Uran

Fundort der Erzstufe von 1789 aus Pechblende bei Johanngeorgenstadt

Uran wurde 1789 von dem deutschen, damals in Berlin lebenden, Chemieprofessor und Apotheker Martin Heinrich Klaproth aus dem Mineral Pechblende isoliert. Es ist nach dem Planeten Uranus (und somit nach dem griechischen Himmelsgott Uranos) benannt, der acht Jahre zuvor (1781) von Friedrich Wilhelm Herschel entdeckt worden war. Am 24. September 1789 gab Klaproth die Entdeckung in einer Ansprache vor der Preußischen Akademie der Wissenschaften bekannt. Zuerst wurde seine Entdeckung Uranit genannt, 1790 dann in Uranium umbenannt. Klaproth hatte seine Entdeckung bei der Analyse des Erzes aus dem Bergwerk „Georg Wagsfort“ in Wittigsthal bei Johanngeorgenstadt in Sachsen gemacht. Er behandelte das Erz mit Säure und erwärmte es stark. Das Ergebnis bestand in einem schwarzen Pulver, welches er Uran nannte.

Klaproth hatte tatsächlich ein neues Element identifiziert, aber was er gewonnen hatte, war nicht das Element Uran selbst, sondern ein Oxid. Erst fünfzig Jahre später im Jahre 1841 gelang es dem Franzosen Eugène Peligot, reines Uranmetall zu gewinnen. In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde Uran zusammen mit anderen Mineralien in St. Joachimsthal sowie in einigen Minen in Cornwall (England) gewonnen.

Tortenplatte mit Fuß, teilweise aus gelbgrünem Uranglas.

Uranverbindungen wurden im ganzen 19. Jahrhundert zum Färben von Glas und Keramik verwendet, um Vasen und Dekorationsstücken, aber auch alltäglichen Gebrauchsgegenständen wie Schüsseln, Gläsern etc. eine gelbgrüne Farbe („annagrün“) zu geben. Glashersteller in Joachimsthal (Böhmen) benutzten diese Technik bereits 1826. Noch bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts wurde Uran zur Glasfärbung genutzt, erst dann wurde es durch andere, weniger bedenkliche farbgebende Mineralien ersetzt. Uranhaltige keramische Glasuren von Orange bis leuchtend Rot wurden für Geschirr bis hin zu architektonischem Beiwerk verwendet. Diese in den USA aufgrund des Namens eines Herstellers „Fiestaware“ genannte Keramik gehört wohl (neben Americium-Rauchmeldern) zu den radioaktivsten Gegenständen, welche noch immer in vielen amerikanischen Haushalten zu finden sind.

In der Photographie diente bis weit ins 20. Jahrhundert Uranylnitrat zur Braun- und Rottonung von Diapositivplatten, Platinbildern und Bromsilberbildern.[13]

Dass Uran radioaktiv ist, wurde 1896 zuerst von Antoine Henri Becquerel festgestellt.

Uran galt lange als das Element mit der höchsten Ordnungszahl, das natürlich vorkommt. Im Jahr 1971 wurden jedoch winzigste Spuren des Plutoniumisotops ²⁴⁴Pu nachgewiesen, weshalb Plutonium (Z = 94) Uran als natürliches Element mit der höchsten Ordnungszahl ablöste.[14]

Uranerz (Pechblende)

Uran kommt nicht gediegen in der Natur vor, sondern stets in sauerstoffhaltigen Mineralen. Bedeutende Uranminerale sind unter anderem Brannerit und Uraninit (Oxide), Torbernit, Heinrichit und Carnotit (Phosphate, Arsenate und Vanadate) sowie Coffinit und Uranophan (Silikate). Es gibt insgesamt rund 230 Uranminerale, die lokal ebenfalls von wirtschaftlicher Bedeutung sein können. In sedimentären Lagerstätten können sich auch Pseudomorphosen von Uranmineralen (meist Uraninit in Form von Pechblende) nach fossilem Holz oder Bakterien bilden.[15]

