การแปรรูปยูเรเนียมการเตรียมแร่เพื่อใช้ในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ
ยูเรเนียม (U) ถึงแม้ว่าจะมีความหนาแน่นสูงมาก (19.1 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร) แต่ก็เป็นโลหะที่ค่อนข้างอ่อนแอ อันที่จริงคุณสมบัติของโลหะของยูเรเนียมจะอยู่ตรงกลางระหว่างโลหะเงินกับโลหะจริงอื่น ๆ และของธาตุที่ไม่ใช่โลหะดังนั้นจึงไม่คุ้มค่าสำหรับการใช้งานโครงสร้าง มูลค่าหลักของยูเรเนียมอยู่ในคุณสมบัติของกัมมันตภาพรังสีและฟิชชันได้ของไอโซโทป ตามธรรมชาติแล้วโลหะเกือบทั้งหมด (99.27 เปอร์เซ็นต์) ประกอบด้วยยูเรเนียม -238 ส่วนที่เหลือประกอบด้วยยูเรเนียม -235 (0.72 เปอร์เซ็นต์) และยูเรเนียม -234 (0.006 เปอร์เซ็นต์) ไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเหล่านี้มีเพียงยูเรเนียม -235 เท่านั้นที่สามารถฟิชชั่นได้โดยตรงโดยการฉายรังสีนิวตรอน อย่างไรก็ตามยูเรเนียม -238 เมื่อดูดซับนิวตรอนก่อตัวเป็นยูเรเนียม -239 และไอโซโทปหลังนี้สลายตัวไปเป็นพลูโทเนียม -239 ซึ่งเป็นวัสดุฟิสไซล์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในพลังงานนิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์ ไอโซโทปฟิชไซล์อีกอันหนึ่งยูเรเนียม -233 สามารถเกิดขึ้นได้จากการฉายรังสีนิวตรอนของทอเรียม -232
แม้ที่อุณหภูมิห้องโลหะยูเรเนียมที่แบ่งออกเป็นสัดส่วนจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและไนโตรเจน ที่อุณหภูมิสูงกว่าจะทำปฏิกิริยากับโลหะผสมหลากหลายรูปแบบเพื่อสร้างสารประกอบระหว่างโลหะ การก่อตัวของของแข็งกับโลหะอื่น ๆ เกิดขึ้นน้อยมากเนื่องจากโครงสร้างผลึกที่เป็นเอกเทศเกิดขึ้นจากอะตอมยูเรเนียม ระหว่างอุณหภูมิห้องและจุดหลอมเหลว 1,132 ° C (2,070 ° F) โลหะยูเรเนียมมีอยู่ในสามรูปแบบผลึกที่เรียกว่าอัลฟา (α), เบต้า (β) และแกมมา (γ) เฟส การเปลี่ยนรูปจากอัลฟ่าเป็นเฟสเบต้าเกิดขึ้นที่ 668 ° C (1,234 ° F) และจากเบต้าเป็นเฟสแกมมาที่ 775 ° C (1,427 ° F) แกมมายูเรเนียมมีโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ (bcc) เป็นศูนย์กลางในขณะที่ยูเรเนียมเบต้ามีโครงสร้างเป็นรูปสามเหลี่ยม อย่างไรก็ตามอัลฟาเฟสประกอบด้วยแผ่นลูกฟูกของอะตอมในโครงสร้าง orthorhombic อสมมาตรสูง โครงสร้างแบบแอนไอโซโทรปิกหรือบิดเบี้ยวนี้ทำให้อะตอมของโลหะผสมเจือปนแทนอะตอมของยูเรเนียมหรือใช้ช่องว่างระหว่างอะตอมของยูเรเนียมในตาข่ายคริสตัล โมลิบดีนัมและไนโอเบียมเท่านั้นที่ถูกพบเพื่อสร้างโลหะผสมของแข็งกับยูเรเนียม
ประวัติศาสตร์
นักเคมีชาวเยอรมัน Martin Heinrich Klaproth ได้รับเครดิตด้วยการค้นพบธาตุยูเรเนียมในปี ค.ศ. 1789 ในตัวอย่างของพิชเบลนด์ Klaproth ตั้งชื่อองค์ประกอบใหม่หลังจากดาวเคราะห์ยูเรนัสซึ่งถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1781 มันไม่ได้เกิดขึ้นจนกระทั่งปี 1841 อย่างไรก็ตามนักเคมีชาวฝรั่งเศสEugène-Melchior Péligotแสดงให้เห็นว่าสารโลหะสีดำที่ได้จาก Klaproth เป็นสารประกอบยูเรเนียมออกไซด์จริงๆ Péligotเตรียมโลหะยูเรเนียมจริงโดยการลดยูเรเนียมเตตระคลอไรด์ด้วยโลหะโพแทสเซียม
