Uraniu

Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Uraniu (dezambiguizare) .

Uraniu
nouăzeci și doi U                                                                                                                                                                                                                                               protactiniu ← uraniu → neptuniu
Aspect
Metal alb-argintiu (imaginea prezintă uraniu foarte îmbogățit )
Linia spectrală
Generalitate
Numele, simbolul, numărul atomic	uraniu, U, 92
Serie	actinide
Grup , punct , bloc	-, 7 , f
Densitate	19 050 kg / m³
Configurare electronică
Termen spectroscopic	5 L sau 6
Proprietăți atomice
Greutate atomica	238.0289 u
Raza atomică (calc.)	156 pm
Raza covalentă	196 ± 19:00
Raza Van der Waals	Ora 186
Configurare electronică	[ Rn ] 5f 3 6d 1 7s 2
și - după nivelul de energie	2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
Stări de oxidare	5 (slab de bază )
Structură cristalină	ortorombic
Proprietăți fizice
Stare a materiei	solid ( paramagnetic )
Punct de fuziune	1 405 K (1 132 ° C )
Punct de fierbere	4 404 K (4 131 ° C)
Volumul molar	1,249 × 10 −5 m³ / mol
Entalpia vaporizării	417,1 kJ / mol
Căldura de fuziune	9,14 kJ / mol
Viteza sunetului	3 155 m / s la 293,15 K.
Alte proprietăți
numar CAS	7440-61-1
Electronegativitate	1,38 ( scară Pauling )
Căldura specifică	120 J / (kg K)
Conductibilitate electrică	3,8 × 10 6 / m Ω
Conductivitate termică	27,6 W / (m * K)
Energia primei ionizări	597,6 kJ / mol
A doua energie de ionizare	1420 kJ / mol
Izotopi mai stabili
iso N / A TD DM DE DP 230 U sintetic 20,8 zile α 228 Th 231 U sintetic 4,28 zile ε 231 Pa 232 U sintetic 68,9 ani α fix 5.414 228 Th 233 U sintetic 159 200 de ani α fix 4.909 197,93 229 Th 234 U 0,005% 245 500 de ani α fix 4.859 197,78 230 mii 235 U 0,72% 7.038 × 10 8 ani α fix 4.679 202,48 231 Th 236 U sintetic 2.342 × 10 7 ani α fix 4.572 201,82 232 Th 237 U sintetic 6,75 zile β 237 Np 238 U 99.275% 4.468 × 10 9 ani α fix 4.270 205,87 234 mii 239 U sintetic 23 minute β 239 Np 240 U sintetic 14,1 ore β 240 Np
iso: izotop NA: abundență în natură TD: timpul de înjumătățire DM: modul de descompunere DE: energia de descompunere în MeV DP: produs de descompunere

Uraniul (din grecescul οὐρανός, uranós , "cer") este elementul chimic cu numărul atomic 92 și simbolul său este U. Este un alb-argintiu , toxice și radioactive din metal ; aparține seriei de actinide și izotopul său ²³⁵ U este utilizat ca combustibil în reactoarele nucleare și în construcția armelor nucleare .

Urme de uraniu sunt prezente peste tot: în roci , sol , apă și chiar în organismele vii .

Caracteristici

Pur, arată ca un metal alb-argintiu , slab radioactiv și puțin mai moale din oțel . Este maleabil , ductil și slab paramagnetic .

Este un metal foarte dens (cu 65% mai dens decât plumbul ). Fin divizat, reacționează cu apa la temperatura camerei ; expus aerului , acoperă suprafața cu un strat de oxid propriu de U (IV), UO ₂ , ușor oxidabil până la cea mai comună și mai stabilă formă de oxid mixt de U (IV) și U (VI) de triuraniu octaxid U ₃ O ₈ , ușor disponibil în natură. Forma oxidată a U (VI), UO ₃ , este, de asemenea, ușor redusă la temperatură ridicată la U ₃ O ₈ . Forma metalică este piroforică, adică arde în aer la o temperatură ridicată, ridicând în continuare temperatura până la câteva mii de ° C și formând micro și nanoparticule ale oxizilor săi.

Uraniul metalic apare în trei forme alotrope :

• α - ortorombic , stabil până la 667,7 ° C;
• β - tetragonal , stabil la temperaturi cuprinse între 667,7 și 774,8 ° C;
• γ - cubic centrat pe corp , stabil la temperaturi cuprinse între 774,8 ° C și punctul de topire, este cel mai ductil și maleabil dintre cele trei.

Izotopul ²³⁵ U , progenitor al lanțului natural de dezintegrare radioactivă [4n + 3], este important atât ca combustibil pentru reactoarele nucleare (numite în formă de U), cât și pentru armele nucleare, deoarece este singurul izotop fisil existent în natură în cantități apreciabile .

²³⁸ U poate fi utilizat și în reactoarele nucleare, unde este transformat în ²³⁹ U prin absorbția neutronilor ( fertilizare ), care se descompune în ²³⁹ Pu , fisibil. Izotopul ²³³ U este, de asemenea, fisibil; deși nu există în natură, este produs prin bombardarea cu neutroni de ²³² Th prin intermediul așa-numitei grefe de uraniu și va constitui probabil combustibilul nuclear al viitorului în reactoarele numite ad (U / Th), având în vedere concentrația de Th în natură în comparație cu cea a U.