Die beiden entscheidenden Faktoren für die Verteilung des radioaktiven Elements Uran auf der Erde sind zum einen der lithophile Charakter des Elements sowie seine unterschiedliche Mobilität in wässrigen Lösungen unter oxidierenden und reduzierenden Bedingungen. Der lithophile Charakter sorgt dafür, dass Uran sich in silikatreichen Schmelzen anreichert. Daher enthalten in der Regel felsische Magmatite wie Granit als Plutonit oder Rhyolith als Vulkanit die höchsten Konzentrationen dieses Elements. Die kontinentale Kruste ist der Bereich der Erde mit den höchsten Urangehalten von durchschnittlich 2,5 ppm, während die ozeanische Kruste und der Erdmantel um Größenordnungen geringere Urangehalte aufweisen. In magmatischen Gesteinen wird Uran meist in akzessorische Minerale wie Zirkon oder Monazit eingebaut, mit welchen man daher sehr gut das Alter der Gesteine datieren kann.

Die unterschiedliche Löslichkeit von Uran unter oxidierenden oder reduzierenden Bedingungen in Lösungen ist der zweite entscheidende Faktor für die Verteilung des Elements und spielt für die Bildung von Uranlagerstätten eine große Rolle. Unter oxidierenden Bedingungen (UO₂²⁺) ist Uran in wässrigen Lösungen relativ mobil, während es unter reduzierenden Bedingungen (U⁴⁺) schwer löslich ist. Daher sind Redoxgrenzen oftmals lagerstättenkontrollierende Faktoren für das Element.

Ausgehend von oben genannten Faktoren und einigen weiteren gibt es eine große Spannbreite von Uranlagerstätten von magmatischen hydrothermalen bis zu sedimentären Typen. Wichtige Einzeltypen werden von der IAEO unterschieden.

Die höchsten Urangehalte werden in diskordanzgebundenen Lagerstätten mit durchschnittlichen Urangehalten von 0,3 bis 20 % erreicht.[16] Diese stellen derzeit auch die beiden größten Uranproduzenten. Die größte Einzeluranressource der Erde ist Olympic Dam mit einem nachgewiesenen Uraninhalt von über 2 Millionen Tonnen bei durchschnittlichen Urangehalten von etwa 0,03 %.[17] Das erste Uranbergwerk der Welt im industriellen Maßstab in Jáchymov (Tschechische Republik) produzierte aus hydrothermalen Gängen.[18]

Eine Besonderheit stellen die Naturreaktoren von Oklo in Gabun sowie eine benachbarte Uranlagerstätte dar: Von ihnen ist bekannt, dass dort vor etwa 1,5 bis 2 Milliarden Jahren über Jahrtausende Kettenreaktionen in natürlichem Umfeld auftraten, im Zuge derer auch Plutonium-Isotope entstanden. Dies sind weltweit die einzigen Lagerstätten, in welchen das Isotopenverhältnis von Uran-235 zu Uran-238 von den oben angegebenen Daten abweicht, da der Reaktor die Differenz „verbraucht“ hat. Dies wurde entdeckt, als bei der Urananreicherung in Frankreich – trotz der verhältnismäßig kleinen Abweichung – Material für mehrere Atombomben „fehlte“ und deshalb – nicht zuletzt aus Angst vor Proliferation – ermittelt werden musste, wie es dazu kommen konnte. Der Nachweis ungewöhnlicher Isotopenverhältnisse typischer stabiler Spaltprodukte, der nicht anders als durch deren Produktion durch Kernspaltung zu erklären war, lieferte dann den endgültigen Beweis.

Im normalen Boden kommt Uran als Spurenelement vor. Die US-amerikanische Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) schätzt, dass sich in den obersten 33 cm Erdboden einer Fläche von einer Quadratmeile Land im Mittel ca. 4 Tonnen Uran befinden, also etwa 1,5 Tonnen pro Quadratkilometer.

