铀及其化合物的化学与工艺学
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课程号:00320012课程名:世界能源的困境与出路 Seek Ways to Solve Energy Crisis学时:32 学分:2 开课院系:工物系开课教师:贾宝山从利用薪炭燃料跨入到利用化石燃料,导致了人类发展史上的第一次工业革命。
人类精神文明和物质文明的推进对能源需求的高速增长,石油、煤、天然气等不可再生化石燃料的快速消耗及显现出的能源短缺,地球上以争夺石油等资源未背景所发生的战争,向人类敲响了必须从根本上解决能源供应问题的警钟。
什么是化石燃料的可替代能源?水能、太阳能、核能、风能、地热能、潮汐能、波浪能、海水温差等,哪个是人类能源供应的顶梁柱?人类能否一劳永逸地解决能源供应地问题?这些将作为新生研讨课地主义内容。
课程说明及先修课要求:新生研讨课课程号:00320021课程名:等离子体技术及应用 Plasma Technology and Applications学时:16 学分:1 开课院系:工物系开课教师:包成玉李和平等离子体的研究在科学研究领域是一个十分活跃的领域,有着广泛的应用。
课程共分8章。
第一章,概论,内容包括等离子体的基本概念,等离子体的特性,等离子体的分类,等离子体的产生方法和等离子体的主要应用领域简介。
本章由教师主讲。
其余7章均为等离子体应用专题,由学生主讲。
第二章,等离子体在能源科学中的应用(包括磁约束和惯性约束核聚变);第三章,等离子体在消毒灭菌中的应用;第四章,等离子体在环境治理中的应用(包括汽车和工厂排放的尾气治理,核废料处理);第五章,等离子体在微纳米材料合成中的应用(包括生物相容性材料和储能材料);第六章,等离子体在材料表面处理(包括喷涂、表面改性)中的应用。
第七章,等离子体在微电子工业中的应用及等离子体显示技术;第八章,航空航天领域中的等离子体推进技术。
课程号:00320032课程名:等离子体、激光与电子束 Plasma,Laser and E-beam学时:32 学分:2 开课院系:工物系开课教师:蒲以康唐传祥该课程以讨论国内外相关领域前沿进展为主线,采用深入浅出的方式讲述相关物理基本概念和基本试验手段。
铀纯度为3%的U-235为核电站发电用低浓缩铀,U-235纯度大于80%的铀为高浓缩铀,其中纯度大于90%的称为武器级高浓缩铀,主要用于制造核武器。
获得铀是非常复杂的系列工艺,要经过探矿、开矿、选矿、浸矿、炼矿、精炼等流程,而浓缩分离是其中最后的流程,需要很高的科技水平。
获得1公斤武器级U-235需要200吨铀矿石。
由于涉及核武器问题,铀浓缩技术是国际社会严禁扩散的敏感技术。
目前除了几个核大国之外,日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根廷等国家都掌金属铀握了铀浓缩技术。
提炼浓缩铀方法主要有气体扩散法和气体离心法。
气体扩散法: 使待分离的气体混合物流入装有扩散膜(分离膜)的装置来得到富集和贫化的两股流的同位素分离方法。
基本原理是:在分子间的相互碰撞忽略不计的情况下,气体混合物中质量不同的气体分子 (例如235UF6和238UF6)的平均热运动速率与其质量二次方根成反比。
当气体通过扩散膜时,速率大的轻分子(235UF6)通过的几率比速率小的重分子(238UF6)的大。
