powered by CADENAS

Social Share

Уран (элемент) (18240 views - Material Database)

Ура́н (устаревший вариант ура́ний) — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса — 238,029; обозначается символом U (лат. Uranium), относится к семейству актиноидов. Уран — слаборадиоактивный элемент, он не имеет стабильных изотопов. Самыми распространенными изотопами урана являются уран-238 (имеет 146 нейтронов, в природном уране составляет 99,3 %) и уран-235 (143 нейтрона, природная распространённость 0,7 %).
Go to Article

Уран (элемент)

Уран (элемент)

Уран (элемент)
92 ПротактинийУранНептуний
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесон
92U
Внешний вид простого вещества

Тяжёлый серебристо-белый глянцеватый металл
Свойства атома
Название, символ, номер

Уран / Uranium (U), 92

Атомная масса
(молярная масса)

238,02891(3)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Rn] 5f3 6d1 7s2

Радиус атома

138 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

142 пм

Радиус иона

(+6e) 80 (+4e) 97 пм

Электроотрицательность

1,38 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

U←U4+ -1,38В
U←U3+ -1,66В
U←U2+ -0,1В

Степени окисления

6, 5, 4, 3

Энергия ионизации
(первый электрон)

 686,4(7,11) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

19,05 г/см³

Температура плавления

1405,5 K

Температура кипения

4018 K

Уд. теплота плавления

12,6 кДж/моль

Уд. теплота испарения

417 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

27,67[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

12,5 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

орторомбическая

Параметры решётки

a = 2,854 Å;
b = 5,870 Å;
c = 4,955 Å[3]

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 27,5 Вт/(м·К)

Номер CAS

7440-61-1

92
Уран
238,0289
5f36d17s2

Ура́н (устаревший вариант ура́ний[4]) — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса — 238,029; обозначается символом U (лат. Uranium), относится к семейству актиноидов. Уран — слаборадиоактивный элемент, он не имеет стабильных изотопов. Самыми распространенными изотопами урана являются уран-238 (имеет 146 нейтронов, в природном уране составляет 99,3 %) и уран-235 (143 нейтрона, природная распространённость 0,7 %).

История

Ещё в древнейшие времена (I век до нашей эры) природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой глазури для керамики. Первая важная дата в истории урана — 1789 г., когда немецкий натурфилософ и химик Мартин Генрих Клапрот восстановил извлечённую из саксонской смоляной руды золотисто-жёлтую «землю» до чёрного металлоподобного вещества. В честь самой далёкой из известных тогда планет (открытой Гершелем восемью годами раньше) Клапрот, считая новое вещество элементом, назвал его ураном (этим он хотел поддержать предложение Иоганна Боде назвать новую планету «Уран» вместо «Звезда Георга», как предложил Гершель). Пятьдесят лет уран Клапрота числился металлом. Только в 1841 г. французский химик Эжен Мелькиор Пелиго (англ.) (1811—1890) доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, уран Клапрота не элемент, а оксид UO2. В 1840 г. Пелиго удалось получить настоящий уран — тяжёлый металл серо-стального цвета — и определить его атомный вес. Следующий важный шаг в изучении урана сделал в 1874 г. Д. И. Менделеев. Опираясь на разработанную им периодическую систему, он поместил уран в самой дальней клетке своей таблицы. Прежде атомный вес урана считали равным 120. Менделеев удвоил это значение. Через 12 лет его предвидение было подтверждено опытами немецкого химика Циммермана.

В 1896 г., исследуя уран, французский химик Антуан Анри Беккерель случайно открыл лучи Беккереля. Явление испускания этих лучей Мария Кюри позже назвала радиоактивностью. В это же время французскому химику Анри Муассану удалось разработать способ получения чистого металлического урана. В 1899 г. Эрнест Резерфорд обнаружил, что излучение урановых препаратов неоднородно, что есть два вида излучения — альфа- и бета-лучи. Они несут различный электрический заряд; далеко не одинаковы их пробег в веществе и ионизирующая способность. Чуть позже, в мае 1900 года, Поль Вийар открыл третий вид излучения — гамма-лучи.

Резерфорд провёл в 1907 г. первые опыты по определению возраста минералов при изучении радиоактивных урана и тория на основе созданной им совместно с Фредериком Содди (Soddy, Frederick, 1877—1956; Нобелевская премия по химии, 1921) теории радиоактивности.

Схема деления 235U

В 1938 г. немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман открыли непредсказанное явление, происходящее с ядром урана при облучении его нейтронами. Захватывая свободный нейтрон, ядро изотопа урана 235U делится, при этом выделяется (в расчёте на одно ядро урана) достаточно большая энергия, в основном за счёт кинетической энергии осколков и излучения. Позднее теория этого явления была обоснована Лизой Мейтнер и Отто Фришем и независимо от них Готтфридом фон Дросте и Зигфридом Флюгге[5]. Данное открытие явилось истоком как мирного, так и военного использования внутриатомной энергии.

