Uraniul

Dan Daniela - VIII B

URANIUL (U)

Uraniul face parte dintre elementele care au jucat un rol deosebit la dezvoltarea energeticii nucleare prin proprietatea acestuia de a fisiona si a elibera energie. Descoperirea fisiunii nucleare si a reactiei in lant au dus la era tehnologiei nucleare.

Uraniul este destul de raspandit in natura sub forma diferitelor tipuri de minereuri (pehblenda, uraninit etc...).

In stare naturala uraniul poseda 3 izotopi (radioactivi) cu urmatoarea abundenta si timp de injumatatire: U (T1/2=4,5x10 la puterea a 9-a), 99,3%; U (T1/2=7,1x10 la puterea a 8-a), 0,71% si U(T1/2=2,47x10 la puterea a 5-a), 0,005%. Asa cum s-a amintit, singurul izotop fisionabil sub actiunea neutronilor lenti este U. Separarea U de U a fost unul dintre procesele industriale cele mai importante care a permis de fapt realizarea primei bombe atomice, precum si a tehnologiei nucleare in general.

Uraniul este folosit actualmente drept combustibil nuclear sub forma "Uraniului Metalic" sau a unor compusi chimici.

In toate cazurile se pune problema obtinerii, fie a uraniului, fie a unor saruri ale acestuia de puritate nucleara. Impuritatile (chiar urme) pot duce la deranjamente grave, din cauza unor sectiuni eficace de captura mari. Datorita acestui lucru apare necesitatea utilizarii unei tehnologii a "substantelor pure".

Uraniul si sarurile lui se obtin din prelucrarea minereurilor prin doua tehnologii chimice. Acestea duc la obtinerea unui concentrat chimic. Faza urmatoare consta din rafinarea sarurilor si apoi obtinerea pe cale pirometalurgica a uraniului, a unor combinatii sau aliaje ale sale.

Minereurile de uraniu care au un continut redus de carbonati sunt atacate cu acid sulfuric. Dupa atac are loc separarea fazelor prin filtrare, iar uraniul este extras din solutia acida fie cu anumiti solventi organici (amine), fie mai ales cu rasini schimbatoare de ioni. Rasina se elueaza, iar uraniul este precipitat sub forma unui diurant (yellow cake). Unele uzine evita faza de filtrare, facand extractia uraniului cu rasina direct din pulpa acida (resin in pulp=RIP).

Minereurile de uraniu care contin carbonati nu pot fi prelucrate pe linie acida din cauza consumului prohibitiv de acid sulfuric. In acest caz, minereul fin macinat este supus unui atac alcalin cu solutii de carbonat de sodiu, in reactoare cu barbotare cu aer, de tip pachucas. Aerul joaca de asemenea si rolul de oxidant, caci numai U VIII trece in solutie sub forma unui complex (uraniltricarbonat). Separarea fazelor se face prin filtrare, iar complexul se distruge cu NaOH cand precipita diuranatul de sodiu (yellow cake). Alte procedee evita si aici fitrarea, folosind procedeul RIP. Dupa elutie se precipita un diuranat.

Pin cele doua procedee rezulta un concentrat chimic care este diuranatul (continutul in uraniu variaza intre 40-65%).

Concentratul este tratat apoi intr-o uzina de rafinare, unde se redizolva in acid azotic, iar purificarea se face prin extractie cu solventi (TBP). Reextrasul care contine numai uraniu, este apoi prelucrat tinand seama de produsul final dorit. Pentru obtinerea uraniului metalic se poate proceda astfel: solutia apoasa de azotat de uranil se concentreaza si se calcineaza la UO3. Acesta se reduce cu hidrogen (uscat) la UO2. Ultimul se fluorureaza cu HF anhidru la UF4.

UF4 se reduce final cu calciu sau magneziu la uraniu metalic. Uraniul este prelucrat apoi mecanic si termic. El se introduce in teci de protectie din aluminiu sau aliaje Al-Mg, otel inoxidabil zircaletc. Barele de uraniu astfel proejate sunt livrate reactoarelor nucleare.

Alteori azotatul de uranil este neutralizat cu amoniac, la diuranat de amoniu, care se calcineaza la UO3+UO2 si se reduce cu hidrogen la UO2. In continuare filiera este aceeasi.

In prezent se prefera folosirea UO2 in locul uraniului metalic datorita calitatilor sale care-l fac sa poata fi utilizat la temperaturi mari. In acest caz, UO2 este supus procesului de sintetizare.

Reactoarele moderne folosesc uraniu imbogatit in U cand se obtin puteri specifice mai mari. Un alt avantaj consta in posibilitatea folosirii apei ca moderator. In acest scop imbogatirea in U se realizeaza printr-o serie de procese fizice care folosesc diferentele de masa dintre izotopi, ca: difuzia clasica, difuzia termica, centrifugarea, separarea electromagnetica. Uraniul se trece sub forma UF6 (gaz la temperatura de lucru) careia i se aplica procedeele amintite.

In solutie apoasa uraniul poate avea urmatoarele valente: III, IV, V si VI. Compusii cei mai stabili sunt cei hexavalenti.

Uraniul tetravalent exista sub forma ionilor U numai in solutii puternic acide, caci in alte conditii hidrolizeaza. Acesta formeaza complecsi stabili cu acizii: oxalic, malic, citric. Solutiile in care uraniul este pentavalent, disproportioneaza la uraniu tetravalent si hexavalent.

metodele cele mai des folosite la determinarea uraniului.

Clorura, sulfatul, fluorura si azotatul de uranil sunt solubile in apa. La aciditati scazute, azotatul de uranil (solutie) hidrolizeaza si formeaza specii polinucleare complexe. Solutiile apoase de azotat de uranil sunt partial ionizate. In solutii nitrice se pot forma complecsi de forma UO2 (NO3); UO2 (NO3)2; UO2 (NO3), in functie de concentratia in HNO3.

Ionul UO2, in prezenta carbonatilor alcalini, formeaza un complex solubil stabil de forma UO2 (CO3), care poate fi distrus de un acid sau de NaOH (aplicatie in industria de prelucrare a minereului).

Uranatii se obtin din solutiile acide prin neutralizare cu o baza.

Uraniul formeaza o serie de oxizi, dintre care amintim pe cei mai importanti: U3O8, UO3 si UO2. Primul se poate obtine din calcinarea diuranatului de amoniu si azotatului de uranil, UO3 rezulta prin calcinarea azotatului, iar UO2 prin reducerea UO3 cu H.

Peroxidul de uraniu UO4 precipita dintr-o solutie apoasa a unei saruri de uraniu cu apa oxigenata la pH=0,3-3,5.

Uraniul metalic exista sub forma a trei modificatii: , ß, si . Trecerea de la forma la ß are loc cu variatie de volum (anizotropie) la 660-680sC. Acest lucru este un dezavantaj la folosirea lui in reactoarele nucleare si se prefera inlocuirea cu UO2 sinterizat.

download