Comment l'uranium se forme dans la nature. Minerai d'uranium

Les technologies nucléaires reposent en grande partie sur l’utilisation de méthodes radiochimiques, elles-mêmes basées sur les propriétés nucléaires, physiques, chimiques et toxiques des éléments radioactifs.

Dans ce chapitre, nous nous limiterons à une brève description des propriétés des principaux isotopes fissiles - l'uranium et le plutonium.

Uranus

Uranus ( uranium) U - élément du groupe des actinides, 7-0ème période du système périodique, Z=92, masse atomique 238,029 ; le plus lourd trouvé dans la nature.

Il existe 25 isotopes connus de l’uranium, tous radioactifs. Le plus facile 217U (Tj/ 2 =26 ms), le 2 4 2 U le plus lourd (7 T J/2 =i6,8 min). Il existe 6 isomères nucléaires. L'uranium naturel contient trois isotopes radioactifs : 2 8 et (99, 2 739 %, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35U (0,7205 %, G,/2 = 7,04-109 ans) et 2 34U ( 0,0056 %, Ti/ 2=2,48-yuz l). La radioactivité spécifique de l'uranium naturel est de 2,48104 Bq, divisée presque par deux entre 2,34 U et 288 U ; Le 2 35U apporte une faible contribution (l'activité spécifique de l'isotope 2 zi dans l'uranium naturel est 21 fois inférieure à l'activité du 2 3 8 U). Les sections efficaces de capture de neutrons thermiques sont respectivement de 46, 98 et 2,7 granges pour 2 zzi, 2 35U et 2 3 8 U ; section de division 527 et 584 grange pour 2 zzi et 2 z 8 et, respectivement ; mélange naturel d'isotopes (0,7% 235U) 4,2 grange.

Tableau 1. Propriétés physiques nucléaires 2 h9 Ri et 2 35T.

Tableau 2. Capture de neutrons 2 35T et 2 z 8 C.

Six isotopes de l'uranium sont capables de fission spontanée : 282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i et 2 z 8 i. Les isotopes naturels 2 33 et 2 35 U fissionnent sous l'influence de neutrons thermiques et rapides, et les noyaux 2 3 8 ne sont capables de fission que lorsqu'ils capturent des neutrons d'une énergie supérieure à 1,1 MeV. Lors de la capture de neutrons de plus faible énergie, les noyaux 288 U se transforment d'abord en noyaux 2 -i9U, qui subissent ensuite une désintégration p et se transforment d'abord en 2 -"*9Np, puis en 2 39Pu. Les sections efficaces efficaces pour la capture des neutrons thermiques les neutrons de 2 34U, 2 noyaux 35U et 2 × 8 et sont respectivement égaux à 98, 683 et 2,7-barn. La division complète de 2 35U conduit à un «équivalent d'énergie thermique» de 2 à 107 kWh/kg. 2 35U et 2 zi sont utilisés comme combustible nucléaire.

Les réacteurs nucléaires produisent n isotopes artificiels de l'uranium dont la masse est comprise entre 227 et 240, dont le plus long terme est l'233U (7 V 2 =i.62 *io 5 ans) ; il est obtenu par irradiation neutronique du thorium. Dans les flux de neutrons surpuissants d’une explosion thermonucléaire, naissent des isotopes de l’uranium dont le nombre de masse est de 239 ^ 257.

Uran-232- nucléide technogénique, émetteur a, T x / 2=68,9 ans, isotopes parents 2 h 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) et 23 2 Ra(p), nucléide fille 228 Th. L'intensité de la fission spontanée est de 0,47 division/s kg.

L'uranium 232 se forme à la suite des désintégrations suivantes :

P + -désintégration du nucléide *3 a Np (Ti/ 2 =14,7 min) :

Dans l'industrie nucléaire, le 2 3 2 U est produit comme sous-produit lors de la synthèse du nucléide fissile (de qualité militaire) 2 zi dans le cycle du combustible au thorium. Lorsque le 2 3 2 Th est irradié avec des neutrons, la réaction principale se produit :

et une réaction secondaire en deux étapes :

La production de 232 U à partir du thorium se produit uniquement avec des neutrons rapides (E">6 MeV). Si la substance de départ contient 2 3°TH, alors la formation de 2 3 2 U est complétée par la réaction : 2 3°TH + u-> 2 3'TH. Cette réaction se produit à l'aide de neutrons thermiques. La génération de 2 3 2 U n'est pas souhaitable pour un certain nombre de raisons. Elle est supprimée en utilisant du thorium à une concentration minimale de 2 3°TH.

La désintégration de 2 × 2 se produit dans les directions suivantes :

Une désintégration du 228 Th (probabilité 10 %, énergie de désintégration 5,414 MeV) :

l'énergie des particules alpha émises est de 5,263 MeV (dans 31,6 % des cas) et de 5,320 MeV (dans 68,2 % des cas).

• - fission spontanée (probabilité inférieure à ~ 12 %) ;
• - désintégration du cluster avec formation du nucléide 28 Mg (probabilité de désintégration inférieure à 5*10" 12%) :

Désintégration des clusters avec formation du nucléide 2

L'uranium 232 est le fondateur d'une longue chaîne de désintégration, qui comprend des nucléides - émetteurs de quanta y durs :

^U-(3,64 jours, a,y)-> 220 Rn-> (55,6 s, a)-> 21b Po->(0,155 s, a)-> 212 Pb->(10,64 heures, p, y) - > 212 Bi -> (60,6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3" Yu' 7 s, a) -> 2o8 Pb (stab), 2o8 T1- >(3,06 m, p, y-> 2o8 Pb.

L'accumulation de 2 3 2 U est inévitable lors de la production de 2 zi dans le cycle énergétique du thorium. Le rayonnement y intense résultant de la désintégration du 2 3 2 U entrave le développement de l'énergie du thorium. Ce qui est inhabituel, c'est que l'isotope pair 2 3 2 11 a une section efficace de fission élevée sous l'influence des neutrons (75 granges pour les neutrons thermiques), ainsi qu'une section efficace de capture de neutrons élevée - 73 granges. Le 2 3 2 U est utilisé dans la méthode du traceur radioactif dans la recherche chimique.

2 h 2 et est le fondateur d'une longue chaîne de désintégration (selon le schéma 2 h 2 T), qui comprend des nucléides émetteurs de quanta y durs. L'accumulation de 2 3 2 U est inévitable lors de la production de 2 zi dans le cycle énergétique du thorium. Le rayonnement y intense résultant de la désintégration de 232 U entrave le développement de l'énergie du thorium. Ce qui est inhabituel, c'est que l'isotope pair 2 3 2 U a une section efficace de fission élevée sous l'influence des neutrons (75 granges pour les neutrons thermiques), ainsi qu'une section efficace de capture de neutrons élevée - 73 granges. Le 2 3 2 U est souvent utilisé dans la méthode du traceur radioactif dans la recherche chimique et physique.

Uran-233- radionucléide artificiel, émetteur a (énergie 4,824 (82,7%) et 4,783 MeV (14,9%)), Tvi= 1,585105 ans, nucléides parents 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 ззРа(р), nucléide fille 22 9Th. 2 zzi est obtenu dans les réacteurs nucléaires à partir du thorium : 2 z 2 Th capte un neutron et se transforme en 2 zzT, qui se désintègre en 2 zzRa, puis en 2 zzi. Les noyaux de 2 zi (isotope impair) sont capables à la fois de fission spontanée et de fission sous l'influence de neutrons de n'importe quelle énergie, ce qui les rend adaptés à la production d'armes atomiques et de combustible de réacteur. La section efficace de fission est de 533 granges, la section efficace de capture est de 52 granges, le rendement en neutrons : par événement de fission - 2,54, par neutron absorbé - 2,31. La masse critique de 2 zzi est trois fois inférieure à la masse critique de 2 35U (-16 kg). L'intensité de la fission spontanée est de 720 divisions/s kg.

L'uranium 233 se forme à la suite des désintégrations suivantes :

- (3 + -désintégration du nucléide 2 33Np (7^=36,2 min) :

A l'échelle industrielle, 2 zi est obtenu à partir de 2 32Th par irradiation aux neutrons :

Lorsqu'un neutron est absorbé, le noyau 2 zzi se divise généralement, mais capture parfois un neutron, se transformant en 2 34U. Bien que 2 zzi se divise généralement après avoir absorbé un neutron, il retient parfois un neutron, se transformant en 2 34U. La production de 2 zirs est réalisée aussi bien dans des réacteurs rapides que thermiques.

Du point de vue armement, le 2 ZZI est comparable au 2 39Pu : sa radioactivité est 1/7 de l'activité du 2 39Pu (Ti/ 2 = 159 200 litres contre 24 100 litres pour Pu), la masse critique de 2 zi est 60 % supérieure à celle de ^Pu (16 kg contre 10 kg), et le taux de fission spontanée est 20 fois plus élevé (bth - ' contre 310 10). Le flux neutronique de 2 zzi est trois fois supérieur à celui de 2 39Pi. Créer une charge nucléaire basée sur 2 zi demande plus d'efforts que sur ^Pi. Le principal obstacle est la présence de l'impureté 232 U dans 2ZZI, dont le rayonnement y des projets de désintégration rend difficile le travail avec 2ZZI et facilite la détection des armes finies. De plus, la courte demi-vie du 2 3 2 U en fait une source active de particules alpha. 2 zi avec 1% de 232 et a une activité a trois fois plus forte que le plutonium de qualité militaire et, par conséquent, une radiotoxicité plus grande. Cette activité a provoque la création de neutrons dans les éléments légers de la charge de l'arme. Pour minimiser ce problème, la présence d'éléments tels que Be, B, F, Li doit être minime. La présence d'un fond de neutrons n'affecte pas le fonctionnement des systèmes d'implosion, mais les circuits de canon nécessitent un niveau élevé de pureté pour les éléments légers. La teneur en 23 2 U dans les zis de qualité militaire ne doit pas dépasser 5 parties par million (0,0005 %). ). Dans le combustible des réacteurs thermiques, la présence de 2 n'est pas nocive, et même souhaitable, car elle réduit la possibilité d'utiliser l'uranium à des fins militaires. Après retraitement du combustible usé et réutilisation du combustible, la teneur en 232U atteint environ. 1+0,2%.

