一、铀金铀提炼的属国大体方法原理
最重的天然元素铀已经成为新能源的主角，那么铀又是际市金属怎样提炼出来的呢？
在居里夫妇发现镭以后，由于镭具有治疗癌症的格铀特殊功效，镭的回收需要量不断增加，因此许多国家开始从沥青铀矿中提炼擂，铀金而提炼过镭的属国含铀矿渣就堆在一边，成了“废料”。际市金属
然而，格铀铀核裂变现象发现后，回收铀变成了最重要的铀金元素之一。这些“废料”也就成了“宝贝”。属国从此，际市金属铀的格铀开采工业大大地发展起来，并迅速地建立起了独立完整的回收原子能工业体系。
铀是一种带有银白色光泽的金属，比铜稍软，具有很好的延展性，很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。铀的比重很大，与黄金差不多，每立方厘米约重19克，象接力棒那样的一根铀棒，竟有十来公斤重。
铀的化学性质很活泼，易与大多数非金属元素发生反应。块状的金属铀暴露在空气中时，表面被氧化层覆盖而失去光泽。粉末状铀于室温下，在空气中，甚至在水中就会自燃。美国用贫化铀制造的一种高效的燃烧穿甲弹—“贫铀弹”，能烧穿30厘米厚的装甲锕板，“贫铀弹”利用的就是铀极重而又易燃这两种性质。
铀元素在自然界的分布相当广泛，地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5，即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀，这比钨、汞、金、银等元素的含量还高。铀在各种岩石中的含量很不均匀。例如在花岗岩中的含量就要高些，平均每吨含3.5克铀。依此推算，一立方公里的花岗岩就会含有约一万吨铀。海水中铀的浓度相当低，每吨海水平均只含3.3毫克铀，但由于海水总量极大，且从水中提取有其方便之处，所以目前不少国家，特别是那些缺少铀矿资源的国家，正在探索海水提铀的方法。
由于铀的化学性质很活泼，所以自然界不存在游离的金属铀，它总是以化合状态存在着。已知的铀矿物有一百七十多种，但具有工业开采价值的铀矿只有二、三十种，其中最重要的有沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀)、品质铀矿(二氧化铀)、铀石和铀黑等。很多的铀矿物都呈黄色、绿色或黄绿色。有些铀矿物在紫外线下能发出强烈的荧光，我们还记得，正是铀矿物(铀化合物)这种发荧光的特性，才导致了放射性现象的发现。
虽然铀元素的分布相当广，但铀矿床的分布却很有限。国外铀资源主要分布在美国、加拿大、南非、西南非、澳大利亚等国家和地区。据估计，国外已探明的工业储量到1972年已超过一百万吨。随着勘探活动的广泛和深入，铀储量今后肯定还会增加。我国铀矿资源也十分丰富。
铀矿是怎样寻找的呢？铀及其一系列衰变子体的放射性是存在铀的最好标志。人的肉眼虽然看不见放射性，但是借助于专门的仪器却可以方便地把它探测出来。因此，铀矿资源的普查和勘探几乎都利用了铀具有放射性这一特点：若发现某个地区岩石、土壤、水、甚至植物内放射性特别强，就说明那个地区可能有铀矿存在。
铀矿的开采与其它金属矿床的开采并无多大的区别。但由于铀矿石的品位一般很低(约千分之一)，而用作核燃料的最终产品的纯度又要求很高(金属铀的纯度要求在99．9％以上，杂质增多，会吸收中子而妨碍链式反应的进行)，所以铀的冶炼不象普通金属那样简单，而首先要采用“水冶工艺”，把矿石加工成含铀60～70％的化学浓缩物（重铀酸铵)，再作进一步的加工精制。
铀水冶得到的化学浓缩物(重铀酸氨)呈黄色，俗称黄饼子，但它仍含有大量的杂质，不能直接应用，需要作进一步的纯化。为此先用硝酸将重铀酸铵溶解，得到硝酸铀酰溶液。再用溶剂萃取法纯化(一般用磷酸三丁酯作萃取剂)，以达到所要求的纯度标准。
纯化后的硝酸铀酰溶液需经加热脱硝，转变成三氧化铀，再还原成二氧化铀。二氧化铀是一种棕黑色粉末，很纯的二氧化铀本身就可以用作反应堆的核燃料。
