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92号元素
2010-08-20 13:00:25 来源:不详 浏览:6483

铀的提炼

最重的天然元素铀已经成为新能源的主角,那么铀又是怎样提炼出来的呢?

在居里夫妇发现镭以后,由于镭具有治疗癌症的特殊功效,镭的需要量不断增加,因此许多国家开始从沥青铀矿中提炼擂,而提炼过镭的含铀矿渣就堆在一边,成了“废料”。

然而,铀核裂变现象发现后,铀变成了最重要的元素之一。这些“废料”也就成了“宝贝”。从此,铀的开采工业大大地发展起来,并迅速地建立起了独立完整的原子能工业体系。

铀是一种带有银白色光泽的金属,比铜稍软,具有很好的延展性,很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。铀的比重很大,与黄金差不多,每立方厘米约重19克,象接力棒那样的一根铀棒,竟有十来公斤重。

铀的化学性质很活泼,易与大多数非金属元素发生反应。块状的金属铀暴露在空气中时,表面被氧化层覆盖而失去光泽。粉末状铀于室温下,在空气中,甚至在水中就会自燃。美国用贫化铀制造的一种高效的燃烧穿甲弹—“贫铀弹”,能烧穿30厘米厚的装甲锕板,“贫铀弹”利用的就是铀极重而又易燃这两种性质。

铀元素在自然界的分布相当广泛,地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5,即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀,这比钨、汞、金、银等元素的含量还高。铀在各种岩石中的含量很不均匀。例如在花岗岩中的含量就要高些,平均每吨含3.5克铀。依此推算,一立方公里的花岗岩就会含有约一万吨铀。海水中铀的浓度相当低,每吨海水平均只含3.3毫克铀,但由于海水总量极大,且从水中提取有其方便之处,所以目前不少国家,特别是那些缺少铀矿资源的国家,正在探索海水提铀的方法。

由于铀的化学性质很活泼,所以自然界不存在游离的金属铀,它总是以化合状态存在着。已知的铀矿物有一百七十多种,但具有工业开采价值的铀矿只有二、三十种,其中最重要的有沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀)、品质铀矿(二氧化铀)、铀石和铀黑等。很多的铀矿物都呈黄色、绿色或黄绿色。有些铀矿物在紫外线下能发出强烈的荧光,我们还记得,正是铀矿物(铀化合物)这种发荧光的特性,才导致了放射性现象的发现。

虽然铀元素的分布相当广,但铀矿床的分布却很有限。国外铀资源主要分布在美国、加拿大、南非、西南非、澳大利亚等国家和地区。据估计,国外已探明的工业储量到1972年已超过一百万吨。随着勘探活动的广泛和深入,铀储量今后肯定还会增加。我国铀矿资源也十分丰富。

铀矿是怎样寻找的呢?铀及其一系列衰变子体的放射性是存在铀的最好标志。人的肉眼虽然看不见放射性,但是借助于专门的仪器却可以方便地把它探测出来。因此,铀矿资源的普查和勘探几乎都利用了铀具有放射性这一特点:若发现某个地区岩石、土壤、水、甚至植物内放射性特别强,就说明那个地区可能有铀矿存在。

铀矿的开采与其它金属矿床的开采并无多大的区别。但由于铀矿石的品位一般很低(约千分之一),而用作核燃料的最终产品的纯度又要求很高(金属铀的纯度要求在99.9%以上,杂质增多,会吸收中子而妨碍链式反应的进行),所以铀的冶炼不象普通金属那样简单,而首先要采用“水冶工艺”,把矿石加工成含铀60~70%的化学浓缩物(重铀酸铵),再作进一步的加工精制。

铀水冶得到的化学浓缩物(重铀酸氨)呈黄色,俗称黄饼子,但它仍含有大量的杂质,不能直接应用,需要作进一步的纯化。为此先用硝酸将重铀酸铵溶解,得到硝酸铀酰溶液。再用溶剂萃取法纯化(一般用磷酸三丁酯作萃取剂),以达到所要求的纯度标准。

纯化后的硝酸铀酰溶液需经加热脱硝,转变成三氧化铀,再还原成二氧化铀。二氧化铀是一种棕黑色粉末,很纯的二氧化铀本身就可以用作反应堆的核燃料。

为制取金属铀,需要先将二氧化铀与无水氟化氢反应,得到四氟化铀;最后用金属钙(或镁)还原四氟化铀,即得到最终产品金

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