В 1939—1940 гг. Ю.Б. Харитон и Я.Б. Зельдович впервые теоретически показали, что при небольшом обогащении природного урана ураном-235 можно создать условия для непрерывного деления атомных ядер, то есть придать процессу цепной характер.

Нахождение в природе

Уран широко распространён в природе и является элементом с самым большим номером из встречающихся в больших количествах. Содержание в земной коре составляет 0,0003 % (вес.), концентрация в морской воде — 3 мкг/л. Количество урана в слое литосферы толщиной 20 км оценивается в 1,3·1014 т, в морской воде — в 109—1010 т[источник не указан 1598 дней].

Основная масса урана находится в кислых породах с высоким содержанием кремния. Значительная масса урана сконцентрирована в осадочных породах, особенно богатых органикой. В больших количествах как примесь уран присутствует в ториевых и редкоземельных минералах (алланит (Ca,LREE,Th)2(Al,Fe+3)3[SiO4][Si2O7]OOH, монацит (La,Ce)PO4, циркон ZrSiO4, ксенотим YPO4 и др.). Важнейшими урановыми рудами являются настуран (урановая смолка, уранинит) и карнотит. Основными минералами-спутниками минералов урана являются молибденит MoS2, галенит PbS, кварц SiO2, кальцит CaCO3, гидромусковит и др.

Минерал Основной состав минерала Содержание урана, %
Уранинит UO2, UO3 + ThO2, CeO2 65-74
Карнотит K2(UO2)2(VO4)2·2H2O ~50
Казолит PbO2·UO3·SiO2·H2O ~40
Самарскит (Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th)·(Nb, Ta, Ti, Sn)2O6 3,15-14
Браннерит (U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5O15 40
Тюямунит CaO·2UO3·V2O5·nH2O 50-60
Цейнерит Cu(UO2)2(AsO4)2·nH2O 50-53
Отенит Ca(UO2)2(PO4)2·nH2O ~50
Шрекингерит Ca3NaUO2(CO3)3SO4(OH)·9H2O 25
Уранофан CaO·UO2·2SiO2·6H2O ~57
Фергюсонит (Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O4 0,2-8
Торбернит Cu(UO2)2(PO4)2·nH2O ~50
Коффинит U(SiO4)(OH)4 ~50

Основными формами нахождений урана в природе являются уранинит, настуран (урановая смолка) и урановые черни. Они отличаются только формами нахождения; имеется возрастная зависимость: уранинит присутствует преимущественно в древних (докембрийских породах), настуран — вулканогенный и гидротермальный — преимущественно в палеозойских и более молодых высоко- и среднетемпературных образованиях; урановые черни — в основном в молодых — кайнозойских и моложе — образованиях преимущественно в низкотемпературных осадочных породах.

Список минералов урана.

Месторождения

Россия по запасам урана, с учетом резервных месторождений, занимает 3-е место в мире (после Австралии и Казахстана). В месторождениях России содержится почти 550 тысяч тонн запасов урана, или немногим менее 10% его мировых запасов[источник не указан 1598 дней]; около 63 % их сосредоточено в Республике Саха (Якутия). Основными месторождениями урана в России являются: Стрельцовское, Октябрьское, Антей, Мало-Тулукуевское, Аргунское молибден-урановые в вулканитах (Забайкальский край), Далматовское урановое в песчаниках (Курганская область), Хиагдинское урановое в песчаниках (Республика Бурятия), Южное золото-урановое в метасоматитах и Северное урановое в метасоматитах (Республика Якутия)[6]. Кроме того, выявлено и оценено множество более мелких урановых месторождений и рудопроявлений[7].

Изотопы

Радиоактивные свойства некоторых изотопов урана (выделены природные изотопы)[8]:

Массовое число Период полураспада Основной тип распада
233 1,59·105 лет α
234 2,45·105 лет α
235 7,13·108 лет α
236 2,39·107 лет α
237 6,75 сут. β
238 4,47·109 лет α
239 23,54 минуты β
240 14 часов β

Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: 238U (изотопная распространённость 99,2745%, период полураспада T1/2 = 4,468·109 лет), 235U (0,7200%, T1/2 = 7,04·108 лет) и 234U (0,0055%, T1/2 = 2,455·105 лет)[8]. Последний изотоп является не первичным, а радиогенным, он входит в состав радиоактивного ряда 238U[9].

Радиоактивность природного урана обусловлена в основном изотопами 238U и его дочерним нуклидом 234U. В равновесии их удельные активности равны. Удельная активность изотопа 235U в природном уране в 21 раз меньше активности 238U.