Uraniul a fost primul element fisibil descoperit în natură; această proprietate îl face principala materie primă pentru bomba nucleară , adesea denumită în mod necorespunzător „atomică”, și pentru construcția și alimentarea reactoarelor nucleare.

Uraniul este extras din două minerale extrem de profitabile: uraninită (numită și pitchblendă) și carnotită , dar sunt cunoscute cel puțin alte 150 de minerale de uraniu, cu conținut de uraniu de potențială semnificație comercială.

Uraniul este, de asemenea, important pentru datarea radiometrică a fosilelor : uraniul-238, progenitor al lanțului natural de dezintegrare radioactivă [4n + 2], este transmutat prin degradări alfa și beta succesive în ²⁰⁶ Pb (stabil) cu un timp de înjumătățire de 4 510 000 000 de ani.

Izotopi

Uraniul natural este compus dintr-un amestec de trei izotopi , ²³⁴ U, ²³⁵ U și ²³⁸ U, dintre care ²³⁸ U este cel mai abundent (99,3%), în timp ce ²³⁴ U constituie un procent neglijabil din total. Acești trei izotopi sunt radioactivi ; cel cu cel mai lung timp de înjumătățire este ²³⁸ U (cu un timp de înjumătățire de 4.468 × 10 ⁹ ani), urmat de ²³⁵ U ( 7.038 × 10 ⁸ ani) și ²³⁴ U ( 2.455 × 10 ⁵ ani). ²³⁸ U emite în principal particule alfa care se descompun în ²³⁴ Th . La rândul său, acest deceniu beta , continuând lanțul până la atingerea celor ²⁰⁶ Pb , stabil.

În cadrul uraniului natural, activitatea specifică a izotopilor ²³⁴ U și ²³⁸ U, practic aceeași pentru ambii izotopi, poate fi cuantificată în 12,4 kBq / g (1 becquerel - Bq - reprezintă o dezintegrare pe secundă) și se situează în cel mai scăzut interval de risc dintre izotopii radioactivi. În cadrul uraniului natural, activitatea specifică care trebuie atribuită izotopului ²³⁵ U este mult mai mică (0,6 kBq / g), fiind prezentă doar într-o fracțiune mică și având o durată medie de viață de aproximativ același ordin de mărime de ²³⁸ U.

Cu toate acestea, trebuie specificat în mod necesar că riscul indus de radioactivitate depinde în esență de concentrația izotopului de uraniu din mediu (măsurată de exemplu în kBq / cm³) mai degrabă decât de activitatea sa intrinsecă.

Izotopii de uraniu sunt separați pentru a crește concentrația de ²³⁵ U față de ²³⁸ U; acest proces se numește îmbogățirea uraniului . Uraniul este considerat „îmbogățit” atunci când fracțiunea de ²³⁵ U este considerabil mai mare decât nivelul natural (aproximativ 0,7204%), de obicei la valori cuprinse între 3% și 7%. ²³⁵ U este materialul tipic fisionabil pentru reactoarele de fisiune nucleară și este utilizabil pentru producerea de arme nucleare dacă este suficient de pur. ²³⁸ U în reacția de fertilizare cu un neutron se transformă în ²³⁹ Pu, care la rândul său poate fi folosit ca fisibil sau în scopuri de război.

Îmbogățirea uraniului

Același subiect în detaliu: Uraniu îmbogățit .

Uraniu brut

Pentru a obține un material fisil care este potrivit pentru scopuri nucleare, adică care emite o cantitate suficientă de neutroni, este necesar să se mărească concentrația izotopului ²³⁵ U în comparație cu cel mai comun și mai puțin radioactiv ²³⁸ U. Concentrația de ²³⁵ U trebuie trec de la 0, 71% la valori peste 3% pentru reactoarele nucleare cu apă ușoară LWR .

Procesul de concentrare a uraniului este o sarcină extrem de dificilă: nu este posibil să le separați chimic, deoarece sunt doi izotopi ai aceluiași element și singura modalitate este de a exploata diferența de greutate foarte mică (mai puțin de 1,5%).

Pentru a face acest lucru, uraniu metalic este reacționat cu fluor pentru a obține hexafluorura de uraniu (UF _6), un compus solid de culoare albă, care sublimează în gaz faza de mai sus 56,4 ° C.

Acest compus în fază gazoasă este utilizat în cele mai frecvente două procese de îmbogățire, îmbogățirea prin difuzie gazoasă (utilizată în principal în Statele Unite ) și îmbogățirea cu centrifugă cu gaz (utilizată în principal în Europa ). O a treia tehnologie de îmbogățire numită separarea cu laser este în curs de dezvoltare la Departamentul de Energie al SUA și este încă în studiu. O a patra metodă de îmbogățire este cea a separării termice , care este totuși mai puțin eficientă decât tehnologiile actuale și nu mai este utilizată.