La désintégration de 2 zi se produit dans les directions suivantes :

Une désintégration du 22 9Th (probabilité 10 %, énergie de désintégration 4,909 MeV) :

l'énergie des particules yahr émises est de 4,729 MeV (dans 1,61 % des cas), 4,784 MeV (dans 13,2 % des cas) et 4,824 MeV (dans 84,4 % des cas).

• - division spontanée (probabilité
• - désintégration d'amas avec formation du nucléide 28 Mg (probabilité de désintégration inférieure à 1,3*10_13%) :

Désintégration des amas avec formation du nucléide 24 Ne (probabilité de désintégration 7,3-10-"%) :

La chaîne de désintégration de 2 zzi appartient à la série des neptunium.

La radioactivité spécifique du 2 zi est de 3,57-8 Bq/g, ce qui correspond à une activité a (et radiotoxicité) de -15 % du plutonium. Seulement 1 % de 2 3 2 U augmente la radioactivité à 212 mCi/g.

Uran-234(Uranus II, UII) partie d'uranium naturel (0,0055%), 2,445105 ans, émetteur a (énergie des particules a 4,777 (72%) et

4,723 (28%) MeV), radionucléides parents : 2 h 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

isotope fille en 2 z”th.

Généralement, 234 U est en équilibre avec 2 h 8 u, se désintégrant et se formant au même rythme. Environ la moitié de la radioactivité de l’uranium naturel provient de l’234U. Généralement, le 234U est obtenu par chromatographie par échange d'ions d'anciennes préparations de 2 × 8 Pu pur. Lors d'une désintégration a, *zRi produit 2,34U, donc les anciennes préparations de 2 h 8 Ru sont de bonnes sources de 2,34U. yuo g 238Pi contient après un an 776 mg 2 34U, après 3 ans

2,2g2 34U. La concentration de 2,34U dans l'uranium hautement enrichi est assez élevée en raison de l'enrichissement préférentiel en isotopes légers. Le 2 34u étant un puissant émetteur d'y, sa concentration dans l'uranium destiné à être transformé en combustible est soumise à des restrictions. Des niveaux accrus de 234i sont acceptables pour les réacteurs, mais le combustible usé retraité contient déjà des niveaux inacceptables de cet isotope.

La désintégration du 234i se produit dans les directions suivantes :

Désintégration A à 2 3°Т (probabilité 100 %, énergie de désintégration 4,857 MeV) :

l'énergie des particules alpha émises est de 4,722 MeV (dans 28,4 % des cas) et de 4,775 MeV (dans 71,4 % des cas).

• - division spontanée (probabilité 1,73-10-9%).
• - désintégration des clusters avec formation du nucléide 28 Mg (probabilité de désintégration 1,4-10 %, selon d'autres données 3,9-10 %) :

• - désintégration des amas avec formation de nucléides 2 4Ne et 26 Ne (probabilité de désintégration 9-10", 2%, selon d'autres données 2,3-10_11%) :

Le seul isomère connu est le 2 34ti (Tx/ 2 = 33,5 μs).

La section efficace d'absorption de 2 neutrons thermiques 34U est de 100 granges, et pour l'intégrale de résonance moyenne sur divers neutrons intermédiaires, elle est de 700 granges. Par conséquent, dans les réacteurs à neutrons thermiques, il est converti en 235U fissile à un rythme plus rapide que la quantité beaucoup plus importante de 238U (avec une section efficace de 2,7 granges) n'est convertie en 2,39Ru. En conséquence, le combustible usé contient moins de 2,34 U que le combustible neuf.

Uran-235 appartient à la famille 4P+3, capable de produire une réaction de fission en chaîne. Il s'agit du premier isotope dans lequel la réaction de fission nucléaire forcée sous l'influence de neutrons a été découverte. En absorbant un neutron, 235U devient 2 zbi, qui se divise en deux parties, libérant de l'énergie et émettant plusieurs neutrons. Fissile par les neutrons de toute énergie et capable de fission spontanée, l'isotope 2 35U fait partie de l'ufan naturel (0,72%), un émetteur a (énergies 4,397 (57%) et 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7,038-8 ans, nucléides mères 2 35Pa, 2 35Np et 2 39Pu, fille - 23Th. Taux de fission spontanée 2 3su 0,16 fission/s kg. Lorsqu'un noyau de 2 35U se fissifie, 200 MeV d'énergie = 3,210 pJ sont libérés, c'est-à-dire 18 TJ/mol=77 TJ/kg. La section efficace de fission par neutrons thermiques est de 545 granges, et par neutrons rapides - 1,22 granges, rendement en neutrons : par acte de fission - 2,5, par neutron absorbé - 2,08.

Commentaire. La section efficace pour la capture de neutrons lents pour produire l'isotope 2 sii (oo barn), de sorte que la section efficace totale d'absorption des neutrons lents soit de 645 barn.

• - fission spontanée (probabilité 7*10~9%) ;
• - désintégration des amas avec formation des nucléides 2 °Ne, 2 5Ne et 28 Mg (les probabilités sont respectivement de 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10",0%) :

Riz. 1.

Le seul isomère connu est 2 35n»u (7/ 2 = 2b min).

Activité spécifique 2 35C 7,77-4 Bq/g. La masse critique d'uranium de qualité militaire (93,5 % 2 35U) pour une balle avec réflecteur est de 15-7-23 kg.

Fission 2 » 5U est utilisé dans les armes atomiques, pour la production d'énergie et pour la synthèse d'actinides importants. La réaction en chaîne est entretenue par l'excès de neutrons produits lors de la fission de 2 35C.

Uran-236 trouvé naturellement sur Terre en quantités infimes (il y en a plus sur la Lune), un émetteur (?

Riz. 2. Famille radioactive 4/7+2 (y compris -з 8 и).

Dans un réacteur atomique, 2 sz absorbe un neutron thermique, après quoi il fissile avec une probabilité de 82 %, et avec une probabilité de 18 % il émet un quantum y et se transforme en 2 sb et (pour 100 noyaux fissirés 2 35U là sont 22 noyaux formés 2 3 6 U) . En petites quantités, il fait partie du carburant frais ; s’accumule lorsque l’uranium est irradié avec des neutrons dans un réacteur et est donc utilisé comme « dispositif de signalisation » pour le combustible nucléaire usé. 2 hb et se forme comme sous-produit lors de la séparation des isotopes par diffusion gazeuse lors de la régénération du combustible nucléaire irradié. L'236 U est un poison neutronique formé dans un réacteur de puissance ; sa présence dans le combustible nucléaire est compensée par un niveau élevé d'enrichissement en 2 35 U.

2 z b et est utilisé comme traceur du mélange des eaux océaniques.

Uranium-237,T&= 6,75 jours, émetteur bêta et gamma, peuvent être obtenus à partir de réactions nucléaires :

Détection 287 et est effectuée selon les lignes avec Euh= o,ob MeV (36 %), 0,114 MeV (0,06 %), 0,165 MeV (2,0 %), 0,208 MeV (23 %)

Le 237U est utilisé dans la méthode des radiotraceurs dans la recherche chimique. La mesure de la concentration (2-4°Am) dans les retombées des essais d'armes atomiques fournit des informations précieuses sur le type de charge et l'équipement utilisé.

Uran-238- appartient à la famille 4P+2, est fissile aux neutrons de haute énergie (plus de 1,1 MeV), capable de fission spontanée, constitue la base de l'uranium naturel (99,27%), émetteur a, 7' ; /2=4>468-109 ans, se désintègre directement en 2 34Th, forme un certain nombre de radionucléides génétiquement apparentés et, après 18 produits, se transforme en 206 Рb. Le 2 3 8 U pur a une radioactivité spécifique de 1,22 à 104 Bq. La demi-vie est très longue - environ 10 16 ans, donc la probabilité de fission par rapport au processus principal - l'émission d'une particule alpha - n'est que de 10" 7. Un kilogramme d'uranium ne donne que 10 fissions spontanées par seconde, et pendant le même temps, les particules alpha émettent 20 millions de noyaux mères : 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, fille. T,/ 2 = 2 :je 4 Ème.

L'uranium 238 se forme à la suite des désintégrations suivantes :

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. Parmi les minéraux secondaires, le phosphate d'uranyle de calcium hydraté Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 est souvent accompagné d'autres éléments utiles - le titane dans les minéraux. , tantale, terres rares. Il est donc naturel de s’efforcer de procéder à un traitement complexe des minerais contenant de l’uranium.

Propriétés physiques de base de l'uranium : masse atomique 238,0289 amu. (g/mole); rayon atomique 138 pm (1 pm = 12 m) ; énergie d'ionisation (premier électron 7,11 eV ; configuration électronique -5f36d‘7s 2 ; états d'oxydation 6, 5, 4, 3 ; GP l = 113 2, 2° ; Tt,1=3818°; densité 19,05 ; capacité thermique spécifique 0,115 JDKmol); résistance à la traction 450 MPa, chaleur de fusion 12,6 kJ/mol, chaleur d'évaporation 417 kJ/mol, chaleur spécifique 0,115 J/(mol-K) ; volume molaire 12,5 cm3/mol ; caractéristique température de Debye © D =200K, température de transition vers l'état supraconducteur d'environ 0,68K.

L'uranium est un métal lourd, blanc argenté et brillant. Il est légèrement plus doux que l'acier, malléable, flexible, possède de légères propriétés paramagnétiques et est pyrophorique sous forme de poudre. L'uranium a trois formes allotropiques : alpha (orthorhombique, a-U, paramètres de réseau 0=285, b= 587, c=49b pm, stable jusqu'à 667,7°), bêta (tétragonal, p-U, stable de 667,7 à 774,8°), gamma (avec un réseau cubique centré sur le corps, y-U, existant de 774,8° jusqu'aux points de fusion, frm= ii34 0), auquel l'uranium est le plus malléable et le plus pratique pour le traitement.

