Uraniul

Categoria: Referat Chimie

Descriere:
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%...

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 în lant au dus la era tehnologiei nucleare.
   Uraniul este destul de rãspândit în naturã sub forma diferitelor tipuri de minereuri (pehblendã, uraninit etc...).
   In stare naturalã uraniul posedã 3 izotopi (radioactivi) cu urmãtoarea abundentã si timp de înjumãtãtire: 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 în 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 sãruri ale acestuia de puritate nuclearã. Impuritãtile (chiar urme) pot duce la deranjamente grave, din cauza unor sectiuni eficace de capturã mari. Datoritã acestui lucru apare necesitatea utilizãrii unei tehnologii a "substantelor pure".
   Uraniul si sãrurile lui se obtin din prelucrarea minereurilor prin douã tehnologii chimice. Acestea duc la obtinerea unui concentrat chimic. Faza urmãtoare constã din rafinarea sãrurilor si apoi obtinerea pe cale pirometalurgicã a uraniului, a unor combinatii sau aliaje ale sale.
   Minereurile de uraniu care au un continut redus de carbonati sunt atacate cu acid sulfuric. Dupã atac are loc separarea fazelor prin filtrare, iar uraniul este extras din solutia acidã fie cu anumiti solventi organici (amine), fie mai ales cu rãsini schimbãtoare de ioni. Rãsina se elueazã, iar uraniul este precipitat sub forma unui diurant (yellow cake). Unele uzine evitã faza de filtrare, fãcând extractia uraniului cu rãsinã direct din pulpa acidã (resin in pulp=RIP).
   Minereurile de uraniu care contin carbonati nu pot fi prelucrate pe linie acidã din cauza consumului prohibitiv de acid sulfuric. In acest caz, minereul fin mãcinat este supus unui atac alcalin cu solutii de carbonat de sodiu, în reactoare cu barbotare cu aer, de tip pachucas. Aerul joacã de asemenea si rolul de oxidant, cãci numai U VIII trece în solutie sub forma unui complex (uraniltricarbonat). Separarea fazelor se face prin filtrare, iar complexul se distruge cu NaOH când precipitã diuranatul de sodiu (yellow cake). Alte procedee evitã si aici fitrarea, folosind procedeul RIP. Dupã elutie se precipitã un diuranat.
   Pin cele douã procedee rezultã un concentrat chimic care este diuranatul (continutul în uraniu variazã între 40-65%).
   Concentratul este tratat apoi într-o uzinã de rafinare, unde se redizolvã în acid azotic, iar purificarea se face prin extractie cu solventi (TBP). Reextrasul care contine numai uraniu, este apoi prelucrat tinând seama de produsul final dorit. Pentru obtinerea uraniului metalic se poate proceda astfel: solutia apoasã de azotat de uranil se concentreazã si se calcineazã la UO3. Acesta se reduce cu hidrogen (uscat) la UO2. Ultimul se fluorureazã 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 în teci de protectie din aluminiu sau aliaje Al-Mg, otel inoxidabil zircaloy etc. Barele de uraniu astfel proejate sunt livrate reactoarelor nucleare.
   Alteori azotatul de uranil este neutralizat cu amoniac, la diuranat de amoniu, care se calcineazã la UO3+UO2 si se reduce cu hidrogen la UO2. In continuare filiera este aceeasi.
   In prezent se preferã folosirea UO2 în locul uraniului metalic datoritã calitãtilor sale care-l fac sã poatã fi utilizat la temperaturi mari. In acest caz, UO2 este supus procesului de sintetizare.
   Reactoarele moderne folosesc uraniu îmbogãtit în U când se obtin puteri specifice mai mari. Un alt avantaj constã în posibilitatea folosirii apei ca moderator. In acest scop îmbogãtirea în U se realizeazã printr-o serie de procese fizice care folosesc diferentele de masã dintre izotopi, ca: difuzia clasicã, difuzia termicã, centrifugarea, separarea electromagneticã. Uraniul se trece sub forma UF6 (gaz la temperatura de lucru) cãreia i se aplicã procedeele amintite.
   In solutie apoasã uraniul poate avea urmãtoarele valente: III, IV, V si VI. Compusii cei mai stabili sunt cei hexavalenti.
   Uraniul tetravalent existã sub forma ionilor U numai în solutii puternic acide, cãci în alte conditii hidrolizeazã. Acesta formeazã complecsi stabili cu acizii: oxalic, malic, citric. Solutiile în care uraniul este pentavalent, disproportioneazã la uraniu tetravalent si hexavalent.

metodele cele mai des folosite la determinarea uraniului.
   Clorura, sulfatul, fluorura si azotatul de uranil sunt solubile în apã. La aciditãti scãzute, azotatul de uranil (solutie) hidrolizeazã si formeazã 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), în functie de concentratia în HNO3.
   Ionul UO2, în prezenta carbonatilor alcalini, formeazã un complex solubil stabil de forma UO2 (CO3), care poate fi distrus de un acid sau de NaOH (aplicatie în industria de prelucrare a minereului).
   Uranatii se obtin din solutiile acide prin neutralizare cu o bazã.
   Uraniul formeazã 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 rezultã prin calcinarea azotatului, iar UO2 prin reducerea UO3 cu H.
   Peroxidul de uraniu UO4 precipitã dintr-o solutie apoasã a unei sãruri de uraniu cu apa oxigenatã la pH=0,3-3,5.
   Uraniul metalic existã sub forma a trei modificatii: , ß, si . Trecerea de la forma  la ß are loc cu variatie de volum (anizotropie) la 660-680ºC. Acest lucru este un dezavantaj la folosirea lui în reactoarele nucleare si se preferã înlocuirea cu UO2 sinterizat.