На данный момент известно 23 искусственных радиоактивных изотопа урана с массовыми числами от 217 до 242. Наиболее важный из них — 233U (T1/2 = 1,59·105лет) получается при облучении тория-232 нейтронами и способен к делению под воздействием тепловых нейтронов, что делает его перспективным топливом для ядерных реакторов. Наиболее долгоживущим из изотопов урана, не встречающихся в природе, является 236U с периодом полураспада 2,39·107 лет.

Изотопы урана 238U и 235U являются родоначальниками двух радиоактивных рядов. Конечными элементами этих рядов являются изотопы свинца 206Pb и 207Pb.

В природных условиях распространены в основном изотопы 234U, 235U и 238U с относительным содержанием 234U : 235U : 238U = 0,0054 : 0,711 : 99,283. Почти половина радиоактивности природного урана обусловлена изотопом 234U, который, как уже отмечено, образуется в ходе распада 238U. Для отношения содержаний 235U : 238U, в отличие от других пар изотопов и независимо от высокой миграционной способности урана, характерно географическое постоянство: 238U/235U = 137,88. Величина этого отношения в природных образованиях не зависит от их возраста. Многочисленные натурные измерения показали его незначительные колебания. Так, в роллах величина этого отношения относительно эталона изменяется в пределах 0,9959—1,0042[10], в солях — 0,996—1,005[11]. В урансодержащих минералах (настуран, урановая чернь, циртолит, редкоземельные руды) величина этого отношения колеблется в пределах 137,30—138,51, причём различие между формами UIV и UVI не установлено[12]; в сфене — 138,4[13]. В отдельных метеоритах выявлен недостаток изотопа 235U. Наименьшая его концентрация в земных условиях найдена в 1972 году французским исследователем Бужигесом в местечке Окло в Африке (месторождение в Габоне). Так, в природном уране содержится 0,720 % урана 235U, тогда как в Окло оно уменьшается до 0,557 %[14]. Это послужило подтверждением гипотезы о существовании природного ядерного реактора, который стал причиной выгорания изотопа 235U. Гипотеза была высказана Джорджем Ветриллом (George W. Wetherill) из Калифорнийского университета в Лос­-Анджелесе, Марком Ингрэмом (Mark G. Inghram) из Чикагского университета и Полом Курода (Paul K. Kuroda), химиком из Университета Арканзаса, ещё в 1956 г. описавшим процесс[15]. Кроме этого, в этих же округах найдены природные ядерные реакторы: Окелобондо, Бангомбе (Bangombe) и другие. В настоящее время известно 17 природных ядерных реакторов, которые обычно объединяют под общим названием «Природный ядерный реактор в Окло».

Получение

Самая первая стадия уранового производства — концентрирование. Породу дробят и смешивают с водой. Тяжёлые компоненты взвеси осаждаются быстрее. Если порода содержит первичные минералы урана, то они осаждаются быстро: это тяжёлые минералы. Вторичные минералы урана легче, в этом случае раньше оседает тяжёлая пустая порода. (Впрочем, далеко не всегда она действительно пустая; в ней могут быть многие полезные элементы, в том числе и уран).

Следующая стадия — выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор. Применяют кислотное и щелочное выщелачивание. Первое — дешевле, поскольку для извлечения урана используют серную кислоту. Но если в исходном сырье, как, например, в урановой смолке, уран находится в четырёхвалентном состоянии, то этот способ неприменим: четырёхвалентный уран в серной кислоте практически не растворяется. В этом случае нужно либо прибегнуть к щелочному выщелачиванию, либо предварительно окислять уран до шестивалентного состояния.

Не применяют кислотное выщелачивание и в тех случаях, если урановый концентрат содержит доломит или магнезит, реагирующие с серной кислотой. В этих случаях пользуются едким натром (гидроксидом натрия).

Проблему выщелачивания урана из руд решает кислородная продувка. В нагретую до 150 °C смесь урановой руды с сульфидными минералами подают поток кислорода. При этом из сернистых минералов образуется серная кислота, которая и вымывает уран.

На следующем этапе из полученного раствора нужно избирательно выделить уран. Современные методы — экстракция и ионный обмен — позволяют решить эту проблему.

Раствор содержит не только уран, но и другие катионы. Некоторые из них в определённых условиях ведут себя так же, как уран: экстрагируются теми же органическими растворителями, оседают на тех же ионообменных смолах, выпадают в осадок при тех же условиях. Поэтому для селективного выделения урана приходится использовать многие окислительно-восстановительные реакции, чтобы на каждой стадии избавляться от того или иного нежелательного попутчика. На современных ионообменных смолах уран выделяется весьма селективно.

Методы ионного обмена и экстракции хороши ещё и тем, что позволяют достаточно полно извлекать уран из бедных растворов (содержание урана — десятые доли грамма на литр).

