Уран полезное ископаемое для 3 классов

Содержание:

1. История
2. Нахождение в природе
3. Месторождения
4. Получение
5. Физические свойства
6. Химические свойства
7. Применение
8. Физиологические свойства
9. Добыча урана в мире
10. Добыча урана в России
11. Стоимость
12. Источники информации

История

Ещё в древнейшие времена (I век до нашей эры) природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой глазури для керамики. Исследования урана развивались, подобно порождаемой им цепной реакции. Вначале сведения о его свойствах, как и первые импульсы цепной реакции, поступали с большими перерывами, от случая к случаю. Первая важная дата в истории урана — 1789 год, 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 (фр. Eugene-Melchior Péligot (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. Великий химик удвоил это значение. Через 12 лет предвидение Менделеева было подтверждено опытами немецкого химика Циммермана.

Изучение урана началось с 1896 г.: французский химик Антуан Анри Беккерель случайно открыл Лучи Беккереля, которые позже Мария Кюри переименовала в радиоактивность. В это же время французскому химику Анри Муассану удалось разработать способ получения чистого металлического урана. В 1899 г. 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 г., Поль Вийар открыл третий вид излучения — гамма-лучи.

Эрнест Резерфорд провёл в 1907 г. первые опыты по определению возраста минералов при изучении радиоактивных урана и тория [4] на основе созданной им совместно с Фредериком Содди (Soddy, Frederick, 1877—1956; Нобелевская премия по химии, 1921) теории радиоактивности. В 1913 г. Ф. Содди ввёл понятие об изотопах (от др.-греч. ἴσος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место»), а в 1920 г. предсказал, что изотопы можно использовать для определения геологического возраста горных пород. В 1928 г. Ниггот реализовал, а в 1939 г. A. O. К. Нир (Nier, Alfred Otto Carl, 1911 — 1994) создал первые уравнения для расчёта возраста и применил масс-спектрометр для разделения изотопов.

В 1938 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 расчете 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. 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

Уранинитовая руда

Уран широко распространён в природе. Кларк урана 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.

Основная масса урана находится в кислых породах с высоким содержанием кремния. Значительная масса урана сконцентрирована в осадочных породах, особенно обогащённых органикой. В больших количествах как примесь уран присутствует в ториевых и редкоземельных минералах (ортит, сфен CaTiO3[SiO4], монацит (La,Ce)PO4, циркон ZrSiO4, ксенотим YPO4 и др.). Важнейшими урановыми рудами являются настуран (урановая смолка), уранинит и карнотит. Основными минералами — спутниками урана являются молибденит MoS2, галенит PbS, кварц SiO2, кальцит CaCO3, гидромусковит и др.

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

Месторождения

Содержание урана в земной коре составляет 0,0003 %, он встречается в поверхностном слое земли в виде четырех видов отложений. Во-первых, это жилы уранинита, или урановой смолки (диоксид урана UO2), очень богатые ураном, но редко встречающиеся. Им сопутствуют отложения радия, так как радий является прямым продуктом изотопного распада урана. Такие жилы встречаются в Заире, Канаде (Большое Медвежье озеро), Чехии и Франции. Вторым источником урана являются конгломераты ториевой и урановой руды совместно с рудами других важных минералов. Конгломераты обычно содержат достаточные для извлечения количества золота и серебра, а сопутствующими элементами становятся уран и торий. Большие месторождения этих руд находятся в Канаде, ЮАР, России и Австралии. Третьим источником урана являются осадочные породы и песчаники, богатые минералом карнотитом (уранил-ванадат калия), который содержит, кроме урана, значительное количество ванадия и других элементов. Такие руды встречаются в западных штатах США. Железоурановые сланцы и фосфатные руды составляют четвертый источник отложений. Богатые отложения обнаружены в глинистых сланцах Швеции. Некоторые фосфатные руды Марокко и США содержат значительные количества урана, а фосфатные залежи в Анголе и Центральноафриканской Республике еще более богаты ураном. Большинство лигнитов и некоторые угли обычно содержат примеси урана. Богатые ураном отложения лигнитов обнаружены в Северной и Южной Дакоте (США) и битумных углях Испании и Чехии.

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.

В период «холодной войны» между СССР и Америкой, сопровождавшихся также гонкой вооружений, венцом оружия массового поражения у обеих сторон стали атомные бомбы. Их беспрецедентная мощь, а также известные всем со школы пять поражающих факторов. стали возможны благодаря заложенному в бомбы химическому элементу Урану (U). Однако, как оказалось, в наше время у этого радиоактивного элемента имеется и множество других применений. А так как в чистом виде уран не встречается, поговорим с вами о его добыче из урановых руд.