这样,通过膜以后,轻分子的含量就会提高,从而达到同位素分离的目的。
第二次世界大战结束后,美国的实践证明,气体扩散法能够用来大规模生产铀 235。
它是目前最成熟的大规模分离铀同位素的方法,是对各种新的浓缩方法的大规模商业应用的挑战,是比较各种方法的基本点。
美国和法国大型气体扩散工厂的分离功率达1万吨/年以上,比能耗均在 2400千瓦·时/千克左右。
气体扩散法的缺点是分离系数小,工厂规模大,耗电量惊人,成本很高。
气体离心法: 气体离心分离机是其中的关键设备。
铀原料放置于离心机中央反应室内,离心机以7-8万转/分钟的速度旋转。
较重的U-238原子逐渐靠近离心机的边缘,而较轻的U-235则保留在离心机中心部位。
结晶U-235被称为“富铀”(浓缩铀),其余的“贫铀”则被丢弃。
仅靠单个离心机一次分离是远远不够的,必须通过更多离心机加工,才可以分离提纯。
铀纯化转化工艺流程引言铀是一种重要的核燃料,广泛应用于核能发电和核武器制造等领域。
铀纯化转化工艺流程是将天然铀经过一系列的物理和化学处理,提取出纯度较高的铀化合物的过程。
本文将详细介绍铀纯化转化工艺流程及其相关技术。
二级标题1:铀矿石的处理铀矿石是铀纯化转化工艺的起始原料,其主要包括天然铀矿石和次生铀资源。
铀矿石的处理主要包括矿石选矿、破碎、磨矿等步骤。
三级标题1:矿石选矿矿石选矿是将铀矿石中的有用矿物与非有用矿物进行分离的过程。
常用的选矿方法包括浮选、重选、磁选等。
通过选矿,可以提高铀矿石的品位,减少杂质的含量。
三级标题2:破碎和磨矿破碎和磨矿是将铀矿石进行粉碎的过程,以便于后续的提取工艺。
破碎通常采用颚式破碎机、圆锥破碎机等设备,磨矿则采用球磨机、砂轮磨机等设备。
破碎和磨矿的目的是将铀矿石细化到一定的粒度,提高提取效率。
二级标题2:铀的浸取铀的浸取是将破碎和磨矿后的铀矿石中的铀溶解到溶液中的过程。
常用的浸取方法有酸浸法、碱浸法和氧化浸法等。
三级标题1:酸浸法酸浸法是将破碎和磨矿后的铀矿石与酸性溶液进行接触,使铀溶解到溶液中。
常用的酸浸剂有硫酸、盐酸等。
酸浸法的优点是操作简单、反应速度快,但同时也存在酸性废液处理难等问题。
三级标题2:碱浸法碱浸法是将破碎和磨矿后的铀矿石与碱性溶液进行接触,使铀溶解到溶液中。
常用的碱浸剂有氢氧化钠、氢氧化铵等。
碱浸法的优点是溶液中铀的浓度较高,但同时也存在碱性废液处理难等问题。
三级标题3:氧化浸法氧化浸法是将破碎和磨矿后的铀矿石与氧化剂反应,使铀氧化成可溶性的铀酸盐,再将其溶解到溶液中。
常用的氧化剂有过氧化氢、高锰酸钾等。
氧化浸法的优点是无需使用酸碱,但同时也存在氧化剂的成本较高等问题。
二级标题3:铀的纯化和转化经过浸取后的含铀溶液中仍然含有杂质,需要进行纯化处理。
纯化过程主要包括铀的沉淀、溶液的过滤和浓缩等步骤。
三级标题1:铀的沉淀铀的沉淀是将含铀溶液中的铀与沉淀剂发生反应,形成沉淀物的过程。
铀的提取与精制工艺学铀,这玩意儿听起来是不是挺神秘的?其实啊,它就像一位藏在深闺的“娇小姐”,要想把它请出来,还真得费一番功夫。
先来说说铀的提取。
这就好比在一大群人里找出那个最特别的“明星”。
铀矿石就是那一群人,而我们得想办法把铀从里面分离出来。
咱们常见的铀矿石,可不像金子银子那样一眼就能看出来。
铀在矿石里藏得可深了,就像小孩子捉迷藏,躲得严严实实。
