Uran: Výskyt a vlastnosti v přírodě

Uran (chemická značka U, latinsky uranium) je radioaktivní chemický prvek šedobílé barvy, která díky oxidaci po čase přechází k šedé barvě. Patří mezi kovy, přesněji do skupiny aktinoidů. Prvek byl pojmenován podle tehdy nově objevené planety Uran, která dostala jméno podle boha Urana v řecké mytologii (otec Titánů a první bůh nebes, manžel bytosti Gaia).

Chemický prvek uran je stříbřitě bílý, lesklý, tvrdý, tvárný radioaktivní kov, který se dá i za normální teploty dobře kovat a válcovat. Za vyšších teplot je uran značně chemicky reaktivní prvek. Ochotně reaguje se sírou, halogeny, fosforem, dusíkem, vodíkem a uhlíkem. S fluorem se uran slučuje na fluorid uraničitý UF4 již za normální teploty za vzniku plamene, při mírném zahřátí na vzduchu hoří za silného vývoje jisker na oxid U3O8.

Uran je v čistém stavu stříbrobílý lesklý kov, který na vzduchu pozvolna nabíhá - pokrývá se vrstvou oxidů. Rozmělněný na prášek je samozápalný. Není příliš tvrdý a lze jej za obyčejné teploty kovat nebo válcovat. Při zahřívání se stává nejprve křehkým, při dalším zvyšování teploty je však plastický. Při teplotách pod 0,68 K se stává supravodičem I. Z dalších prvků má vyšší hustotu pouze osmium (22,57 g·cm−3), iridium (22,50 g·cm−3), platina (21,45 g·cm−3) či rhenium (20,50 g·cm−3); jen o málo větší hustotu má wolfram (19,25 g·cm−3) a zlato (19,30 g·cm−3). Vysoká hustota uranu je důvodem pro mnohá jeho nejaderná využití (např. Uran se už v roce 79 př. n. l.

První laboratorně izolovanou sloučeninou uranu byla uranová žluť 1789 izolovaná lékárníkem a profesorem chemie Martinem Heinrichem Klaprothem, jenž objevil nebo spoluobjevil i několik dalších prvků - (zirkonium, titan, cer a tellur). Klaproth analyzoval rudu z dolu George Wagsfort ve Wittingshalu u Johanngeorgenstadtu v Sasku. Působením kyseliny a po silném zahřátí získal žlutý prášek, uran, jak se domníval. Objev oznámil v projevu před Pruskou akademií věd 24. září 1789 a pojmenoval prvek podle planety Uran objevené krátce předtím (1781), původní název ovšem byl uranit, až v roce 1790 byl přejmenován na uranium. Uran se pak používal k barvení skla a glazur, kterým dodával zelenou nebo žlutou barvu (v Jáchymově od roku 1826), těžil se v českém Jáchymově a v britském Cornwallu.

Toto použití podstatně kleslo ve druhé polovině 20. století. V roce 1896 zjistil Henri Becquerel, že uran je radioaktivní a - pokud nepočítáme objev rentgenových paprsků krátce předtím - vlastně tím radioaktivitu objevil. Marie Curie-Skłodowská se svým manželem Pierrem Curie poté z uranové rudy (jáchymovského smolince) izolovala dva nové prvky: nejdřív polonium a o něco později pak i radium. Uranové rudy pak byly až do třicátých let (objev umělých izotopů) používány pro výrobu radia v něm obsaženého (radia se velmi brzo po objevu začalo v malých množstvích používat pro lékařské účely). Pro účely jaderného průmyslu se začal uran využívat až během (resp. První umělá jaderná řetězová reakce (tzv. Fermiho reakce) byla spuštěna 2. prosince 1942 italským fyzikem Enricem Fermim na hřišti Chicagské univerzity (CP-1).

Čtěte také: OPŽP a odpady

Výskyt uranu v přírodě

V přírodě se uran nachází v nejrůznějších rudách, ovšem jen v nízkých koncentracích 0,04 - 3 %. Nejstarší, nejznámější a patrně nejdůležitější rudou je uraninit (jeho ledvinitá forma se nazývá smolinec) neboli nasturan. Chemicky jde o UO2 s příměsemi oxidů olova, thoria a radia. Druhou nejdůležitější rudou je mikroskopický koffinit U(SiO4)1−x(OH)2, který často doprovází uraninit. Další rudy uranu (a zároveň i rudy vanadu) jsou carnotit K2(UO2)2(VO4)2·3H2O a ťujamunit Ca(UO2)2(VO4)2·xH2O. Dále např. ulrichity, což jsou minerály s různým poměrem oxidu uraničitého a oxidu uraničito-uranového, chemicky UO2·U3O8.