In Komplexen gebundenes Uran ist auch ein ubiquitäres Element in der Hydrosphäre. Die Urankonzentration in Meerwasser beträgt ca. 3,3 μg/l gegenüber den zum Teil deutlich geringeren Konzentrationen in den Flüssen (0,03 μg/l im Amazonas bis 3,9 μg/l im Ganges). Dies zeigt, dass Uran – wie alle wasserlöslichen Substanzen – im Meerwasser angereichert wird. Im Meerwasser befindet sich Uran im Gleichgewicht mit der Konzentration in der ozeanischen Kruste, weshalb dessen Entnahme dazu führen würde, dass entsprechende Mengen im Meerwasser gelöst werden, bis sich wieder ein Gleichgewicht bildet. Ähnlich wie bei Vorschlägen Gold aus Meerwasser zu gewinnen, ist jedoch – trotz der weitaus größeren Mengen Uran im Meerwasser im Vergleich zu jener in bekannten Lagerstätten – aufgrund der sehr geringen Konzentration derzeit eine Gewinnung nicht wirtschaftlich. Deutsche Flüsse weisen in der Regel Urankonzentrationen zwischen ca. 1 und 3 μg/l auf. Die Quelle für das Uran liegt in dem geogenen Aufbau der durch die Flüsse entwässerten Gebiete, z. B. können Oberflächenwässer aus Mooren höhere Urankonzentrationen enthalten, und ist somit natürlichen Ursprungs. Lediglich in Ausnahmefällen sind die Urangehalte in Flüssen auf menschlichen Einfluss bspw. die Nutzung uranhaltiger Phosphatdünger und den Uranbergbau (Zwickauer Mulde: ca. 10 μg/l) zurückzuführen. Uran findet sich in Deutschland im unbeeinflussten Grundwasser in Konzentrationen von unter 1 bis über 100 μg/l. Die regelmäßige Einnahme von Trinkwasser mit erhöhten Urangehalten kann – aufgrund der chemischen Giftigkeit des Schwermetalls Uran – zum Auftreten von Nierenkrebs führen. Aus diesem Grund empfiehlt die Weltgesundheitsbehörde (WHO) für Trinkwasser einen Grenzwert von 30 μg/l.[19]

Die größten Uranerzreserven liegen nach Angaben der Nuclear Energy Agency (NEA) in den USA, Niger, Australien, Kasachstan, Namibia, Südafrika, Kanada, Brasilien, Russland, Ukraine und Usbekistan.[20] Ehemals bedeutende Lagerstätten im Erzgebirge waren schon zu Zeiten der SDAG Wismut nicht zu Weltmarktpreisen zu gewinnen und sind heute wirtschaftlich nicht mehr interessant.

Uran ist in Spuren auch in Stein- und Braunkohle enthalten. Die weltweit jährlich für die Stromerzeugung verwendete Kohle enthält unter anderem etwa 10.000 t Uran und 25.000 t Thorium, die entweder in die Umwelt gelangen oder sich in Kraftwerksasche und Filterstäuben anreichern. Vereinzelt gibt es daher schon Bestrebungen, Uran aus Kraftwerksasche zu gewinnen.[21] Da trotz Filtern eine gewisse Menge dieser Asche in die Umwelt gelangt, ist die messbare Erhöhung der Radioaktivität im Umfeld von Kohlekraftwerken im Normalbetrieb sogar höher als jene im Umfeld von Kernkraftwerken[22] (wobei hierbei natürlich Störfälle und über das übliche Maß hinausgehende Leckagen nicht berücksichtigt sind).

Der Zusammenhang erhöhter Urangehalte in Mineral- und Trinkwässern mit der Geologie der Grundwasserspeichergesteine wurde 2009 erstmals bundesweit untersucht.[23] Dabei stellte sich heraus, dass erhöhte Urangehalte vorwiegend an Formationen wie Buntsandstein oder Keuper gebunden sind, die selbst geogen erhöhte Urangehalte aufweisen. Allerdings sind örtlich auch bereits Urangehalte aus landwirtschaftlicher Phosphatdüngung in das Grundwasser durchgeschlagen, denn Rohphosphate enthalten 10–200 mg/kg Uran, was bei einer ordnungsgemäßen Düngung zu einem Eintrag von jährlich ca. 5 g/ha Uran führen kann.