那咋办?这时候就得用上各种“法宝”啦。
比如说化学浸出法,这就好像给矿石来一场“洗澡大会”。
把矿石泡在合适的溶液里,让铀乖乖地溶解到溶液中。
这溶液就像是一把神奇的“钥匙”,能打开铀藏身的“大门”。
还有物理选矿法,这就像是用筛子筛东西,把大块头的不要,留下含有铀的小块头。
是不是有点意思?提取完了铀,还不算完事儿,还得精制呢!精制铀就像是给一位素颜的美女化妆,得精心雕琢,才能让她更加光彩照人。
在精制过程中,离子交换法可是个得力的“助手”。
它能把铀离子从众多的杂质离子中挑选出来,就像在一堆水果里挑出最甜的那个苹果。
溶剂萃取法也不赖,就好比是用勺子从一锅汤里把精华舀出来。
把铀从复杂的溶液里“捞”出来,让它变得更加纯净。
你说这铀的提取和精制容易吗?那可真是不容易!得有耐心,还得有技术。
这就跟咱们做一顿丰盛的大餐一样,每一个步骤都不能马虎,不然这“菜”可就不好吃啦。
说到这,你是不是对铀的提取与精制工艺有了点好奇和兴趣?其实啊,这背后的学问可大着呢!咱们人类为了得到高纯度的铀,那是不断地探索和创新,就为了能更好地利用这种神奇的元素。
总之,铀的提取与精制工艺是一门既复杂又有趣的学问,需要我们不断地去研究和学习,才能让铀更好地为我们服务。
铀的化学及核化学研究铀作为一种重要的放射性元素,一直受到科学家们的广泛关注。
在铀的化学和核化学研究中,人们从不同的角度探索这个元素的性质和应用,为推动科学技术的发展做出了重要贡献。
一、铀在化学中的性质铀是一种重金属元素,其原子序数为92,原子量238.03,密度为18.95克/立方厘米。
铀存在于自然界中,以铀矿的形式广泛分布在地球表面和地下。
在化学中,铀具有化学反应活性强、与氧和氯等元素的反应性极高的特点。
由于这种性质,铀在化学工业和冶金工业中被广泛应用。
二、铀在核化学中的应用铀不仅在化学上有着广泛的应用,还在核化学中发挥出重要作用。
铀是核燃料的重要成分之一,它可以被核裂变产生大量的能量。
在核反应堆中,铀核被中子撞击后发生裂变,并释放出大量的热能。
这种能量释放对于人类的能源需求是非常重要的贡献。
同时,铀还可以用于氢弹的制造,它是氢弹的触发器,通过核反应释放出大量的能量。
三、铀的研究与应用在铀的研究与应用中,科学家们通过实验和模拟等多种方法,对铀在化学和核化学中的作用进行了深入研究。
在化学方面,科学家们一直致力于研究铀的无机化学和有机化学,探究铀化合物的结构、物理属性、化学性质等方面的规律。
同时,他们还对铀的萃取、分离、纯化等工艺进行了不断的改进和优化,以提高铀的开采和利用效率。
在核化学方面,科学家们通过研究核反应堆的工作原理,不断探索铀在裂变反应中的行为规律,优化反应堆的设计和运行方式,提高核燃料的利用率、安全性和经济性。
同时,他们还通过研究铀与其它元素的反应,探究铀在核反应中的作用,为氢弹等核武器的制造提供了有力的理论支持和基础研究。
总之,铀的化学和核化学研究在科学技术的发展和人类社会的进步中发挥着重要作用。
我们应该重视并推动对铀的深入研究和应用,以更好地满足人类对能源和科技的发展需求。