După îmbogățire, hexafluorura este descompusă, reobținând uraniu metalic și gaz fluor, după care este oxidat pentru a forma dioxid de uraniu UO ₂ .

Procesul de îmbogățire produce cantități mari de uraniu sărăcit , adică uraniu care nu are cantitatea corespunzătoare de ²³⁵ U. Uraniul este considerat sărăcit atunci când conține valori de ²³⁵ U în general între 0,2% și 0,3%, în funcție de necesitățile economice și de producție.

Pentru a face o idee despre raportul tipic dintre uraniu îmbogățit și uraniu sărăcit, se pot obține maximum 12,5 kg de 3,6% uraniu îmbogățit și 87,5 kg de uraniu din 100 kg de uraniu metalic gata pentru îmbogățire. Sărăcit la 0,3%.

Uraniul sărăcit este în general depozitat ca UF ₆ (care, așa cum am menționat, este un solid cristalin) amalgamat în cilindri de oțel conținând aproximativ 12-13 tone (conform procedurilor standard ale Statelor Unite ).

Aplicații

Uraniul își găsește aplicarea în două forme posibile: uraniu îmbogățit și uraniu sărăcit . Nu este ușor să se facă o distincție clară între aplicațiile civile și militare, deoarece există o permeabilitate între aceste două utilizări. De exemplu, uraniul îmbogățit poate fi folosit ca combustibil în reactoarele nucleare civile, dar și în reactoarele nucleare ale submarinelor și portavioanelor militare cu propulsie nucleară.

Aplicații civile

Centrală nucleară germană

Sticlă colorată cu uraniu

Uraniul este un metal foarte dens și greu. În ciuda radioactivității sale naturale, datorită greutății sale specifice ridicate, este folosit ca material de balast și echilibrarea contraponderelor în avioane , elicoptere și unele barci cu pânze de curse . Uneori este folosit și pentru a construi ecranarea surselor extrem de radioactive (în special în domeniul radiografiei industriale pentru ecranarea razelor gamma ). Plumbul este un material cu caracteristici similare (și este aproape neradioactiv)

În sectorul civil, principala utilizare a uraniului este alimentarea reactoarelor centralelor nucleare , unde se utilizează uraniu îmbogățit cu 3-4% din ²³⁵ U. Tipurile de reactoare cu apă grea, cum ar fi CANDU și PHWR, în general, pot exploatează uraniul natural ca combustibil, deci fără a fi nevoie de îmbogățire prealabilă.

Alte utilizări includ:

• includerea sărurilor de uraniu în ceramică și pahare , pentru a le colora pe cele dintâi și pentru a conferi o fluorescență galbenă sau verde acestora din urmă;
• datarea rocilor magmatice și alte metode de datare geologică, cum ar fi datarea cu uraniu-toriu și uraniu-plumb, prin măsurarea concentrației de ²³⁸ U, a cărui perioadă de înjumătățire este de aproximativ 4,51 miliarde de ani;
• acetat de uranil , UO ₂ (CH ₃ COO) ₂ , este utilizat în chimia analitică; formează o sare insolubilă cu sodiu ;
• azotatul de uraniu este folosit în fotografie ;
• în chimie , uraniul este utilizat ca catalizator în unele reacții;
• îngrășămintele cu fosfat de origine minerală pot conține cantități relativ mari de uraniu, dacă acesta este prezent ca o impuritate în mineralele inițiale;
• uraniul metalic își găsește utilizarea în dispozitive ghidate inerțial și în busole giroscopice .

În toate aceste aplicații (cu excepția utilizării ca combustibil în centralele nucleare) nu este important dacă se utilizează uraniu natural sau uraniu sărăcit. Oricum, Departamentul de Energie al SUA constată ^{[ citat ]} că toate utilizările civile ale uraniului nu au reușit până acum să reducă substanțial stocurile de uraniu sărăcit acumulate în ultimele decenii de centralele nucleare din întreaga lume. O mare parte din uraniul sărăcit este deci deviat către sectorul militar sau este depozitat permanent în depozite subterane.

Aplicații militare

Bombă nucleară

Principala aplicație militară a uraniului este, în forma sa foarte îmbogățită în izotopul ²³⁵ U , în interiorul bombelor atomice sau ca declanșator al bombelor termonucleare . Prima bombă atomică cu ²³⁵ U, Little Boy , a fost realizată în contextul Proiectului Manhattan , în anii celui de- al doilea război mondial și a fost aruncată în august 1945 pe orașul japonez Hiroshima în timpul bombardamentelor atomice din Hiroshima și Nagasaki .

De asemenea, trebuie amintit că o parte din uraniul îmbogățit mediu produs în cele mai avansate națiuni nucleare este folosit ca combustibil pentru reactoarele găzduite în nave de război și submarine, reprezentând efectiv o utilizare indirectă a acestui element în scopuri de război.