为制取金属铀，需要先将二氧化铀与无水氟化氢反应，得到四氟化铀；最后用金属钙(或镁)还原四氟化铀，即得到最终产品金属铀。如欲制取六氟化铀以进行铀同位素分离，则可用氟气与四氟化铀反应。
至此，能作核燃料使用的金属铀和二氧化铀都生产出来了，只要按要求制成一定尺寸和形状的燃料棒或燃料块(即燃料元件)，就可以投入反应堆使用了。但是对于铀处理工艺来说，这还只是一半。
我们知道，核燃料铀在反应堆中虽然要比化学燃料煤在锅炉中使用的时间长得多，但是用过一段时间以后，总还是要把用过的核燃料从反应堆中卸出来，再换上一批新的核燃料。从反应维中卸出来的核燃料一般叫辐照燃料或“废燃料”。烧剩下的煤渣一般都丢弃不要了，可这种不能再使用的废燃料却还大有用处呢！
废燃料之所以要从反应堆中卸出来，并不是因为里面的裂变物质(铀235)已全部耗尽，而是因为能大量吸收中子的裂变产物积累得太多，致使链式反应不能正常进行了。所以，废燃料虽“废”，但里面仍有相当可观的裂变物质没有用掉，这是不能丢弃的，必须加以回收。而且在反应堆中，铀238吸收中子，生成钚239。钚239是原子弹的重要装药，它就含在废燃料中，这就使得用过的废燃料甚至比没有用过的燃料还宝贵。除此而外，反应堆运行期间，还生成其它很多种有用的放射性同位素，它们也含在废燃料中，也需要加以回收。
从原理上讲，废燃料的处理与天然铀的生产并无多大差别。一般先把废燃料溶解，再用溶剂萃取法把铀、钚和裂变产物相互分开，然后进行适当的纯化和转化。但实际上，废燃料的处理是十分困难的。世界上很多国家都能生产天然铀，很多国家都有反应堆，但是能处理废燃料的国家却并不多。
废燃料的处理有三个特点：一是废燃料具有极强的放射性，它们的处理必须有严密的防护设施，并实行远距离操作；二是废燃料中钚含量很低而钚又极贵重，所以要求处理过程的分离系数和回收率都很高；三是钚能发生链式反应，因此必须采取严格的措施，防止临界事故的发生。目前，废燃料的处理大都采用自动化程度很高的磷酸三丁酯萃取流程。
我们看到，在铀处理的工艺链中，相对于反应堆而言，铀水冶工艺在反应堆之前进行，所以通常叫做前处理，废燃料处理在反应堆之后进行，所以通常叫做后处理。而从铀矿石加工开始的整个工艺过程，包括铀同位素分离以及核燃料在反应堆中使用在内，一般总称为核燃料循环。
从以上极为简单的介绍就可以看出，铀和钚确是得之不易的。原子能工业犹如一条长长的巨龙，要最重的天然元素铀做出轰轰烈烈的事业，得经过多少次加工和处理、分析和测量、计算和核对啊！原子能工业又犹如一座高高的金字塔，要制造一颗原子弹，就要使用一、二十公斤铀235或钚239；要生产一、二十公斤铀235或钚239，就要消耗十来吨天然铀；要生产十来吨天然铀就要加工近万吨铀矿石。我们赞赏核电站的雄姿，惊叹原子弹的威力，可千万不能忽视支撑这座金字塔塔尖的无数块砖石啊！
二、金属铀的铀的开采提炼
最重的天然元素铀已经成为新能源的主角，那么铀又是怎样提炼出来的呢？
在居里夫妇发现镭以后，由于镭具有治疗癌症的特殊功效，镭的需要量不断增加，因此许多国家开始从沥青铀矿中提炼镭，而提炼过镭的含铀矿渣就堆在一边，成了“废料”。
然而，铀核裂变现象发现后，铀变成了最重要的元素之一。这些“废料”也就成了“宝贝”。从此，铀的开采工业大大地发展起来，并迅速地建立起了独立完整的原子能工业体系。
铀是一种带有银白色光泽的金属，比铜稍软，具有很好的延展性，很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。铀的比重很大，与黄金差不多，每立方厘米约重19克，像接力棒那样的一根铀棒，竟有十来公斤重。
铀的化学性质很活泼，易与大多数非金属元素发生反应。块状的金属铀暴露在空气中时，表面被氧化层覆盖而失去光泽。粉末状铀于室温下，在空气中，甚至在水中就会自燃。美国用贫化铀制造的一种高效的燃烧穿甲弹—“贫铀弹”，能烧穿30厘米厚的装甲钢板，“贫铀弹”利用的就是铀极重而又易燃这两种性质。