Uran v rudě vytváří dvou, až šesti prvkové formace, například v Čechách v Jáchymovské oblasti se nachází pěti prvková formace, kde je v uranové rudě ještě kobalt, stříbro, nikl a bismut. Ale v různých uranových rudách se objevují různé kovy, včetně alkalických kovů a kovů alkalických zemin. Nejdůležitějšími rudami jsou uraninit (smolinec) UO2, coffinit USiO4, karnotit K2(UO2)(VO4)2.3H2O, torbernit Cu(UO2)(PO4)2.8H2O, brannerit UTiO2, autunit Ca(UO2)2(PO4)2 * 10-12H2O, davidit (La,Ce)(Y,U,Fe)(Ti,Fe)20(O,OH)38, uranofan Ca(UO2)2[SiO3(OH)]2*5H2O, ningyoit (U,Ca)2(PO4)2*1-2H2O a řada dalších minerálů, například tujamunit Ca(UO2)2V2O8*5-8H2O nebo organoidy antraxolit a thucholit.

Uranové rudy se ve velkém množství vyskytují v Kanadě, Austrálii, USA, Nigeru, Nigérii, Kongu, Zairu, Namibii, Gabonu, Rusku, Uzbekistánu, Kazachstánu a Jihoafrické republice. V Evropě se uran těží nebo těžil v Sasku, v anglickém Cornwallu, v Rumunsku, na Ukrajině a v Česku (viz dál Výskyt, těžba a zpracování v Česku). Přestože také Slovensko má podle průzkumů významnější zásoby uranu, těžba se neplánuje. Podle výroční zprávy OECD z roku 2018 ve světe existují zásoby na více než 130 let, nedostatek uranu se nepředpokládá ani v případě masivního rozvoje jaderné energetiky. Značné rezervy navíc existují v recyklaci vyhořelého paliva (zásoby by se pomocí recyklace, která se dosud nevyplatí, zvýšily o 1/3) a ve využití rychlých množivých reaktorů.

Velkou výhodou při těžbě uranu je, že v řadě nalezišť je možné těžit jej současně s jinými surovinami (např. Uran se vyskytuje rovněž v mořské vodě a to v relativně velké koncentraci kolem 3,3 mikrogramů na litr. Odhaduje se, že v mořské vodě jsou celkově obsaženy 4 miliardy tun uranu, zatím však jeho získávání z vody není efektivní. Uran je obsažen mimo jiné rovněž v uhlí, což je důvod, proč tepelné elektrárny do prostředí uvolňují celkově mnohem víc radioaktivity než elektrárny jaderné.

V minulosti byla významná těžba v Česku, zde zejména v Jáchymově (do 2. poloviny 20. století zdaleka nejvýznamnější zdroj), v Horním Slavkově, v Příbrami a v křídových pískovcích v okolí Stráže pod Ralskem. Po roce 2000 byla v Česku uranová ruda těžena už jen poblíž Dolní Rožínky u Žďáru nad Sázavou, šlo do dubna 2017 o jedinou probíhající těžbu v Evropské unii. Firma požádala o průzkumné vrty na ložiscích Osečná-Kotel a Ploužnice, ministerstvo životního prostředí sice žádost v květnu 2008 zamítlo, ale firma Urania Limited se odvolala. Na jaře roku 2010 začalo Ministerstvo průmyslu a obchodu opět uvažovat o těžbě uranu v Libereckém kraji. Hlavním důvodem je snížení závislosti na dovozu paliva ze zahraničí.

Čtěte také: Využití vody z nádobí

Zpracování uranové rudy

Uranová ruda obsahující smolinec se nejprve vylouží kyselinou sírovou, dusičnou nebo chlorovodíkovou. Jde-li o rudy obsahující měď a arsen, vylučuje se uran z uhličitanového roztoku po okyselení kyselinou chlorovodíkovou obvykle nejdřív přidáním NaOH jako Na2U2O7. Tato sloučenina se opět rozpustí v kyselině chlorovodíkové a do roztoku se zavádí H2S, čímž se srazí CuS a As2S3. Z filtrátu zbaveného varem sirovodíku se potom při přidání amoniaku vylučuje uran jako (NH4)2U2O7. Vychází-li se z carnotitu, musí být použito metod, které umožňují dělení vanadu a kyseliny fosforečné od uranu.

Výroba kovového uranu

Jak zjistil už Moissan v roce 1883, může se redukce oxidu U3O8 na kov provádět zahříváním s uhlím v elektrické obloukové peci, avšak kov připravený touto cestou obsahuje karbid. Pro výrobu paliva pro jaderné reaktory se obvykle používá uran, obsahující kolem 3-4 % 235U. Některé typy reaktorů (plynem chlazené reaktory a tlakovodní reaktory) mohou využívat přírodní neobohacený uran. Oddělení hlavních izotopů uranu 238U a 235U je poměrně značně obtížné. Z hlediska chemického chování jsou oba izotopy prakticky identické a i jejich odlišnosti ve fyzikálních vlastnostech jsou velmi malé. Nicméně oba izotopy vykazují dostatečně odlišné fyzikální vlastnosti, aby je moderními technologiemi bylo možné oddělit.