Glonț de uraniu sărăcit

Cealaltă aplicație militară importantă a uraniului se bazează pe așa-numitul uraniu sărăcit , sau uraniu în care procentul de ²³⁵ U a fost redus artificial (în medie conține 0,25-0,4% din ²³⁵ U). Uraniul este un metal foarte dens și greu și, din acest motiv, este folosit pentru a face armura tancurilor deosebit de rezistentă și pentru a construi muniție antitanc (în locul tungstenului mai scump și mai puțin eficient). Deoarece producția de uraniu sărăcit este strâns legată de procesul de îmbogățire a uraniului natural, din care este un produs secundar, doar statele capabile să îmbogățească uraniu au cantități semnificative de uraniu sărăcit.

Un alt produs secundar important cu valoare militară a uraniului este ²³⁹ Pu , care este produs de reacțiile nucleare care au loc în fertilizarea ²³⁸ U în același timp cu fisiunea a ²³⁵ U în reactoarele nucleare. Plutoniul (un grad de armament ) este utilizat pentru a construi arme nucleare și / sau ca combustibil în reactoarele nucleare.

fundal

Utilizarea uraniului, sub forma oxidului său, datează din cel puțin 79 î.Hr .; unele artefacte ceramice colorate în galben cu adăugarea a 1% oxid de uraniu găsit în săpăturile din zona Napoli datează din acea perioadă.

Uraniul a fost descoperit în 1789 de către omul de știință bavarez german Martin Heinrich Klaproth , care l-a identificat într-un eșantion de uraninită .

Elementul a fost numit după planeta Uranus , care fusese descoperită cu opt ani înainte de element.

Uraniul a fost izolat ca metal în 1841 de Eugène-Melchior Péligot, iar prima utilizare industrială a uraniului în sticlă datează din 1850 , dezvoltată de Lloyd & Summerfield din Birmingham , Regatul Unit .

Radioactivitatea uraniului a fost observată pentru prima dată de fizicianul francez Henri Becquerel în 1896 .

Căutare și extragere

Același subiect în detaliu: mineritul uraniului .

Principalele țări miniere de uraniu

Explorarea și extragerea mineralelor radioactive a început în Statele Unite la începutul secolului al XX-lea (deși primele extracții în scopuri economice au avut loc în Republica Cehă la sfârșitul secolului al XIX-lea ). Sărurile de radiu , conținute în minereuri de uraniu, au fost căutate pentru utilizarea lor în vopselele fluorescente pentru a fi utilizate pentru fețele ceasului și alte instrumente, precum și pentru aplicații medicale - care s-au dovedit a fi deosebit de nesănătoase în deceniile următoare.

Cererea de uraniu a crescut în timpul celui de-al doilea război mondial , în timpul cursei națiunilor în război pentru a construi bomba atomică. Statele Unite și-au exploatat zăcămintele de uraniu situate în numeroase mine de vanadiu din sud-vest și au achiziționat, de asemenea, uraniu din Congo (pe atunci o colonie belgiană ) și Canada .

Minele din Colorado furnizau în principal amestecuri de minereuri de uraniu și vanadiu ( carnotită ), dar, din cauza secretului aplicat în timpul războiului, numai acesta din urmă a fost listat public ca produs al minelor. Într-un proces desfășurat mulți ani mai târziu, lucrătorilor de la aceste mine li s-au acordat despăgubiri pentru indemnizațiile neplătite care li se cuvin pentru extracția materialului radioactiv.

Minereurile de uraniu din minele americane nu erau la fel de bogate ca cele din Congo Belgian, dar erau încă exploatate într-un efort de a realiza o autosuficiență productivă. Eforturi similare au fost conduse de Uniunea Sovietică , căreia îi lipseau și aprovizionarea cu uraniu la începutul programului său nuclear. Un proces de îmbogățire re pentru uraniu sărăcit este în prezent în curs de desfășurare la unele plante din Europa și Rusia. La aceste plante, un tratament centrifugal al uraniului sărăcit reduce și mai mult concentrația de ²³⁵ U în cea mai mare parte a materialului, producând un procent mic de uraniu cu un conținut „natural” (0,71%) de ²³⁵ U. Uraniul natural astfel obținut poate din nou să fie trimise centralelor nucleare pentru procesul de îmbogățire.

Creșterea, stagnarea și noul boom al exploatării miniere de uraniu - Costuri

Mina de uraniu din Parcul Național Kakadu din Australia

Căutarea uraniului în lume a găsit un mare impuls la începutul Războiului Rece ; Statele Unite , pentru a garanta aprovizionarea adecvată cu uraniu pentru producția de arme, au creat Comisia pentru energie atomică (AEC) în 1946 , însărcinată cu explorarea câmpurilor potențiale în numele statului și cu intervenția asupra prețului de piață al uraniului. AEC, prin stabilirea unui preț ridicat pentru minereurile de uraniu, a contribuit la un adevărat boom la începutul anilor 1950 .

Depozitele au fost descoperite în Utah în 1952 , deși concentrația de uraniu era încă mai mică decât cea observată în eșantioanele din Congo Belgian sau Africa de Sud : la vârful lumii euforia pentru energia nucleară - în anii 1950 - au fost luate în considerare și ele. luarea în considerare a metodelor de extragere a uraniului și toriului din granite și ape marine.