Quellen des radioaktiven Anteils der Erdwärme von Entstehung der Erde bis heute (Zeitskala in „Ga“ = Milliarden Jahre)

Da Uran eines der schwersten Elemente ist, ist davon auszugehen, dass große Teile des irdischen Urans zu jenen Zeiten, als der gesamte Erdball glutflüssig geschmolzen war, zum Erdkern abgesunken sind. Uran ist neben Thorium und Kalium-40 einer der Hauptbestandteile der Erdwärme, welche beständig durch radioaktiven Zerfall „nachgeliefert“ wird.

In Deutschland wurde Uran in der Sächsischen Schweiz (Königstein) zuerst konventionell und später durch Laugung, in Dresden (Coschütz/Gittersee insbesondere in Gittersee) und im Erzgebirge (Schlema, Schneeberg, Johanngeorgenstadt, Pöhla) sowie in Ostthüringen (Ronneburg) meist unter Tage als Pechblende durch die SDAG Wismut abgebaut. Geringe Mengen wurden auch im Schwarzwald und im Fichtelgebirge gefördert. Die DDR war damals weltweit der drittgrößte Uranproduzent. Die Abbaugebiete wurden nach 1990 geschlossen, da sie aufgrund des niedrigen Weltmarktpreises unwirtschaftlich waren und der Uranbedarf wegen der geänderten politischen Weltlage (geringere Bedeutung von strategischen Atomwaffen) zurückging. Im Zuge der Sanierung des Standortes Königstein wurde nach 1990 Urankonzentrat als „Nebenprodukt“ der Grubenwasserreinigung auf dem Weltmarkt verkauft. Diese Lieferungen wurden 2021 eingestellt, nachdem auf diesem Weg seit 1990 noch etwa 2.000 Tonnen Urankonzentrat verkauft wurden. Die Einstellung dieser Lieferungen bedeutete gleichzeitig den Ausstieg Deutschlands aus der Reihe uranproduzierender Staaten.[24] Im Gegensatz zu anderen Rohstoffen, deren blasenartige Preisentwicklung Mitte/Ende der 2000er-Dekade zu einem „Berggeschrey“ im Erzgebirge und vereinzelten Versuchen der Wiederaufnahme des Bergbaus führte, gab es, trotz zwischenzeitlich explosionsartig steigenden Uranpreisen zur selben Zeit, keine ernsthaften Versuche, im Erzgebirge wieder im großen Stil Uran abzubauen.

Im Westteil Deutschlands wurden mehrere Kleinst- und Kleinlagerstätten erkundet, jedoch erfolgte einzig in Menzenschwand im Schwarzwald ein nennenswerter Abbau, der 1991 eingestellt wurde. Offiziell diente die Grube Krunkelbach lediglich der „Erkundung“ und angesichts ihrer Stilllegung kurz nach der Wiedervereinigung ist es zumindest denkbar, dass der Abbau des Dual-Use-Gutes Uran auch strategischen Zwecken diente, die nach 1990 hinfällig wurden.

Die zehn Staaten mit der weltweit größten Uranförderung (2008)

Die Weltproduktion von Uran betrug im Jahr 2006 39.603 Tonnen. Große Förderländer sind Australien, Kanada, Russland, Niger, Namibia, Kasachstan, Usbekistan, Südafrika und die USA. Der Verbrauch lag 2006 weltweit bei 66.500 Tonnen und wird von der Internationalen Atomenergieorganisation (IAEO) durch den Neubau von Kernkraftwerken für das Jahr 2030 auf 93.775 bis 121.955 Tonnen geschätzt. Der Abbau deckt etwa 60 % des aktuellen Bedarfs, der Rest wird durch Lagerbestände, Wiederaufarbeitung und abgerüstete Kernwaffen gedeckt.[25] Schätzungen der IAEO, Greenpeace und der Atomwirtschaft über die Reichweite der Uran-Vorkommen liegen unterschiedliche Angaben über die weltweiten Ressourcen und den zukünftigen Verbrauch zugrunde. Sie liegen zwischen 20 und 200 Jahren.[26]

Durch den Uranbergbau werden Uran und radioaktive Zerfallsprodukte (z. B. das radioaktive Edelgas Radon) aus dem Untergrund an die Oberfläche verbracht. Die damit verbundene Freisetzung führt zu Schäden an Umwelt und Gesundheit.[27]

