Читаем Урановая мануфактура онлайн бесплатно

Урановая мануфактура

Предисловие от переводчика.

Данный текст является переводом статьи Carl Willis «Uranium Chemistry» и описывает полный

цикл производства урана от руды до чистого продукта в условиях домашней лаборатории.

Я не призываю повторять изложенные здесь опыты и химические процессы. Весь материал

помещен сугубо с ознакомительными целями.

Вы не получите уран, пригодный для создания ядерного заряда или реакторного топлива, так как

описанные здесь процессы не предполагают обогащение природного урана изотопом 235.

Ваш Олег Айзон.

«Химия Урана».

Чистый уран и его соединения в настоящее время

не доступны для ученого-любителя,

коллекционера или студента. Что же делать?

Конечно же, получить их самому!

(На фото слева вы видите «желтый кек»

домашнего производства)

Это первая короткая статья из серии о том, как

выделить уран и его соединения из руды для

личных нужд. Есть различия в том, как это

делается в промышленности и как это может быть

повторено в типичных домашних условиях.

Имеются так же различия в исходных материалах,

некоторые из которых могли бы быть без труда

получены в старые добрые времена («Возьмите

галлон дымящей азотной кислоты и немного

глицерина у вашего научного руководителя…») и теми ограничениями, которые накладывает

современный мир на приобретения химических реактивов.

Всё изложенное здесь предполагает достаточные знания и зрелое отношение к технике

безопасности.

На этой фотографии показаны соединениz

урана, которые могут быть легко получены в

домашних условиях.

В ампулах, слева направо: оксид уранила

(UO3); Перекись уранила (UO4 • nH2O);

закись-окись урана, U3O8; диуранат натрия

(Na2U2O7 • 6H2O); тетрафторид урана (UF4 •

2.5H2O); Перуранат натрия в растворе;

хлорид уранила (UO2Cl2) в растворе.

На переднем плане представлен

гальванический слой диоксида урана.

• Часть I: Сбор урановой руды

• Часть II: Дробление, измельчение; кислотное выщелачивание

• Часть III: Осаждение аммиаком и получение карбоната.

• Часть IV: Получение «желтого кека» - перекиси уранила.

• Часть V: Оксиды урана (UO3); U3O8; соли уранила.

• Часть VI: Получение двуокиси урана (UO2) путем электролиза.

• Часть VII: Тетрафторид урана (UF4).

• Часть VIII: Странное вещество: "перуранат натрия".

• Часть IX: Получение металлического урана.

Часть I.

Сбор урановой руды

Как переводчик, могу отослать Вас к

оригиналу текста статьи, и вы поедите в

солнечную Юту, добывать урановую руду, но

я буду милостив и более близок к нашим

реалиям.

Достать куски урановой руды Вы без труда

можете на старых заброшенный урановых

карьерах, дорогах, ведущих у урановым

шахтам и отвалам. Таких мест полно на

просторах бывшего СССР. Наиболее

известные из них – Желтые Воды,

Кировоград и Смолино на Украине.

Краснокаменск и гора Бык в России. Стоит

немного «покопать» в интернете по истории

добычи урана и данный вопрос не будет для

вас проблемой.- прим. Перев.

Единственно, придется снарядить небольшую экспедицию на машине с высоким клиренсом и

хорошей подвеской или идти пешком, с рюкзаком, от ближайшей ж/д станции.

Вам не нужно быть геологом, но вам

обязательно потребуется хороший

радиометр, чтобы отличить радиоактивную

породу, содержащую уран, от «пустой».

Лучше всего для этих целей подходит

сцинтилляционный детектор.

Для поиска урановой руды можно вполне

успешно использовать радиометры с

несколькими счетчиками Гейгера типа

СБМ-20 или со слюдяными счетчиками. –

прим. перев.

Естественно, я не рекомендую Вам тащить

в поход хрупкие датчики с огромными и

дорогими кристаллами йодида натрия. Лучше всего для этой цели подойдут сцинтилляторы на

основе пластика или BGO. На фото вы видите изображение моего сцинтилляционного поискового

радиометра.

Неплохо иметь у себя дома кусочек урановой руды в качестве стандартного источника и

проверять по нему работоспособность вашего прибора перед поисками. А «в поле» можно

приблизительно прикинуть радиоактивность попавшейся руды относительно вашего образца.

Если рассуждать здраво, то вам понадобится ещё кое-что:

 Рюкзак.

 Геологический молоток.

 Топографические карты и GPS-навигатор.