Cererea din partea armatei SUA a început să scadă în anii 1960, iar aprovizionarea cu uraniu a fost finalizată până la sfârșitul anului 1970 ; în același timp, a început să apară piața uraniului pentru utilizări civile, adică pentru construcția centralelor termonucleare.

În Statele Unite, această piață s-a prăbușit în decurs de un deceniu ca urmare a mai multor factori concomitenti, inclusiv criza energetică, opoziția populară și prăbușirea centralei electrice Three Mile Island din 1979 , care au dus la un moratoriu de facto asupra puterii. plante.

Prețul uraniului în următoarele două decenii a continuat să scadă, din cauza unei serii de factori concomitenti. Principalii factori au fost dezastrul de la Cernobîl și criza și dizolvarea Uniunii Sovietice . Explozia centralei de la Cernobîl a avut un impact psihologic puternic în întreaga lume, provocând o reducere sau blocaj total în proiectele de construcție de noi centrale nucleare. În ultimii ani de existență a Uniunii Sovietice, pentru a face față crizei economice în creștere, această țară a scos la vânzare cantități mari de oxid de uraniu, pe o piață deja saturată de investițiile rare provocate de accidentul de la Cernobîl, ajutând la depresie alte preturi.

În a doua jumătate a anilor 1990,tratatele de neproliferare nucleară dintre Rusia și Statele Unite au condus la acordul Megaton vs Megawatt (1995), care a văzut dezmembrarea multor focoase nucleare sovietice și vânzarea oxidului de carbon ca combustibil. de la ei. Creșterea consecventă și în continuare a ofertei a produs o scădere foarte puternică a prețurilor până la sfârșitul secolului.

În ciuda faptului că în multe țări europene - Franța , Germania , Spania , Suedia , Elveția și Regatul Unit - reducerea inițială a planurilor de dezvoltare nucleară civilă a fost ulterior însoțită de o nouă fază de construcție și modernizare a centralelor nucleare, pentru o perioadă lungă de timp. de-a lungul timpului, aprovizionarea cu combustibil nuclear a depășit cu mult cererea.

Din 1981, prețurile pentru oxidul de uraniu U ₃ O ₈ înregistrate de Departamentul Energiei al Statelor Unite au scăzut continuu până în anul 2000 : de la 32,90 dolari / lb de U ₃ O ₈ în 1981 la 12,55 dolari / lb în 1990 mai puțin de 10 dolari / lb în 2000 . Valoarea minimă a prețului uraniului a fost atinsă în 2001 la mai puțin de 7 USD / lb ^[1] .

În ultimii ani (2001-2006) cererea mondială de uraniu a crescut brusc. Cauzele se regăsesc în construcția masivă de noi reactoare nucleare (28 de șantiere inaugurate între 2000 și 2005, dintr-un total de 442 de reactoare existente în 2006; AIEA prevede alte 168 de noi site-uri de reactoare până în 2020) și, de asemenea, în creșterea cererii de energie a țărilor care utilizează energie nucleară (în special din China , India , Coreea de Sud , Rusia , Japonia și Statele Unite ), care în ultimii ani a depășit oferta. ^{[ necesită citare ]} Pentru a satisface cererea în creștere, multe țări consumatoare și producătoare au început să afecteze așa-numitele surse secundare de uraniu , adică stocurile acumulate în depozite în deceniile anterioare.

Ca urmare, prețul uraniului pe piața mondială a suferit o creștere accentuată, de la 7 $ / lb în 2001 la un vârf de 135 $ / lb în 2007. În 2001, prețul uraniului a reprezentat 5-7% din costurile totale legate de generarea de energie nucleară ^[2] . Conform datelor WNA , în ianuarie 2010, cu uraniu la 115 $ / kg și având în vedere că este exploatat de reactoarele aflate în funcțiune în prezent, acest lucru afectează aproximativ 40% din costul combustibilului, care afectează aproximativ 0,71 c $ din costul de producție. fiecare kWh . ^[3]

Riscuri asociate extracției

Întrucât uraniul emite radon , un gaz radioactiv, precum și alte produse de dezintegrare la fel de radioactive, exploatarea uraniului prezintă pericole suplimentare care se adaugă celor existente deja în afacerea minerului. Minele de uraniu care nu sunt „deschise” necesită sisteme de ventilație adecvate pentru a dispersa radonul.

În anii 1950, mulți dintre minerii americani angajați în minele de uraniu erau nativi Navajos , deoarece multe dintre mine erau situate în rezervele lor. Pe termen lung, mulți dintre ei au dezvoltat forme de cancer pulmonar. Unii dintre ei și descendenții lor au fost beneficiarii unei legi care a recunoscut prejudiciul adus lor în 1990 .

Tuballoy și Oralloy

În timpul lucrării Proiectului Manhattan , cerințele de secretizare au condus la adoptarea denumirilor tuballoy și oralloy pentru a se referi la uraniu natural și uraniu îmbogățit. Aceste nume sunt folosite și astăzi ocazional.