Využití uranu

Obohacený uran se používá jako palivo v jaderných reaktorech nebo jako náplň jaderných bomb. Pro využití uranu jako jaderného paliva je nutné zvýšit koncentraci izotopu 235U z 0,72 % většinou na 2 až 4 %. Z izotopu 238U se v rychlých množivých reaktorech dá vyrábět plutonium, zejména štěpitelný izotop 239Pu. Velkou výhodou energetického využívání uranu je skutečnost, že cena samotného uranu tvoří jen malý podíl v nákladech na výrobu elektřiny z něho (v Česku v roce 2009 kolem 17 %), cena elektřiny je dána především náklady na výstavbu elektrárny. K výrobě elektřiny je třeba o několik řádů menší množství jaderného paliva než fosilních paliv, je proto relativně snadné a levné i shromažďování zásob uranu a jeho skladování.

Sloučeniny hexahydrát diurananu sodného (Na2U2O7·6H2O) a hexahydrát diurananu draselného (K2U2O7·6H2O) se dosud označují jako uranová žluť používající se k barvení skla, glazur a porcelánu (barví na žluto až žlutozeleno, přičemž fluoreskuje). Zřejmě se jím však dá barvit i oranžově až rudě. Míra tohoto použití se však v minulosti výrazně snížila. Ve fotografii se sloučeniny (solí) uranu (např. UO2(NO3)2 - dusičnan uranylu) používají k zesilování negativů, do tónovacích lázní, zesilovač světlotisku. Využívá se vedle wolframu pro výrobu protipancéřových projektilů (tzv. šípové, přesněji podkaliberní střely - průměr střely je menší než průměr hlavně, ze které je vystřelena). Působí zde sice především vysoká kinetická energie střely, účinek však zesiluje i to, že po průniku projektilu za pancíř se tlakem a třením rozžhavené úlomky uranu vznítí, což zvyšuje ničivý účinek uvnitř obrněného prostoru.

Je třeba důrazně upozornit na to, že toto použití jako takové nemá absolutně žádnou souvislost s jaderným využíváním uranu pro výrobu nukleárních zbraní. Důvodem je zde pouze vysoká hustota uranu, pevnost srovnatelná s jeho konkurenčním materiálem wolframem, snadná vznětlivost a relativně nízká cena. Přes poměrně nízkou radioaktivitu 238U však přesto dochází k slabému radioaktivnímu zamoření, míra jeho neškodnosti nebo škodlivosti není dosud dořešena. Větší roli přitom hraje ani ne tak radioaktivita ochuzeného uranu (která je nízká, ovšem pokud se dostane dovnitř těla, její účinky jsou vyšší), jako jeho celková toxicita, protože uran stejně jako většina těžkých kovů je pro živé organizmy jedovatý.

Čtěte také: Odpad a recyklace v Česku

Sloučeniny uranu

Uran vytváří sloučeniny s oxidačními čísly U3+ až U6+, z nichž nejstabilnější jsou ty s U6+. Rozpustné soli sloučenin uranu jsou barevné. Pokud jejich barva není ovlivněna barvou aniontu, tak uranité soli U3+ mají hnědočervené zbarvení, uraničité U4+ zelenou. Uraničné U5+ se vyskytují v podobě kationtu UO2+, jsou bezbarvé a navíc nestabilní a rozkládají se (disproporcionují) na směs solí uraničitých a uranových. Soli uranové U6+ se vyskytují v podobě kationtu UO22+, tzv. uranylový kationt, který má v roztocích žlutou barvu a je stabilní. Nejběžnější soli, se kterými se dá v praxi setkat (kromě níže popsaných) jsou právě soli, které obsahují kationt uranylu a patří mezi ně např.

Mezi nejběžnější sloučeniny uranu patří oxid uraničitý UO2, který se v přírodě nachází v podobě minerálu smolince a je základní surovinou pro výrobu kovového uranu. Další z oxidů, který se také vyskytuje v přírodě jako uranová ruda, je směsný oxid uraničito-uranový U3O8 (lze rozepsat na složky - UO2·2UO3 a možno také pojmenovat jako oxid uraničito-diuranový, ale tento název se nepoužívá).

tags: #uran #výskyt #a #vlastnosti #v #přírodě

Oblíbené příspěvky:

• Likvidace keramického odpadu v ČR
• Plán odpadového hospodářství obce
• Průhonice: Podnebí
• Znečištění a zdraví
• Emise dvoutaktů v ČR