ウラン処理、様々な製品で使用するための鉱石の準備。
ウラン（U）は非常に密度が高い（1立方センチメートルあたり19.1グラム）が、比較的弱く、耐火性のない金属です。実際、ウランの金属特性は、銀や他の真の金属の特性と非金属元素の特性の中間にあるように見えるため、構造的用途では評価されません。ウランの主な価値は、その同位体の放射性と核分裂性にあります。自然界では、金属のほぼすべて（99.27％）がウラン238で構成されています。残りはウラン235（0.72パーセント）とウラン234（0.006パーセント）で構成されています。これらの天然に存在する同位体のうち、中性子照射によって直接分裂できるのはウラン235だけです。しかし、中性子を吸収するとウラン238はウラン239を形成し、この後者の同位体は最終的にプルトニウム239に崩壊します。これは、原子力と核兵器で非常に重要な核分裂性物質です。別の核分裂性同位元素であるウラン233は、トリウム232の中性子照射によって形成されます。
室温でも、微細に分割されたウラン金属は酸素や窒素と反応します。より高い温度でそれは多種多様な合金金属と反応して金属間化合物を形成します。他の金属との固溶体形成は、ウラン原子によって形成された特異な結晶構造のために、ごくまれにしか発生しません。室温とその融点が1,132°C（2,070°F）の間にある金属ウランは、アルファ（α）、ベータ（β）、およびガンマ（γ）相と呼ばれる3つの結晶形で存在します。アルファ相からベータ相への変換は、668°C（1,234°F）で、ベータ相からガンマ相への変換は、775°C（1,427°F）で発生します。ガンマウランは体心立方（bcc）結晶構造を持ち、ベータウランは正方晶構造を持っています。ただし、アルファ相は、非常に非対称な斜方晶構造の波状の原子シートで構成されています。この異方的な、または歪んだ構造は、合金化金属の原子がウラン原子の代わりになること、または結晶格子内のウラン原子間の空間を占めることを困難にする。モリブデンとニオブのみがウランと固溶体合金を形成することが観察されています。
歴史
ドイツの化学者、マーティンハインリッヒクラプロスは、1789年にピッチブレンデのサンプルからウラン元素を発見したとされています。クラプロスは、1781年に発見された天王星にちなんで新しい元素を命名しました。しかし、1841年になって初めて、フランスの化学者であるウジェーヌメルキオールペリゴットは、クラプロスによって得られた黒い金属物質が実際には複合二酸化ウランであることを示しました。ペリゴットは、四塩化ウランをカリウム金属で還元して実際のウラン金属を調製しました。
核分裂の発見と解明に先立って、ウランのいくつかの実用的な用途（およびこれらは非常に小さかった）は、セラミックの着色および特定の特殊な用途における触媒として使用されていました。今日、ウランは軍用および商業用の両方の核用途に高く評価されており、低品位の鉱石でさえ大きな経済的価値があります。金属ウランは、アメリカの化学者FHスペディングとその同僚によって1942年にアイオワ州立大学エイムズで開発されたエイムズプロセスによって日常的に生産されています。このプロセスでは、金属は四フッ化ウランからマグネシウムによる熱還元によって得られます。
鉱石
地球の地殻には、100万分の2のウランが含まれており、自然界の幅広い分布を反映しています。海洋には、4.5×10 9トンの元素が含まれていると推定されています。ウランは、150以上の異なる鉱物の重要な成分として、また別の50の鉱物の微量成分として存在します。マグマ熱水脈とペグマタイトに見られる主要なウラン鉱物には、ウラニナイトとピッチブレンデ（後者はさまざまなウラニナイト）が含まれます。これらの2つの鉱石のウランは、二酸化ウランの形で発生します。これは、酸化により、UO 2からUO 2.67まで正確な化学組成が異なる可能性があります。経済的に重要な他のウラン鉱石は、水和リン酸カルシウムウラニルカルシウムであるautuniteです。トバナイト、水和リン酸銅ウラニル; coffinite、黒色の水和ケイ酸ウラン; カルノタイト、黄色の水和バナジン酸ウラニルカリウム。
既知の低コストのウラン埋蔵量の90％以上がカナダ、南アフリカ、米国、オーストラリア、ニジェール、ナミビア、ブラジル、アルジェリア、フランスで発生すると推定されています。これらの埋蔵量の約50〜60％は、カナダのオンタリオ州のヒューロン湖の北にあるエリオット湖の複合岩層と南アフリカのウィットウォータースランド金鉱地帯にあります。アメリカ合衆国西部のコロラド高原とワイオミング盆地の砂岩層にも、大量のウランが含まれています。
採掘と集中
ウラン鉱石は、地表近くで非常に深い堆積物中に発生します（たとえば、300から1,200メートル、または1,000から4,000フィート）。深い鉱石は時々30メートルもの厚さの継ぎ目に発生します。他の金属の鉱石と同様に、表面のウラン鉱石は大型の土木機械で容易に採掘されますが、深い鉱床は従来の垂直シャフト法とドリフト法で採掘されます。
ウラン鉱石は通常、少量のウラン含有鉱物しか含んでおらず、これらは直接乾式冶金法による精錬には適していません。代わりに、湿式冶金手順を使用して、ウラン値を抽出および精製する必要があります。物理的濃縮は湿式冶金処理回路への負荷を大幅に削減しますが、鉱物処理で通常使用される従来の選鉱方法（重力、浮選、静電気、さらには手選別など）は、一般的にウラン鉱石には適用できません。いくつかの例外を除いて、濃縮方法は尾鉱へのウランの過剰な損失をもたらします。