Compuși

Yellowcake

Tetrafluorura de uraniu (UF ₄ ) este cunoscută sub numele de „sare verde” și este un produs intermediar în producția de hexafluorură de uraniu .

Concentratul de uraniu se numește Yellowcake . Își ia numele de la culoarea și rugozitatea suprafeței materialului produs în timpul primelor operațiuni miniere, deși morile de astăzi, care funcționează la temperaturi ridicate, produc „tort galben” de culori variind de la verde închis la aproape negru.

Yellowcake conține de obicei 70% până la 90% din greutate oxid de uraniu (U ₃ O ₈ ). Există alți oxizi, cum ar fi UO ₂ și UO ₃ ; cel mai stabil dintre toate este U ₃ O ₈ , care este de fapt considerat a fi oxidul mixt UO ₂ · 2UO ₃ .

Diuranatul de amoniu este un produs intermediar în producția de tort galben și are o culoare galben strălucitor. Uneori este confundat cu „tortul galben” în sine, dar de obicei nu este același.

Azotatul de uranil UO ₂ (NO ₃ ) ₂ este o sare de uraniu solubilă și extrem de toxică.

Disponibilitate în natură

L'uranio è un elemento che si rinviene nella crosta terrestre , in basse concentrazioni, praticamente in tutte le rocce, in tutti i terreni e nelle acque. È più abbondante dell' antimonio , del berillio , del cadmio , dell' oro , del mercurio , dell' argento , del tungsteno ; ha circa la stessa abbondanza dell' arsenico e del molibdeno .

Si trova come elemento costitutivo principale in alcuni minerali ^[4] , come l' uraninite (o pechblenda , il minerale di uranio più comune), l' autunite , la carnotite , l' uranofano , la torbernite e la coffinite . Si possono riscontrare concentrazioni di uranio significative anche in alcuni giacimenti come i depositi di rocce fosfatiche, sabbie ricche in monazite in cui l'uranio è presente come vicariante del fosforo (è estratto commercialmente anche da queste fonti). Particolarmente ricche le sabbie delle dune del Niger .

Si ipotizza che la principale fonte del calore che mantiene liquido il nucleo della Terra e il soprastante mantello provenga dal decadimento dell'uranio e dalle sue reazioni nucleari con il torio nel nucleo della Terra , generando così la tettonica a zolle .

I minerali di uranio, affinché l'estrazione mineraria di uranio sia remunerativa, devono contenere una concentrazione minima di ossido di uranio U ₃ O ₈ che va dallo 0,05% al 0,2%.

Produzione e distribuzione

Questa voce o sezione deve essere rivista e aggiornata appena possibile . Sembra infatti che questa voce contenga informazioni superate e/o obsolete. Se puoi, contribuisci ad aggiornarla.

Risorse di uranio nel mondo certe ed ipotizzate ad un prezzo <130$/kg per Stato

Andamento del prezzo dell'uranio da ( EN ) NUEXCO Exchange Value Monthly Spot , su uranium.info (archiviato dall' url originale il 22 luglio 2011) . ( $ / lb U ₃ O ₈ ). Nel 2007 c'è stato un picco.

L'uranio è prodotto industrialmente per riduzione dei suoi alogenuri con metalli alcalini o alcalino-terrosi . Può anche essere prodotto per elettrolisi di K U F ₅ o UF ₄ sciolti in CaCl ₂ o NaCl fuso. L'uranio metallico ad alta purezza è ottenuto per decomposizione termica di alogenuri di uranio su un filamento rovente.

Da 1 kg di ossido di uranio si ricavano circa 840 g di uranio metallico adatto al processo di arricchimento.

Secondo il Red Book della IAEA del 2009, le riserve accertate ed ipotizzate di uranio ad un prezzo di 130 $/kg ammontano a circa 5,4 milioni di tonnellate di uranio. Nel 2009 la produzione di ossido di uranio è stata di 50 572 tonnellate, che corrispondono al 76% della domanda mondiale di combustibile ^[5] , il rimanente 24% è stato fornito da combustibile esausto riprocessato e trasformato in MOX , testate nucleari smantellate, riserve di uranio già estratte.

L'uranio è distribuito sul pianeta in maniera abbastanza uniforme; è presente nella crosta terrestre in concentrazioni minime ovunque, la concentrazione media di uranio nella crosta terrestre è di 2,8 ppm , nel granito è 4-5 ppm e nell' acqua di mare è 3 ppb . Tre soli paesi (l' Australia , il Canada e il Kazakistan ) contengono circa il 52% delle riserve note economicamente estraibili attualmente. Questi tre paesi sono anche i principali produttori di uranio (dati 2009).

L'Australia possiede ampi giacimenti (formati soprattutto da carnotite), che rappresentano circa il 28% delle riserve del pianeta. La sua produzione è aumentata di quasi il 40% negli ultimi 4 anni (7 982 tonnellate di uranio metallico estratte nel 2009), quasi raggiungendo il Canada. Il più grande singolo deposito di uranio del mondo è presso la Olympic Dam Mine nello stato dell' Australia Meridionale , che però non è classificata miniera uranifera, essendo l'uranio un sottoprodotto dell'estrazione mineraria dal sito. In Australia si trovano la seconda e la quinta miniera di uranio per estrazione (rispettivamente la miniera Ranger , che è la maggiore miniera di uranio a cielo aperto del mondo, e la già citata Olympic Dam ). L'Australia ha in progetto di triplicare l'estrazione di uranio dalla Olympic Dam nei prossimi anni.

