[科普中国]-铀Z

铀是一种软的银白色金属，原子序数为92，原子量为238.03，属于锕系元素。

简介铀是一种软的银白色金属，原子序数为92，原子量为238.03，属于锕系元素，其基态用光谱符号表示为5L06，其核外电子构型为5f3617s2。铀的化学性质很活泼，极易与空气中的含氧气体反应。常温常压下，银白色活性铀表面在大气中就会受到腐蚀缓慢氧化，先覆以金黄色的薄膜，3 -4天后薄膜就变成蓝色，氧化膜能阻碍铀的进一步氧化，但不能使其氧化完全停止。在铀的腐蚀产物中，铀具有从+2到+6的原子价，其中4价和6价铀的化合物比较稳定。铀对氧和卤素的亲和力比较大，能与氢、水蒸气、氮、碳、和含碳气体发生反应。1

性质铀是一种银白色的致密金属，质软，具有延展性。纯金属铀的密度为18. 31g/cm,熔点为1132. 3度。在水溶液中，铀有四种氧化态:U (III)，U(IV)，U(V)和U(VI)。U(IV)和U(VI)是水溶液中铀的常见氧化态。U(VI)的主要形式具有极大的离子半径(3. 20 X 10e-8cm，因而易于溶解迁移。U(IV)的离子半径相对较小(1. 05 X 10e-8cm),溶解度很低，其矿物的硬度也比铀矿物的要大。

同位素自然界存在的铀是质量数234, 235和238三种同位素的混合物，其相对丰度分别为0.006%, 0.71%, 99.28%;半衰期分别为2. 475 X 10e5a, 7. 13 X 10e8a, 4. 507 X 10e9a。在自然界中铀的丰度很大( 3 X 10e-4% )。铀广泛地分布于地壳和水中，它在地壳中含量约为3 x 10e-6 g;海水中铀的含量约为2 X 10e-9g/L~3X10e-9g/L。

除了三种天然同位素外，铀还有多种人工同位素，各同位素的辐射特性。 238U是天然铀(4n+2)放射系的母体，234U是该系中的一个成员，235U是天然钢铀(4n+3)放射系的母体。235U的核性质是能在慢中子作用下进行核裂变并释放出大量的能量，这是目前建造反应堆中使用的主要核燃料。238U在俘获中子以后，可以衰变为另一种易裂变物质239Pu。

检测方法环境样品中铀的测定目前主要采用激光荧光法，样品经去除有机物后，用稀硝酸浸出铀。先取一定体积的滤液定量加入荧光增强剂，使其与铀酞离子生成络合物，用标准加入法测定样品中铀浓度。

危害1）产生危害的原理、途径及程度

放射性引起的生物效应，主要是使机体分子产生电离和激发，破坏生物机体的正常机能。这种作用可以是直接的，既射线直接作用于组成机体的蛋白质、碳水化合物、酵素等而引起电离和激发可，并使这些物质的原子结构发生变化，引起人体生命过程的改变;也可以是间接的，即射线与机体内的水分子起作用，产生强氧化剂和强还原剂，破坏有机体的正常物质代谢，引起机体系列反应，造成生物效应。由于水站人体重量的70%左右，所以射线间接作用对人体健康的影响不直接作用更大。应指出的是，射线对机体作用是综合性的，在同等条件下，内辐射要比外辐射危害更大。大气和环境中的放射性物质，可经过呼吸道、消化道、皮肤、直接照射、遗传等途径进入人体，一部分放射性核素进入生物循环，并经食物链进入人体。

2)对人的影响

放射性废水对其生态环境和人类健康危害极大，如果任其排放于环境中，就会造成极其严重的后果。放射性废水对环境的污染主要是由其中所含的放射性核素引起的，它们对生物和人体会产生多种损伤和致病效应。放射性废水中的放射性核素通过外辐射和内辐射两条途径对人体发生危害。外辐射包括废水中的辐射体(主要是γ和β射线)直接对人体的辐射以及人在被放射性废水污染的水体中游泳或划船时受到的辐射。废水中的放射性核素进入人体产生内辐射的途径有:饮用被放射性核素在水体和土壤中转移到水生物、粮食、蔬菜等食物以及牲畜、家禽中并发生浓集放大作用，人通过食物链会将污染环境的放射性核素摄入体内，超过允许含量时，就会受到损伤和致病。放射性废水中含有的废弃放射性核素通过自身的衰变而放射出α、β和γ射线，这些射线在较大的辐照剂量下对人体的组织和器官有危害作用，如能导致脱发，皮肤起红斑，白血球、红血球或血小板减少，白血病，白内障。影响生殖机能，癌症等;在大剂量照射下能使人死亡。如在核燃料再加工中产生的高水平放射性废液，只要从贮存设备中漏失极少量，人不慎短时间接触，就会受到严重的辐射损伤甚至死亡。意大利有两个村庄在1957-1965年期间胃癌和肠癌患者显著增加，经调查发现是由于起用了一口新井，井水的放射性高达4400微居里/升，而老井水的放射性仅为80微居里/升。2

处理方法1）混凝沉淀法

混凝沉淀法是处理含铀废水的一种常用方法，它利用金属离子与溶液中原有的悬浮物颗粒互相结合形成可沉淀颗粒而达到吸附金属离子的目的。可通过添加絮凝剂如硫酸铝、硫酸镁、氧化铝、聚合硫酸铁等加速对金属离子的吸附。混凝沉淀法由于处理工艺简单，成本较低，常用于矿山、冶金工厂排放的废水。

2）离子交换法

离子交换法是在离子交换器中进行，一般使用离子交换树脂。此方法可以借助离子交换剂来完成。当含铀废水通过交换剂时，交换剂上的离子水中的UO2进行交换达到去除水中UO2的目的。这一过程是可逆的，离子交换剂可再生。离子交换法处理设备比较简单，去除含盐量少和浊度低的放射性废水时的净化效率较高;但交换选择性不理想，交换容量有限，废水中的竞争离子干扰严重，一般需进行预处理，要求废水中的悬浮固体物浓度和总固体物浓度必须很低，废水中的放射性核素必须呈离子状态，还有些离子交换树脂的化学、机械和辐射稳定性差，价格昂贵。3

3）蒸发浓缩法

蒸发浓缩法是目前处理含铀废水的一种简单、有效、可靠的方法，去除效率高，主要是通过将放射性物质浓缩，减少废液的体积以便进行进一步处理。在通过蒸发操作时还可以回收处理过程中的有用化学物质，而经过冷凝形成的冷凝水中的放射性远低于原来的废水，如果放射性达到排放标准则可直接排放，否则还可以利用其它方法处理后再进行排放。蒸发浓缩法去污系数高达10e4~10e6，理论与技术相对成熟，安全可靠，但是该方法仅适用于水量较少、废水放射性比活度低的情况，而且不适合处理含有挥发性核素和易起泡沫的废水，热能消耗较大，同时在设计和运行时要考虑溶液的腐蚀、沉淀结垢、爆炸等潜在威胁。

4）膜处理法

膜处理法是近年来一项新兴的化工分离技术，它具有能耗低、设备简单、操作方便、操作费用低等优点，具有广泛的应用前景。目前国内外在放射性废水的处理中采用的膜技术有渗透、反渗透、电渗析、超滤、纳滤、液膜分离等。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所