ก่อนที่จะมีการค้นพบและชี้แจงเกี่ยวกับการแตกตัวของนิวเคลียสการใช้ยูเรเนียมในเชิงปฏิบัติน้อยมาก (และมีน้อยมาก) นั้นอยู่ในสีเซรามิกและเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการใช้งานเฉพาะด้าน ปัจจุบันยูเรเนียมมีมูลค่าสูงสำหรับการใช้งานทางนิวเคลียร์ทั้งทางทหารและเชิงพาณิชย์และแม้กระทั่งแร่เกรดต่ำที่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจที่ดี โลหะยูเรเนียมมีการผลิตอย่างสม่ำเสมอโดยใช้กระบวนการอาเมสซึ่งพัฒนาโดยนักเคมีชาวอเมริกัน FH Spedding และเพื่อนร่วมงานของเขาในปี 2485 ที่ Iowa State University, Ames ในกระบวนการนี้โลหะที่ได้จากยูเรเนียมเตตระฟลูออไรด์โดยการลดความร้อนด้วยแมกนีเซียม
แร่
เปลือกโลกมียูเรเนียมประมาณสองส่วนต่อล้านยูเรเนียมสะท้อนการกระจายตัวที่กว้างขวางในธรรมชาติ มหาสมุทรคาดว่าจะมีองค์ประกอบ 4.5 × 10 9ตัน ยูเรเนียมเป็นองค์ประกอบสำคัญในแร่ธาตุต่าง ๆ มากกว่า 150 ชนิดและเป็นส่วนประกอบย่อยของแร่ธาตุอีก 50 ชนิด แร่ธาตุยูเรเนียมปฐมภูมิที่พบในเส้นเลือด Magmatic hydrothermal และใน pegmatites นั้น ได้แก่ uraninite และ pitchblende (ซึ่งเป็น uraninite หลากหลายชนิด) ยูเรเนียมในทั้งสองแร่เกิดขึ้นในรูปแบบของยูเรเนียมออกไซด์ซึ่ง-เนื่องจากการเกิดออกซิเดชันสามารถแตกต่างกันในองค์ประกอบทางเคมีที่แน่นอนจาก UO 2เพื่อ UO 2.67 สินแร่ยูเรเนียมที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจอื่น ๆ ได้แก่ ออโตไนต์ซึ่งเป็นยูเรเนียมฟอสเฟตแคลเซียมไฮเดรต; tobernite, uranyl ฟอสเฟตทองแดงไฮเดรท; คอฟฟินิทยูเรเนียมซิลิเกตดำ และคาร์โนไทต์ซึ่งเป็นโพแทสเซียมยูเรนัลวานาเตะของโพแทสเซียมไฮเดรตสีเหลือง
มีการประมาณการว่ากว่า 90 เปอร์เซ็นต์ของปริมาณสำรองยูเรเนียมที่รู้จักกันดีเกิดขึ้นในแคนาดาแอฟริกาใต้สหรัฐอเมริกาออสเตรเลียไนเจอร์นามิเบียบราซิลแอลจีเรียและฝรั่งเศส ประมาณ 50 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ของเงินสำรองเหล่านี้อยู่ในรูปแบบก้อนหินของ Elliot Lake ซึ่งตั้งอยู่ทางตอนเหนือของ Lake Huron ใน Ontario, Can. และใน Witwatersrand goldfields ของแอฟริกาใต้ การก่อตัวของหินทรายในที่ราบสูงโคโลราโดและไวโอมิงแอฟทางตะวันตกของสหรัฐอเมริกายังมีแร่ยูเรเนียมที่สำคัญ
การขุดและการตั้งสมาธิ
แร่ยูเรเนียมเกิดขึ้นในตะกอนที่อยู่ใกล้ผิวและลึกมาก (เช่น 300 ถึง 1,200 เมตรหรือ 1,000 ถึง 4,000 ฟุต) บางครั้งแร่ลึกก็เกิดขึ้นในตะเข็บที่หนาถึง 30 เมตร เช่นเดียวกับกรณีของแร่โลหะอื่น ๆ แร่ยูเรเนียมผิวสัมผัสถูกขุดขึ้นมาพร้อมกับอุปกรณ์เคลื่อนย้ายดินขนาดใหญ่ในขณะที่มีการขุดลึกลงไปโดยวิธีการแนวดิ่งและการดริฟท์แบบดั้งเดิม
โดยทั่วไปแล้วแร่ยูเรเนียมจะมีแร่แบริ่งยูเรเนียมที่มีปริมาณเพียงเล็กน้อยเท่านั้นและสิ่งเหล่านี้ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีการทาง pyrometallurgical โดยตรง จะต้องใช้กระบวนการทางอุทกศาสตร์แทนในการสกัดและทำให้บริสุทธิ์ค่ายูเรเนียม ความเข้มข้นทางกายภาพจะช่วยลดภาระในวงจรประมวลผล hydrometallurgical อย่างมาก แต่ไม่มีวิธีการ beneficiation ทั่วไปที่ใช้ในการประมวลผลแร่ - เช่นแรงโน้มถ่วงลอยอยู่ในน้ำ electrostatics และแม้กระทั่งการเรียงมือ - โดยทั่วไปจะใช้กับแร่ยูเรเนียม วิธีการตั้งสมาธิทำให้สูญเสียยูเรเนียมไปจนถึงหางแร่มากเกินไป