Von Uran sind 25 Isotope und 3 Kernisomere mit Halbwertszeiten zwischen 1 µs und 4,468 Milliarden Jahren bekannt.[44] Nur die vier langlebigsten Isotope kommen in der Natur vor. Davon stammen ²³⁸U und ²³⁵U noch aus der Entstehungszeit des Sonnensystems, sie wurden im r-Prozess in Supernovae gebildet. ²³⁴U entsteht über mehrere Zwischenstufen beim Zerfall aus ²³⁸U, ²³⁶U durch seltene Neutroneneinfänge aus ²³⁵U. Das künstlich erzeugbare fünftlanglebigste Isotop ²³³U spielt in der Technik ebenfalls eine Rolle. Alle anderen Isotope haben Halbwertszeiten von maximal 68,9 Jahren.

In natürlichem Uran (Natururan) finden sich deshalb die Isotope ²³⁸U zu 99,27 %, ²³⁵U zu 0,72 %, ²³⁴U zu 0,0055 % und ²³⁶U in Spuren. Das Isotopenverhältnis der Uranisotope ändert sich im Laufe der Zeit, da ²³⁸U und ²³⁵U unterschiedlich schnell zerfallen. Die Häufigkeit des dritten natürlichen Isotops ²³⁴U bleibt im Verhältnis zur Häufigkeit des ²³⁸U konstant, da ²³⁴U ein Zerfallsprodukt des ²³⁸U ist und mit diesem im Gleichgewicht steht.

Ein anderes Verhältnis der Uranisotope findet sich im Bereich der Naturreaktoren, von denen Oklo in Gabun der zuerst entdeckte und der bekannteste ist. Bei dem heutigen Isotopenverhältnis von ²³⁵U und ²³⁸U ist das Auftreten einer derartigen natürlichen Reaktorzone nicht mehr möglich.

• ²³⁸U hat eine Halbwertszeit von 4,468 Milliarden Jahren und ist wie die anderen natürlichen Isotope (²³⁴U und ²³⁵U) ein α-Strahler. Die spezifische Aktivität von ²³⁸U beträgt 12.450 Bq/g. ²³⁸U ist der natürliche Beginn der Uran-Radium-Reihe.
• ²³⁵U hat eine Halbwertszeit von 703,8 Mio. Jahren. Es ist der natürliche Beginn der Uran-Actinium-Reihe. Es ist spaltbar und hat einen Anteil von etwa 0,7 % in natürlichem Uranvorkommen. Aufgrund seiner Spaltbarkeit hat es große wirtschaftliche Bedeutung.
• ²³⁴U hat eine Halbwertszeit von 245.500 Jahren. Es ist wegen seiner relativ kurzen Halbwertszeit im Vergleich zu ²³⁸U nur in Spuren vorhanden, liefert aber einen gleich großen Beitrag zur Radioaktivität wie letzteres. Es entsteht gemäß:

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ {\xrightarrow[{4,468\ Mrd.\ a}]{\alpha }}\ _{\ 90}^{234}Th\ {\xrightarrow[{24,10\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\quad 91}^{234m}Pa\ {\xrightarrow[{70,2\ s}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 92}^{234}U} }$

Die Zeitangaben sind Halbwertszeiten.

• ²³⁶U ist ein α-Strahler mit einer Halbwertszeit von 23,42 Millionen Jahren und kommt in der Natur nur in Spuren vor.[45] Es entsteht durch Neutroneneinfang aus ²³⁵U. Wenn Uran einem erhöhten Neutronenfluss ausgesetzt ist, wie z. B. in einem Kernreaktor, erhöht sich der Anteil an ²³⁶U deutlich.[46] Die Anteile der Isotope ²³⁴U, ²³⁵U, ²³⁶U in einer Urankontamination können Aufschluss über deren Ursprung geben.[47] ²³⁶U zerfällt über die bis zum natürlichen Plutonium ²⁴⁴Pu verlängerte Thorium-Reihe.
• ²³³U hat eine Halbwertszeit von 159.200 Jahren und ist spaltbar. Es ist nicht im natürlichen Uran enthalten, sondern wird in Brutreaktoren wie dem THTR-300 aus dem schwer spaltbaren Thorium ²³²Th (Spalt-Wirkungsquerschnitt 3 µb, wie beim ²³⁸U) erbrütet. ²³³U zerfällt über die Neptunium-Reihe.