À température ambiante, la phase a orthorhombique est stable ; la structure prismatique est constituée de couches atomiques ondulées parallèles au plan. ABC, dans un réseau prismatique extrêmement asymétrique. Au sein des couches, les atomes sont étroitement liés, tandis que la force des liaisons entre les atomes des couches adjacentes est beaucoup plus faible (Figure 4). Cette structure anisotrope rend difficile l’alliage de l’uranium avec d’autres métaux. Seuls le molybdène et le niobium créent des alliages en phase solide avec l'uranium. Cependant, l’uranium métal peut interagir avec de nombreux alliages, formant des composés intermétalliques.

Dans la plage 668 ^ 775 °, il y a (3-uranium. Le réseau de type tétragonal a une structure en couches avec des couches parallèles au plan un B en positions 1/4С, 1/2 Avec et 3/4C de la maille unitaire. À des températures supérieures à 775°, il se forme de l'uranium y avec un réseau cubique centré. L'ajout de molybdène permet à la phase y d'être présente à température ambiante. Le molybdène forme une large gamme de solutions solides avec l'uranium y et stabilise la phase y à température ambiante. L'uranium y est beaucoup plus mou et plus malléable que les phases a et (3) fragiles.

L'irradiation neutronique a un impact important sur les propriétés physiques et mécaniques de l'uranium, provoquant une augmentation de la taille de l'échantillon, un changement de forme, ainsi qu'une forte détérioration des propriétés mécaniques (fluage, fragilisation) des blocs d'uranium au cours de la fonctionnement d'un réacteur nucléaire. L'augmentation de volume est due à l'accumulation dans l'uranium lors de la fission d'impuretés d'éléments de plus faible densité (traduction 1% l'uranium en éléments de fragmentation augmente le volume de 3,4 %).

Riz. 4. Quelques structures cristallines de l'uranium : a - a-uranium, b - p-uranium.

Les méthodes les plus courantes pour obtenir de l'uranium à l'état métallique sont la réduction de leurs fluorures par des métaux alcalins ou alcalino-terreux ou l'électrolyse des sels fondus. L'uranium peut également être obtenu par réduction métallothermique à partir de carbures avec du tungstène ou du tantale.

La capacité de céder facilement des électrons détermine les propriétés réductrices de l'uranium et sa plus grande activité chimique. L'uranium peut interagir avec presque tous les éléments à l'exception des gaz rares, acquérant les états d'oxydation +2, +3, +4, +5, +6. En solution, la valence principale est 6+.

S'oxydant rapidement à l'air, l'uranium métallique est recouvert d'une pellicule d'oxyde irisée. La fine poudre d'uranium s'enflamme spontanément dans l'air (à des températures de 1504-175°), formant et ;) Ov. À 1 000°, l’uranium se combine à l’azote pour former du nitrure d’uranium jaune. L'eau peut réagir avec le métal, lentement à basse température et rapidement à haute température. L'uranium réagit violemment avec l'eau bouillante et la vapeur pour libérer de l'hydrogène, qui forme un hydrure avec l'uranium.

Cette réaction est plus énergétique que la combustion de l'uranium dans l'oxygène. Cette activité chimique de l'uranium nécessite de protéger l'uranium des réacteurs nucléaires du contact avec l'eau.

L'uranium se dissout dans les acides chlorhydrique, nitrique et autres, formant des sels U(IV), mais n'interagit pas avec les alcalis. L'uranium déplace l'hydrogène des acides inorganiques et des solutions salines de métaux tels que le mercure, l'argent, le cuivre, l'étain, le platine et l'or. Lorsqu’on les secoue vigoureusement, les particules métalliques de l’uranium commencent à briller.

Les caractéristiques structurelles des couches électroniques de l'atome d'uranium (présence d'électrons ^/) et certaines de ses propriétés physicochimiques servent de base à la classification de l'uranium comme membre de la série des actinides. Cependant, il existe une analogie chimique entre l'uranium et le Cr, le Mo et le W. L'uranium est très réactif et réagit avec tous les éléments à l'exception des gaz rares. En phase solide, des exemples d'U(VI) sont le trioxyde d'uranyle U0 3 et le chlorure d'uranyle U0 2 C1 2. Tétrachlorure d'uranium UC1 4 et dioxyde d'uranium U0 2

Exemples de U(IV). Les substances contenant de l'U(IV) sont généralement instables et deviennent hexavalentes lorsqu'elles sont exposées à l'air pendant une longue période.

Six oxydes sont installés dans le système uranium-oxygène : UO, U0 2, U 4 0 9 et 3 Ov, U0 3. Ils se caractérisent par une grande homogénéité. U0 2 est un oxyde basique, tandis que U0 3 est amphotère. U0 3 - interagit avec l'eau pour former un certain nombre d'hydrates, dont les plus importants sont l'acide diuranique H 2 U 2 0 7 et l'acide uranique H 2 1U 4. Avec les alcalis, U0 3 forme des sels de ces acides - les uranates. Lorsque U0 3 est dissous dans des acides, des sels du cation uranyle doublement chargé U0 2 a+ se forment.

Le dioxyde d'uranium, U0 2, de composition stoechiométrique est brun. À mesure que la teneur en oxygène de l’oxyde augmente, la couleur passe du brun foncé au noir. Structure cristalline de type CaF 2, UN = 0,547 nm ; densité 10,96 g/cm"* (la densité la plus élevée parmi les oxydes d'uranium). T , pl =2875 0 , Merci " = 3450°, D#°298 = -1084,5 kJ/mol. Le dioxyde d'uranium est un semi-conducteur doté d'une conductivité de trou et d'un fort paramagnétique. MPC = 0,015 mg/m3. Insoluble dans l'eau. À une température de -200°, il ajoute de l'oxygène, atteignant la composition U0 2>25.

L'oxyde d'uranium (IV) peut être préparé par les réactions suivantes :

Le dioxyde d'uranium ne présente que des propriétés basiques ; il correspond à l'hydroxyde basique U(OH) 4, qui est ensuite transformé en hydroxyde hydraté U0 2 H 2 0. Le dioxyde d'uranium se dissout lentement dans les acides forts non oxydants en l'absence d'oxygène atmosphérique avec le formation d'ions III + :

U0 2 + 2H 2 S0 4 ->U(S0 4) 2 + 2H 2 0. (38)

Il est soluble dans les acides concentrés et le taux de dissolution peut être considérablement augmenté en ajoutant des ions fluor.

Lorsqu'il est dissous dans l'acide nitrique, la formation d'ion uranyle 1O 2 2+ se produit :

L'octaoxyde de triurane U 3 0s (oxyde d'uranium) est une poudre dont la couleur varie du noir au vert foncé ; lorsqu'il est fortement écrasé, il prend une couleur vert olive. De gros cristaux noirs laissent des stries vertes sur la porcelaine. Trois modifications cristallines de U 3 0 sont connues h : a-U 3 C>8 - structure cristalline rhombique (groupe spatial C222 ; 0 = 0,671 nm ; 6 = 1,197 nm ; c = 0,83 nm ; d =0,839 nm) ; p-U 3 0e - structure cristalline rhombique (groupe spatial Stst; 0 = 0,705 nm ; 6 = 1,172 nm ; 0 = 0,829 nm. Le début de décomposition est oooo° (passages à 100 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U 3 C>8 peut être obtenu par la réaction :

Par calcination U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 ou (NH 4) 2 U 2 0 7 à 750 0 sous air ou sous atmosphère d'oxygène ( p = 150+750 mmHg) obtenir de l'U 3 08 stœchiométriquement pur.

Lorsque U 3 0s est calciné à T>oooo°, il est réduit à 10 2 , mais lors du refroidissement à l'air il revient à U 3 0s. U 3 0e ne se dissout que dans les acides forts concentrés. Dans les acides chlorhydrique et sulfurique, un mélange d'U(IV) et d'U(VI) se forme, et dans l'acide nitrique, du nitrate d'uranyle. Les acides sulfurique et chlorhydrique dilués réagissent très faiblement avec l'U 3 Os même lorsqu'ils sont chauffés ; l'ajout d'agents oxydants (acide nitrique, pyrolusite) augmente fortement la vitesse de dissolution. Le H 2 S0 4 concentré dissout l'U 3 Os pour former U(S0 4) 2 et U0 2 S0 4 . L'acide nitrique dissout U 3 Oe pour former du nitrate d'uranyle.

Trioxyde d'uranium, U0 3 - une substance cristalline ou amorphe de couleur jaune vif. Réagit avec l'eau. MPC = 0,075 mg/m3.

Il est obtenu par calcination de polyuranates d'ammonium, de peroxyde d'uranium, d'oxalate d'uranyle à 300-500° et de nitrate d'uranyle hexahydraté. Cela produit une poudre orange de structure amorphe avec une densité

6,8 g/cmz. La forme cristalline de l'UI 3 peut être obtenue par oxydation de l'U 3 0 8 à des températures de 450°h à 750° dans un flux d'oxygène. Il existe six modifications cristallines de U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 est hygroscopique et se transforme dans l'air humide en hydroxyde d'uranyle. Son chauffage à 520°-^6oo° donne un composé de composition 1U 2>9, un chauffage supplémentaire à 6oo° permet d'obtenir U 3 Os.

L'hydrogène, l'ammoniac, le carbone, les métaux alcalins et alcalino-terreux réduisent U0 3 en U0 2. Lors du passage d'un mélange de gaz HF et NH 3, de l'UF 4 se forme. À une valence plus élevée, l'uranium présente des propriétés amphotères. Lorsqu'ils sont exposés aux acides U0 3 ou à ses hydrates, des sels d'uranyle (U0 2 2+) se forment, de couleur jaune-vert :

La plupart des sels d'uranyle sont très solubles dans l'eau.

Lorsqu'il est fusionné avec des alcalis, U0 3 forme des sels d'acide uranique - uranates MDKH :

Avec les solutions alcalines, le trioxyde d'uranium forme des sels d'acides polyuraniques - polyuranates DHM 2 Oy1U 3 pH^O.

Les sels d'acide uranique sont pratiquement insolubles dans l'eau.

Les propriétés acides de l’U(VI) sont moins prononcées que celles basiques.