Различия по насыщенности

Урановая руда – это полезные ископаемые, или же минералы, которые содержат частицы урана в количестве, достаточном для экономически выгодной их обработки. Другими словами, чем больше доля этого тяжелого метала в единице руды, тем дешевле обойдется его добыча. В плане насыщенности ураном, руды бывают забалансовыми, убогими, рядовыми, богатыми и супербогатыми. И если в худшем случае концентрация может еле достигать 0,03 от одного процента породы, то в лучшем случае концентрация равна трети процента.

Виды урановых руд

У данных руд достаточно широкая классификация. Кроме вышеописанных различий по насыщенности, также существуют различия по виду химических соединений, содержащих уран, по параметрам зернистости, а также по условиям образования.

Итак, согласно химической классификации, можно распознать железо-окисную, карбонатную, каустобиолиевую, силикатную и сульфидную руды. От данных видов руды будет зависеть также и способ переработки. Карбонатные руды обрабатываются с помощью содового раствора, железо-окисные – томятся в доменных печах, а на силикатные воздействуют кислотами.

Зернистость руды влияет на дальнейший способ обогащения. Руда урана может иметь зерна длиной в поперечнике от 0,015мм (такая зовется дисперсной) и вплоть до 25мм, и выше (крупнозернистая).

Ну а согласно условий образования, все руды делятся на три типа: метаморфогенные, экзогенные и эндогенные. Первые получаются из-за смещений урановых руд с изначальных позиций. Вторые образуются непосредственно на земной поверхности благодаря движению подземных вод и аккумуляции осадков. А третьи – появляются, благодаря пегматитовым расплавам при высоких температурах и влажности. Типы образования урановых руд частично также влияют на методы их добывания, о которых расскажем ниже.

Способы добывания урана

Дабы извлечь на свет Божий вещества, содержащие один и самых тяжелых металлов, существует три классических способа: открытый, подземный и выщелачивание.

Открытый тип добытчики используют в случаях, когда месторождение залегает не слишком глубоко, до 50 метров. Здесь на помощь приходят тяжелые машины, вроде самосвалов, бульдозеров и погрузчиков, в результате совместной работы которых появляется огромный котлован. Минусами данного способа являются более низкое качество добываемых ископаемых, а также нанесение урона по экологии местности.

Подземный тип, не мудрствуя лукаво, заключается в пробивании шахты (иногда на глубину до двух километров), с последующим извлечением руды из подземных недр. Более затратный способ, в сравнении с первым. Ведь нужно еще обеспечить существование на таких глубинах шахтерам, организовать систему подачи кислорода, отвод токсичного газа, радона, и так далее. Но руда, добываемая здесь, является рудой более высокого сорта.

Самый экологичный и самый эффективный способ – выщелачивание. В месторождение урана, пробурив предварительно скважину, подводят по трубам щелочь. Вступив в реакцию с нашим «радиоактивным сокровищем», получаем выщелоченный уран. Получившееся новое соединение насосами выкачивается наверх. Недостатком же этого метода является то, что его можно использовать только на породах песчаника и только в том случае, если цель добычи находится ниже уровня подземных вод.

В работе с ураном следует соблюдать все необходимые меры безопасности, включая ношение костюмов радиоактивной защиты. Ведь даже в маленьком количестве этот элемент является токсичным и радиоактивным.

Добыча урана в мире

Мировое лидерство по добыче урана удерживает сейчас Австралия со своим месторождением Олимпик Дам, приносящим до трех тысяч тонн металла в год. В Австралии сосредоточена треть мировых ресурсов по добыче урана.

Далее – Казахстан, практически с 12% от общемировой добычи. Известнейшие локации по добыче: Корсан, Ирколь, Буденовское.

И почетная бронза достается стране с двумя орлами на гербе. В России сосредоточено около десятой части уранового потенциала Земли. Что касается мест добычи, в основном, данные мероприятия происходят в Респулике Бурятия, в Читинской области, а также на Ямале. Известные российские источники добычи урана: Дыбрынское, Источное, Количканское, Кореткондинское и Намарусское месторождения.

Применение урана

Применять же такой, казалось бы, опасный химический элемент, можно далеко не только в военном ремесле. Бурый, желтый, зеленый, и черный пигменты для обычных художественных красок изготавливаются на урановой основе. Художникам, для создания отличных картинок, данный элемент весьма полезен. Также уран применяется при создании фотографий, слегка добавляют его при создании цветных стекол. Ну и, конечно же, ядерный двигатель, ядерный реактор. Ведь энергия, которую дает этот элемент, заключается не только в мощности ядерных бомб, но и в атомных электростанциях, способных обеспечивать питанием целые города.