ученых, конструкторов направлены во всем мире на совершенствование процесса получения энергии при расщеплении урана, особенно это заметно в последние годы в Китае и Индии. Заметен прогресс и в работе над улучшением производства электроэнергии на атомных электростанциях и в Российской Федерации. Усилия ученых направлены на то, чтобы преодолеть ограничения, связанные с использованием урана-235, который является редким ископаемым, и идти к использованию урана-238, который более доступен и даже более энергоёмкий.
Последствия для окружающей среды, подлежащие обязательному контролю.
Находящийся в природном состоянии в толще пластов породы уран вообще-то слабо радиоактивен, и не представляет опасности, пока остается в своем естественном состоянии. И да, вода (пресная или соленая морская) а также овощи, которые мы едим естественным образом, содержат небольшое количество урана. Но никакого отрицательного воздействия на здоровье людей при этом потреблении не было доказано. Около 98% урана от той мизерной части, поступающей в организм человека, не всасывается, не усваивается, а просто выводится естественным путем, не причиняя никакого вреда. Это поверхностная урановая микроскопическая пыль.
Иначе обстоит дело с ураном, добытым из шахты. Обогащение урана — это процесс, который требует строгого контроля по следующим параметрам:
-выбросы в атмосферу, в частности газ радон, радиоактивный газ, содержащийся в руде, и рудная пыль, которая может вызвать рак легких;
-жидкие или твердые сбросы, чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод, поскольку в норме питьевая вода не должна содержать более 15 мг урана на литр воды.
Токсичность урана бывает двух типов:
-химическая токсичность урана такая же, как и у других тяжелых металлов, таких как свинец или ртуть, а почки являются важнейшими органами-мишенями.
Ущерб здоровью может быть очень серьезным.
-радиологическая токсичность природного урана в 40 раз ниже, чем его химическая токсичность, потому что он слабо радиоактивен. На самом деле все зависит от интенсивности и продолжительности воздействия радиации.
В нашей окружающей среде мы подвергаемся облучению в среднем от 3,5 до 4 мЗв год, включая 2,5 мЗв год естественной радиоактивности и 1,1 мЗв год медицинского происхождения, при этом порог, который нельзя превышать, установлен на уровне 4,7 мЗв. год, а дополнительная искусственная радиоактивность, вызванная деятельностью человека, во Франции (2010 г.) составляет около 0,06 мЗв год (максимально разрешенный: 1 мЗв год).
На национальном и международном уровнях существует исчерпывающий набор стандартов здоровья, в частности прописанный международной организацией ВОЗ.
Во Франции воздействие естественной радиоактивности составляет порядка 2,4 миллизиверта в год. В основном это происходит из-за радона 222, инертного газа, образующегося в результате последовательности распада урана 238, который проходит через торий 234, затем радий 226. Этот уровень воздействия невелик. В некоторых частях Индии, Китая или Бразилии естественное воздействие в 20 раз превышает средний показатель по Франции, но без доказанного ущерба для населения.
В России показатели естественной радиоактивности примерно такие как во Франции. И только отдельные районы западной России и востока Белоруссии, а также области Украины, примыкающие к Чернобыльской зоне, имеют повышенные значения фона.
Что касается урана, то в будущем, по-видимому, следует более внимательно следить за условиями его добычи, обработки и транспортировки, а также всех других тяжелых металлов, чтобы строго ограничить их воздействие на окружающую среду.
Как выглядит уран.
Вот урановые руды. Выглядят, по-моему, очень красиво
А вот так непрезентабельно выглядит обогащенный уран, металл. Уран-235.
Источник: www.bolshoyvopros.ru