铀元素在自然界的分布相当广泛，地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5，即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀，这比钨、汞、金、银等元素的含量还高。但是铀在各种岩石中的含量很不均匀。例如在花岗岩中的含量就要高些，平均每吨含3.5克铀。依此推算，一万立方公里的花岗岩就会含有约一万吨铀。海水中铀的浓度相当低，每吨海水平均只含3.3毫克铀，但由于海水总量极大，且从水中提取有其方便之处，所以现在不少国家，特别是那些缺少铀矿产资源的国家，正在探索海水提铀的方法。
由于铀的化学性质很活泼，所以自然界不存在游离的金属铀，它总是以化合状态存在着。已知的铀矿物有一百七十多种，但具有工业开采价值的铀矿只有二、三十种，其中最重要的有沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀)、品质铀矿(二氧化铀)、铀石和铀黑等。很多的铀矿物都呈黄色、绿色或黄绿色。有些铀矿物在紫外线下能发出强烈的荧光，正是铀矿物(铀化合物)这种发荧光的特性，才导致了放射性现象的发现。
虽然铀元素的分布相当广，但铀矿床的分布却很有限。国外铀资源主要分布在美国、加拿大、南非、西南非、澳大利亚等国家和地区。据估计，国外已探明的工业储量到1972年已超过一百万吨。随着勘探活动的广泛和深入，铀储量今后肯定还会增加。我国铀矿资源也十分丰富。
铀矿是怎样寻找的呢？铀及其一系列衰变子体的放射性是存在铀的最好标志。人的肉眼虽然看不见放射性，但是借助于专门的仪器却可以方便地把它探测出来。因此，铀矿资源的普查和勘探几乎都利用了铀具有放射性这一特点：若发现某个地区岩石、土壤、水、甚至植物内放射性特别强，就说明那个地区可能有铀矿存在。
铀矿的开采与其它金属矿床的开采并无多大的区别。但由于铀矿石的品位一般很低(约千分之一)，而用作核燃料的最终产品的纯度又要求很高(金属铀的纯度要求在99.9%以上，杂质增多，会吸收中子而妨碍链式反应的进行)，所以铀的冶炼不象普通金属那样简单，而首先要采用“水冶工艺”，把矿石加工成含铀60～70%的化学浓缩物（重铀酸铵，黄饼），再作进一步的加工精制。
铀水冶得到的化学浓缩物(重铀酸铵)呈黄色，俗称黄饼子，但它仍含有大量的杂质，不能直接应用，需要作进一步的纯化。为此先用硝酸将重铀酸铵溶解，得到硝酸铀酰（硝酸双氧铀，【UO2(NO3)2】）溶液。再用溶剂萃取法纯化(一般用磷酸三丁酯作萃取剂)，以达到所要求的纯度标准。
纯化后的硝酸铀酰溶液需经加热脱硝，转变成三氧化铀，再还原成二氧化铀。二氧化铀是一种棕黑色粉末，很纯的二氧化铀（制作成柱状）本身就可以用作反应堆的核燃料。
为制取金属铀，需要先将二氧化铀与无水氟化氢反应，得到四氟化铀；最后用金属钙(或镁)还原四氟化铀，即得到最终产品金属铀。如欲制取六氟化铀以进行铀同位素分离，则可用过量的氟气与四氟化铀反应。
至此，能作核燃料使用的金属铀和二氧化铀都生产出来了，只要按要求制成一定尺寸和形状的燃料棒或燃料块(即燃料元件)，就可以投入反应堆使用了。但是对于铀处理工艺来说，这还只是一半。
我们知道，核燃料铀在反应堆中虽然要比化学燃料煤在锅炉中使用的时间长得多，但是用过一段时间以后，总还是要把用过的核燃料从反应堆中卸出来，再换上一批新的核燃料。从反应维中卸出来的核燃料一般叫辐照燃料或“废燃料”。烧剩下的煤渣一般都丢弃不要了，可这种不能再使用的废燃料却还大有用处呢！
废燃料之所以要从反应堆中卸出来，并不是因为里面的裂变物质(铀235)已全部耗尽，而是因为能大量吸收中子的裂变产物积累得太多，致使链式反应不能正常进行了。所以，废燃料虽“废”，但里面仍有相当可观的裂变物质没有用掉，这是不能丢弃的，必须加以回收。而且在反应堆中，铀238吸收中子，生成钚239。钚239是原子弹的重要装药，它就含在废燃料中，这就使得用过的废燃料甚至比没有用过的燃料还宝贵。除此而外，反应堆运行期间，还生成其它很多种有用的放射性同位素，它们也含在废燃料中，也需要加以回收。