${\displaystyle \mathrm {^{232}_{\ 90}Th\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 90}^{233}Th\ {\xrightarrow[{22,3\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 91}^{233}Pa\ {\xrightarrow[{26,97\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 92}^{233}U} }$

Die Zeitangaben sind Halbwertszeiten.

Neutroneninduzierte Kernspaltung
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Der Wirkungsquerschnitt für induzierte Kernspaltung durch ein thermisches Neutron ist bei ²³³U und ²³⁵U mit 530 bzw. 586 b (Barn) groß,[48] bei ²³⁸U dagegen mit nur 3 μb sehr klein. Im technisch-praktischen Sinn sind also nur die Isotope 233 und 235 „gut spaltbar“ und damit mögliche Brennstoffe für Kernreaktoren.

Als „angereichert“ wird Uran bezeichnet, dessen Anteil an ²³⁵U gegenüber dem ²³⁸U durch Uran-Anreicherung erhöht wurde. Schwach angereichertes Uran (im Fachjargon „LEU“, lightly enriched uranium) wird in Kernkraftwerken, hochangereichertes Uran („HEU“ highly enriched uranium) für Forschungszwecke, in der Medizin[49], in den Reaktoren der US Navy[50] und zur Herstellung von Kernwaffen verwendet. Die Grenze zwischen LEU und HEU wird gewöhnlich bei einem Anreicherungsgrad des ²³⁵U von 20 % festgesetzt.

Die kritische Masse von ²³⁵U beträgt etwa 49 kg; hier ist der Wirkungsquerschnitt der schnellen Spaltung ausschlaggebend, da ein Moderator fehlt. Mit einem 20 cm dicken Wasserreflektor lässt sich die kritische Masse auf 22 kg, mit einem 30 cm-Stahlreflektor auf 16,8 kg absenken. In wässriger Lösung lässt sich die kritische Masse bei einer optimalen Dichte von 0,059 g/cm³ mit Reflektor auf unter 600 g verringern.[51]

Die kritische Masse von ²³³U beträgt nur rund 16 kg. Auch hier lässt sich mit einem Reflektor die kritische Masse absenken: etwa 7,4 kg mit 20 cm Wasser und 6,2 kg mit 30 cm Stahl. In wässriger Lösung lässt sich die kritische Masse auf 425 g verringern. Das Isotop kann in Kernreaktoren aus ²³²Th durch Neutroneneinfang und zwei anschließende Betazerfälle erbrütet werden.

Das Isotop mit der geringsten kritischen Masse (3,6 kg) ist ²³²U. Es ist wie alle geradzahligen Uranisotope beinahe ausschließlich durch schnelle Neutronen spaltbar. Mit Stahlreflektor kann die kritische Masse auf 1,9 kg reduziert werden. Das Isotop ist jedoch nur sehr aufwändig zu gewinnen, da es sich nicht in einem Kernreaktor herstellen lässt.

Das vierte Uran-Isotop, das eine Kettenreaktion aufrechterhalten kann, ist ²³⁴U. Seine kritische Masse beträgt 145 kg. Es ist als Folgeprodukt von ²³⁸U im natürlichen Uran enthalten und kann auch aus ²³³U oder ²³²Th erbrütet werden. Wegen der hohen kritischen Masse und der im Vergleich zu anderen spaltbaren Isotopen umständlichen Gewinnung spielt es in der Kerntechnik keine größere Rolle. Es wird allerdings bei den meisten Anreicherungsmethoden relativ gesehen noch stärker angereichert als ²³⁵U, was wegen der geringen Ausgangskonzentration aber meist nicht ins Gewicht fällt.

