Технические газы в производстве урана

Для того чтобы получить в достаточных количествах удивительный металл – уран, позволяющий пользоваться электроэнергией, выработанной в мощных реакторах ядерных электростанций, необходимо применение технических газов. В сложном химико-металлургическом процессе производства урана участвуют аргон, кислород и водород.

История получения урана

Первоначально технические газы, такие как аргон, кислород и водород не применялись в получении или исследованиях урана. Историю открытия урана часто называют запутанной, изобилующей ошибками и загадками. Отправной точкой ее считается 1789 год, когда Мартин Генрих Клапрот, известный в то время химик и натурфилософ, исследовал желтую саксонскую смоляную руду. Этот минерал в то время считался вольфроматом железа, но эксперимент выявил в нем наличие нового незнакомого элемента.

Первооткрыватель назвал его «ураном». Чуть ранее так была названа открытая незадолго до этого планета солнечной системы. Получившееся в результате прокаливания черное вещество с металлическим блеском показалось ему чистым веществом – металлом. Через 50 лет, в 1841 году французскому ученому Эжену Пелиго удалось доказать, что это оксид. После этого ему удалось получить чистый металл, восстановив его из хлорида металлическим калием.

Дальнейшие исследования свойств урана привели к открытию в 1896 году явления радиоактивности. Отто Ган и Фриц Штрассман, немецкие физики, в 1938 году открыли характерную особенность ядра урана. Захватывая свободный нейтрон, оно делится, и, при этом выделяется много энергии. С этого времени внутриатомная энергия стала использоваться как для мирных, так и для военных целей. В 1939—1940 годах Ю. Б. Харитоном и Я. Б. Зельдовичем был открыт способ обогащения урана, позволявший сделать реакцию деления цепной, то есть непрерывной. Увеличившаяся потребность в производстве соединений урана, поддающихся легкому разделению на изотопы, потребовала применения новых технологий. Таких, например, как переработка руд с помощью водорода, аргона и кислорода.

Как сейчас добывают и используют уран?

В ядерной промышленности используются металлический уран и некоторые его соединения. Таких, например, как оксиды урана, гексафторид урана и некоторые сплавы урана. Эти вещества, а именно, содержащийся в них уран, служат ядерным топливом в электростанциях, двигателях крупных морских кораблей и подводных лодок.

Для получения такого топлива обрабатываются достаточно распространенные в природе руды, содержащие уран. Прежде, чем воздействовать на них кислородом, водородом и аргоном, их дробят. Затем выщелачивают с помощью серной кислоты или гидроксида натрия. Так делают, потому, что породы, содержащие уран, разительно отличаются по составу. Выщелачивание чистым кислородом применяют в случае, если в урановом концентрате присутствуют сульфиды. Смесь сульфидных и урансодержащих минералов нагревают до 150 градусов Цельсия. После этого сквозь них продувается поток чистого кислорода. Серная кислота, образовавшаяся в реакции сернистых минералов с кислородом, вымывает выделившийся уран.

Доочистка полученного металлического урана производится в среде аргона. Металл переплавляют в слитки. При этом нужно, чтобы удалить из зоны плавления такие примеси, как азот, углекислый газ и кислород. Реакция с этими газами загрязняет слиток чистого урана образовавшимися солями. Инертным аргоном вытесняют все мешающие процессу газы и убирают излишнюю влажность. Для этого из реактора удаляется воздух и вместо него закачивается аргон. Процесс плавки проходит в атмосфере чистого аргона.

Получающийся с применением аргона, кислорода и водорода уран подвергается дальнейшей обработке. После этого его различные изотопы находят разное применение. Благодаря способности к цепной самоподдерживающейся ядерной реакции, один из изотопов урана, а именно уран-235, стал основным сырьем ядерной промышленности. Он служит топливом для котлов ядерных электростанций.

Чистый газообразный водород используют для получения разнообразных оксидов урана, а именно в процессе реакции восстановления изменяется валентность урана, входящего в соединение, а значит и его свойства. Водород требуется и для производства газообразного фтороводорода, который потом используется для получения гексафторида урана. Это вещество чрезвычайно важно для ядерной промышленности. С помощью методов центрифугирования и газовой диффузии, уран в этом соединении можно достаточно легко разделять на изотопы.

Интересные факты

Аргон применяется не только для обработки урана, но и для обработки или получения других веществ. В его инертной, избавленной от лишних примесей среде получают соединения титана и хрома. В защитной атмосфере чистого аргона проводится горячая обработка титана, ниобия, бериллия, гафния, тантала, вольфрама, циркония, тория, урана и щелочных металлов.

Из трехокиси урана и гексафторида урана до чистого металлического состояния это вещество можно восстановить воздействием чистого водорода.

Еще до того, как люди начали получать с помощью аргона, водорода и кислорода чистый уран для нужд ядерной промышленности, широко использовались соединения этого металла. Уран, присутствующий в некоторых пигментах, издавна интересовал художников и керамистов. Уже в первом веке нашей эры один из оксидов урана применяли для окраски глазури, которой покрывают керамику, в золотисто-желтый цвет.

И по сей день разноцветные: желтые, зеленые, коричневые глазури, содержащие соединения урана, украшают поливную керамику. Уранат натрия используется как желтый пигмент в красках для живописи. Оксид урана добавляют в шихту, то есть смесь компонентов, составляемую для варки стекла. Получившиеся стеклянные изделия не только приобретают красивый золотисто-зеленый цвет, но и становятся флуоресцентными. В ультрафиолетовом свете эти предметы светятся ярким зеленым или желтым свечением.

В Компании «DP Air Gas» можно приобрести аргон, водород и кислород. Здесь же предлагаются к реализации другие технические газы, а также их смеси, имеющие различные назначения. Компания, с помощью своей лаборатории, постоянно отслеживает все показатели качества поставляемых газов. Вырабатываются маршруты и графики регулярных поставок технологических газов потребителям. Кроме того, осуществляется все необходимые действия по поддержанию оборотной тары в рабочем состоянии. Производится освидетельствование, промывка, покраска, ремонт газовых баллонов. С более полным перечнем предоставляемых Компанией «DP Air Gas» товаров и услуг можно ознакомиться здесь.