Процедура поиска зависит от индивидуального стиля и техники. Мне особенно нравится двигать

датчик сцинтиллятора «подметающими» движениями вверх-вниз по горным породам или

горизонтально над отвалами. Есть вероятность, что из-за этих мотаний может выйти из строя

BNC разъем коаксильного кабеля, поэтому я всегда беру с собой в экспедицию некоторые

запчасти.

Я собираю ультра-активные образцы руды себе в коллекцию минералов, а так же низкосортную

руду, из которой я получаю уран для экспериментов.

Разница в том, что высокоактивная руда будет легко зашкаливать радиометр на нижних

поддиапазонах, в то время, как субфебрильный (малоактивный) материал будет показывать 5000-10000 CPM на датчике CDV-700

При поиске радиометром со счетчиком типа СБМ-20 высокоактивная руда покажет

200….500мкЗв/ч при снятой крышке фильтра счетчика, а низко-активная – до 30….50мкЗв/ч –

прим. Перев.

Можно заполнить пару больших ведер низкосортной рудой за один день, а можно вернуться

домой только с двумя-тремя кусками высокоактивных образцов.

Никогда и ни при каких условиях не следует вести сбор в подземных шахтных выработках.

В штольнях полно ядовитых газов и других опасностей. К тому же, общий радиационный фон в

шахтах настолько высок, что сильно затрудняет поиск сцинтиллятором отдельных камней.

От переводчика:

 После поисков хорошо мойте руки, обувь и стирайте одежду, а затем проверяйте их на

радиоактивное загрязнение радиометром.

 Некоторые энтузиасты рекомендуют искать радиоактивные руды по характерному

внешнему виду, но это доступно только специалистам-геологам.

 Так же, некоторые советуют использовать ультрафиолетовую лампу для поисков

урановой руды. Однако, далеко не все руды урана светятся в ультрафиолете, как пример –

уранинит.

 Убедитесь, что территория, где вы собираетесь вести поиски, не является охраняемой.

 В некоторых странах, включая Россию, коллекционирование, покупка и продажа образцов

радиоактивных руд частными лицами преследуется по закону. Помните об этом!

Часть II.

Дробление, измельчение и кислотное выщелачивание.

Большие камни следует тщательно измельчить, чтобы облегчить растворение урана в реактивах.

Большие куски очень плохо и долго растворяются в выщелачивающих растворах.

Я использую очень простой метод для превращения больших кусков руды в маленькие.

Расположившись у себя на заднем дворе, я просто начинаю разбивать молотком большие куски

руды на твердой плите, помещенной в большую пластиковую коробку.

Я бью камни снова и снова, измельчая все куски до размера горошины. Это тяжелый ручной труд.

Затем я просеиваю всю массу через металлическую сетку для курятников с размером ячейки 6 мм, а потом и через кухонное сито.

Образуется три фракции:

1. Фракция, которая не прошла через сетку 6 мм – отправляется опять на дробление

полотком.

2. Фракция, которая прошла через сетку 6 мм, но не прошла через кухонное сито –

отправляется в шаровую мельницу.

3. Фракция, которая прошла через сито считается готовой к выщелачиванию.

Моя шаровая мельница была куплена на eBay и

весит около 6,5кг. Она вполне пригодна для

хорошего перемалывания руды. Чтобы барабан

мельницы имел лучшее сцепление с роликами, я

обмотал его по окружности клейкой лентой, а на

ролики нанес несколько капель меда.

Для измельчения смеси приобретите стальные

шарики диаметром от 1,2 до 2см.

Такие шарики можно выбить из подшипников

разного размера. – прим. Перев.

Я, как правило, ложу до 2,4кг шаров и до 2,4 кг

руды. За день мельница может измельчить порцию руды до состояния порошка, который будет

проходить сквозь кухонное сито.

Выщелачивание урана может быть произведено

кислотами или карбонатами. В промышленности

выбор зависит от химического состава руды. Если

руда имеет в основном карбонатный состав, то

использовать кислоту не экономично, но зато

кислота более агрессивна.

Боб Лазар из UnitedNuclear.com подробно описал

процесс карбонатного выщелачивания.

(Я сделаю перевод этой статьи по карбонатному

выщелачиванию позже. – прим. Перев.)

Мне нравится кислотный процесс с моей рудой из

Юты. Кислота реагирует очень быстро и

полностью. Я использую кислоту и для

выщелачивания карбонатов и для измельчения руды в пульпу мельче, чем в шаровой мельнице.

Кислота, которую я применяю – Соляная кислота 33%, которую я наливаю прямо из канистры.

(подойдет концентрированная HCL 33…37% - прим. Перев.).