После этих операций уран переводят в твёрдое состояние — в один из оксидов или в тетрафторид UF4. Но этот уран ещё надо очистить от примесей с большим сечением захвата тепловых нейтронов — бора, кадмия, гафния. Их содержание в конечном продукте не должно превышать стотысячных и миллионных долей процента. Для удаления этих примесей технически чистое соединение урана растворяют в азотной кислоте. При этом образуется уранилнитрат UO2(NO3)2, который при экстракции трибутил-фосфатом и некоторыми другими веществами дополнительно очищается до нужных кондиций. Затем это вещество кристаллизуют (или осаждают пероксид UO4·2H2O) и начинают осторожно прокаливать. В результате этой операции образуется трёхокись урана UO3, которую восстанавливают водородом до UO2.

На диоксид урана UO2 при температуре от 430 до 600 °C воздействуют газообразным фтористым водородом для получения тетрафторида UF4. Из этого соединения восстанавливают металлический уран с помощью кальция или магния.

Физические свойства

Уран — очень тяжёлый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Уран имеет три кристаллические модификации:

Химические свойства[16][17]

Характерные степени окисления

Уран может проявлять степени окисления от +3 до +6.

Степень окисления Оксид Гидроксид Характер Форма Примечание
+3 Не существует Не существует -- U3+, UH3 Сильный восстановитель
+4 UO2 Не существует Основный UO2, галогениды
+5 Не существует Не существует -- Галогениды В воде диспропорционирует
+6 UO3 UO2(OH)2 Амфотерный UO22+ (уранил)
UO42- (уранат)
U2O72- (диуранат)
Устойчив на воздухе и в воде

Кроме того, существует оксид U3O8. Степень окисления в нём формально дробная, а реально он представляет собой смешанный оксид урана (IV) и (VI).

Нетрудно видеть, что по набору степеней окисления и характерных соединений уран близок к элементам VIB подгруппы (хрому, молибдену, вольфраму). Из-за этого его длительное время относили к этой подгруппе («размывание периодичности»).

Свойства простого вещества

Химически уран весьма активен. Он быстро окисляется на воздухе и покрывается радужной плёнкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150—175 °C, образуя U3O8. Реакции металлического урана с другими неметаллами приведены в таблице.

Неметалл Условия Продукт
F2 +20 oC, бурно UF6
Cl2 180 oC для измельчённого
500—600 oC для компактного
Смесь UCl4, UCl5, UCl6
Br2 650 oC, спокойно UBr4
I2 350 oC, спокойно UI3, UI4
S 250—300 oC спокойно
500 oC горит
US2, U2S3
Se 250—300 oC спокойно
500 oC горит
USe2, U2Se3
N2 450—700 oC
то же под давлением N
1300o
UN1,75
UN2
UN
P 600—1000 oC U3P4
C 800—1200 oC UC, UC2

Вода способна разъедать металл, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой, а также при мелком измельчении порошка урана:

В кислотах-неокислителях уран растворяется, образуя UO2 или соли U4+ (при этом выделяется водород). С кислотами-окислителями (азотной, концентрированной серной) уран образует соответствующие соли уранила UO22+
С растворами щелочей уран не взаимодействует.

При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться.

Соединения урана III

Соли урана(+3) (преимущественно, галогениды) — восстановители. На воздухе при комнатной температуре они обычно устойчивы, однако при нагревании окисляются до смеси продуктов. Хлор окисляет их до UCl4. Образуют неустойчивые растворы красного цвета, в которых проявляют сильные восстановительные свойства:

Галогениды урана III образуются при восстановлении галогенидов урана (IV) водородом:

(550—590 оC)

или иодоводородом:

(500 оC)

а также при действии галогеноводорода на гидрид урана UH3.

Кроме того, существует гидрид урана (III) UH3. Его можно получить, нагревая порошок урана в водороде при температурах до 225 оС, а выше 350 оС он разлагается. Большую часть его реакций (например, реакцию с парами воды и кислотами) можно формально рассматривать как реакцию разложения с последующей реакцией металлического урана:

Соединения урана IV

Уран (+4) образует легко растворимые в воде соли зелёного цвета. Они легко окисляются до урана (+6)

Соединения урана V

Соединения урана(+5) неустойчивы и легко диспропорционируют в водном растворе:

Хлорид урана V при стоянии частично диспропорционирует:

а частично отщепляет хлор:

Соединения урана VI

Степени окисления +6 соответствует оксид UO3. В кислотах он растворяется с образованием соединений катиона уранила UO22+:

C основаниями UO3 (аналогично CrO3, MoO3 и WO3) образует различные уранат-анионы (в первую очередь, диуранат U2O72-). Последние, однако, чаще получают действием оснований на соли уранила:

Из соединений урана (+6), не содержащих кислород, известны только гексахлорид UCl6 и фторид UF6. Последний играет важнейшую роль в разделении изотопов урана.

