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”利用的就是铀较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,但由于海水总量较大,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,其中较重要的有沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀 )、(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。
世界铀资源量**过1500万吨。据WISE资料,截止2003年1月1日,世界已知常规铀可靠资源回收成本小于130美元/kg 铀的资源量为316.92万吨。其中回收成本小于40美元/kg铀资源量约173.05万吨;回收成本小于80美元/kg铀资源量约245.82万吨。世界铀资源量较多的国家有澳大利亚、哈萨克斯坦、美国、加拿大、南非、纳米比亚、俄罗斯、和尼日尔,铀资源量均在10万吨以上。我国铀矿资源也十分丰富。
铀及其一系列衰变子体的放射性是存在铀的较好标志。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),而用作核燃料的较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,即得到较终产品金属铀。如欲制取六氟化铀以进行铀同位素分离,则可用氟气与四氟化铀反应。 至此,能作核燃料使用的金属铀和二氧化铀都生产出来了,只要按要求制成一定尺寸和形状的燃料棒或燃料块(即燃料元件),就可以投入反应堆使用了。但是对于铀处理工艺来说,这还只是一半jsgfjc8788199
废燃料之所以要从反应堆中卸出来,并不是因为里面的裂变物质(铀235)已全部耗尽,而是因为能大量吸收中子的裂变产物积累得太多,致使链式反应 不能正常进行了。所以,废燃料虽“废”,但里面仍有相当可观的裂变物质没有用掉,这是不能丢弃的,必须加以回收。而且在反应堆中,铀238吸收中子,生成钚239。
临界质量是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料,受核子的性质(如裂变横切面)、物理性质、物料形状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响,而会有不同的临界质量。
刚好可能以产生连锁反应的组合,称为已达临界点。比这样更多质量的组合,核反应的速率会以指数增长,称为**临界 。如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应,这种临界被称为即发临界,是**临界的一种。即发临界组合会产生核爆炸。如果组合比临界点小,裂变会随时间减少,称之为次临界。
根据国际原子能机构的定义,丰度为3%的铀235为核电站发电用低浓缩铀,铀235丰度大于80%的铀为高浓缩铀,其中丰度大于90%的称为武器级高浓缩铀,主要用于制造核武器。
在**矿石中铀的三种同位素共生,其中铀235的含量非常低,只有约0.7%。为满足核武器和核动力的需求,一些国家建造了铀浓缩厂,以**铀矿作原料,运用同位素分离法(扩散法、离心法和激光法等)使**铀的三种同位素分离,以提高铀235的丰度,提炼浓缩铀。
铀 - 铀对人体的危害
铀属高毒性元素,进入人体的铀颇难以体内排出,由它发射的阿尔法射线所引起的体内辐照损伤是高度累积性的,易蓄积在谷歌、肝肾部位。其显示的化学毒性与汞相似,会引起肾脏病变、肝炎及神经系统病变。但除非是战事或突发性职业事故,日常生活中经人体摄入多量铀的事故是较为**的。
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