우라늄 가공, 다양한 제품에 사용하기위한 광석 준비.
우라늄 (U)은 매우 조밀하지만 (입방 센티미터 당 19.1 그램) 비교적 약한 비 내화성 금속입니다. 실제로, 우라늄의 금속 특성은은 및 다른 실제 금속과 비금속 요소의 중간에있는 것으로 나타나 구조적 적용에 가치가 없다. 우라늄의 주요 가치는 동위 원소의 방사성 및 핵분열 특성에 있습니다. 사실상, 금속의 거의 모든 (99.27 %)은 우라늄 -238로 구성됩니다. 나머지는 우라늄 -235 (0.72 %)와 우라늄 -234 (0.006 %)로 구성됩니다. 이러한 자연 발생 동위 원소 중 우라늄 -235만이 중성자 조사에 의해 직접 분열 될 수 있습니다. 그러나, 우라늄 -238은 중성자를 흡수하면 우라늄 -239를 형성하며, 후자 동위 원소는 결국 핵력과 핵무기에 매우 중요한 핵분열 물질 인 플루토늄 -239로 붕괴된다. 또 다른 핵분열 동위 원소 인 우라늄 -233은 토륨 -232의 중성자 조사에 의해 형성 될 수 있습니다.
상온에서도 미세하게 분할 된 우라늄 금속은 산소 및 질소와 반응합니다. 더 높은 온도에서는 다양한 합금 금속과 반응하여 금속 간 화합물을 형성합니다. 다른 금속과의 고용체 형성은 우라늄 원자에 의해 형성된 단일 결정 구조 때문에 거의 발생하지 않습니다. 실온과 1,132 ° C (2,070 ° F)의 녹는 점 사이에서 우라늄 금속은 알파 (α), 베타 (β) 및 감마 (γ) 상으로 알려진 3 가지 결정 형태로 존재합니다. 알파에서 베타 상으로의 변환은 668 ° C (1,234 ° F)에서, 베타에서 감마 상으로 775 ° C (1,427 ° F)에서 발생합니다. 감마 우라늄은 체심 입방 (bcc) 결정 구조를 갖는 반면, 베타 우라늄은 정방 정 구조를 갖는다. 그러나 알파상은 매우 비대칭 인 사방 정계 구조의 주름진 원자 시트로 구성됩니다. 이 이방성, 또는 왜곡 된 구조는 합금 금속의 원자가 우라늄 원자를 대체하거나 결정 격자에서 우라늄 원자 사이의 공간을 차지하는 것을 어렵게한다. 몰리브덴 및 니오브 만이 우라늄과의 고용 합금을 형성하는 것으로 관찰되었다.
역사
독일 화학자 Martin Heinrich Klaproth는 1789 년 피치블렌드 샘플에서 우라늄 원소를 발견 한 것으로 유명합니다. 클라 프로스는 1781 년에 발견 된 행성 천왕성의 이름을 따서 새로운 원소의 이름을 지어주었습니다. 그러나 1841 년이 되어서야 프랑스 화학자 인 유네-멜 키오 펠리 고 (Eugène-Melchior Péligot)는 클라 프로스가 얻은 검은 금속 물질이 실제로 이산화 우라늄 이산화물이라는 것을 보여주었습니다. Péligot은 칼륨 금속으로 우라늄 테트라 클로라이드를 환원시켜 실제 우라늄 금속을 제조했습니다.
핵분열의 발견과 해명에 앞서, 우라늄 (실제로는 매우 적음)의 소수의 실제 사용은 세라믹의 착색과 특정 응용에 촉매제로 사용되었다. 오늘날 우라늄은 군용 및 상업용 핵 응용 분야에서 높은 평가를 받고 있으며 저급 광석도 경제적 가치가 있습니다. 우라늄 금속은 미국의 화학자 FH Spedding과 그의 동료들이 1942 년 Ames Iowa State University에서 개발 한 Ames 공정을 통해 일상적으로 생산됩니다. 이 공정에서, 금속은 마그네슘으로 열 환원함으로써 우라늄 테트라 플루오 라이드로부터 얻어진다.
광석
지구의 지각은 100 만분의 1의 우라늄을 함유하고 있으며 자연의 분포가 넓습니다. 바다에는 4.5 × 10 9 톤의 원소 가 포함되어있는 것으로 추정됩니다. 우라늄은 150 가지 이상의 광물에서 중요한 성분으로, 또 다른 50 가지 광물의 작은 성분으로 발생합니다. 마그네틱 열수 정맥 및 페그마타이트에서 발견되는 일차 우라늄 광물에는 우라 닌 산염 및 피치블렌드 (후자는 다양한 우라 닌 산염)가 포함됩니다. 이 두 광석의 우라늄은 산화로 인해 이산화 우라늄의 형태로 발생하며, 이는 산화에 의해 UO 2 에서 UO 2.67 까지 정확한 화학적 조성이 다를 수 있습니다. 경제적으로 중요한 다른 우라늄 광석은 수화 된 칼슘 우라 닐 포스페이트 인 자폐증; 토버 나이트, 수화 된 구리 우라 닐 포스페이트; 코피 파인, 검은 수화 된 우라늄 실리케이트; 및 카노 나이트, 황색 수화 된 칼륨 우라 닐 바나 데이트.
알려진 저비용 우라늄 매장량의 90 % 이상이 캐나다, 남아프리카, 미국, 호주, 니제르, 나미비아, 브라질, 알제리 및 프랑스에서 발생하는 것으로 추정됩니다. 이 매장량의 약 50 ~ 60 %는 캔터 스주 온타리오 주 휴 런호 북쪽에 위치한 엘리엇 호수의 대기업 암석층과 남아프리카의 위트 워터스 랜드 금광 지대에 있습니다. 미국 서부의 콜로라도 고원과 와이오밍 분지의 사암층에는 상당한 양의 우라늄이 포함되어 있습니다.
광업 및 집중
우라늄 광석은 표면에 가깝고 매우 깊은 침전물에서 발생합니다 (예: 300 – 1,200 미터 또는 1,000 – 4,000 피트). 깊은 광석은 때때로 30 미터 정도의 이음새에서 발생합니다. 다른 금속의 광석과 마찬가지로 표면 우라늄 광석은 대형 지구 이동 장비로 쉽게 채굴되는 반면, 전통적인 수직 샤프트 및 드리프트 방법으로 깊은 침전물을 채굴합니다.
우라늄 광석은 일반적으로 소량의 우라늄 함유 광물만을 함유하며, 직접 불꽃 야금 법으로 제련 할 수 없습니다. 대신, 우라늄 값을 추출하고 정제하기 위해 습식 야금 절차를 사용해야합니다. 물리적 농도는 습식 야금 공정 회로에 가해지는 부하를 크게 줄여 주지만, 광물 처리에 일반적으로 사용되는 기존의 선광 방법 (예: 중력, 부유, 정전기 및 손 정렬 등)은 일반적으로 우라늄 광석에 적용 할 수 없습니다. 몇 가지 예외를 제외하고 농축 방법은 광미에 대한 우라늄의 과도한 손실을 초래합니다.