Соединения урана (+6) наиболее устойчивы на воздухе и в водных растворах.

Ураниловые соли, такие, как уранилхлорид, распадаются на ярком свету или в присутствии органических соединений.

Уран также образует ураноорганические соединения.

Применение

Ядерное топливо

Наибольшее применение имеет изотоп урана 235U, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Выделение изотопа 235U из природного урана — сложная технологическая проблема (см. разделение изотопов).

Приведём некоторые цифры для реактора мощностью 1000 МВт, работающего с нагрузкой в 80 %, и вырабатывающего 7000 ГВт·ч в год. Работа одного такого реактора в течение года требует 20 тонн уранового топлива с содержанием 3,5 % 235U, который получают после обогащения примерно 153 тонн природного урана.

Изотоп 238U способен делиться под влиянием бомбардировки высокоэнергетическими нейтронами, эту его особенность используют для увеличения мощности термоядерного оружия (используются нейтроны, порождённые термоядерной реакцией).

В результате захвата нейтрона с последующим β-распадом 238U может превращаться в 239Pu, который затем используется как ядерное топливо.

Уран-233, искусственно получаемый в реакторах из тория (торий-232 захватывает нейтрон и превращается в торий-233, который распадается в протактиний-233 и затем в уран-233), может в будущем стать распространённым ядерным топливом для атомных электростанций (уже сейчас существуют реакторы, использующие этот нуклид в качестве топлива, например, KAMINI в Индии) и производства атомных бомб (критическая масса около 16 кг).

Уран-233 также является наиболее перспективным топливом для газофазных ядерных ракетных двигателей.

Тепловыделяющая способность урана

Люди еще не научились полностью утилизировать заключенную в уране потенциальную энергию. Величина выделившейся в ядерном реакторе полезной энергии урана характеризуется понятием глубины выгорания. Глубина выгорания ограничена особенностями конкретного типа реактора, конструктивной целостностью топливной матрицы и накоплением продуктов ядерных реакций. Измеряют глубину выгорания обычно в таких единицах как мегаватт*сутки на килограмм топлива. Глубина выгорания в пересчете на природный уран в современных энергетических реакторах достигает 10 МВт*сутки/кг и более (то есть 240 МВт*час/кг и более). Для сравнения, типичное тепловыделение природного газа 0,013 МВт*час/кг, то есть примерно в 20000 раз меньше.

Существуют проекты значительно более полного использования урана за счет трансмутации Урана-238 в плутоний. Наиболее проработанным является проект так называемого замкнутого топливного цикла на основе реакторов на быстрых нейтронах, либо на основе гибридных термоядерных реакторов.

Геология

Основное применение урана в геологии — определение возраста минералов и горных пород с целью выяснения последовательности протекания геологических процессов. Этим занимается геохронология. Существенное значение имеет также решение задачи о смешении и источниках вещества.

В основе решения задачи лежат уравнения радиоактивного распада:

где 238Uo, 235Uo — современные концентрации изотопов урана; ; постоянные распада атомов соответственно урана 238U и 235U.

Весьма важным является их комбинация:

.

Здесь

В связи с тем, что горные породы содержат различные концентрации урана, они обладают различной радиоактивностью. Это свойство используется при выделении горных пород геофизическими методами. Наиболее широко этот метод применяется в нефтяной геологии при геофизических исследованиях скважин, в этот комплекс входит, в частности, γ — каротаж или нейтронный гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж и так далее.[18]. С их помощью происходит выделение коллекторов и флюидоупоров[19].

Другие сферы применения

Обеднённый уран

После извлечения 235U и 234U из природного урана, оставшийся материал (уран-238) носит название «обеднённый уран», так как он обеднён 235-м изотопом. По некоторым данным, в США хранится около 560 000 тонн обеднённого гексафторида урана (UF6). Обеднённый уран в два раза менее радиоактивен, чем природный уран, в основном за счёт удаления из него 234U.

Из-за того, что основное использование урана — производство энергии, обеднённый уран — малополезный продукт с низкой экономической ценностью.

Сколь-нибудь эффективным ядерным топливом обеднённый уран может служить только в редких экстремальных условиях, например, в пучке быстрых нейтронов. В таком качестве обеднённый уран используется только в термоядерном оружии — обеднённые урановые элементы в составе термоядерного заряда, не являясь необходимыми для, собственно, реакции ядерного синтеза, могут обеспечивать до 80 % суммарной энергии заряда.

