Uranyum işleme, çeşitli ürünlerde kullanılmak üzere cevherin hazırlanması.
Uranyum (U), çok yoğun olmasına rağmen (santimetre küp başına 19.1 gram), nispeten zayıf, refrakter olmayan bir metaldir. Gerçekten de, uranyumun metalik özellikleri, gümüş ve diğer gerçek metaller ile metalik olmayan elementlerin özellikleri arasında ara görünmektedir, böylece yapısal uygulamalar için değerlenmemektedir. Uranyumun temel değeri, izotoplarının radyoaktif ve fizyonlanabilir özelliklerindedir. Doğada, metalin neredeyse tamamı (yüzde 99,27) uranyum-238; geri kalan kısım uranyum-235 (yüzde 0.72) ve uranyum-234'ten (yüzde 0.006) oluşmaktadır. Doğal olarak oluşan bu izotoplardan sadece uranyum-235, nötron ışınlaması ile doğrudan parçalanabilir. Bununla birlikte, uranyum-238, bir nötronu emdikten sonra uranyum-239'u oluşturur ve bu son izotop nihayetinde nükleer güç ve nükleer silahlar için büyük öneme sahip bir fisil malzeme olan plütonyum-239'a bozunur. Başka bir fissil izotop olan uranyum-233, toryum-232'nin nötron ışınlaması ile oluşturulabilir.
Oda sıcaklığında bile, ince bölünmüş uranyum metal oksijen ve azot ile reaksiyona girer. Daha yüksek sıcaklıklarda, metaller arası bileşikler oluşturmak için çok çeşitli alaşım metalleri ile reaksiyona girer. Diğer metallerle katı çözelti oluşumu, nadiren, uranyum atomlarının oluşturduğu tekil kristal yapıları nedeniyle oluşur. Oda sıcaklığı ile erime noktası 1.132 ° C (2,070 ° F) arasında, uranyum metali alfa (α), beta (β) ve gama (γ) fazları olarak bilinen üç kristal formda bulunur. Alfadan beta fazına dönüşüm 668 ° C'de (1,234 ° F) ve betadan 775 ° C'de (1,427 ° F) gama fazına gerçekleşir. Gama uranyum vücut merkezli bir kübik (bcc) kristal yapıya sahipken, beta uranyum dörtgen bir yapıya sahiptir. Ancak alfa fazı, oldukça asimetrik bir ortorombik yapıda oluklu atom tabakalarından oluşur. Bu anizotropik veya bozuk yapı, alaşım metallerinin atomlarının uranyum atomlarının yerine geçmesini veya kristal kafes içindeki uranyum atomları arasındaki boşlukları işgal etmesini zorlaştırır. Sadece molibden ve niyobyumun uranyum ile katı çözelti alaşımları oluşturduğu gözlenmiştir.
Tarih
Alman kimyacı Martin Heinrich Klaproth, 1789'da ılıkyum elementini bir zıpkın örneğinde keşfetmeyle ödüllendirildi. Klaproth, 1781 yılında keşfedilen Uranüs gezegeninden sonra yeni elementi adlandırdı. Bununla birlikte, 1841'e kadar Fransız kimyager Eugène-Melchior Péligot, Klaproth tarafından elde edilen siyah metalik maddenin gerçekten bileşik uranyum dioksit olduğunu gösterdi. Péligot, uranyum tetraklorürü potasyum metal ile azaltarak gerçek uranyum metali hazırladı.
Nükleer fizyonun keşfinden ve açıklanmasından önce, uranyumun (ve bunlar çok küçüktü) birkaç pratik kullanımı seramiklerin renklendirilmesinde ve bazı özel uygulamalarda katalizör olarak kullanılmıştır. Günümüzde uranyum, hem askeri hem de ticari nükleer uygulamalar için oldukça değerlidir ve hatta düşük dereceli cevherlerin büyük ekonomik değeri vardır. Uranyum metali, Amerikalı kimyager FH Spedding ve meslektaşları tarafından 1942 yılında Iowa State University, Ames'te geliştirilen Ames süreci aracılığıyla rutin olarak üretilir. Bu işlemde metal, magnezyum ile termal indirgeme ile uranyum tetraflorürden elde edilir.
cevherleri
Yerkabuğu, doğada geniş bir dağılımı yansıtan milyon uranyum başına yaklaşık iki parça içerir. Okyanusların elementin 4.5 × 10 9 tonunu içerdiği tahmin edilmektedir. Uranyum, 150'den fazla farklı mineralde önemli bir bileşen olarak ve 50 mineralin küçük bir bileşeni olarak ortaya çıkar. Magmatik hidrotermal damarlarda ve pegmatitlerde bulunan birincil uranyum mineralleri arasında uraninit ve pitchblende (ikincisi çeşitli uraninit) bulunur. Bu iki cevherleri içinde uranyum bağlı oksidasyon-olabilir UO gelen tam kimyasal bileşim içinde değişebilir uranyum dioksit, şeklinde gerçekleşir 2 UO için 2.67. Ekonomik öneme sahip diğer uranyum cevherleri, hidratlanmış bir kalsiyum uranil fosfat olan autunit; hidratlanmış bir bakır uranil fosfat olan tobernit; siyah hidratlı uranyum silikat olan tabut; ve sarı bir hidratlı potasyum uranil vanadat olan karnotit.
Bilinen düşük maliyetli uranyum rezervlerinin yüzde 90'ından fazlasının Kanada, Güney Afrika, Amerika Birleşik Devletleri, Avustralya, Nijer, Namibya, Brezilya, Cezayir ve Fransa'da meydana geldiği tahmin edilmektedir. Bu rezervlerin yaklaşık yüzde 50 ila 60'ı Ontario, Kanada'daki Huron Gölü'nün kuzeyinde ve Güney Afrika'nın Witwatersrand altın alanlarında bulunan Elliot Lake'in konglomera kaya oluşumlarında bulunmaktadır. Batı Amerika Birleşik Devletleri'nin Colorado Platosu ve Wyoming Havzası'ndaki kumtaşı oluşumları da önemli miktarda uranyum rezervi içerir.
Madencilik ve konsantre
Uranyum cevherleri hem yüzeye yakın hem de çok derin (örneğin 300 ila 1,200 metre veya 1,000 ila 4,000 feet) yataklarda oluşur. Derin cevherler bazen 30 metre kalınlığındaki dikişlerde görülür. Diğer metallerin cevherlerinde olduğu gibi, yüzey uranyum cevherleri büyük hafriyat ekipmanları ile kolayca çıkarılırken, derin tortular geleneksel dikey şaft ve sürüklenme yöntemleri ile çıkarılır.
Uranyum cevherleri tipik olarak sadece az miktarda uranyum taşıyan mineraller içerir ve bunlar doğrudan pirometalurjik yöntemlerle eritme işlemine uygun değildir; bunun yerine uranyum değerlerini çıkarmak ve saflaştırmak için hidrometalurjik prosedürler kullanılmalıdır. Fiziksel konsantrasyon, hidrometalurjik işleme devreleri üzerindeki yükü büyük ölçüde azaltacaktır, ancak mineral işlemede tipik olarak kullanılan geleneksel zenginleştirme yöntemlerinin hiçbiri (örneğin, yerçekimi, yüzdürme, elektrostatik ve hatta el ayırma) genellikle uranyum cevherleri için geçerli değildir. Birkaç istisna dışında, konsantrasyon yöntemleri atıklarda aşırı uranyum kaybına yol açar.