L'uranium réagit avec le fluor à température ambiante. La stabilité des halogénures supérieurs diminue des fluorures aux iodures. Les fluorures UF 3, U4F17, U2F9 et UF 4 sont non volatils et l'UFe est volatil. Les fluorures les plus importants sont l'UF 4 et l'UFe.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart selon la pratique :

La réaction en lit fluidisé s'effectue selon l'équation :

Il est possible d'utiliser des agents fluorants : BrF 3, CC1 3 F (Fréon-11) ou CC1 2 F 2 (Fréon-12) :

Le fluorure d'uranium (1U) UF 4 (« sel vert ») est une poudre bleuâtre-verdâtre à émeraude. G 11L = yuz6°; Гк,«,.=-1730°. DN° 29 8= 1856 kJ/mol. La structure cristalline est monoclinique (sp. gp. C2/s ; 0=1,273 nm ; 5=1,075 nm ; 0=0,843 nm ; ré= 6,7 nm ; p=12b°20" ; densité 6,72 g/cm3. L'UF 4 est un composé stable, inactif, non volatil, peu soluble dans l'eau. Le meilleur solvant pour l'UF 4 est l'acide perchlorique fumant HC10 4. Se dissout dans les acides oxydants pour former un sel d'uranyle ; se dissout rapidement dans une solution chaude d'Al(N0 3) 3 ou d'AlC1 3, ainsi que dans une solution d'acide borique acidifiée avec H 2 S0 4, HC10 4 ou HC1, pour des agents complexants qui lient les ions fluorure. exemple, Fe3+, Al3+ ou l'acide borique, contribuent également à la dissolution de l'UF 4. Avec les fluorures d'autres métaux il forme un certain nombre de sels doubles peu solubles (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, etc. NH. 4 UF 5 a une importance industrielle).

Le fluorure U(IV) est un produit intermédiaire dans la préparation

à la fois l'UF6 et l'uranium métal.

L'UF 4 peut être obtenu par réactions :

ou par réduction électrolytique du fluorure d'uranyle.

Hexafluorure d'uranium UFe - à température ambiante, cristaux de couleur ivoire avec un indice de réfraction élevé. Densité

5,09 g/cmz, densité de l'UFe liquide - 3,63 g/cmz. Composé volatil. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4,5° (sous pression). La pression de vapeur saturée atteint l’atmosphère à 560°. Enthalpie de formation AH° 29 8 = -211b kJ/mol. La structure cristalline est orthorhombique (groupe spatial. Rpta ; 0 = 0,999 nm ; fe= 0,8962 nm ; c = 0,5207 nm ; d 5,060 nm (25 0). MPC-0,015 mg/m3. À partir de l’état solide, l’UF6 peut se sublimer (sublimer) en gaz, contournant la phase liquide sur une large plage de pressions. Chaleur de sublimation à 50 0 50 kJ/mg. La molécule n’a pas de moment dipolaire, donc l’UF6 ne s’associe pas. La vapeur d'UFr est un gaz parfait.

Il est obtenu par action du fluor sur son composé U :

En plus des réactions en phase gazeuse, il existe également des réactions en phase liquide.

produire de l'UF6 à partir d'halofluorures, par exemple

Il existe un moyen d'obtenir de l'UF6 sans utiliser de fluor - par oxydation de l'UF 4 :

L'UFe ne réagit pas avec l'air sec, l'oxygène, l'azote et le C0 2, mais au contact de l'eau, même en trace, il subit une hydrolyse :

Il interagit avec la plupart des métaux, formant leurs fluorures, ce qui complique les méthodes de stockage. Les matériaux de cuve appropriés pour travailler avec l'UF6 sont : lorsqu'ils sont chauffés, Ni, Monel et Pt, à froid - également le Téflon, le quartz et le verre absolument secs, le cuivre et l'aluminium. À des températures de 25 à 0°C, il forme des composés complexes avec les fluorures de métaux alcalins et d'argent du type 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Il se dissout bien dans divers liquides organiques, acides inorganiques et tous les halofluorures. Inerte pour sécher 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. L'UFr se caractérise par des réactions de réduction avec la plupart des métaux purs. L'UF6 réagit vigoureusement avec les hydrocarbures et d'autres substances organiques, de sorte que les conteneurs fermés contenant de l'UFe peuvent exploser. L'UF6 dans la plage de 25 à 100° forme des sels complexes avec les fluorures d'alcalis et d'autres métaux. Cette propriété est utilisée dans la technologie d'extraction sélective de l'UF

Les hydrures d'uranium UH 2 et UH 3 occupent une position intermédiaire entre les hydrures salins et les hydrures du type solutions solides d'hydrogène dans le métal.

Lorsque l'uranium réagit avec l'azote, des nitrures se forment. Il existe quatre phases connues dans le système U-N : UN (nitrure d'uranium), a-U 2 N 3 (sesquinitrure), p- U 2 N 3 et ONU If90. Il n'est pas possible d'atteindre la composition UN 2 (dinitrure). Les synthèses de mononitrure d'uranium UN sont fiables et bien contrôlées, et il est préférable de les réaliser directement à partir des éléments. Les nitrures d'uranium sont des substances pulvérulentes dont la couleur varie du gris foncé au gris ; ressemble à du métal. UN a une structure cristalline cubique à faces centrées, comme NaCl (0 = 4,8892 A) ; (/=14,324, 7^=2855°, stable sous vide jusqu'à 1700 0. Il est préparé en faisant réagir de l'U ou de l'hydrure d'U avec du N 2 ou NH 3 , décomposition des nitrures d'U supérieurs à 1300° ou leur réduction par l'uranium métal. U 2 N 3 est connu sous deux modifications polymorphes : cubique a et hexagonal p (0 = 0,3688 nm, 6 = 0,5839 nm), libère N 2 dans un vide au-dessus de 8oo°. Il est obtenu en réduisant UN 2 avec de l'hydrogène. Le dinitrure UN2 est synthétisé en faisant réagir U avec N2 sous haute pression de N2. Les nitrures d'uranium sont facilement solubles dans les solutions acides et alcalines, mais sont décomposés par les alcalis fondus.

Le nitrure d'uranium est obtenu par réduction carbothermique de l'oxyde d'uranium en deux étapes :

Chauffage sous argon à 7M450 0 pendant 10*20 heures

Le nitrure d'uranium de composition proche du dinitrure, UN 2, peut être obtenu en exposant l'UF 4 à de l'ammoniac à haute température et pression.

Le dinitrure d'uranium se décompose lorsqu'il est chauffé :

Le nitrure d'uranium, enrichi à 2,35 U, a une densité de fission, une conductivité thermique et un point de fusion plus élevés que les oxydes d'uranium - le combustible traditionnel des réacteurs de puissance modernes. Il possède également de bonnes propriétés mécaniques et une stabilité supérieure aux carburants traditionnels. Ce composé est donc considéré comme une base prometteuse pour le combustible nucléaire dans les réacteurs à neutrons rapides (réacteurs nucléaires de génération IV).

Commentaire. Il est très utile d’enrichir l’ONU par ‘5N, car .4 N a tendance à capturer les neutrons, générant l'isotope radioactif 14 C par la réaction (n,p).

Le carbure d'uranium UC 2 (phase ?) est une substance cristalline gris clair avec un éclat métallique. Dans le système U-C (carbures d'uranium), il y a UC 2 (phase ?), UC 2 (phase b 2), U 2 C 3 (phase e), UC (phase b 2) - carbures d'uranium. Le dicarbure d'uranium UC 2 peut être obtenu par les réactions :

U + 2C ^ UC 2 (54 V)

Les carbures d'uranium sont utilisés comme combustible pour les réacteurs nucléaires ; ils sont prometteurs comme combustible pour les moteurs de fusées spatiales.

Nitrate d'uranyle, nitrate d'uranyle, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Le rôle du métal dans ce sel est joué par le cation uranyle 2+. Cristaux jaunes avec une teinte verdâtre, facilement solubles dans l'eau. Une solution aqueuse est acide. Soluble dans l'éthanol, l'acétone et l'éther, insoluble dans le benzène, le toluène et le chloroforme. Lorsqu'ils sont chauffés, les cristaux fondent et libèrent HN0 3 et H 2 0. L'hydrate cristallin s'évapore facilement dans l'air. Une réaction caractéristique est que sous l'action de NH 3, un précipité jaune d'ammonium et d'uranium se forme.

L'uranium est capable de former des composés métallo-organiques. Des exemples sont les dérivés cyclopentadiényliques de composition U(C 5 H 5) 4 et leur u(C 5 H 5) 3 G ou u(C 5 H 5) 2 G 2 halogène-substitué.

Dans les solutions aqueuses, l'uranium est le plus stable à l'état d'oxydation de U(VI) sous la forme de l'ion uranyle U0 2 2+. Dans une moindre mesure, il est caractérisé par l'état U(IV), mais il peut même se présenter sous la forme U(III). L’état d’oxydation de U(V) peut exister sous la forme de l’ion IO2+, mais cet état est rarement observé en raison de sa tendance à la dismutation et à l’hydrolyse.

Dans les solutions neutres et acides, U(VI) existe sous la forme de U0 2 2+ - un ion uranyle jaune. Les sels d'uranyle bien solubles comprennent le nitrate U0 2 (N0 3) 2, le sulfate U0 2 S0 4, le chlorure U0 2 C1 2, le fluorure U0 2 F 2, l'acétate U0 2 (CH 3 C00) 2. Ces sels sont libérés des solutions sous forme d’hydrates cristallins contenant différents nombres de molécules d’eau. Les sels d'uranyle légèrement solubles sont : l'oxalate U0 2 C 2 0 4, les phosphates U0 2 HP0., et UO2P2O4, le phosphate d'uranyle d'ammonium UO2NH4PO4, le vanadate d'uranyle de sodium NaU0 2 V0 4, le ferrocyanure (U0 2) 2. L'ion uranyle se caractérise par une tendance à former des composés complexes. Ainsi, des complexes avec des ions fluor de type -, 4- sont connus ; complexes de nitrates et 2* ; complexes d'acide sulfurique 2" et 4- ; complexes de carbonates 4" et 2", etc. Lorsque les alcalis agissent sur des solutions de sels d'uranyle, des précipités peu solubles de diuranates du type Me 2 U 2 0 7 sont libérés (monouranates Me 2 U0 4 ne sont pas isolés des solutions, ils sont obtenus par fusion d'oxydes d'uranium avec des alcalis. Les polyuranates Me 2 U n 0 3 n+i sont connus (par exemple, Na 2 U60i 9).