В обычных же условиях, использование обеднённого урана связано в основном с его большой плотностью и относительно низкой стоимостью. Обеднённый уран используется для радиационной защиты (как это ни странно), — используется чрезвычайно высокое сечение захвата, и как балластная масса в аэрокосмических применениях, таких, как рулевые поверхности летательных аппаратов. В первых экземплярах самолёта «Боинг-747» содержалось от 300 до 500 кг обеднённого урана для этих целей (с 1981 года Боинг применяет вольфрам)[21]. Ещё этот материал применяется в высокоскоростных роторах гироскопов, больших маховиках, как балласт в космических спускаемых аппаратах и гоночных яхтах, болидах формулы-1, при бурении нефтяных скважин.

Сердечники бронебойных снарядов

Самое известное применение обеднённого урана — в качестве сердечников для бронебойных снарядов. Большая плотность (в три раза тяжелее стали) делает закалённую урановую болванку чрезвычайно эффективным средством для пробивания брони, аналогичным по эффективности более дорогому и ненамного более тяжёлому вольфраму. Тяжёлый урановый наконечник также изменяет распределение масс в снаряде, улучшая его аэродинамическую устойчивость.

Подобные сплавы типа «Стабилла» применяются в стреловидных оперённых снарядах танковых и противотанковых артиллерийских орудий.

Процесс разрушения брони сопровождается измельчением в пыль урановой болванки и воспламенением её на воздухе с другой стороны брони (см. Пирофорность). Около 300 тонн обеднённого урана остались на поле боя во время операции «Буря в Пустыне» (по большей части это остатки снарядов 30-мм пушки GAU-8 штурмовых самолётов A-10, каждый снаряд содержит 272 г уранового сплава). Усовершенствованные американские танки M1A1, снабженные 120-мм орудиями сражались с иракскими Т-72. В этих боях американские силы применяли снаряды с обедненным ураном M829A1, которые показали высокую эффективность. Снаряд, прозванный «серебряной пулей», был способен пробить эквивалент 570 мм брони с расстояния в 2000 метров, что делало его на стандартной дистанции эффективным даже против T-80[22].

Такие снаряды были использованы войсками НАТО в боевых действиях на территории Югославии[23]. После их применения обсуждалась экологическая проблема радиационного загрязнения территории страны.

Впервые уран в качестве сердечника для снарядов был применён в Третьем рейхе.

Обеднённый уран используется в современной танковой броне, например, танка M-1 «Абрамс».

Физиологическое действие

В микроколичествах (10−5—10−8 %) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В наибольшей степени накапливается некоторыми грибами и водорослями. Соединения урана всасываются в желудочно-кишечном тракте (около 1 %), в лёгких — 50 %. Основные депо в организме: селезёнка, почки, скелет, печень, лёгкие и бронхо-лёгочные лимфатические узлы. Содержание в органах и тканях человека и животных не превышает 10−7 г.

Уран и его соединения токсичны. Особенно опасны аэрозоли урана и его соединений. Для аэрозолей растворимых в воде соединений урана ПДК в воздухе 0,015 мг/м³, для нерастворимых форм урана ПДК 0,075 мг/м³. При попадании в организм уран действует на все органы, являясь общеклеточным ядом. Уран, как и многие другие тяжёлые металлы, практически необратимо связывается с белками, прежде всего с сульфидными группами аминокислот, нарушая их функцию. Молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов. В первую очередь поражаются почки (появляются белок и сахар в моче, олигурия). При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения и нервной системы.

Разведанные запасы урана в мире

Количество урана в земной коре примерно в 1000 раз превосходит количество золота, в 30 раз — серебра, при этом данный показатель приблизительно равен аналогичному показателю у свинца и цинка. Немалая часть урана рассеяна в почвах, горных породах и морской воде. Только относительно небольшая часть концентрируется в месторождениях, где содержание данного элемента в сотни раз превышает его среднее содержание в земной коре[24]. Разведанные мировые запасы урана в месторождениях составляют 5,4 млн тонн[25].

Месторождения урана

Название месторождения Страна Запасы, т Оператор месторождения
1 Северный Хорасан  Казахстан 200 000 Казатомпром
2 Мак-Артур-Ривер  Канада 160 000 Cameco
3 Сигар-Лейк  Канада 135 000 Cameco
4 Южное Эльконское  Россия 112 600 Атомредметзолото
5 Инкай  Казахстан 75 900 Казатомпром
6 Стрельцовское  Россия 50 000 Атомредметзолото
7 Зоовч Овоо  Монголия 50 000 AREVA
8 Моинкум  Казахстан 43 700 Казатомпром, AREVA
9 Мардай  Монголия 22 000 Khan Resources, Атомредметзолото, Правительство Монголии
10 Ирколь  Казахстан 18 900 Казатомпром, China Guangdong Nuclear Power Co
11 Жёлтые Воды  Украина 12 000 ВостГок

Добыча урана в мире

Согласно «Красной книге по урану»[25], выпущенной ОЭСР, в 2005 г. добыто 41 250 тонн урана (в 2003 — 35 492 тонны). Согласно данным ОЭСР, в мире функционирует 440 реакторов коммерческого назначения и около 60 научных, которые потребляют в год 67 тысяч тонн урана. Это означает, что его добыча из месторождений обеспечивала лишь 60 % объёма его потребления (на 2009 год эта доля возросла до 79 %[26]). Остальной уран, потребляемый энергетикой, или 17,7 %, поступает из вторичных источников.