铀化合物转化工艺学1、什么是可裂变核燃料和可转换核素,主要包括那些核素?答:可裂变材料:吸收中子裂变后能使净中子数增加,有:235U、239Pu、233U、234U可转化材料:吸收中子后能转换成可裂变材料,有238U、232Th、240Pu、234U2、自然界铀有哪些同位素,丰度各是多少?动力反应堆用什么核燃料?答:235U,0.711%(wt);238U,99.283%(wt);234U,0.0058%天然铀或含235U为1.4%~3.74%的低浓铀3、什么是核反应堆?包括哪些类型?压水堆的工作原理?答:1、核反应堆是一种能维持和控制裂变反应的装置,它能实现核能-热能的转换2、按中子能量:热堆和快堆按用途:研究用反应堆、生产反应堆、动力反应堆按慢化剂剂:1轻水堆包括压水堆和沸水堆2重水堆按冷却剂:1、气冷堆2、钠冷堆3、压水堆电站主要由一回路和二回路两部分组成,一回路系统的冷却剂从反应堆将热带出,用以产生蒸汽;二回路系统与常规火力电厂的汽轮发电机系统相同。
4、核燃料的主要工序?1、铀矿石的开采和加工2、纯化和转化3、铀同位素分离4、UF6再转化5、燃料元件的加工6、堆内辐照7、乏燃料后处理8、铀的再转化和钚的加工5、核燃料循环的方式包括那些?答1、燃料用过不再循环2、乏燃料经过后处理实现铀在循环3、乏燃料经后处理实现铀和钚再循环6、铀转化过程的工艺特点?答 1、固体的反应性具有特殊意义2、固体的形貌及结构与原料有关3、固体结构处于瞬变状态4、要求有较高的转化率5、多数转化反应是在较高温度下进行的6、转化反应实在含有HF、F2等强腐蚀性的气体中进行的7、非均相气固反应的特点和历程?答:特点:催化型气固反应,固体仅当催化剂,起加速气相反应速率的催化作用,固体本身并不随反应过程的进行改变其组成和结构非催化型气固反应,固体作为反应剂之一参与反应,随着反应的进行,固体逐步转化成新的生成物。
历程:1、气态反应物自气体主流向固体表面的扩散2、在固态表面上,气态反应物分子的化学吸附3、被吸附于固体表面上反应物分子与固体反应剂发生化学反应,转化为产物4、气态产物从固体表面上的解吸5、解吸下来的气态产物再扩散到主流气体中去8、UO2的晶体结构及它为什么是非化学计量化合物?答:UO2具有萤石型结构面心立方结构UO2组成上的非化学计量为其特征,这是由于晶格中的缺陷而引起的,当一外来氧原子进入U02点阵时,由于正常氧原子偏离自己的位置,产生两种不同类型的间隙氧原子,于是在含氧的亚晶胞中留下一些正常氧原子的空位9、UO2三种不同的历程?答:1、氧的化学吸附阶段2、有限的表面氧化,也称亚表面氧化阶段3、整体氧化阶段,包括以下三种类型(1)一步氧化成U3O8(2)氧化由两步组成,先氧化成U3O7,再氧化成U3O8(3)三步氧化过程。
铀的提取和纯化铀的提取和纯化是指从铀矿石中提取铀直到制成核纯(见放射性核素纯度)铀化合物的工艺过程,是天然铀生产的重要步骤。
1正文主要产品有重铀酸铵(俗称黄饼)和三碳酸铀酰铵等。
纯化(又称精制)后的铀化合物产品,必须达到核纯的要求。
精制的产品进一步干燥、煅烧,加工成二氧化铀或八氧化三铀,供制作反应堆元件或六氟化铀(用于铀235的同位素分离)用。
整个过程须经下述单元操作:铀矿石的破碎和磨细、铀矿石的浸取、矿浆的固液分离、离子交换和溶剂萃取法提取铀浓缩物、溶剂萃取法纯化铀浓缩物。
可根据矿石种类、产品要求等不同情况,选择由上述单元操作所组成的适当流程。
破碎和磨细破碎是将矿石经颚式破碎机、圆维破碎机或锤式破碎机粗碎、中碎和细碎以达到所要求的粒度。
然后进行细磨,以达到浸取工序所要求的粒度。
浸取用溶剂将矿石中的铀选择性地溶解。