L'U(VI) est réduit dans les solutions acides en U(IV) par le fer, le zinc, l'aluminium, l'hydrosulfite de sodium et l'amalgame de sodium. Les solutions sont colorées en vert. Les alcalis en précipitent l'hydroxyde U0 2 (0H) 2, l'acide fluorhydrique - fluorure UF 4 -2,5H 2 0, l'acide oxalique - oxalate U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. L'ion U 4+ a tendance à forment des complexes inférieurs à ceux des ions uranyle.

L'uranium (IV) en solution se présente sous forme d'ions U 4+, hautement hydrolysés et hydratés :

Dans les solutions acides, l'hydrolyse est supprimée.

L'uranium (VI) en solution forme l'oxocation uranyle - U0 2 2+ De nombreux composés d'uranyle sont connus, dont des exemples sont : U0 3, U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2, U0 2 C0 3 -2(NH 4 ) 2 C0 3 U0 2 C0 3, U0 2 C1 2, U0 2 (0H) 2, U0 2 (N0 3) 2, UO0SO4, ZnU0 2 (CH 3 C00) 4, etc.

Lors de l'hydrolyse de l'ion uranyle, un certain nombre de complexes multinucléaires se forment :

Avec une hydrolyse plus poussée, U 3 0s(0H) 2 puis U 3 0 8 (0H) 4 2 - apparaissent.

Pour la détection qualitative de l'uranium, des méthodes d'analyses chimiques, luminescentes, radiométriques et spectrales sont utilisées. Les méthodes chimiques sont principalement basées sur la formation de composés colorés (par exemple, couleur rouge-brun d'un composé avec du ferrocyanure, jaune avec du peroxyde d'hydrogène, bleu avec un réactif arsénazo). La méthode luminescente est basée sur la capacité de nombreux composés de l’uranium à produire une lueur jaunâtre-verdâtre lorsqu’ils sont exposés aux rayons UV.

La détermination quantitative de l'uranium est effectuée par diverses méthodes. Les plus importantes d'entre elles sont : les méthodes volumétriques, consistant en la réduction de U(VI) en U(IV) suivie d'un titrage avec des solutions d'agents oxydants ; méthodes gravimétriques - précipitation d'uranates, de peroxydes, de cupferranates d'U(IV), d'hydroxyquinolate, d'oxalate, etc. suivie d'une calcination à 00° et pesant U 3 0s ; les méthodes polarographiques en solution de nitrate permettent de doser 10*7-g10-9 g d'uranium ; de nombreuses méthodes colorimétriques (par exemple avec H 2 0 2 en milieu alcalin, avec le réactif arsénazo en présence d'EDTA, avec le dibenzoylméthane, sous forme de complexe thiocyanate, etc.) ; méthode luminescente, qui permet de déterminer lors de la fusion avec NaF pour Yu 11 g d'uranium.

235U appartient au groupe de risque radiologique A, l'activité significative minimale est MZA = 3,7-10 4 Bq, 2 3 8 et - au groupe D, MZA = 3,7-6 Bq (300 g).

URANUS (du nom de la planète Uranus découverte peu de temps auparavant ; lat. uranium * a. uranium ; n. Uran ; f. uranium ; i. uranio), U, est un élément chimique radioactif du groupe III du système périodique de Mendeleïev, numéro atomique 92, masse atomique 238,0289, appartient aux actinides. L'uranium naturel est constitué d'un mélange de trois isotopes : 238 U (99,282 %, T 1/2 4 468,10 9 ans), 235 U (0,712 %, T 1/2 0,704,10 9 ans), 234 U (0,006 %, T 1 /2 0.244.10 6 ans). Il existe également 11 isotopes radioactifs artificiels connus de l'uranium avec des nombres de masse compris entre 227 et 240. 238 U et 235 U sont les fondateurs de deux séries de désintégration naturelle, à la suite desquelles ils se transforment respectivement en isotopes stables 206 Pb et 207 Pb.

L'uranium a été découvert en 1789 sous forme d'UO 2 par le chimiste allemand M. G. Klaproth. L'uranium métal a été obtenu en 1841 par le chimiste français E. Peligot. Pendant longtemps, l'uranium a été utilisé de manière très limitée et ce n'est qu'avec la découverte de la radioactivité en 1896 que son étude et son utilisation ont commencé.

Propriétés de l'uranium

À l’état libre, l’uranium est un métal gris clair ; en dessous de 667,7°C, il est caractérisé par un réseau cristallin orthorhombique (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) (modification a), dans la plage de température 667,7-774°C - tétragonal (a = 1,0759 nm , c = 0,5656 nm ; modification G), à une température plus élevée - réseau cubique centré sur le corps (a = 0,3538 nm, modification g). Densité 18700 kg/m 3, point de fusion 1135°C, point d'ébullition environ 3818°C, capacité thermique molaire 27,66 J/(mol.K), résistivité électrique 29,0.10 -4 (Ohm.m), conductivité thermique 22, 5 W/(m.K), coefficient de température de dilatation linéaire 10.7.10 -6 K -1. La température de transition de l'uranium à l'état supraconducteur est de 0,68 K ; faible paramagnétique, susceptibilité magnétique spécifique 1.72.10 -6. Les noyaux 235 U et 233 U se fissionnent spontanément, ainsi que lors de la capture de neutrons lents et rapides, le 238 U se fission uniquement lors de la capture de neutrons rapides (plus de 1 MeV). Lorsque des neutrons lents sont capturés, 238 U se transforme en 239 Pu. La masse critique d'uranium (93,5% 235U) en solutions aqueuses est inférieure à 1 kg, pour une boule ouverte elle est d'environ 50 kg ; pour 233 U, la masse critique est d’environ 1/3 de la masse critique de 235 U.

Éducation et maintien dans la nature

Le principal consommateur d'uranium est l'énergie nucléaire (réacteurs nucléaires, centrales nucléaires). De plus, l’uranium est utilisé pour produire des armes nucléaires. Tous les autres domaines d’utilisation de l’uranium sont d’une importance strictement secondaire.

Le contenu de l'article

URANUS, U (uranium), élément chimique métallique de la famille des actinides, qui comprend Ac, Th, Pa, U et des éléments transuraniens (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr). L'uranium a gagné en importance en raison de son utilisation dans les armes nucléaires et l'énergie nucléaire. Les oxydes d'uranium sont également utilisés pour colorer le verre et la céramique.

Être dans la nature.

La teneur en uranium de la croûte terrestre est de 0,003 % et on le trouve dans la couche superficielle de la terre sous la forme de quatre types de gisements. Il s'agit d'abord de filons d'uraninite, ou brai d'uranium (dioxyde d'uranium UO 2), très riche en uranium, mais rare. Ils sont accompagnés de gisements de radium, puisque le radium est un produit direct de la désintégration isotopique de l'uranium. De telles veines se trouvent au Zaïre, au Canada (Grand Lac de l'Ours), en République tchèque et en France. La deuxième source d'uranium est constituée de conglomérats de minerais de thorium et d'uranium ainsi que de minerais d'autres minéraux importants. Les conglomérats contiennent généralement des quantités suffisantes d’or et d’argent pour être récupérés, l’uranium et le thorium étant des éléments associés. De grands gisements de ces minerais se trouvent au Canada, en Afrique du Sud, en Russie et en Australie. La troisième source d'uranium est constituée de roches sédimentaires et de grès riches en carnotite minérale (uranyle vanadate de potassium), qui contient, en plus de l'uranium, une quantité importante de vanadium et d'autres éléments. De tels minerais se trouvent dans les États occidentaux des États-Unis. Les schistes fer-uranifères et les minerais de phosphate constituent une quatrième source de sédiments. De riches gisements se trouvent dans les schistes de Suède. Certains minerais de phosphate au Maroc et aux États-Unis contiennent des quantités importantes d'uranium, et les gisements de phosphate en Angola et en République centrafricaine sont encore plus riches en uranium. La plupart des lignites et certains charbons contiennent généralement des impuretés d'uranium. Des gisements de lignite riches en uranium ont été découverts dans le Dakota du Nord et du Sud (États-Unis) et des charbons bitumineux en Espagne et en République tchèque.

Ouverture.

Uranus a été découvert en 1789 par le chimiste allemand M. Klaproth, qui a nommé cet élément en l'honneur de la découverte de la planète Uranus 8 ans plus tôt. (Klaproth était le principal chimiste de son époque ; il a également découvert d'autres éléments, notamment Ce, Ti et Zr.) En fait, la substance obtenue par Klaproth n'était pas de l'uranium élémentaire, mais une forme oxydée de celui-ci, et l'uranium élémentaire a été obtenu pour la première fois par le chimiste français E. .Peligo en 1841. Du moment de la découverte jusqu'au 20e siècle. L'uranium n'avait pas l'importance qu'il a aujourd'hui, même si bon nombre de ses propriétés physiques, ainsi que sa masse atomique et sa densité, ont été déterminées. En 1896, A. Becquerel établit que les sels d'uranium possèdent un rayonnement qui éclaire une plaque photographique dans l'obscurité. Cette découverte a incité les chimistes à rechercher dans le domaine de la radioactivité et en 1898, les physiciens français époux P. Curie et M. Sklodowska-Curie ont isolé des sels des éléments radioactifs polonium et radium, et E. Rutherford, F. Soddy, K. Fayans. et d'autres scientifiques ont développé la théorie de la désintégration radioactive, qui a jeté les bases de la chimie nucléaire et de l'énergie nucléaire modernes.

Premières utilisations de l'uranium.

