Кіріспе

Уран(IV) сульфаты (U(SO4)2) – уранның суда еритін тұзы. Бұл өте улы қосылыс. Уран сульфаты минералдары көбінесе уран кенетін жерлердің маңында кеңінен таралған, олар оттегі бар сулармен шайылып, кислоталы сульфатқа бай кен қалдықтарының булануы нәтижесінде пайда болады. Уран сульфаты уран гексафторидін өндірудегі аралық зат. Ол сонымен қатар сулы гомогенді реакторларды отынмен қамтамасыз ету үшін де қолданылды.

Дайындық

Ерітіндідегі уранил сульфаты фотохимиялық түрде уран(IV) сульфатына оңай тотығуға ұшырайды. Фоторедукция күн сәулесінде жүзеге асырылады және редукциялағыш зат ретінде этанол қосуды қажет етеді. Уран(IV) кристалданады немесе артық этанолмен тұнбаға түседі. Оны әртүрлі дәрежеде гидратацияланған күйде алуға болады. U(SO4)2 U(VI) электрохимиялық тотығуы және сульфаттар қосу арқылы да дайындалуы мүмкін. U(VI) U(IV) дейін тотығу микроорганизмдердің әрекеттері сияқты әртүрлі механизмдер арқылы табиғи түрде жүреді. U(SO4)2 түзiлуi энтропиялық және термодинамикалық тұрғыдан тиімді реакция болып табылады.

Тау-кен өндірісі және қоршаған ортада болуы

Уранды өндіруде кеңінен қолданылатын "in situ leaching" (ISL) техникасы уран сульфаты қосылыстарын жасанды түрде көбейтуге себеп болады. ISL 1990 жылдары АҚШ-та уран өндірудің ең көп қолданылған әдісі болды. Бұл әдіс кен орнына суырқышқыл немесе сілтілік карбонат ерітіндісін соруды қамтиды, онда ол уранмен кешендесіп, ерітінді алынып, уран тазартылады. Бұл синтетикалық күкірт қышқылының қосылуы осы жерде уран сульфаты кешендерінің мөлшерін табиғи емес түрде арттырады. Қышқылдың енгізілуінен pH төмендеуі U(IV) еритін деңгейін арттырады, ол әдетте салыстырмалы түрде ерімейтін және бейтарап pH-та ерітіндіден тұнбаланады. Уранның тотығу күйлері U3+-ден U6+-ға дейін өзгереді, U(III) және U(V) сирек кездеседі, ал U(VI) және U(IV) басым. U(VI) тұрақты сулы кешендер құрайды, сондықтан ол өте жылдам қозғалады. Кен орындарынан уранның зиянды қосылыстарын таратудың алдын алу көбінесе U(VI) тотығуын U(IV) күйіне дейін азайтуды қамтиды, ол әлдеқайда аз ериді. Дегенмен, күкірт қышқылы мен сульфаттардың болуы pH төмендеуі және уран тұздарының пайда болуы арқылы осы процеске кедерес келтіреді. U(SO4)2 суда еритін, сондықтан одан да жылдам қозғалады. Уран сульфаты кешендері де оңай түзіледі.

Қоршаған ортаға және денсаулыққа әсері

U(IV) U(VI)-ға қарағанда әлдеқайда аз ериді, сондықтан қоршаған ортада оңай жылжымайды, сондай-ақ UO2(SO4) сияқты сульфат қосылыстарын да түзетін болады. Уранды тотығуын төмендетуге қабілетті бактериялар, шахта қалдықтары және ядролық қару өндіріс орындары сияқты ластанған аймақтардан U(VI)-ны жою құралы ретінде ұсынылған. Жер асты суларының уранмен ластануы – денсаулыққа қауіпті жағдай және қоршаған ортаға да зиян келтіруі мүмкін. Көптеген сульфатты тотығуын төмендетуге қабілетті бактериялар да уранды тотығуын төмендетуге жарайды. Сульфатты (тотығуын төмендетілген уранды ерітетін) және жылжымалы U(VI)-ны қоршаған ортадан тазарта алу мүмкіндігі, ISL кен орындарын биологялық әдіспен қалпына келтіруге мүмкіндік береді.

Қауысқан қосылыстар

U(SO4)2 жартылай еритін қосылыс болып табылады және тоғызға дейін координациялық сулары бар әртүрлі гидратациялық күйлерде кездеседі. U(IV) беске дейін координациялық сульфаттарға ие болуы мүмкін, бірақ U(SO4)2-ден жоғары ештеңе маңызды сипатталған жоқ. U(SO4)2+ және U(SO4)2 үшін кинетикалық деректер, монодентатты кешен үшін K0 = 6,58-ге қарағанда, бидентатты кешен термодинамикалық тұрғыдан айқын басымдыққа ие екенін көрсетеді, оның K0 мәні 10,51-ге тең. U(IV) сульфат қосылысы ретінде, әсіресе U(SO4)2 ретінде, әлдеқайда тұрақты. Бехонекит – химиялық құрамы U(SO4)2(H2O)4 болатын, жақында (2011 ж.) сипатталған U(IV) минералы. Уран орталығында сегіз оттек лигандтары бар, олардың төртеуі сульфат топтарынан, ал төртеуі су лигандтарынан. U(SO4)2(H2O)4 қысқа, жасыл кристалдар түзеді. Бехонекит – табиғатта кездесетін U(IV) сульфатының алғаш рет сипатталған түрі.