铀矿石经浸取后,铀与大部分脉石分离,浸取液中铀与杂质的比例比原矿石中约提高10~30倍,因此,浸取过程也是铀与杂质初步分离的过程。
铀矿石浸取方法一般有酸法和碱法两种。
多数铀水冶厂采用酸浸取法,少数厂用碱浸取法,只有个别厂同时采用酸、碱两种浸取流程。
酸浸取法一般用硫酸作浸取剂,矿石中的铀和硫酸反应,生成可溶的铀酰离子(UO卂)和硫酸铀酰离子【UO(SO)】;浸取时常加入氧化剂(常用二氧化锰、氯酸钠),以保持适宜的氧化还原电势(约450毫伏),使四价铀氧化成六价,以提高铀的浸出率。
含碳酸盐的铀矿石主要用碱法浸取,常用的浸取剂为碳酸钠和碳酸氢钠的水溶液,在鼓入空气的条件下,矿石中的铀与碳酸钠生成碳酸铀酰钠Na【UO(CO)】,溶于浸取液。
矿浆的固液分离矿石浸取后所得到的酸性或碱性矿浆(包括含铀溶液、部分杂质及固体矿渣)中的溶液和矿渣须经分离。
根据需要也可进行粗矿分级,以除去+200~40目的粗砂,得到细泥矿浆。
常用的固液分离设备有过滤机、沉降槽(浓密机);分级设备有螺旋分级机、水力旋流器。
中国还采用流态化塔进行分级和洗涤。
铀的工艺流程
《铀的工艺流程》
铀是一种重要的铀矿石,广泛用于核能生产和武器制造。
铀的提取和加工是一个复杂的过程,需要经过多道工艺步骤。
首先,铀矿石被开采出来后,需要经过破碎和磨碎的步骤,将矿石颗粒化,以便后续的提取工艺。
然后,将矿石浸出,使用化学试剂将铀从其他杂质中分离出来。
接下来,通过离心、沉淀、过滤等工艺步骤,将铀浸出液中的固体颗粒和其他杂质分离出来,得到纯净的铀化合物。
经过上述步骤后,得到的铀化合物需要经过还原、沉淀、热处理、萃取等工艺过程,最终得到纯金属铀。
最后,铀金属需要经过铀浓缩和浓缩致密化等加工步骤,以满足核能反应堆和核武器的使用要求。
需要注意的是,铀的加工过程需要严格控制,避免对环境和人体造成危害。
因此,加工铀的厂家需要遵守严格的环保法规和安全标准,确保生产过程的安全和环保。
总的来说,铀的工艺流程是一个复杂而重要的过程,对于核能行业和国防安全都具有至关重要的意义。
因此,需要各国政府和企业共同努力,确保铀的生产和加工过程安全可靠,同时也需要加强对铀加工过程的监管和管理。
铀及其化合物的化学与工艺学
铀是一个金属元素,它在化学性质上类似于铂和锇。
铀有三个氧化态:+4、+5和+6。
在自然界中,铀存在于两种主要的同位素:铀-238和铀-235。
铀化学主要涉及铀离子的性质,例如铀-238的氧化状态为+4和+6,而铀-235的氧化态为+3、+4和+6。
铀化合物
铀的化合物因铀的氧化态不同而具有不同的性质。
铀离子相对较稳定,可以与大多数阴离子形成化合物,包括氧化物、硫化物、氯化物、溴化物、碘化物、氟化物、亚砜、亚硝酰基化合物和羰基化合物等。
铀的化合物在核工业中起着重要作用。
铀存在于燃料棒中,其氧化态和化合物的选择对燃料棒的性能和寿命有重要影响。
此外,铀的化合物还在放射性同位素制备、核燃料循环、核废料处理和核武器制造中发挥作用。
铀的工艺学
铀的工艺学涉及铀矿石从提取、加工、浓缩、精炼到转化为核燃料的过程。
矿石的提取是铀工业的第一步,它需要经过挖掘、破碎和浸出等步骤,提取出含铀的溶液。
然后通过化学和物理处理将其浓缩和纯化。
提纯后的铀可用于核燃料生产
或其他核应用。
铀的制备和循环需要遵循众多严格的规定和安全措施,以确保工作人员和环境不会受到辐射危害。
在资源和环境方面,铀工业也需要开展相关性能研究和评价。