Die Isotope ²³⁶U und ²³⁸U können selbst keine Kettenreaktion tragen. ²³⁸U wird jedoch in Verbindung mit anderen, spaltbaren Isotopen in einem schnellen Brüter als Brutstoff eingesetzt. Durch Neutroneneinfang und anschließende Betazerfälle entsteht dann ²³⁹Pu, das wiederum gut spaltbar ist.

→ Kategorie: Uranverbindung

Oxidationsstufen

Uran in den Oxidationsstufen +3 bis +6 in wässriger Lösung.

Uran bildet eine Reihe von Verbindungen, in denen es in den Oxidationsstufen +2 bis +6 vorliegen kann. Es tritt in der Natur überwiegend mit den Wertigkeiten +4 oder +6 auf.

Yellowcake

Pulverförmiger Yellowcake

Yellowcake ist ein Uranoxidkonzentrat. Der Name ist abgeleitet von der früheren Farbe und Textur. Heutzutage werden höhere Kalzinationstemperaturen verwendet, wodurch der „gelbe Kuchen“ eher dunkelgrün bis schwarz ist. Ursprünglich waren die im Yellowcake enthaltenen chemischen Verbindungen unbekannt. Man nahm an, dass es sich um Ammoniumdiuranat oder Natriumdiuranat handelt. Die Zusammensetzung variierte und hing vom Verhüttungsprozess ab. Die Verbindungen, die in Yellowcake gefunden wurden, sind unter anderem Uranylhydroxid, Uranylsulfat, Natrium-para-Uranat und Uranylperoxid, zusammen mit einer Reihe von Uranoxiden. Der heutige Yellowcake enthält typischerweise zu 70 bis 90 Prozent (Massenanteil) das Uranoxid (U₃O₈).

Das hellgelbe Ammoniumdiuranat ist ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Yellowcake. Manchmal wird es ebenfalls als „Yellowcake“ bezeichnet, das entspricht allerdings nicht dem allgemeinen Gebrauch.

Halogenide

Uran(IV)-chlorid (UCl₄)

Für Uran sind Halogenide in den Oxidationsstufen +3 bis +6 bekannt. Für die Stufen +3 bis +5 sind sämtliche Verbindungen der vier Halogene Fluor, Chlor, Brom und Iod bekannt, für die Oxidationsstufe +6 sind es UF₆ und UCl₆.[65]

Oxidationszahl	F	Cl	Br	I
+6	Uran(VI)-fluorid UF6 farblos	Uran(VI)-chlorid UCl6 grün
+5	Uran(V)-fluorid UF5 farblos	Uran(V)-chlorid UCl5 braun	Uran(V)-bromid UBr5 schwarz	(Uran(V)-iodid) (UI5)
+4	Uran(IV)-fluorid UF4 grün	Uran(IV)-chlorid UCl4 grün	Uran(IV)-bromid UBr4 braun	Uran(IV)-iodid UI4 schwarz
+3	Uran(III)-fluorid UF3 purpur	Uran(III)-chlorid UCl3 rot	Uran(III)-bromid UBr3 rot	Uran(III)-iodid UI3 schwarz

Uranhexafluoridkristalle in einer Glasampulle

Urantetrafluorid (UF₄), auch bekannt als „green salt“, ist ein Zwischenprodukt der Herstellung von Uranhexafluorid.

Uranhexafluorid (UF₆) ist ein weißer Feststoff, der bei einer Temperatur von 56,5 °C sublimiert und nur unter Druck von mind. 1,5 bar und 64,1 °C eine flüssige Phase bildet. UF₆ ist die Uranverbindung, die für die zwei häufigsten Anreicherungsprozesse, Gasdiffusion und Gaszentrifuge, verwendet wird. Es wird in der Industrie schlicht als „Hexe“ bezeichnet.

Im Gammaspektrum von Uranerz sind die verschieden langlebigen Nuklide ²²⁶Ra, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi aus der Uran-Radium-Reihe zu erkennen, die beim radioaktiven Zerfall von Uran entstehen.

Uran ist aufgrund seiner Radioaktivität gefährlich und, wie die meisten Schwermetalle, chemisch giftig.