Il Kazakistan ha aumentato del 55% l'estrazione di uranio negli ultimi 4 anni, passando dal quinto al primo posto nei produttori dal 2002 al 2009 (2 800 tonnellate di uranio metallico estratte nel 2002 a oltre 13 900 tonnellate del 2009 ). Attualmente è in progetto l'apertura di 7 nuove miniere nel sud del paese. Si stima che il territorio del Kazakhstan contenga riserve note di ossido di uranio per 750 000 tonnellate, il 18% del totale, e che altrettante siano ancora da scoprire nel sottosuolo di questo paese.

Il Canada possiede ricchi giacimenti in Saskatchewan (formati soprattutto da pechblenda costituiscono il 12% delle riserve mondiali), dove dalle tre miniere del McArthur River , del Rabbit Lake e del McClean Lake si estrae circa il 28% della produzione mondiale (9 000 tonnellate nel 2008, più o meno costante negli ultimi anni). La miniera del McArthur river è anche la più grande miniera di uranio del mondo. Le altre due miniere sono relativamente recenti e si ritiene che la loro produzione dovrebbe aumentare significativamente nei prossimi anni. Inoltre il Canada dovrebbe aprire due nuove miniere ( Cigar Lake e Midwest ) nel 2007 . Questa sovrapproduzione unita al controllo governativo sulla produzione ha un forte peso nel determinare il prezzo dell'uranio sui mercati internazionali.

Gli altri principali paesi estrattori sono la Russia (10% delle riserve mondiali e 3 564 tonnellate estratte nel 2009), la Namibia (5% riserve e 4 626 tonnellate estratte con la miniera a cielo aperto di Rossing , la quarta del mondo), il Niger (5% riserve e 3 243 tonnellate), l' Uzbekistan (2% riserve e 2429 tonnellate) e gli Stati Uniti (6% riserve e 1453 tonnellate, concentrati negli stati del Wyoming e del Nebraska ).

Giacimenti importanti e poco sfruttati si trovano in Sudafrica (che ha l'8% delle riserve mondiali ed ha appena iniziato a sfruttarle con il sistema del reattore a letto di ciottoli ), in Brasile (5% delle riserve) e in Mongolia (1% delle riserve). I depositi di minerali di uranio scoperti più di recente (2008) si trovano in Canada , India centrale, Nigeria e Zimbabwe , Stati Uniti , mentre è stata alzata la produttività di alcune miniere spagnole.

Esplorazioni e prospezioni per individuare nuovi giacimenti sono in corso in Canada, Sudafrica, Kazakhstan, Mongolia e nella Repubblica Democratica del Congo .
A seguito di un'indagine geochimica condotta negli anni '80 nello Sri Lanka, l' AIEA ha accertato l'esistenza di nove aree di notevole interesse geologico per l'anomala mineralizzazione dell'uranio , sei delle quali si trovano al confine tra il complesso montuoso degli Highland e l' altopiano del Vijayn ^[6] , principalmente formate da migmatiti , gneiss granitico e di biotite ^[7] , con una composizione di anfiboliti e pirosseni nelle rocce di Maha Cya comparabile con quello delle Mary Kathleen, a nord-est delle Queensland australiane ^[8] .

Giacimenti in Italia

Lo stesso argomento in dettaglio: Energia nucleare in Italia § Potenziale produttivo uranifero nazionale .

In Italia, a partire dagli anni cinquanta e poi più assiduamente negli anni sessanta , furono effettuate ricerche di giacimenti sfruttabili di uranio estese a buona parte del territorio nazionale. Il più importante giacimento fu rinvenuto dall' Eni (poi Agip ) nei pressi di Novazza (a circa 40 km a nord est di Bergamo ). Si trattava di un giacimento di dimensioni ridotte e già negli anni sessanta non fu giudicato in grado di coprire il fabbisogno delle centrali allora esistenti.

Precauzioni

Simboli di rischio chimico
pericolo
frasi H	330 - 300 - 373 - 413 [9]
frasi R	R 26/28-33-53
consigli P	405 - 102 - 270 - 309+310 - 273
frasi S	S 1/2-20/21-45-61
Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela
Avvertenze

Radiotossicità (in sievert per giga watt termico all'anno) del combustibile esausto scaricato dai reattori per diversi cicli del combustibile, in funzione del tempo. L'uso di uranio in reattori tradizionali determina i peggiori risultati.

