Uranium Là Gì Nguồn Gốc Và Tính Chất Ứng Dụng Của Uranium

Uranium (còn được gọi là Urani) là một kim loại nặng, được hình thành cách đây 6,6 tỷ năm và được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Kim loại này được tìm thấy trong nước biển, trong các loại đá và trong lớp vỏ trái đất cùng với các kim loại khác như: thiếc, Vonfram và Molypden. Urani được lưu trữ, xử lý và bán dưới dạng tinh quặng uranium oxit (U3O8), đồng thời trữ lượng của kim loại này cũng dồi dào hơn vàng.

Uranium là gì?

Uranium là một kim loại thuộc nhóm Actini và là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn, với số hiệu nguyên tử là 92. Kim loại này có ký hiệu hóa học là U. Một nguyên tử Urani có 92 proton và 92 electron, trong đó có 6 electron hóa trị.

Kim loại này còn có đặc tính dẻo, dễ uốn, có khả năng đánh bóng và có trọng lượng nguyên tử cao nhất trong tất cả các nguyên tố tự nhiên.

Ngoài ra, Urani có màu trắng bạc giống như: bạc, bạch kim và Palladium,… nhưng không được ưa chuộng để chế tạo nên các loại trang sức độc đáo.

Nguồn gốc của Uranium

Uranium được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1789 bởi Martin Klaproth, một nhà hóa học người Đức. Ông đã tiến hành cô lập một oxit trong Urani khi phân tích các mẫu quặng vàng từ mỏ vàng bạc Joachimsthal, Bohemia (ngày nay là Czechia).

Ông đặt tên cho khám phá của mình là “Uran” theo tên hành tinh Uranus (Sao Thiên Vương).

Uranium có trong nhiều loại đá và thậm chí cả trong nước biển. Tuy nhiên, kim loại này hiếm khi được tìm thấy dưới với số lượng lớn để có mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế.

Urani dễ hòa tan và nước ngầm chứa urani kết tủa thành uranium oxit khi kim loại này đi vào môi trường khử. Kim loại này có thể được tái hòa tan tại chỗ từ các trầm tích sa khoáng bằng dung dịch lọc oxy.

Trạng thái tự nhiên của Urani

Trong tự nhiên, Uranium có nồng độ thấp với khoảng vài ppm trong nước biển, đá, đất cùng với khoáng sản Uraminit. Kim loại này có hàm lượng 2 đến 4 ppm trong lớp vỏ Trái Đất, gấp 40 lần khi so với nguyên tố bạc.

Uranium tự nhiên là một hỗn hợp các đồng vị, bao gồm một tỷ lệ nhỏ đồng vị có thể phân hạch  để tạo ra nhiều năng lượng hơn bất kỳ quá trình đốt cháy nào. Đồng thời, kim loại này được tìm thấy dưới nhiều dạng khác nhau như: Urani 238 (99,284%), Urani 235 (0,711%), Urani 234 (0,0058%).

Trước đây, kim loại này thường được sử dụng để tạo màu cho thủy tinh và khai thác để thu được sản phẩm phân rã Radium.

Quá trình khai thác và sản xuất Uranium

Uranium là một kim loại phổ biến. Tuy nhiên, rất khó tìm kiếm những mỏ khoáng sản giàu urani đậm đặc để tiến hành khai thác.

Quặng Uranium có thể được khai thắc bằng nhiều cách như: đào mỏ lộ thiên, tách quặng từ đất đá hoặc khoang mỏ sâu trong lòng đất. Quặng kim loại này chứa khoảng 0,01 đến 0,25% Urani Oxide nên cần đo đạc trước khi áp dụng các phương pháp tách quặng phù hợp.

Cách khai thác quặng Uranium đơn giản là đổ trực tiếp Pepsi hoặc Coca Cola xuống các hầm mỏ lộ thiên hoặc các hầm mỏ sâu trong lòng đất.

Khi chất lỏng đã thấm qua lớp trầm tích, Urani sẽ được tách ra và thu hoạch dễ dàng. Sau khi thu hoạch xong, quặng kim loại này sẽ được nghiền thành bột mịn và xử lý tại nhà máy để đem lại sản phẩm có giá trị hơn.

Ngoài ra, kim loại này cũng có thể được sản xuất bằng cách điện phân KU₅, UF₄ hoặc hòa tan trong dung dịch CaCl₂ và NaCl nóng chảy.

Tuy nhiên, để thu được Urani tinh khiết cao thì cần sử dụng cách thức nhiệt phân Urani Halide trong điện cực nóng.

Các loại Uranium

Uranium có một số đồng vị quan trọng khác nhau, tuy cùng một chất nhưng các đồng vị này khác nhau về số lượng Neutron.

Ứng dụng của Uranium

Trong tự nhiên, urani có 99,284%% đồng vị 238U, trong đó chỉ có khoảng 0,711% là 235U. 235U là đồng vị duy nhất có thể phân hạch bằng nơtron nhiệt. Vì vậy làm giàu urani là phương pháp làm tăng tỷ lệ hợp phần urani 235 thông qua tách đồng vị.

Có khoảng 2.000 tấn urani được làm giàu rất cao trên thế giới, sản xuất chủ yếu để tạo ra vũ khí hạt nhân, tàu ngầm hạt nhân.

Urani 238 còn lại sau quá trình làm giàu được gọi là urani nghèo (DU), và được xem là có tính phóng xạ ít hơn cả urani tự nhiên, mặc dù nó vẫn rất độc.

Theo nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng 1kg Urani được làm giàu phát ra năng lượng khổng lồ tương đương 15 ngàn tấn thuốc nổ TNT.

