Uraani töötlemine, maagi ettevalmistamine kasutamiseks erinevates toodetes.
Uraan (U), kuigi väga tihe (19,1 grammi kuupsentimeetri kohta), on suhteliselt nõrk, mittekindla metalliga. Uraani metallilised omadused näivad olevat hõbeda ja muude tõeliste metallide ning mittemetalliliste elementide omaduste vahel keskmised, nii et seda ei hinnata konstruktsiooni jaoks. Uraani peamine väärtus on selle isotoopide radioaktiivsetes ja lõhustuvates omadustes. Looduses koosneb peaaegu kogu metallist (99,27 protsenti) uraan-238; ülejäänu koosneb uraanist-235 (0,72 protsenti) ja uraanist-234 (0,006 protsenti). Nendest looduslikult esinevatest isotoopidest on neutraalse kiirguse toimel lõhustuv ainult uraan-235. Kuid uraan-238 moodustab neutroni absorbeerimisel uraani-239 ja see viimane isotoop laguneb lõpuks plutoonium-239-ks - lõhustuvaks materjaliks, millel on tuumaenergia ja tuumarelvade jaoks suur tähtsus. Toorium-232 neutronkiirgusega võib moodustuda veel üks lõhustuv isotoop, uraan-233.
Isegi toatemperatuuril reageerib peeneks jaotunud uraanmetall hapniku ja lämmastikuga. Kõrgematel temperatuuridel reageerib see mitmesuguste legeerivate metallidega, moodustades metallidevahelisi ühendeid. Tahke lahuse moodustumine teiste metallidega toimub uraani aatomite moodustatud ainsuste kristallstruktuuride tõttu ainult harva. Toatemperatuurist kuni sulamistemperatuurini 1122 ° C (2 070 ° F) on uraanimetall kolmes kristalses vormis, mida tuntakse alfa (α), beeta (β) ja gamma (γ) faasina. Transformatsioon alfa-faasist beetafaasini toimub temperatuuril 668 ° C (1,234 ° F) ja beeta-faasist gammafaasini temperatuuril 775 ° C (1427 ° F). Gamma uraanil on kehakeskne kuup (bcc) kristallstruktuur, beeta-uraanil aga tetragonaalne struktuur. Alfafaas koosneb aga väga asümmeetrilise ortorombilise struktuuriga aatomite gofreeritud lehtedest. See anisotroopne või moonutatud struktuur raskendab legeerivate metallide aatomitel uraani aatomite asendamist või uraani aatomite vaheliste ruumide hõivamist kristallvõres. Ainult molübdeeni ja nioobiumi toimel on uraaniga tahke lahuse sulameid.
Ajalugu
Saksa keemikule Martin Heinrich Klaprothile tehti tunnustus uraani elemendi avastamise kohta 1789. aastal pigiümbrise proovis. Klaproth nimetas uut elementi 1781. aastal avastatud planeedi Uraan järgi. Alles 1841. aastal näitas prantsuse keemik Eugène-Melchior Péligot, et Klaprothi poolt saadud must metalliline aine oli tõesti uraanioksiidi ühend. Péligot valmistas tegeliku uraanimetali, redutseerides uraanitetrakloriidi kaaliummetalliga.
Enne tuumalõhustumise avastamist ja selgitamist olid uraani vähesed praktilised kasutusalad (ja need olid väga väikesed) keraamika värvimisel ja katalüsaatorina teatavates spetsiaalsetes rakendustes. Tänapäeval hinnatakse uraani nii sõjaliste kui ka kaubanduslike tuumarakenduste jaoks kõrgelt ning isegi madala kvaliteediga maagid on majanduslikult väga väärtuslikud. Uraani metalli toodetakse tavapäraselt Amesi protsessi abil, mille töötasid välja Ameerika keemik FH Spedding ja tema kolleegid 1942 Iowa osariigis Amesis. Selles protsessis saadakse metall uraanitetrafluoriidist termilise redutseerimise teel magneesiumiga.
Maagid
Maapõues on umbes kaks osa miljoni uraani kohta, kajastades looduses laialdast jaotust. Arvatakse, et ookeanides on 4,5 × 109 tonni elementi. Uraan on olulise koostisosana enam kui 150 erinevas mineraalis ja veel 50 mineraali vähemolulise komponendina. Primaarsed uraanimineraalid, mida leidub magmaatilistes hüdrotermilistes veenides ja pegmatiitides, hõlmavad uraniniiti ja pigipellendi (viimane on uraniniidi sort). Neis kahes maakis sisalduv uraan on uraandioksiidi kujul, mille oksüdeerumise tõttu võib täpne keemiline koostis varieeruda UO 2 kuni U67 2,67. Muud majandusliku tähtsusega uraanimaagid on autuniit, hüdraatunud kaltsium-uranüülfosfaat; toberniit, hüdraatunud vask-uranüülfosfaat; kofiniit, must hüdraatunud uraani silikaat; ja karnotiit, kollane hüdraatunud kaalium uranüülvanadaat.
Arvatakse, et enam kui 90 protsenti teadaolevatest odavate uraanivarudest on Kanadas, Lõuna-Aafrikas, USA-s, Austraalias, Nigeris, Namiibias, Brasiilias, Alžeerias ja Prantsusmaal. Ligikaudu 50–60 protsenti nendest varudest on Ellioti järve konglomeraatkivimoodustistes, mis asuvad Huroni järvest põhja pool Ontarios, Kanadas, ja Lõuna-Aafrika Witwatersrandi kuldväljadel. USA lääneosa Colorado platool ja Wyomingi basseinis asuvad liivakivimoodustised sisaldavad ka olulisi uraanivarusid.
Kaevandamine ja kontsentreerimine
Uraanimaagid esinevad nii pinna lähedal kui ka väga sügavates maardlates (nt 300–1200 meetrit või 1000–4000 jalga). Sügavad maagid esinevad mõnikord kuni 30 meetri paksustes õmblustes. Nagu teiste metallide maakide puhul, kaevandatakse pinna-uraanimaagid hõlpsalt suurte pinnasetöötlemisseadmetega, sügavaid maardlaid kaevandatakse aga traditsiooniliste vertikaalvõlli ja triivimeetoditega.
Uraanimaagid sisaldavad tavaliselt ainult vähesel määral uraani sisaldavaid mineraale ja neid ei saa otsese pürometalurgilise meetodi abil sulatada; selle asemel tuleb uraani väärtuste ekstraheerimiseks ja puhastamiseks kasutada hüdrometallurgilisi protseduure. Füüsiline kontsentratsioon vähendaks oluliselt hüdrometallurgia töötlemisahelate koormust, kuid ükski tavapärastest rikastamismeetoditest, mida tavaliselt mineraalide töötlemisel kasutatakse (nt raskusjõud, flotatsioon, elektrostaatiline seade ja isegi käsitsi sortimine), pole uraanimaakide suhtes üldiselt rakendatav. Mõnede eranditega põhjustavad kontsentreerimismeetodid uraani ülemäärase kadumise jäätmetes.
