Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Плутоний образует галогениды. Твердые фториды плутония (PuF3 и PuF4) осаждаются из водных растворов плавиковой кислотой. Особый интерес из фторидов плутония представляет PuF6, летучие свойства которого и способность сублимировать используются при безводной фторидной переработке отработавшего ядерного топлива, содержащего плутоний.
Значительные различия скоростей окислительно-восстановительных реакций урана и плутония также используются для их разделения при химической переработке отработавшего в реакторах топлива.
Плутоний применяется в сердечниках твэлов в различных видах: металлическом, оксидном, карбидном и нитридном. В чистом виде металлический плутоний не применяют из-за плохих физических свойств. Легирование (Al, Zr, Fe, Ni, Со), а также сплавление с ураном, молибденом позволяют улучшить свойства плутония.
Плутоний имеет три устойчивых оксида: PuO2 (теоретическая плотность 11,46 г/см3), Ci-Pu2O3 (10,2 г/см3) и 1B-Pu2O3 (11,47 г/см3). Оксиды получают прокаливанием (до 1000—1200 °С) плутония или его гидрида, нитрида и других на воздухе или в кислороде. Температура плавления чистого PuO2 ~2400 "С. Температурные коэффициенты линейного расширения спеченной PuO2 и UO2 сравнимы. PuO2 — химически прочное, нерастворимое в кислотах и щелочах соединение.
6.3. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ УРАНА
Распространенность урана в природе значительна и соответствует распространенности олова, мышьяка, молибдена, но меньше, чем меди и свинца. Оценки концентрации урана в земной коре колеблются от 7•1O-8 до 8-10-5%, а в среднем составляют 1—2 части на 1 млн. частей рудной массы. Вследствие высокой химической активности уран в чистом виде (металлическом) в природе не встречается, а находится лишь в виде химических соединений. Всего в недрах обнаружено около 200 урановых и урансодержащих минералов различного химического состава. К наиболее важным рудным минералам урана принадлежат: безводные оксиды — ураниниты и настуран, содержащие кристаллы урановой смолки U3O8; ванадаты — карнотит, тюямунит; титанаты — давидит, браннерит; силикаты — группа коффинита и др.
В силикатной магме (первоисточнике всех месторождений) уран находится в виде UO2. Для урана характерно отсутствие его природных сернистых и галоидных соединений, а также соединений с азотом, углеродом, водородом, вольфрамом, хромом и др. Зато он
встречается в минералах, содержащих торий, свинец, титан, ванадий, молибден, ниобий, тантал, редкоземельные элементы, кремний, железо, серебро, фосфор и т. п.
Уран широко распределен в земных недрах, но из-за высокой растворимости его соединений в воде, вымывания и последующего переноса диффузией на земном шаре известно сравнительно немного мест, где обнаруживаются большие скопления и залежи концентрированных урановых руд.
Месторождения урана геологи относят к двум группам: эндогенным — первичным, образовавшимся в результате вулканической деятельности, и экзогенным — вторичным, образовавшимся за счет накопления осадочных пород, а также гидрогенных и биогенных процессов, например на дне бывших океанов, морей или в виде элювий (россыпей, осколков, выносимых водой).
Исключительно большое значение в минерально-сырьевой базе урака имеют гидрогенные месторождения, залегающие в осадочных породах (свитах), окаймляемых кристаллическими свитами. В процессе разрушений и физического выветривания кристаллических пород, а затем переотложения этого материала в пониженных участках (депрессиях) произошло формирование вторичных гидрогенных месторождений урановых руд. В этих месторождениях гидрогенного или биогидрогенного происхождения концентрируются значительные запасы урановых руд.
Промышленные урановые месторождения содержатся в основном в песчаниках, в докембрийских кварцево-галечных конгломератах, в жильных и сходных с ними включениях в гранитные пород*! (руды «вкрапленного» типа), в темных сланцах и фосфоритах.
Уран содержится в скальных породах — гранитах (до ~9 г/т), базальтах (^3 г/т). Из водных растворов, возникших в результате поверхностных процессов выщелачивания, уран мог сорбироваться различными органическими или минеральными веществами и соосаждаться с ними — так возникли ураноносные фосфориты, лигниты, горючие сланцы, содержащие от 0,002 до 0,02% урана, угли, асфальтиты, лредставляющие собой осадочные песчанистые породы.
В воде океанов и морей содержится -—4•1O9 т урана, в речных и озерных водах — от нескольких долей миллиграмма до нескольких десятков миллиграмм урана на 1 т воды.
Почти все месторождения фосфоритов, используемых ныне для производства минеральных удобрений, содержат 0,001—0,07% урана. Мировые залежи фосфоритов оцениваются в 75—130 млрд. т, в них может содержаться до 10 млн. т урана.
Целесообразность промышленного извлечения урана как побочного продукта при производстве фосфорной кислоты практически доказана (США, Франция, Египет и др.). Большие перспективы открываются при добыче урана из золы горючих сланцев, лигни-тов и некоторых углей. Общие запасы урана в них значительны.
6.4. УРАНОВЫЕ РУДЫ И МИНЕРАЛЫ