Добыча U по странам в тоннах по состоянию на 2005, 2009 и 2012 гг.

Страна 2005 год Страна 2009 год Страна 2012 год
1  Канада 11 628  Казахстан 14 020  Казахстан 19 451
2  Австралия 9516  Канада 10 173  Канада 9145
3  Казахстан 4020  Австралия 7982  Австралия 5983
4  Россия 3570  Намибия 4626  Нигер 4351
5  Намибия 3147  Россия 3564  Намибия 3258
6  Нигер 3093  Нигер 3234  Узбекистан 3000
7  Узбекистан 2300  Узбекистан 2429  Россия 2993
8  США 1039  США 1453  США 1537
9  Украина 800  КНР 1200  КНР 1500
10  КНР 750  Украина 840  Украина 890
[27]

Добыча по компаниям на 2006, 2009 и 2011 гг. в тоннах

Страна Компания 2006 год Страна Компания 2009 год Страна Компания 2011 год
1 Cameco 8100 Areva 8600 KazAtomProm 8884
2 Rio Tinto 7000 Cameco 8000 Areva 8790
3 Areva 5000 Rio Tinto 7900 Cameco 8630
4 KazAtomProm 3800 KazAtomProm 7500 ARMZ 7088
5 ARMZ 3500 ARMZ 4600 Rio Tinto 4061
6 BHP Billiton 3000 BHP Billiton 2900 BHP Billiton 3353
7 Navoi 2100 Navoi 2400 Navoi 3000
8 Uranium One 1000 Uranium One 1 400 Paladin Energy 2282
9 Heathgate 800 Paladin Energy 1 200 SOPamin Н/Д
10 Denison Mines 500 General Atomics 600 CNNC Н/Д
[27]

Данные по ARMZ даны с учетом приобретённой в 2010 году компанией Uranium One .

Также в 2012 году появилась информация о возможном слиянии урановых подразделений BHP Billiton и Rio Tinto и доведения совместной добычи до 8 000 тонн в год.

Уран для «научных и военных» целей

Большая часть урана для «научных и военных» целей извлекается из старых ядерных боеголовок:

  • по договору СНВ-II 352 тонны — из оговорённых 500 (несмотря на то, что договор не вступил в силу, в связи с выходом России из договора 14 июня 2002)
  • по договору СНВ-I (вступил в силу 5 декабря 1994 года, истёк 5 декабря 2009 года) с российской стороны 500 тонн,
  • по договору СНВ-III (ДСНВ) — договор подписан 8 апреля 2010 года в Праге. Договор сменил истёкший в декабре 2009 года СНВ-I.

Добыча в СССР

В СССР основными уранорудными регионами были Украина (месторождение Желтореченское, Первомайское и другие), Казахстан (Северный — Балкашинское рудное поле и другие; Южный — Кызылсайское рудное поле и другие; Восточный; все они принадлежат преимущественно вулканогенно-гидротермальному типу); Забайкалье (Антей, Стрельцовское и другие); регион Кавказских Минеральных Вод (рудник № 1 в горе Бештау и рудник № 2 в горе Бык); Средняя Азия, в основном Узбекистан с оруденениями в чёрных сланцах с центром в г. Учкудук. Имеется масса мелких рудопроявлений и проявлений.

Добыча в России

В России основным урановорудным регионом осталось Забайкалье. На месторождении в Забайкальском крае (около города Краснокаменска) добывается около 93 % российского урана. Добычу осуществляет шахтным способом «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО), входящее в состав ОАО «Атомредметзолото» (Урановый холдинг).

Остальные 7 % получают методом подземного выщелачивания ЗАО «Далур» (Курганская область) и ОАО «Хиагда» (Бурятия).

Полученные руды и урановый концентрат перерабатываются на Чепецком механическом заводе.

По годовому производству урана (около 3,3 тысячи тонн) Россия занимает 4-е место после Казахстана. Годовое же потребление урана в России сейчас составляет 16 тысяч тонн и складывается из расходов на собственные АЭС в объёме 5,2 тысячи тонн, а также на экспорт тепловыделяющих средств (5,5 тысячи тонн) и низкообогащенного урана (6 тысяч тонн)[28].

Добыча в Казахстане

В Казахстане сосредоточена примерно пятая часть мировых запасов урана (21 % и 2-е место в мире). Общие ресурсы урана порядка 1,5 млн тонн, из них около 1,1 млн тонн можно добывать методом подземного выщелачивания[29].

