Введение

Сульфат урана(IV) (U(SO4)2) — водорастворимая соль урана. Это очень токсичное вещество. Минералы сульфата урана широко распространены вблизи урановых рудников, где они обычно образуются при испарении кислых сульфатных отходов обогащения, выщелачиваемых водами, содержащими кислород. Сульфат урана является промежуточным соединением в производстве гексафторида урана. Он также использовался в качестве топлива для гомогенных водных реакторов.

Подготовка

Уранилсульфат в растворе легко фотохимически восстанавливается до сульфата урана(IV). Фотовосстановление проводят на солнце и требует добавления этанола в качестве восстановителя. Уран(IV) кристаллизуется или осаждается при избытке этанола и может быть получен в различных степенях гидратации. U(SO4)2 также можно получить электрохимическим восстановлением U(VI) в присутствии сульфатов. Восстановление U(VI) до U(IV) происходит естественным образом различными путями, включая воздействие микроорганизмов. Образование U(SO4)2 является энтропически и термодинамически благоприятной реакцией.

Добыча полезных ископаемых и присутствие в окружающей среде

В искусственном увеличении сульфатных соединений урана участвует широко распространенный метод выщелачивания на месте (ISL), используемый для добычи урана. В 1990-х годах ISL был наиболее распространенным методом добычи урана в Соединенных Штатах. Метод заключается в перекачивании экстракционной жидкости (либо серной кислоты, либо раствора щелочного карбоната) в рудное месторождение, где она образует комплексы с ураном, после чего жидкость откачивается и уран очищается. Это искусственное добавление серной кислоты неестественно повышает концентрацию сульфатных комплексов урана на участке. Снижение pH, вызванное введением кислоты, увеличивает растворимость U(IV), который обычно относительно нерастворим и выпадает в осадок при нейтральном pH. Степень окисления урана варьируется от U3+ до U6+, U(III) и U(V) встречаются редко, в то время как преобладают U(VI) и U(IV). U(VI) образует стабильные водные комплексы и, следовательно, достаточно подвижен. Предотвращение распространения токсичных соединений урана с мест добычи часто включает восстановление U(VI) до гораздо менее растворимого U(IV). Однако присутствие серной кислоты и сульфатов препятствует этому процессу секвестрации, как за счет снижения pH, так и за счет образования солей урана. U(SO4)2 растворим в воде и, следовательно, гораздо более подвижен. Урансульфатные комплексы также образуются довольно легко.

Экологические и медицинские последствия

U(IV) гораздо менее растворим и, следовательно, менее подвижен в окружающей среде, чем U(VI), который также образует сульфатные соединения, такие как UO2(SO4). Бактерии, способные восстанавливать уран, были предложены как способ удаления U(VI) из загрязненных территорий, таких как отвалы шахт и предприятия по производству ядерного оружия. Загрязнение ураном подземных вод считается серьезной угрозой для здоровья и может наносить вред окружающей среде. Некоторые виды сульфатредуцирующих бактерий также обладают способностью восстанавливать уран. Способность очищать окружающую среду как от сульфатов (которые растворяют восстановленный уран), так и от подвижного U(VI) делает биоремедиацию участков добычи урана методом выщелачивания in-situ (ISL) возможной.

Сродственные соединения

U(SO4)2 является полурастворимым соединением и существует в различных состояниях гидратации, содержащих до девяти координированных молекул воды. У(IV) может иметь до пяти координированных сульфат-ионов, однако соединения сложнее, чем U(SO4)2, не получили существенного описания. Кинетические данные для U(SO4)2+ и U(SO4)2 показывают, что бидентатный комплекс термодинамически значительно более устойчив, с константой равновесия K0 = 10,51, по сравнению с K0 = 6,58 для монодентатного комплекса. U(IV) гораздо стабильнее в форме сульфатного соединения, особенно в виде U(SO4)2. Бехонекит – недавно (в 2011 году) описанный минерал, содержащий U(IV), с химической формулой U(SO4)2(H2O)4. Центральный атом урана имеет восемь кислородных лигандов, четыре из которых предоставлены сульфат-группами, а четыре – молекулами воды. U(SO4)2(H2O)4 образует короткие, зелёные кристаллы. Бехонекит является первым природным сульфатом U(IV), который был описан.