Сначала я насыпаю измельченную руду на дно 20 литрового ведра и немного смачиваю её водой, перемешивая, чтобы получить равномерную суспензию. А затем добавляю соляную кислоту. Во

время реакции кислоты с кальцитом и доломитом в песчанике выделяется очень много

углекислого газа. Я периодически перемешиваю содержимое ведра, разбивая комки, и добавляю

кислоту, чтобы PH раствора оставался всегда кислым.

Кислоты могут извлечь значительную часть урана, только если он находится в VI степени

окисления. Таким образом, в ведро с реакционной смесью необходимо добавить ещё и

окислитель, чтобы перевести U (IV), содержащийся в руде, в U (VI).

Я предпочитаю хлорный отбеливатель, как самый дешевый для этой цели. (Вы должны

полностью понять смысл происходящего, прежде, чем браться за это на практике).

Добавляйте отбеливатель, перемешивайте и снова добавляйте

Внимание! При этом из смеси выделяется ядовитый газ Хлор! Не дышите им и проводите процесс

только на открытом воздухе!

Изначально продукт выщелачивания имеет цвет лесной зелени, но после добавления отбеливателя

он становится светло-зелено-яблочного оттенка вследствие окисления Fe (II) в Fe (III). Железо, на

самом деле, является катализатором в этом процессе выщелачивания: Fe (III) будет окислять U

(IV).

Хлорка обычно защелачивает реакционную смесь и её надо снова закислить, после добавления

отбеливателя. Другие окислители (KClO3, KMnO4, MnO2, и H2O2) тоже сгодятся для этого

процесса, но они имеют более высокую стоимость.

В течение нескольких дней отстаивайте и периодически перемешивайте

реакционную смесь, потом слейте её.

Эта смесь яблочно зеленого цвета и очень мутная, не смотря на длительное

отстаивание.

Я отфильтровал её при помощи пластиковой воронки и фильтров для кофе. Но это

не дало желаемого результата.

Тогда я применил вакуумную фильтрацию и фильтр из тонкой и качественной

фильтровальной бумаги. Результат показан на рисунке слева.

Резюме: Кислотный процесс выщелачивания, описанный выше, включает в себя

следующие реакции:

Окисление

–

U(IV): UO2(s) + Cl2(aq) → (UO2)2+(aq) + 2Cl (aq)

Растворение U(VI): UO3(s) + 2H+(aq) → (UO2)2+(aq) + H2O(l)

Часть III:

Осаждение аммиаком и получение карбоната.

Карбонатные растворы являются хорошими растворителями для соединений U (VI), удерживая уран в растворе, тогда как большинство других элементов, образуют с

аммиаком нерастворимые соли, которые выпадают в осадок. Слева изображен

продукт на этой стадии: желтый и очень флюоресцентный раствор, содержащий

ионы уранилкарбоната UO

-4.

2(CO3)3

Чтобы его получить, надо произвести кислотное выщелачивание из Части II и

реакцию с аммиаком, которая осадит уран и оставит в растворе побочные элементы.

Для этого шага потребуются следующие химические вещества:

 Раствор аммиака 25% (продается, как бытовое моющее средство). Но он

должен быть чистым, без примеси поверхностно-активных веществ.

 Карбонат натрия Na

–

2CO3 углекислый натрий, кальцинированная сода.

Продается в магазинах бытовой химии как моющее средство.

 Бикарбонат натрия – пищевая сода.

Начнем с зеленым фильтрата HCl, полученного в Части II.

При помешивании вливаем в это фильтрат достаточное количество раствора аммиака, чтобы PH

поднялся до 10 и образовался объемный осадок.

В фильтрат необходимо добавить достаточное количество раствора аммиака, чтобы поднять рН

до 10 и образовался объемный осадок. При рН = 5 начинает появляться желтый осадок

диураната(U

2-

2O7 ).

При дальнейшем прибавлении аммиака осадок становится темно-зелено-оливкового цвета.

Некоторые могут возразить, что я должен прекратить добавление NH3 при рН = 5-7 и добиться

некоторой селективность для урана. Возможно, это хорошая идея, я не пробовал так делать.

Причина, по добавлении до рН = 10, чтобы:

А. Обеспечить полное осаждение урана.

Б. Получить избыток NH3 для образования растворимых комплексов Zn, Cu, Ni, Ag, Cd.

Емкость закрывают герметично крышкой и дают осадку

отстояться.

После отстаивания, прозрачную пурпурную жидкость,

содержащую комплексы аммиака сливают, а осадок отделяют

и промывают 3…5 раз кипящей водой для удаления аммиака и

растворимых солей. Сушить осадок не обязательно, но если

сделать это, то получится желто-коричневый порошок, как на

фото слева.