从原理上讲，废燃料的处理与天然铀的生产并无多大差别。一般先把废燃料溶解，再用溶剂萃取法把铀、钚和裂变产物相互分开，然后进行适当的纯化和转化。但实际上，废燃料的处理是十分困难的。世界上很多国家都能生产天然铀，很多国家都有反应堆，但是能处理废燃料的国家却并不多。
废燃料的处理有三个特点：一是废燃料具有极强的放射性，它们的处理必须有严密的防护设施，并实行远距离操作；二是废燃料中钚含量很低而钚又极贵重，所以要求处理过程的分离系数和回收率都很高；三是钚能发生链式反应，因此必须采取严格的措施，防止临界事故的发生。目前，废燃料的处理大都采用自动化程度很高的磷酸三丁酯萃取流程。
我们看到，在铀处理的工艺链中，相对于反应堆而言，铀水冶工艺在反应堆之前进行，所以通常叫做前处理，废燃料处理在反应堆之后进行，所以通常叫做后处理。而从铀矿石加工开始的整个工艺过程，包括铀同位素分离以及核燃料在反应堆中使用在内，一般总称为核燃料循环。
从以上极为简单的介绍就可以看出，铀和钚确是得之不易的。原子能工业犹如一条长长的巨龙，要最重的天然元素铀做出轰轰烈烈的事业，得经过多少次加工和处理、分析和测量、计算和核对啊！原子能工业又犹如一座高高的金字塔，要制造一颗原子弹，就要使用一、二十公斤铀235或钚239；要生产一、二十公斤铀235或钚239，就要消耗十来吨天然铀；要生产十来吨天然铀就要加工近万吨铀矿石。我们赞赏核电站的雄姿，惊叹原子弹的威力，可千万不能忽视支撑这座金字塔塔尖的无数块砖石啊！
三、关于铀的事实
铀矿石（图片版权所有）1945年8月6日，一枚10英尺长（3米）的炸弹从日本广岛上空坠落。不到一分钟，炸弹爆炸一英里内的一切都被抹去了。一场巨大的暴风雪迅速摧毁了数英里以外的地区，造成数万人死亡。
这是有史以来第一次在战争中使用原子弹，它使用了一种著名的元素来制造灾难：铀。这种放射性金属的独特之处在于它的一种同位素铀235是唯一能够维持核裂变反应的天然同位素。（同位素是原子核中中子数不同的元素的一种形式。）
要了解铀，了解放射性很重要。铀具有天然的放射性：它的核是不稳定的，因此元素处于不断衰变的状态，寻求一种更稳定的排列方式。事实上，铀是使放射性发现成为可能的元素。1897年，法国物理学家亨利·贝克勒尔在照相底片上留下了一些铀盐，作为研究光如何影响这些盐的一部分。令他惊讶的是，板块上起了雾，显示出铀盐的某种排放。1903年，贝克勒尔因这一发现与玛丽和皮埃尔·居里共同获得了诺贝尔奖。据杰斐逊国家直线加速器实验室称，
就是事实，铀的性质为：
铀（Andrei Marincas Shutterstock）原子序数（核内质子数）：92原子符号（元素周期表上）：U原子量（原子平均质量）：238.02891密度：室温下每立方厘米相18.95克：固态熔化点：2075华氏度（1135摄氏度）沸点：7468华氏度（4131摄氏度）同位素数量（同一元素的原子具有不同数量的中子）：16，3种最常见的天然同位素：U-234（0.0054%的天然丰度）、U-235（0.7204%的天然丰度），德国化学家Martin Heinrich Klaproth的铀-K8（99.2742%天然丰度）历史在1789年发现了铀，尽管据化学工程师的说法，至少在公元79年，当氧化铀被用作陶瓷釉料和玻璃的着色剂时，人们就已经知道了它。Klaproth在矿物沥青铀矿中发现了元素，当时人们认为沥青铀矿是锌和铁矿石。该矿物在硝酸中溶解，然后在剩余的黄色沉淀物中加入钾（钾盐）。Klaproth的结论是，当钾盐和沉淀物之间的反应没有遵循任何已知元素的反应时，他发现了一种新元素。他的发现原来是铀氧化物，而不是他原先认为的纯铀。根据洛斯阿拉莫斯国家实验室，“KdSPE”“KdSPs”被命名为新发现的元素，它是最近发现的行星天王星，它是以希腊的天空神名命名的。1841年，法国化学家Eugène Melchior Péligot用钾加热四氯化铀，分离出纯铀。1896年，法国物理学家Antoine H.beckerel发现铀具有放射性。贝克勒尔在一块未曝光的照相底片上留下了一个铀样品，底片变得混浊。据英国皇家化学学会（Royal Society of Chemistry）称，他得出的结论是，它发出的是看不见的光线。这是放射性研究的第一次，开辟了一个新的科学领域。波兰科学家玛丽·居里（Marie Curie）在贝克勒尔被发现后不久就创造了“放射性”一词，并与法国科学家皮埃尔·居里（Pierre Curie）一起继续研究，以发现其他放射性元素，如钋和镭，根据世界核协会的数据，宇宙中的铀在66亿年前在超新星中形成。它遍布地球，在大多数岩石中约占百万分之二到四。它在最丰富的元素中排名第48位高温***玻璃中的铀酰化合物，使其在下沉时释放出光子。固体铀氧化物。这是铀在浓缩前通常出售的形式。据世界核协会（World Nuclear Association）称，铀在20个国家开采，其中一半以上来自加拿大、哈萨克斯坦、澳大利亚、尼日尔、俄罗斯和纳米比亚。伦泰克认为，所有人类和动物都会自然地暴露在食物、水、土壤和空气中微量的铀中。在大多数情况下，普通民众可以安全地忽略摄入的量，除非他们生活在危险的废物场、地雷附近，或者作物生长在受污染的土壤中或用受污染的水浇灌。鉴于
在核燃料中的重要性，研究人员对铀的功能非常感兴趣，特别是在熔毁期间。当反应堆周围的冷却系统发生故障，反应堆堆芯裂变反应产生的热量融化燃料时，就会发生熔毁。这发生在切尔诺贝利核电站的核灾难期间，导致了一个被称为“大象脚”的放射性物质团。
了解核燃料融化时的行为对核工程师建造安全壳至关重要，约翰·帕里斯说，2014年11月，Parise和来自阿贡国家实验室和其他机构的同事在《科学》杂志上发表了一篇论文，第一次阐明了核燃料的主要组成部分——熔化的二氧化铀的内部工作。二氧化铀不会熔化直到温度达到5432华氏度（3000℃），所以很难测量当物质变成液体时会发生什么，Parise告诉Live Science——没有足够坚固的容器。“KdSPE”“KdsPS”“我们的解决办法是用二氧化碳激光器从顶部加热二氧化铀球。“这个球悬浮在气流上，”帕里斯说你有一个物质球漂浮在气流上，所以你不需要一个容器。“KdSPE”“KDSPs”，然后研究人员将X射线穿过二氧化铀气泡，并用探测器测量X射线的散射。散射角揭示了二氧化铀内部的原子结构。“KdSPE”“KDSPs”。研究人员发现，在固体二氧化铀中，原子排列成一系列立方体，在网格状图案中与空隙交替，每个铀原子周围有八个氧原子。阿贡国家实验室研究员Lawrie Skinner在一段关于实验结果的视频中说，当这种物质接近其熔点时，氧元素会变得“疯狂”。氧原子开始四处移动，填满了空间，从一个铀原子跳到另一个铀原子。
最后，当材料熔化时，结构就像萨尔瓦多达利画的那样，立方体变成无序多面体。帕里斯说，在这一点上，每个铀原子周围的氧原子的数量（称为配位数）从8个减少到7个左右（有些铀原子周围有6个氧原子，有些则有7个，Parise说：“平均每个铀的6.7个氧原子。”KDSPE“KDSPs”知道这个数字使得我们有可能对二氧化铀在高温下的行为进行建模。下一步是增加更多的复杂性。核核不只是二氧化铀，他说。它们还包括锆等材料以及用于屏蔽反应堆内部的任何材料。研究小组现在计划添加这些材料来观察材料的反应如何变化。“KDSPE”“KDSPs”“你需要知道纯二氧化铀液体的行为，这样当你开始观察少量添加剂的影响时，你能看到它们有什么区别吗？”帕里斯说：
绝大多数铀用于发电，通常用于控制核反应。剩余的贫化铀可以回收利用，利用其他类型的能源，比如太阳的能量。Igor Usov和Milan Sykor的2017年专利
参考资料:选矿在线分析仪