В 2009 году Казахстан вышел на первое место в мире по добыче урана (добыто 13 500 тонн)[30].

Добыча на Украине

Основное предприятие — Восточный горно-обогатительный комбинат в городе Жёлтые Воды.

Стоимость

Cтоимость килограмма урана природного изотопного состава (необогащенного) в виде закиси-окиси урана U3O8 росла от $21 в январе 2002, достигла пиковых $300 в середине 2007 года.[31], в дальнейшем понижалась, некоторое время колебалась в районе $80 за кг, но весной 2014 года снизилась ниже $70 за кг[32]. В конце 2016 года котировки урана на спотовом рынке сни­зились до рекордного уровня — 18,75 доллара за фунт[33], что составляет 41 дол­л./кг. При этом следует понимать, что открытого мирового рынка урана как такового не существует, в отличие, например, от золота.[источник не указан 123 дня]

Все месторождения разбиты на четы­ре ценовые категории по себе­стоимости добычи: до 40 дол­л./кг, до 80, до 130 и до 260</ref>. Первая категория (до 40 дол­л./кг), по мнению вице-председате­ля урановой группы Александра Бойцова, теряет актуальность: таких запасов уже почти нигде нет, кроме Канады и Казахста­на, да и там остатки. К 2030 г. будут полностью отработаны крупные и доступные месторождения с запасами до 80 долл./кг, и в освоение начнут вовлекаться труднодоступные месторождения с себестоимостью производства более 130 долл./кг урана[34].

См. также


АлюминийArsenical copperБериллийВисмутХромКобальтМедьГаллийСтеклоЗолотоИндийЖелезоСвинецМагнийMercuryНикельПластмассыPlexiglasПлутонийКалийРодийСамарийСкандийСереброНатрийНержавеющая стальСтальКонструкционная стальОловоТитан (элемент)ЦинкЦирконийAluminium-lithium alloyАльникоBirmabrightДюралюминийHiduminiumHydronaliumItalmaMagnaliumАлюминиевые сплавыY alloyСплав ВудаСплав РозеChromium hydrideНихромMegalliumСтеллитVitalliumBeryllium copperБиллонЛатуньCalamine brassChinese silverDutch metalGilding metalMuntz metalPinchbeck (alloy)ТомпакБронзаАлюминиевая бронзаArsenical bronzeBell metalFlorentine bronzeGlucydurGuanín (bronze)GunmetalPhosphor bronzeOrmoluSpeculum metalКонстантанГидрид меди(I)Copper–tungstenCorinthian bronzeCunifeМедно-никелевый сплавСплавы для тарелокСплав ДевардаЭлектрумHepatizonМанганинМельхиор (сплав)НейзильберMolybdochalkosСеверное золотоСякудоТумбагаAlGaGalfenolГалинстанЦветное золотоRhoditeCrown goldЭлинварField's metalПлатинитФерросплавыФерроцерийФеррохромФерромарганецФерромолибденФерросилицийФерротитанFerrouraniumИнварЧугунIron–hydrogen alloyПередельный чугунФехральКоварStaballoyБулат (металл)Crucible steel41xx steelДамасская стальСталь ГадфильдаБыстрорежущая стальMushet steelMaraging steelHigh-strength low-alloy steelReynolds 531Электротехническая стальПружинная стальAL-6XNCelestriumAlloy 20Нержавеющая сталь AISI 316Martensitic stainless steelSanicro 28Surgical stainless steelZeron 100Серебрянка (сталь)Инструментальная стальСталь кортеновскаяWootz steelПрипойTerneType metalЭлектрон (сплав)АмальгамаMagnox (alloy)АлюмельBrightrayХромельHaynes InternationalИнконельМонель-металлNicrosilNisilНитинолМю-металлПермаллойСупермаллойNickel hydridePlutonium–gallium alloyНатрий-калиевый сплавМишметаллЛитийTerfenol-DPseudo palladiumScandium hydrideSamarium–cobalt magnetArgentium sterling silverBritannia silverDoré bullionGoloidPlatinum sterlingShibuichiСтерлинг (сплав)Tibetan silverTitanium Beta CTitanium alloyГидрид титана(II)Gum metalTitanium goldНитрид титанаБаббитБританийПьютерQueen's metalWhite metalUranium hydrideZAMAKZirconium hydrideВодородГелийБор (элемент)АзотКислородФторМетанАнтресольАтомЯдерный взрывЯдерный грибИонизирующее излучениеРентген (единица измерения)Quartz fiber dosimeter

This article uses material from the Wikipedia article "Уран (элемент)", which is released under the Creative Commons Attribution-Share-Alike License 3.0. There is a list of all authors in Wikipedia

Material Database

database,rohs,reach,compliancy,directory,listing,information,substance,material,restrictions,data sheet,specification