14.3. Уранның физикалық және химиялық қасиеттері

Уранның физикалық қасиеттері. Ура́н – периодты жүйеде реттік нөмірі 92 химиялық элемент, атомдық массасы 238,029; U (лат  Uranium) символымен белгіленеді, актиноидтар қатарына жатады. Уран – өте ауыр, ақ түсті жылтыр металл, сыртқы келбеті болатқа ұқсас. Таза күйінде болатқа қарағанда жұмсағырақ, созымды, иілгіш, шамалы парамагнитикалық қасиетке ие. Электрөткізгіштігі темір электрөткішгіштігіне жақын. Тығызыдығы 19,05 г/см³, балқу температурасы 1405,5°K, қайнау температурасы кипения 4018°K.

Уранның химиялық қасиеті. Уран – активті химиялық элемент. Ол инертті газдардан басқа барлық химиялық элементтермен әрекеттеседі. Кернеуліктер қатарында ол алюминий және берилий қасында тұрады.

Ауада уран оксидті пленкамен қапталады, ол оны кейінгі тотығудан қорғамайды. Ұнтақ тәрізді металл пирофорды. Компакты металл ауада қыздырғанда жанады. Уранның тотығуы нәтижесінде UO₂ және U₃O₈ түзіледі.

Уран қайнап жатқан сумен және су буымен сутегі түзе әрекеттеседі, ол уранмен гидрит түзеді. Бұл уранды ядролық реакцияларда су әсерінен қорғауға мәжбүр кетеді. Қыздырғанда уран барлық галогендермен, нитрид түзе азотпен, карбид түзе көміртегімен, султьфид түзе күкіртпен және фосфид түзе фосформен әрекеттеседі.

Қышқылдарда еріткенде +3, +4 және +6 тотығу дәрежелерін көрсетеді. Уран азот, тұз және күкірт қышөылдарында ериді. Органикалық қышқылдар металмен тек тұз қышқылының аз мөлшері қатысында әрекеттеседі. Сілтілер уранға әсер етпейді, бірақ сутегі пероксидінің сілтілік ерітінділері уранды перуранат түзе ерітеді.

Ерітіндідегі уран. Сулы ерітіндіде уран тотығу дәрежелері +3, +4, +5 және +6 иондарды түзеді. Уран иондары гидратталынған және гидролизделінген. Уран (ІІІ) ерітіндіде U³⁺ иондары түрінде болады. Ол тұрақсыз және сумен әрекеттеседі.

Уран (IV) ерітіндіде U⁴⁺ иондары түрінде болады. Оларды уран тетрагалогендерін еріткенде немесе U³⁺ тотығу нәтижесінде алады. U⁴⁺-иондары ерітіндіде тұрақсыз, бірақ өте гидролизденген және гидратталынған.

Құрамында U⁴⁺ бар ерітінділерге сәйкес реагенттер әсері нәтижесінде суда ерімейтін фторид, иодат, оксалат, пирофосфоат, гипофосфат, купферонат және гидроксид алынады.

Уран (VI) өзінің жоғары зарядына және салыстырмалы төмен ион радиусына байланысты U⁵⁺ жай ион түрінде бола алмай, ерітіндіде UO²⁺ уранил оксикатинын түзеді. Ол аз тұрақты, рН = 2,5 болғанда ғана тұрақты; рН жоғары мәндерінде гидролиз орын алады, төмен мәндерінде – диспропорционилеу орын алады.

Осыған қоса, UO²⁺ гидролизі орын алады. UO₂OH ^. xH₂O гидроксиді амфотерлі. U(VI) сулы емес ерітінділерде тұрақты.

Уран (VI) ерітіндіде судан оттегіні ығыстыру нәтижесінде уранил – UO₂²⁺ оксокатион түзеді, ол тотығу дәрежесі төмен уранның тотығу нәтижесінде түзіледі.

14.4 Уранды өндірудің жер асты скважиналық шаймалау әдісі

Идея болып АҚШ-та 50-жж пайда болған жер асты шаймалау қазіргі таңда уранды алудың белгілі әдісіне айналды, ол дәстүрлі тау-химиялық әдіспен салыстырғанда бәсекеге қабілетті.

Бірнеше жылдан бері уран кендерін жер асты скважиналық шаймалау әдісімен игеру және пайдалану саласында жетекші елдер АҚШ және ТМД кейбір елдері болып табылады, олардың ішінде өндіріс көлемдері бойынша жетекші рольге Қазақстан ие.

Жер асты скважиналық шаймалау – бұл пайдалу қазбалардың кен орындарын кен құрамындағы пайдалы қатты компоненттерді сұйық фазаға таңдамалы ауыстыру әдісімен өндіру.