A dosi non letali, la tossicità chimica dell'uranio può comunque produrre danni all'organismo: inalato in genere sotto forma di ossido (altamente solubile), l'uranio si discioglie nei liquidi delle mucose polmonari, ed entra rapidamente nel sangue. Nonostante gran parte dell'uranio assorbito venga espulso con le urine, la parte che non è eliminata si accumula nelle ossa e soprattutto nei reni ; le conseguenze di questo accumulo producono effetti tipici dell'avvelenamento da metalli pesanti: dermatiti, gravi degenerazioni dei reni, necrosi delle arterie.

I danni da radiazione sono permanenti; l'uranio fissato nelle ossa e nei vari organi attraversati irraggia le cellule circostanti, con effetti particolarmente gravi sul midollo osseo. Inoltre le particelle inalate che non finiscono nel sangue possono restare nelle vie respiratorie per lungo tempo.

L'uranio non è assorbito attraverso la pelle ; le particelle alfa che emette non sono in grado di penetrare la pelle, ciò rende l'uranio esterno al corpo molto meno pericoloso di quello inalato o ingerito.

Una persona può esporsi all'uranio sia inalandone le polveri nell'aria che ingerendolo con il cibo e con l'acqua; si calcola che l'assunzione media quotidiana di uranio sia compresa tra 0,7 e 1,1 μg .

Persone che vivono in aree vicine a miniere che ne lavorano i minerali possono essere esposte a livelli di radioattività più elevati per via della produzione di polveri sottili e gas radon che vengono trasportati dai venti nelle zone circostanti.

Per la stessa ragione, senza un'adeguata ventilazione i lavoratori delle miniere sono esposti ad un elevato rischio di contrarre il cancro o altre malattie polmonari estremamente gravi. Anche le acque usate dalle miniere per il trattamento del minerale possono diventare veicolo di contaminazione per le aree vicine. Ricerche condotte nel 2005 dall'Arizona Cancer Center su sollecitazione della Nazione Navajo , in cui sono ubicate alcune miniere di uranio, hanno scoperto capacità mutagene di questo elemento, che è in grado di penetrare nel nucleo cellulare e legarsi chimicamente al DNA , alterandolo e provocando errori nella produzione delle proteine, e portare le cellule in stato precanceroso.

Note

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico , Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1 .
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi , Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall' url originale il 22 ottobre 2010) .
• ( EN ) Kenneth S. Deffeyes e Ian D. MacGregor, World Uranium Resources , in Scientific American , gennaio 1980, p. 66. Argues that the supply of uranium is very large.

Voci correlate

• Uranio arricchito
• Uranio impoverito
• Combustibile nucleare
• Fisica nucleare
• Reattore nucleare a fissione
• Arma nucleare

Altri progetti

• Wikiquote contiene citazioni sull' uranio
• Wikizionario contiene il lemma di dizionario « uranio »
• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file sull' uranio

Collegamenti esterni

• Uranio , su Treccani.it – Enciclopedie on line , Istituto dell'Enciclopedia Italiana .
• ( EN ) Uranio , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• ( EN ) Nuclear Power Reactors in the World, 2012 edition ( PDF ), su www-pub.iaea.org , IAEA.
• ( EN ) Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division: Periodic Table – Uranium , su pearl1.lanl.gov . URL consultato il 13 maggio 2005 (archiviato dall' url originale il 25 marzo 2005) .
• ( EN ) US EPA: Radiation Information for Uranium (some adapted public domain text) , su epa.gov .
• ( EN ) www.uic.com.au , su uic.com.au . URL consultato il 23 novembre 2006 (archiviato dall' url originale il 3 marzo 2008) .
• ( EN ) WISE Uranium Project , su wise-uranium.org .
• ( EN ) Depleted Uranium Human Health Fact Sheet ( PDF ), su ead.anl.gov . URL consultato il 13 maggio 2005 (archiviato dall' url originale il 17 aprile 2005) . da ( EN ) Summary Fact Sheets for Selected Environmental Contaminants to Support Health Risk Analyses ( PDF ), su ead.anl.gov , Argonne National Laboratory Environmental Assessment Division. URL consultato il 13 maggio 2005 (archiviato dall' url originale il 17 aprile 2005) .
• ( EN ) Uranium Human Health Fact Sheet ( PDF ), su ead.anl.gov , Argonne National Laboratory Environmental Assessment Division. URL consultato il 13 maggio 2005 (archiviato dall' url originale il 17 aprile 2005) .
• ( EN ) Uranio , su WebElements.com .
• ( EN ) Uranio , su EnvironmentalChemistry.com .
• ( EN ) It's Elemental – Uranium , su education.jlab.org .
• ( EN ) The US government provides lots of statistics and information relevant to the energy industry at , su eia.doe.gov .
• ( EN ) Nuclear Power and Nuclear Weapons: Making the Connections , su neis.org . URL consultato il 13 maggio 2005 (archiviato dall' url originale il 10 aprile 2009) .
• ( EN ) The Uranium Information Centre also has lots of information on uranium , su uic.com.au . URL consultato il 23 novembre 2006 (archiviato dall' url originale il 13 agosto 2002) .
• ( EN ) World Uranium deposit maps , su antenna.nl . URL consultato il 13 maggio 2005 (archiviato dall' url originale il 9 aprile 2005) .

Portale Chimica

Portale Energia nucleare