Bien que la radioactivité des sels d'uranium soit connue, leurs minerais dans le premier tiers de ce siècle n'étaient utilisés que pour obtenir le radium qui les accompagnait, et l'uranium était considéré comme un sous-produit indésirable. Son utilisation se concentrait principalement dans la technologie céramique et la métallurgie ; Les oxydes d'uranium étaient largement utilisés pour colorer le verre dans des couleurs allant du jaune pâle au vert foncé, ce qui a contribué au développement d'une production de verre peu coûteuse. Aujourd’hui, les produits issus de ces industries sont identifiés comme fluorescents sous les rayons ultraviolets. Pendant la Première Guerre mondiale et peu de temps après, l'uranium sous forme de carbure a été utilisé dans la production d'aciers à outils, similaires au Mo et au W ​​; 4 à 8 % d’uranium ont remplacé le tungstène, dont la production était alors limitée. Pour obtenir des aciers à outils en 1914-1926, plusieurs tonnes de ferrouranium contenant jusqu'à 30 % (en masse) d'U étaient produites chaque année. Cependant, cette utilisation de l'uranium n'a pas duré longtemps.

Utilisations modernes de l'uranium.

L'industrie de l'uranium a commencé à prendre forme en 1939, lorsque la fission de l'isotope de l'uranium 235 U a été réalisée, ce qui a conduit à la mise en œuvre technique de réactions en chaîne contrôlées de fission de l'uranium en décembre 1942. C'est la naissance de l'ère de l'atome. , lorsque l'uranium est passé d'un élément insignifiant à l'un des éléments les plus importants de la société vivante. L’importance militaire de l’uranium pour la production de la bombe atomique et son utilisation comme combustible dans les réacteurs nucléaires a provoqué une augmentation astronomique de la demande d’uranium. La chronologie de la croissance de la demande en uranium basée sur l'histoire des sédiments du Grand Lac de l'Ours (Canada) est intéressante. En 1930, de la résine blende, un mélange d'oxydes d'uranium, a été découverte dans ce lac, et en 1932, une technologie de purification du radium a été mise en place dans cette zone. De chaque tonne de minerai (mélange de résine), on a obtenu 1 g de radium et environ une demi-tonne de sous-produit, du concentré d'uranium. Cependant, il y avait peu de radium et son extraction fut arrêtée. De 1940 à 1942, le développement reprit et le minerai d'uranium commença à être expédié vers les États-Unis. En 1949, une purification similaire de l'uranium, avec quelques améliorations, a été utilisée pour produire de l'UO 2 pur. Cette production s'est développée et constitue aujourd'hui l'une des plus grandes installations de production d'uranium.

Propriétés.

L'uranium est l'un des éléments les plus lourds présents dans la nature. Le métal pur est très dense, ductile, électropositif avec une faible conductivité électrique et hautement réactif.

L'uranium a trois modifications allotropiques : un-l'uranium (réseau cristallin orthorhombique), existe dans la plage allant de la température ambiante à 668°C ; b-l'uranium (réseau cristallin complexe de type tétragonal), stable entre 668 et 774°C ; g-uranium (réseau cristallin cubique centré), stable de 774°C jusqu'au point de fusion (1132°C). Puisque tous les isotopes de l’uranium sont instables, tous ses composés présentent une radioactivité.

Isotopes de l'uranium

238 U, 235 U, 234 U sont présents dans la nature dans un rapport de 99,3 : 0,7 : 0,0058, et le 236 U est présent à l'état de traces. Tous les autres isotopes de l'uranium de 226 U à 242 U sont obtenus artificiellement. L'isotope 235 U est particulièrement important. Sous l'influence de neutrons lents (thermiques), il se divise, libérant une énergie énorme. La fission complète de 235 U entraîne la libération d'un « équivalent d'énergie thermique » de 2H 10 7 kWh/kg. La fission de 235 U peut être utilisée non seulement pour produire de grandes quantités d’énergie, mais également pour synthétiser d’autres éléments actinides importants. L'isotope naturel de l'uranium peut être utilisé dans les réacteurs nucléaires pour produire des neutrons produits par la fission de 235 U, tandis que les neutrons en excès non requis par la réaction en chaîne peuvent être capturés par un autre isotope naturel, entraînant la production de plutonium :

Lorsque le 238 U est bombardé de neutrons rapides, les réactions suivantes se produisent :

Selon ce schéma, l'isotope le plus courant 238 U peut être converti en plutonium 239, qui, comme le 235 U, est également capable de fission sous l'influence de neutrons lents.

Actuellement, un grand nombre d'isotopes artificiels de l'uranium ont été obtenus. Parmi eux, l’233 U est particulièrement remarquable car il fissile également lorsqu’il interagit avec des neutrons lents.

Certains autres isotopes artificiels de l'uranium sont souvent utilisés comme traceurs radioactifs dans la recherche chimique et physique ; c'est avant tout b- émetteur 237 U et un- émetteur 232 U.

Connexions.

L'uranium, un métal hautement réactif, a des états d'oxydation de +3 à +6, est proche du béryllium dans la série d'activités, interagit avec tous les non-métaux et forme des composés intermétalliques avec Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn et Zn. L'uranium finement broyé est particulièrement réactif et à des températures supérieures à 500°C, il entre souvent dans des réactions caractéristiques de l'hydrure d'uranium. L'uranium en morceaux ou les copeaux brûlent vivement entre 700 et 1 000 °C, et les vapeurs d'uranium brûlent déjà entre 150 et 250 °C ; l'uranium réagit avec le HF entre 200 et 400 °C, formant de l'UF 4 et du H 2 . L'uranium se dissout lentement dans HF ou H 2 SO 4 concentré et 85 % H 3 PO 4 même à 90°C, mais réagit facilement avec la concentration. HCl et moins actif avec HBr ou HI. Les réactions les plus actives et les plus rapides de l'uranium avec le HNO 3 dilué et concentré se produisent avec la formation de nitrate d'uranyle ( voir ci-dessous). En présence de HCl, l’uranium se dissout rapidement dans les acides organiques, formant des sels organiques U4+. Selon le degré d'oxydation, l'uranium forme plusieurs types de sels (les plus importants d'entre eux sont ceux de l'U 4+, l'un d'eux UCl 4 est un sel vert facilement oxydable) ; les sels d'uranyle (radical UO 2 2+) du type UO 2 (NO 3) 2 sont de couleur jaune et fluorescents en vert. Les sels d'uranyle se forment en dissolvant l'oxyde amphotère UO 3 (couleur jaune) dans un milieu acide. En milieu alcalin, UO 3 forme des uranates tels que Na 2 UO 4 ou Na 2 U 2 O 7. Ce dernier composé (« uranyle jaune ») est utilisé pour la fabrication d'émaux pour porcelaine et dans la production de verres fluorescents.

Les halogénures d'uranium ont été largement étudiés dans les années 1940-1950, car ils ont été utilisés pour développer des méthodes de séparation des isotopes de l'uranium pour la bombe atomique ou le réacteur nucléaire. Le trifluorure d'uranium UF 3 a été obtenu par réduction de UF 4 avec de l'hydrogène, et le tétrafluorure d'uranium UF 4 est obtenu de diverses manières par des réactions de HF avec des oxydes tels que UO 3 ou U 3 O 8 ou par réduction électrolytique de composés d'uranyle. L'hexafluorure d'uranium UF 6 est obtenu par fluoration de l'U ou de l'UF 4 avec du fluor élémentaire ou par action de l'oxygène sur UF 4 . L'hexafluorure forme des cristaux transparents à indice de réfraction élevé à 64°C (1137 mm Hg) ; le composé est volatil (sous pression normale il se sublime à 56,54°C). Les oxohalogénures d'uranium, par exemple les oxofluorures, ont la composition UO 2 F 2 (fluorure d'uranyle), UOF 2 (difluorure d'oxyde d'uranium).

Ces dernières années, le thème de l’énergie nucléaire est devenu de plus en plus d’actualité. Pour produire de l'énergie nucléaire, il est courant d'utiliser un matériau tel que l'uranium. C'est un élément chimique appartenant à la famille des actinides.

L'activité chimique de cet élément détermine le fait qu'il n'est pas contenu sous forme libre. Pour sa production, des formations minérales appelées minerais d'uranium sont utilisées. Ils concentrent une telle quantité de carburant que l'extraction de cet élément chimique peut être considérée comme économiquement rationnelle et rentable. À l'heure actuelle, dans les entrailles de notre planète, le contenu de ce métal dépasse les réserves d'or de 1000 fois(cm. ). De manière générale, les dépôts de cet élément chimique dans le sol, le milieu aquatique et la roche sont estimés à plus de 5 millions de tonnes.

A l'état libre, l'uranium est un métal gris-blanc, caractérisé par 3 modifications allotropiques : réseaux cristallins rhombiques, tétragonaux et cubiques centrés sur le corps. Le point d'ébullition de cet élément chimique est 4200 °C.

L'uranium est une matière chimiquement active. Dans l'air, cet élément s'oxyde lentement, se dissout facilement dans les acides, réagit avec l'eau, mais n'interagit pas avec les alcalis.

Les minerais d'uranium en Russie sont généralement classés selon divers critères. Le plus souvent, ils diffèrent en termes d'éducation. Oui il y en a minerais endogènes, exogènes et métamorphogènes. Dans le premier cas, il s'agit de formations minérales formées sous l'influence de températures élevées, d'humidité et de fonte de pegmatites. Des formations minérales d'uranium exogènes se produisent en surface. Ils peuvent se former directement à la surface de la terre. Cela est dû à la circulation des eaux souterraines et à l’accumulation de sédiments. Des formations minérales métamorphogènes apparaissent à la suite de la redistribution de l'uranium initialement dispersé.

Selon le niveau de teneur en uranium, ces formations naturelles peuvent être :

• super riche (plus de 0,3 %) ;
• riche (de 0,1 à 0,3%) ;
• privés (de 0,05 à 0,1%) ;
• pauvre (de 0,03 à 0,05%) ;
• hors bilan (de 0,01 à 0,03%).