Chemisch gefährlich sind vor allem wasserlösliche Uranverbindungen, welche analog zu Blei, Cadmium und Quecksilber vorwiegend die Tubuli der Nieren schädigen.[74][75] Die Weltgesundheitsorganisation WHO empfahl 2003 – angesichts der Verwendung von abgereichertem Uran in Uranmunition – einen Grenzwert für die tägliche Aufnahme von löslichen Uranverbindungen von 0,5 μg/kg Körpergewicht, von 5 μg/kg für unlösliche Verbindungen und von maximal 1 μg/m³ in der Umgebungsluft bei Aufnahme über den Atemtrakt.[76] Bei oraler Aufnahme von Uran und -verbindungen werden dabei zwischen 0,2 und 2 %, beim Einatmen etwa 5 % resorbiert, der Rest über den Harn ausgeschieden.[76]

Seine Radioaktivität erzeugt Ionisierende Strahlung, welche Auslöser von Erbgutveränderungen – wie Mutationen – und nachfolgenden Krebserkrankungen sein kann. Die langlebigen Uranisotope sind α-Strahler, die im Fall einer Aufnahme in den Körper eine relativ hohe Strahlendosis zur Folge haben. Beim Umgang und Lagerung von Uran und seinen Verbindungen ist zu beachten, dass aus den Uran-Zerfallsreihen Folgeprodukte anwesend sind, die auch Beta- und durchdringende Gammastrahlen emittieren; daneben auch Radon, das als Gas seinen Weg überallhin findet.

• Ingmar Grenthe, Janusz Drożdżyński, Takeo Fujino, Edgar C. Buck, Thomas E. Albrecht-Schmitt, Stephen F. Wolf: Uranium. In: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Springer, Dordrecht 2006, ISBN 1-4020-3555-1, S. 253–698 (doi:10.1007/1-4020-3598-5 5).
• Walter D. Loveland, David Morrissey, Glenn T. Seaborg: Modern Nuclear Chemistry. Wiley-Interscience, 2006, ISBN 0-471-11532-0.
• Robert J Schwankner, Gerolf Lieckfeld, Doris Lienert: Die Frühgeschichte des Urans. In: Die Geowissenschaften. 7, 8, 1989, S. 215–224 (doi:10.2312/geowissenschaften.1989.7.215).

Commons: Uran – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Uran – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Eintrag zu Uran. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.
• Uranium: Human Health Fact Sheet (Memento vom 6. Februar 2004 im Internet Archive) (engl.) (PDF-Datei; 46 kB)
• Peter Eichstaedt: Uranium, Chemical & Engineering News, 2003
• Uran – Informationen des Bundesamts für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen

1. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3, S. 674–682.
2. Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Uranium) entnommen.
3. CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
4. Eintrag zu uranium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: NIST, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd). Abgerufen am 13. Juni 2020.
5. Eintrag zu uranium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
6. Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Uranium) entnommen.
7. A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 2149.
8. Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
9. Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Uranium) entnommen.
10. Eintrag zu Uranium im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. August 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
11. Eintrag zu Uran in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 9. August 2016. (JavaScript erforderlich)
12. Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung.
13. Fritz Schmidt: Kompendium der praktischen Photographie. 10., wesentlich verbesserte Auflage. Leipzig 1906. Urannitrat S. 191, Urantonung S. 268, 291, 339.
14. D. C. Hoffman, F. O. Lawrence, J. L. Mewherter, F. M. Rourke: Detection of Plutonium-244 in Nature. In: Nature. Band 234, 1971, S. 132–134 (doi:10.1038/234132a0).
15. Helmut Tonndorf: Metallogenie des Urans im ostdeutschen Zechstein – Ein Beitrag zum Nachweis und zur Charakteristik stofflicher Umverteilungs- und Anreicherungsprozesse. (= Abhandlungen der sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig, Mathematisch-naturwissenschaftliche Klasse. Band 58, Heft 3). Akademie Verlag, Berlin 1994, ISBN 3-05-501621-1.
16. Geology of Uranium deposits (Memento des Originals vom 13. Februar 2021 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.world-nuclear.org.
17. K. Ehrig, BHP Billiton. Präsentation auf der South Australia Explorers Conference, Adelaide 2008.
18. