铀

铀性质、用途与生产工艺

简介

放射性金属元素。用于核反应的燃料。铀是银白色金属，几乎与钢一样硬，密度高(相对密度约18.95)。在核能量发展之前，它被用作制造黄色玻璃。铀是自然界存在的原子序数最高的元素。1841年E.佩利(1811—1890)离析出金属铀，虽然在此之前铀已在沥青铀矿中被认知。它也藏于云母铀矿、钒钾铀矿和独居石中；主要藏于加拿大、澳大利亚、南非和。天然铀有3种同位素：铀-238(99.283%)、铀-235(0.711%)和铀-234(0.006%)。铀-238的半衰期是4.51×109年，可用于测算岩石的年代，也可用作快中子反应堆的燃料。

在核工业中最重要的同位素是铀-235，它用于*热中子反应堆(thermalreactor)。一些反应堆使用金属燃料，另一些则用二氧化铀(UO2)。其他一些氧化物有U3O8和UO3。易挥发气体六氟化铀(UF6)通过气体的扩散分离各同位素铀。原子序数92，原子量238.0289，熔点1135℃，沸点4134℃。

物理性质

铀是银白色的，有光泽的，重的，轻度放射性的金属。暴露于空气或水中时，其外观会发生氧化而发生变化。它的颜色通过黄铜变暗，从棕色到木炭灰色。粉末，细粉，碎屑或车屑迅速氧化，产生暗淡或平坦的深灰色或棕色。铀几乎与钢一样坚硬，而且比铅致密得多。

铀共有26种同位素。其中三个之所以被认为是稳定的，是因为它们具有如此长的半衰期，并且还没有全部衰减成其他元素，因此仍然存在于地壳中。这三个是铀234，半衰期为2.455×10 +5年，占地球上发现的铀的0.0054％。铀235的半衰期为703.8×10 +6年，占地球铀的0.724％；铀238m的半衰期为4.468×10 +9年，占地球的大部分铀的供应量是自然发现的铀的99.2742％。

发现历史

铀元素是由德国化学家马丁·克拉普罗特发现的。1789年，他在位于柏林的实验室中，把沥青铀矿溶解在硝酸中，再用氢氧化钠中和，成功沉淀出一种黄色化合物（可能是重铀酸钠）。克拉普罗特假设这是一种未知元素的氧化物，并用炭进行加热，得出黑色的粉末。他错误地认为这就是新发现的元素，但其实该粉末才是铀的氧化物。他以威廉·赫歇尔在八年前发现的天王星（Uranus）来命名这种新元素，而天王星本身是以希腊神话中的天神乌拉诺斯命名的。同样地，铀之后的镎（Neptunium）以海王星（Neptune）命名，其后的钚（Plutonium）则以冥王星（Pluto）命名。
1841年，巴黎中央工艺学校（Conservatoire National des Arts et Métiers）分析化学教授尤金-梅尔希奥·皮里哥把四氯化铀和钾一同加热，首次分离出铀金属。19世纪时人们不意识到铀的危险性，因此发展了各种铀的日常应用，其中包括历史流传下来的陶瓷和玻璃上色。
1896年，亨利·贝可勒尔在位于巴黎的实验室中，使用铀元素发现了放射性。贝可勒尔将硫酸铀钾盐（K2UO2(SO4)2）放在底片上，并置于抽屉当中。取出之后，他发觉底片出现了雾状影像。他得出结论，铀会发出一种不可见光或射线，在底片上留下了影像。

应用

天然铀用于制造核电站的燃料；贫铀是剩余的产品。一些合金的氧化速度会更慢，保持银白色，然后呈黄铜色。没有发现气味。铀被用作丰富的浓缩能源。铀在大多数岩石中的浓度为百万分之2-4，在地壳中与锡，钨和钼一样普遍。铀存在于海水中，可以从海洋中回收。
高密度的铀意味着它还可以在游艇龙骨中找到用途，并用作飞机控制面的配重以及辐射屏蔽。众所周知，铀金属会与四氯化碳，氯，氟，硝酸，一氧化氮，硒，硫和水（细分形式）发生危险的反应。遇火分解，会生成铀金属烟雾或氧化物。放射性后代（女儿），th 234，pro 234，t234m（可转移）是通过自然放射性衰变产生的；它们是大多数穿透辐射的来源。这些同位素可以集中在金属熔化，凝结或溶解的情况下，可能会提高观察到的外部剂量率。许多涉及铀的开采，加工和加工的行业也可以将其释放到环境中。惰性铀行业可能会继续将铀释放到环境中。铀加工也会将其释放到环境中。
铀作为核燃料非常重要。可以通过以下反应将U转化为可裂变:: 238U（n，γ）→239U--β--→239Np--β--→239Pu 可以在“育种”反应堆中实现这种核转化，在这种反应堆中，与维持链式反应所用的可裂变材料相比，可能生产出更多的新可裂变材料。235U具有更大的重要性，因为它是铀利用的关键。235U在天然铀中的发生率仅为0.72％，在中子缓慢的情况下易裂变，因此可以在由天然铀和合适的慢化剂（如重铀）构成的反应堆中发生自持裂变链反应单独使用水或石墨。235如果需要，U可以通过气体扩散和其他物理过程进行浓缩，并直接用作核燃料而不是天然铀，或用作炸药。

来源

铀是地球上第44最丰富的元素。它主要存在于斜面理论中，但也可以从矿石中提取，例如铀铀矿（UO2），卡诺特石[K 2（UO22 VO 4 ]，钙铁矿[Ca（UO 2）2（PO 4）2 ]。磷矿石[Ca 3（PO 4）2 ]和独居石。这些矿石在非洲，法国，澳大利亚和加拿大以及美国的科罗拉多州和新墨西哥州发现。
在意大利那不勒斯附近发现了黄色玻璃，其中氧化铀含量超过1％，可追溯到公元79年。克拉普罗夫斯（Klaproth）识别了沥青闪石中的一种未知元素，并于1789年尝试分离出这种金属。显然，这种金属最早是在1841年由佩利格（Peligot）分离的，后者用钾还原了无水氯化物。铀并不像以前那样稀有。现在人们认为它比汞，锑，银或镉更丰富，其含量与钼或砷一样多。它存在于多种矿物中，例如沥青闪石，铀尿石，卡诺特石，金铁矿，铀酰芬太尼，钠铁矿和辉石。它也存在于磷酸盐岩，褐煤，独居石砂中，可以从这些来源进行商业回收。铀矿的大矿床分布在犹他州，科罗拉多州，新墨西哥州，加拿大和其他地方。铀可通过用碱金属或碱土金属还原卤化铀或在高温下用钙，铝或碳还原铀氧化物制成。也可以通过电解溶解在CaCl2和NaCl的熔融混合物中的KUF5或UF4来生产金属。高纯度铀可以通过在热丝上热分解卤化铀来制备。

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