Utilisations modernes de l'uranium

Aujourd’hui, l’uranium est le plus souvent utilisé comme combustible pour les moteurs de fusée et les réacteurs nucléaires. Compte tenu des propriétés de ce matériau, il est également destiné à augmenter la puissance d’une arme nucléaire. Cet élément chimique a également trouvé son application en peinture. Il est activement utilisé comme pigments jaunes, verts, bruns et noirs. L'uranium est également utilisé pour fabriquer des noyaux de projectiles perforants.

Extraction du minerai d'uranium en Russie : que faut-il pour cela ?

L'extraction des minerais radioactifs s'effectue à l'aide de trois technologies principales. Si les gisements de minerai sont concentrés le plus près possible de la surface de la terre, il est alors d'usage d'utiliser la technologie à ciel ouvert pour leur extraction. Cela implique l'utilisation de bulldozers et d'excavatrices, qui creusent de grands trous et chargent les minéraux obtenus dans des camions à benne. Ensuite, il est envoyé au complexe de traitement.

Lorsque cette formation minérale est située en profondeur, il est d'usage d'utiliser la technologie d'exploitation minière souterraine, qui consiste à créer une mine jusqu'à 2 kilomètres de profondeur. La troisième technologie diffère sensiblement des précédentes. La lixiviation souterraine pour développer des gisements d'uranium implique le forage de puits à travers lesquels de l'acide sulfurique est pompé dans les gisements. Ensuite, un autre puits est foré, ce qui est nécessaire pour pomper la solution résultante à la surface de la terre. Il subit ensuite un processus de sorption, qui permet aux sels de ce métal d'être collectés sur une résine spéciale. La dernière étape de la technologie SPV est le traitement cyclique de la résine avec de l'acide sulfurique. Grâce à cette technologie, la concentration de ce métal devient maximale.

Gisements de minerai d'uranium en Russie

La Russie est considérée comme l'un des leaders mondiaux dans l'extraction de minerais d'uranium. Au cours des dernières décennies, la Russie s'est régulièrement classée parmi les 7 premiers pays pour cet indicateur.

Les plus grands gisements de ces formations minérales naturelles sont :

Les plus grands gisements miniers d'uranium au monde - principaux pays

L'Australie est considérée comme le leader mondial de l'exploitation minière de l'uranium. Plus de 30 % de toutes les réserves mondiales sont concentrées dans cet État. Les plus grands gisements australiens sont Olympic Dam, Beverly, Ranger et Honemoon.

Le principal concurrent de l'Australie est le Kazakhstan, qui détient près de 12 % des réserves mondiales de carburant. Le Canada et l'Afrique du Sud possèdent chacun 11 % des réserves mondiales d'uranium, la Namibie 8 % et le Brésil 7 %. La Russie ferme le top sept avec 5 %. La liste des dirigeants comprend également des pays comme la Namibie, l’Ukraine et la Chine.

Les plus grands gisements d'uranium au monde sont :

Réserves et volumes de production de minerai d'uranium en Russie

Les réserves explorées d'uranium dans notre pays sont estimées à plus de 400 000 tonnes. Dans le même temps, les ressources prévues s'élèvent à plus de 830 000 tonnes. En 2017, il existe 16 gisements d'uranium en Russie. De plus, 15 d'entre eux sont concentrés en Transbaïkalie. Le principal gisement de minerai d'uranium est considéré comme le champ minéralisé de Streltsovskoe. Dans la plupart des gisements nationaux, la production est réalisée selon la méthode du puits.

• L'uranium a été découvert au XVIIIe siècle. En 1789, le scientifique allemand Martin Klaproth réussit à produire de l'uranium métallique à partir de minerai. Fait intéressant, ce scientifique est également le découvreur du titane et du zirconium.
• Les composés d'uranium sont activement utilisés dans le domaine de la photographie. Cet élément est utilisé pour colorer les positifs et rehausser les négatifs.
• La principale différence entre l'uranium et les autres éléments chimiques réside dans sa radioactivité naturelle. Les atomes d'uranium ont tendance à changer indépendamment au fil du temps. En même temps, ils émettent des rayons invisibles à l’œil humain. Ces rayons sont divisés en 3 types - rayonnement gamma, bêta et alpha (voir).

; numéro atomique 92, masse atomique 238,029 ; métal. L'uranium naturel est constitué d'un mélange de trois isotopes : 238 U - 99,2739 % avec une demi-vie T ½ = 4,51 10 9 ans, 235 U - 0,7024 % (T ½ = 7,13 10 8 ans) et 234 U - 0,0057 % (T ½ = 2,48·10 5 ans).

Parmi les 11 isotopes radioactifs artificiels dont les nombres de masse varient de 227 à 240, celui à vie longue est le 233 U (T ½ = 1,62·10 5 ans) ; il est obtenu par irradiation neutronique du thorium. L'238 U et le 235 U sont les ancêtres de deux séries radioactives.

Référence historique. L'uranium a été découvert en 1789 par le chimiste allemand M. G. Klaproth et nommé par lui en l'honneur de la planète Uranus, découverte par W. Herschel en 1781. A l'état métallique, l'uranium a été obtenu en 1841 par le chimiste français E. Peligo lors de la réduction d'UCl 4 avec du potassium métallique. Initialement, Uranus s'est vu attribuer une masse atomique de 120, et ce n'est qu'en 1871 que D.I. Mendeleïev est arrivé à la conclusion que cette valeur devait être doublée.

Pendant longtemps, l'uranium n'a intéressé qu'un cercle restreint de chimistes et a trouvé une utilisation limitée dans la production de peintures et de verre. Avec la découverte du phénomène de radioactivité de l'uranium en 1896 et du radium en 1898, débute le traitement industriel des minerais d'uranium afin d'extraire et d'utiliser le radium dans la recherche scientifique et en médecine. Depuis 1942, après la découverte de la fission nucléaire en 1939, l'uranium est devenu le principal combustible nucléaire.

Répartition d'Uranus dans la nature. L'uranium est un élément caractéristique de la couche granitique et de l'enveloppe sédimentaire de la croûte terrestre. La teneur moyenne en uranium dans la croûte terrestre (clarke) est de 2,5 10 -4% en masse, dans les roches ignées acides 3,5 10 -4%, dans les argiles et schistes 3,2 10 -4%, dans les roches basiques 5 ·10 -5% , dans les roches ultrabasiques du manteau 3·10 -7%. L'uranium migre vigoureusement dans les eaux froides et chaudes, neutres et alcalines sous forme d'ions simples et complexes, notamment sous forme de complexes carbonatés. Les réactions redox jouent un rôle important dans la géochimie de l'uranium, car les composés de l'uranium, en règle générale, sont très solubles dans les eaux à environnement oxydant et peu solubles dans les eaux à environnement réducteur (par exemple, le sulfure d'hydrogène).

Environ 100 minéraux d’uranium sont connus ; 12 d’entre eux ont une importance industrielle. Au cours de l'histoire géologique, la teneur en uranium de la croûte terrestre a diminué en raison de la désintégration radioactive ; Ce processus est associé à l'accumulation d'atomes de Pb et d'He dans la croûte terrestre. La désintégration radioactive de l'uranium joue un rôle important dans l'énergie de la croûte terrestre, étant une source importante de chaleur profonde.

Propriétés physiques de l'uranium. L'uranium a une couleur similaire à celle de l'acier et est facile à traiter. Il a trois modifications allotropiques - α, β et γ avec des températures de transformation de phase : α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C ; La forme α a un réseau rhombique (a = 2,8538Å, b = 5,8662Å, c = 4,9557Å), la forme β a un réseau tétragonal (à 720 °C a = 10,759Å, b = 5,656Å), la Forme γ - réseau cubique centré sur le corps (à 850 °C a = 3,538 Å). La densité de l'uranium sous forme α (25 °C) est de 19,05 g/cm 3 ; t pl 1132 °C ; point d'ébullition 3818 °C; conductivité thermique (100-200 °C), 28,05 W/(mK), (200-400 °C) 29,72 W/(mK) ; capacité thermique spécifique (25 °C) 27,67 kJ/(kg K) ; la résistivité électrique spécifique à température ambiante est d'environ 3,10 -7 ohm·cm, à 600 °C de 5,5,10 -7 ohm·cm ; a une supraconductivité à 0,68 K ; faible paramagnétique, susceptibilité magnétique spécifique à température ambiante 1,72·10 -6.

Les propriétés mécaniques de l'Uranium dépendent de sa pureté et des modes de traitement mécanique et thermique. La valeur moyenne du module d'élasticité de l'Uranium coulé est de 20,5·10 -2 Mn/m 2 ; résistance à la traction à température ambiante 372-470 Mn/m2 ; la résistance augmente après durcissement à partir des phases β et γ ; dureté Brinell moyenne 19,6-21,6·10 2 MN/m 2 .

L'irradiation par un flux de neutrons (qui a lieu dans un réacteur nucléaire) modifie les propriétés physiques et mécaniques de l'Uranium : un fluage se développe et la fragilité augmente, une déformation des produits est observée, ce qui oblige à utiliser l'Uranium dans les réacteurs nucléaires sous forme d'uranium divers. alliages.

L'uranium est un élément radioactif. Les noyaux 235 U et 233 U se fissionnent spontanément, ainsi que lors de la capture de neutrons lents (thermiques) et rapides avec une section efficace de fission effective de 508 10 -24 cm 2 (508 grange) et 533 10 -24 cm 2 (533 grange ) respectivement. Fission des noyaux de 238 U en capturant uniquement des neutrons rapides d'une énergie d'au moins 1 MeV ; lors de la capture de neutrons lents, 238 U se transforme en 239 Pu dont les propriétés nucléaires sont proches de 235 U. La masse critique d'Uranium (93,5 % 235 U) dans les solutions aqueuses est inférieure à 1 kg, pour une boule ouverte - environ 50 kg, pour une balle avec réflecteur - 15-23 kg; la masse critique de 233 U représente environ 1/3 de la masse critique de 235 U.

Propriétés chimiques de l'uranium. La configuration de la couche électronique externe de l’atome d’uranium est 7s 2 6d l 5f 3. L'uranium est un métal réactif ; dans les composés, il présente des états d'oxydation de +3, +4, + 5, +6, parfois +2 ; les composés les plus stables sont U (IV) et U (VI). Dans l'air, il s'oxyde lentement avec formation d'un film d'oxyde (IV) à la surface, qui ne protège pas le métal d'une oxydation ultérieure. À l’état de poudre, l’uranium est pyrophorique et brûle avec une flamme vive. Avec l'oxygène, il forme de l'oxyde (IV) UO 2, de l'oxyde (VI) UO 3 et un grand nombre d'oxydes intermédiaires dont le plus important est U 3 O 8. Ces oxydes intermédiaires ont des propriétés similaires à UO 2 et UO 3 . A haute température, UO 2 présente une large plage d'homogénéité allant de UO 1,60 à UO 2,27. Avec le fluor à 500-600°C, il forme du tétrafluorure d'UF 4 (cristaux verts en forme d'aiguilles, légèrement solubles dans l'eau et les acides) et de l'hexafluorure d'UF 6 (une substance cristalline blanche qui se sublime sans fondre à 56,4°C) ; avec du soufre - un certain nombre de composés, parmi lesquels l'US (combustible nucléaire) est le plus important. Lorsque l'uranium interagit avec l'hydrogène à 220 °C, l'hydrure UH 3 est obtenu ; avec de l'azote à des températures de 450 à 700°C et à pression atmosphérique - nitrure d'U 4 N 7 à une pression d'azote plus élevée et à la même température, UN, U 2 N 3 et UN 2 peuvent être obtenus ; avec du carbone à 750-800 °C - monocarbure UC, dicarbure UC 2, ainsi que U 2 C 3 ; avec les métaux, il forme des alliages de divers types. L'uranium réagit lentement avec l'eau bouillante pour former UO 2 nH 2, avec la vapeur d'eau - dans la plage de température de 150 à 250 °C ; soluble dans les acides chlorhydrique et nitrique, légèrement soluble dans l'acide fluorhydrique concentré. U(VI) est caractérisé par la formation de l'ion uranyle UO 2 2+ ; les sels d'uranyle sont de couleur jaune et sont très solubles dans l'eau et les acides minéraux ; Les sels U(IV) sont verts et moins solubles ; l'ion uranyle est extrêmement capable de former des complexes dans des solutions aqueuses avec des substances inorganiques et organiques ; Les plus importants pour la technologie sont les carbonates, les sulfates, les fluorures, les phosphates et autres complexes. On connaît un grand nombre d'uranates (sels de l'acide uranique non isolés sous forme pure) dont la composition varie en fonction des conditions de production ; Tous les uranates ont une faible solubilité dans l'eau.

L'uranium et ses composés sont radioactifs et chimiquement toxiques. La dose maximale admissible (MAD) pour l'exposition professionnelle est de 5 rem par an.

Recevoir Uranus. L'uranium est obtenu à partir de minerais d'uranium contenant 0,05 à 0,5 % d'U. Les minerais ne sont pratiquement pas enrichis, à l'exception d'une méthode de tri radiométrique limitée basée sur le rayonnement γ du radium, qui accompagne toujours l'uranium. Fondamentalement, les minerais sont lessivés avec des solutions d'acides sulfurique, parfois nitrique ou de solutions de soude avec transfert d'uranium dans une solution acide sous forme d'UO 2 SO 4 ou d'anions complexes 4-, et dans une solution de soude - sous forme de 4 -. Pour extraire et concentrer l'uranium des solutions et des pulpes, ainsi que pour le purifier des impuretés, la sorption sur des résines échangeuses d'ions et l'extraction avec des solvants organiques (phosphate de tributyle, acides alkylphosphoriques, amines) sont utilisées. Ensuite, les uranates d'ammonium ou de sodium ou l'hydroxyde de U(OH) 4 sont précipités à partir des solutions par ajout d'alcali. Pour obtenir des composés de haute pureté, des produits techniques sont dissous dans de l'acide nitrique et soumis à des opérations de purification par raffinage dont les produits finaux sont UO 3 ou U 3 O 8 ; ces oxydes sont réduits à 650-800 °C par de l'hydrogène ou de l'ammoniac dissocié en UO 2, suivi de leur conversion en UF 4 par traitement au fluorure d'hydrogène gazeux à 500-600 °C. L'UF 4 peut également être obtenu par précipitation de l'hydrate cristallin UF 4 nH 2 O avec de l'acide fluorhydrique à partir de solutions, suivie d'une déshydratation du produit à 450 °C dans un courant d'hydrogène. Dans l'industrie, la principale méthode d'obtention de l'Uranium à partir de l'UF 4 est sa réduction thermique au calcium ou au magnésium avec libération d'Uranium sous forme de lingots pesant jusqu'à 1,5 tonne. Les lingots sont raffinés dans des fours sous vide.

Un processus très important dans la technologie de l'uranium est l'enrichissement de son isotope 235 U au-dessus du contenu naturel des minerais ou l'isolement de cet isotope sous sa forme pure, puisque 235 U est le principal combustible nucléaire ; Cela se fait par diffusion thermique gazeuse, centrifuge et autres méthodes basées sur la différence de masses de 238 U et 235 U ; dans les procédés de séparation, l'uranium est utilisé sous forme d'hexafluorure volatil UF 6. Lors de l'obtention d'uranium ou d'isotopes hautement enrichis, leurs masses critiques sont prises en compte ; la méthode la plus pratique dans ce cas est la réduction des oxydes d'uranium par du calcium ; les scories de CaO résultantes sont facilement séparées de l'uranium par dissolution dans des acides. Pour obtenir de l'uranium en poudre, de l'oxyde (IV), des carbures, des nitrures et d'autres composés réfractaires, des méthodes de métallurgie des poudres sont utilisées.

Application d'Uranus. L'uranium métal ou ses composés sont principalement utilisés comme combustible nucléaire dans les réacteurs nucléaires. Un mélange naturel ou faiblement enrichi d'isotopes d'uranium est utilisé dans les réacteurs fixes des centrales nucléaires, un produit hautement enrichi est utilisé dans les centrales nucléaires ou dans les réacteurs fonctionnant aux neutrons rapides. 235 U est la source d'énergie nucléaire dans les armes nucléaires. L'238 U sert de source de combustible nucléaire secondaire - le plutonium.

L'uranium dans le corps. On le trouve en microquantités (10 -5 -10 -8%) dans les tissus des plantes, des animaux et des humains. Dans les cendres végétales (avec une teneur en uranium du sol d'environ 10 -4%), leur concentration est de 1,5·10 -5%. Dans la plus grande mesure, l'Uranium est accumulé par certains champignons et algues (ces dernières participent activement à la migration biogénique de l'Uranium le long de la chaîne eau - plantes aquatiques - poissons - humains). L'uranium pénètre dans le corps des animaux et des humains avec de la nourriture et de l'eau dans le tractus gastro-intestinal, avec de l'air dans les voies respiratoires, ainsi que par la peau et les muqueuses. Les composés de l'uranium sont absorbés dans le tractus gastro-intestinal - environ 1 % de la quantité entrante de composés solubles et pas plus de 0,1 % des composés peu solubles ; 50 % et 20 % sont respectivement absorbés dans les poumons. L'uranium est inégalement réparti dans le corps. Le dépôt principal (lieux de dépôt et d'accumulation) est la rate, les reins, le squelette, le foie et, en cas d'inhalation de composés peu solubles, les poumons et les ganglions lymphatiques broncho-pulmonaires. L'uranium (sous forme de carbonates et de complexes avec des protéines) ne circule pas longtemps dans le sang. La teneur en uranium des organes et tissus des animaux et des humains ne dépasse pas 10 -7 g/g. Ainsi, le sang des bovins en contient 1,10 -8 g/ml, le foie 8,10 -8 g/g, les muscles 4,10 -11 g/g, la rate 9,10 8-8 g/g. La teneur en uranium des organes humains est de : dans le foie 6,10 -9 g/g, dans les poumons 6,10 -9 -9,10 -9 g/g, dans la rate 4,7·10 -7 g/g , dans le sang 4-10 -10 g/ml, dans les reins 5,3·10 -9 (couche corticale) et 1,3·10 -8 g/g (couche médullaire), dans les os 1·10 -9 g/g , dans la moelle osseuse 1-10 -8 g/g, dans les cheveux 1,3·10 -7 g/g. L'uranium contenu dans le tissu osseux provoque son irradiation constante (la demi-vie de l'uranium du squelette est d'environ 300 jours). Les concentrations les plus faibles d'uranium se trouvent dans le cerveau et le cœur (10 à 10 g/g). L'apport quotidien d'uranium avec les aliments et les liquides est de 1,9,10 -6 g, avec l'air - 7,10 -9 g. L'excrétion quotidienne d'uranium du corps humain est de : avec l'urine 0,5,10 -7 - 5,10 -. 7 g, avec des selles - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, avec des cheveux - 2·10 -8 g.

Selon la Commission internationale de radioprotection, la teneur moyenne en uranium du corps humain est de 9,10 -5 g. Cette valeur peut varier selon les régions. On pense que l’uranium est nécessaire au fonctionnement normal des animaux et des plantes.

L'effet toxique de l'uranium est déterminé par ses propriétés chimiques et dépend de sa solubilité : l'uranyle et les autres composés solubles de l'uranium sont plus toxiques. L'empoisonnement par l'uranium et ses composés est possible dans les entreprises d'extraction et de traitement des matières premières d'uranium et dans d'autres installations industrielles où il est utilisé dans le processus technologique. Lorsqu'il pénètre dans l'organisme, l'uranium affecte tous les organes et tissus, constituant un poison cellulaire général. Les signes d'intoxication sont causés par des lésions primaires des reins (apparition de protéines et de sucre dans les urines, oligurie ultérieure) ; le foie et le tractus gastro-intestinal sont également touchés. Il existe des intoxications aiguës et chroniques ; ces dernières se caractérisent par un développement progressif et des symptômes moins sévères. En cas d'intoxication chronique, des troubles de l'hématopoïèse, du système nerveux, etc. sont possibles. On pense que le mécanisme d'action moléculaire de l'uranium est associé à sa capacité à supprimer l'activité des enzymes.