Жер асты шаймалау – бұл гидрометаллургиялық процесс. Ол кендегі пайдалы компонентті кен орнында таңдамалы шаймалауға негізделеді. Таңдамалы шаймалау және кендерден пайдалы компоненттерді шығару айдағыш және дренажды құралдар жүйесі әсерінен кен пласты бойынша өтетін жасанды тегеурінді немесе тегеурінсіз еріткіш ағыны көмегімен жүзеге асырылады.

Жер бетіне кен емес, құрамында металл иондары бар химиялық ерітінді шы,арылады. Металл иондарын кейін сорбциялық әдіспен таңдамалы бөледі. Жер асты шаймалау барысында еріткіш қозғалысы кен пластының немесе құз монолитінің кеуектері мен капиллярлары арқылы реагенттің жасанды ағыны және айдаушы мен дренажды құралдардың арнайы жүйелерінің әчерінен жүзеге асырылады. Сулы борпылдақ шөгінділерде еріткіштің өтуі барлық кеуекті каналдар арқылы өтеді, жарықты сусыз кендерде – алдымен негізгі магистральді жарықтар арқылы, кейін аз жылдамдықпен майда капиллярларлы және субкапиллярларлы жарықтар мен кеуектер арқылы өтеді, бұл кеннің әркелкі шаймалауына әкеледі.

Жер асты шаймалауды тиімді өткізудің негізгі жағдайлары:

• металдарды ерітіндіге өткізу процесі жарамды жылдамдықпен өтуі тиіс;

• кенді массив ішінде ертікіштің қозғалуына жағдайлар болады, басқаша айтқанда, кендер еріткіштер үшін өткізгіш болуы тиіс;

• еріткіш өндірілетін металдың минералдарын таңдамалы ерітіп, басқа кендердге әсер етпейді;

• еріткіш және алынатын химиялық ерітінділер шаймалайтын кенде кеуектерді және капиллярларды толтырмайды;

• астыңғы және үстіңгі кендерге өту құбылыстары минималды болу керек;

• минералдарды ашу үшін кендерді алдын-ала бұзу тау жұмыстарының жоғары эффектифті жүйелерімен жүзеге асырылуы тиіс.

Осы талаптарға сәйкестік тау-геологиялық және гидрогеологиялық жағдайлары бойынша, бастапқы кеннің заттық құрамы мәліметтері және арнайы технологиялық сынақ нәтижелері бойынша кен орындарын алдын-ала бағалау көмегімен анықталады. Жер асты шаймалаудың технологиялық сызбасын таңдау кендерден металдарды толық және рентабельді бөлу мүмкіндігімен анықталады. Бұл бөлінетін компоненттің кендік минерализациясына және кеннің физика-химияоық қасиеттеріне: кеуектілік, фильтрациялық коэффициент, кен беріктігі және т.б. тәуелді. Пайдалы қазбалардың кенді және сулы горизонттары біріккен кен орындарының көбі осы талаптарға жауап береді.

Әрбір технологиялық процесс сияқты жер асты шаймалау оңтайлы параметрлері және сәйкес техника-экономикалық көрсеткіштері бар белгілі бір сызба бойынша жүзеге асырылуы тиіс.

Қазіргі кезде металдарды күкірт қышқылдық шаймалау әдісімен өндіру кендердің орналасуы 600 м тереңдіктен жүзеге асырылуда. Осы топтағы кен орындардың жер асты шаймалау арқылы өндіруге жарамдылығын анықтау үшін толық геологиялық разрезі және литологтық-фильтрациялық көсеткіштері бойынша қорларды бағалау қажетті.

Жер асты шаймалау әдісінің негізгі артықшылықтары:

- кенді өндірудің барлық сатыларында қажетті капиталды құрылыстардың болмауына байланысты қаржы жұмсалуының және құрылыс мерзімдерінің 2-3 есе қысқарылу;

- бірталай процестер мен шектердің болмауына байланысты еңбек өнімділігінің бірнеше есе жоғарлауы;

- жер асты шаймалау әдісімен өндірілген кендерде уран мөлшері аз болғанына қарамастан, өзіндің құнының 2,0-2,5 есе төмендеуі;

- уранның кендерден бөлінуінің жоғары дәрежесі (80-90 %);

- тау-геологиялық және гидрогеологиялық жағдайлары күрделі кен орындарын пайдалану мүмкіндігі;

- уран өндіру циклында ең қымбат және қауіпті жер асты жұмыстары жер бетінен скважиналарды бұрғылаумен алмасуы;

- соңғы өнімді алуға дейін де уран құрамдас концентраттарды алу және өндеу процестерін толық автоматтандыру мүмкіндігі;

- жер қыртысына және қоршаған ортаға аяуғыш әсер ету.