Tức đủ để máy bay bay với tốc độ 1300 km/h, bay được 10 000 kilomet, tức là bay quanh Trái Đất được 2,5 vòng!

Chính nhờ vậy mà Urani đã trở thành một loại nhiên liệu lý tưởng được sử dụng cho mục đích quân sự ( chế tạo thuốc nổ hạt nhân) hoặc ứng dụng trong mục đích hoà bình ( xây dựng nhà máy điện hạt nhân ) dùng năng lượng hạt nhân tạo ra điện.

Phương pháp phổ biến để làm giàu Uranium (làm giàu mật độ U 235) hiện nay là phương pháp ly tâm.

Ứng dụng quan trọng nhất của urani dựa trên các tính chất hạt nhân của nó. Urani chủ yếu được dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân, chế tạo bom nguyên tử,…Ngoài ra, một phần urani còn được dùng làm chất nhuộm màu sắc đỏ đến vàng chanh cho thủy tinh urani.

Quân sự và dân sự

Trong nhiều năm kể từ những năm 1940, tất cả Uranium được khai thác đều được sử dụng để sản xuất vũ khí hạt nhân, nhưng điều này đã không còn đúng vào những năm 1970.

Tuy nhiên, ngày nay vì Urani có nhiều đặc tính nên vẫn được sử dụng trong quân sự và dân sự như:

Urani cạn kiệt được quân đội sử dụng cho khả năng xuyên giáp, làm chất xuyên thấu như đạn, áo giáp,…
Urani được làm giàu cao (Uranium 235) thường được quân đội lựa chọn sử dụng làm vũ khí hạt nhân như bom, để tạo ra các vụ nổ.

Y học

Uranium và các hạt nhân phóng xạ khác được sử dụng trong y học như: MRI, tia X, tiêm đồng vị phóng xạ, điều trị bức xạ,… Ứng dụng này được sử dụng để chẩn đoán bệnh bằng sóng vô tuyến, bức xạ ion hóa để tiêu diệt tế bào ung thư và các hoạt động chữa bệnh khác.

Nghiên cứu khoa học

Urani còn được ứng dụng vào các nghiên cứu khoa học như vật liệu xác định niên đại, thông tin thành phần, nghiên cứu trao đổi chất,…

Nông nghiệp

Urani được ứng dụng vào nông nghiệp với nhiều công dụng khác nhau như chiếu xạ thực phẩm và hạt giống, khử trùng đất để ngăn chặn côn trùng và động vật gây hại,…

Sản phẩm tiêu dùng

Urani được ứng dụng vào các sản phẩm tiêu dùng như: máy dò khói, đồng hồ, băng quấn chiếu xạ và các vật dụng khác để khử trùng, linh kiện máy tính,…

Thử nghiệm vật liệu cho các ngành công nghiệp

Tuy Urani chủ yếu sử dụng trọng ngành năng lượng hạt nhân, nhưng nhiệt từ phản ứng phân hạch hạt nhân cũng có thể được sử dụng cho các quy trình công nghiệp.

Do đó, kim loại này thường được ứng dụng vào nhiều ngành công nghiệp như: ô tô, máy bay, hàng hải, xây dựng, khai thác mỏ và dầu, nhiên liệu.

Ngoài ra, Uranium cạn kiệt đã được sử dụng để làm đối trọng trong thuyền buồm, dằn tàu thuyền, bột màu và tấm chắn bức xạ.

Uranium được tìm thấy ở đâu?

Urani được tìm thấy với số lượng nhỏ trong các loại đá và trong nước biển. Các mỏ uranium được tìm thấy ở nhiều quốc gia, nhưng hơn 85% urani được sản xuất ở sáu quốc gia sau: Kazakhstan, Canada, Australia, Namibia, Niger và Nga.

Uranium tại Việt Nam

Việt Nam là nước có nhiều tiềm năng về Urani với các loại hình khác nhau, được phân phối trong nhiều cấu trúc địa chất ở Bắc Bộ và Trung Bộ. Tài nguyên và trữ lượng của nguyên tố này được dùng để phát triển điện hạt nhân và nhiều ngành khác nhau ở nước ta.

Uranium có độc không?

Tuy kim loại Urani rất phổ biến, nhưng cần hết sức thận trọng vì phóng xạ của nguyên tố có thể gây ra hậu quả khôn lường đối với con người.

Nếu lò phản ứng hạt nhân bị rò rỉ hoặc nổ, phóng xạ này sẽ lan ra ngoài, gây nguy hiểm chết người và ảnh hưởng nhiều hệ lụy lâu dài. Vì vậy, cần đặc biệt chú ý trong quá trình khai thác và sử dụng Urani.

Ăn phải Uranium có sao không?

Không chỉ khi tiếp xúc với Urani trong nhà máy sản xuất hoặc nhà máy điện hạt nhân, kim loại này còn có khả năng gây nhiễm thông qua đường ăn uống. Các loại thực phẩm giàu chất Uranium như khoai tây, củ cải và một số loại thực phẩm khác.

Trung bình con người có thể nạp vào cơ thể khoảng 0,07 đến 1,1 microgram urani.

Tuy nhiên, số lượng urani này không thể gây hại cho chúng ta. Khoảng 95-99% lượng Urani được ăn vào bụng sẽ bị đào thải qua đường tiêu hóa và đường tiết niệu trong vòng 24 giờ. Nhưng bạn cũng nên hạn chế những thức ăn chứa nhiều Uranium, để đảm bảo sức khỏe cho chính mình và gia đình.

Trên đây Thiết Bị Điện Goldsun đã tổng hợp các thông tin về Uranium là gì giúp cho quý bạn đọc cung cấp các kiến thức cần thiết để áp dụng cho công việc và học tập.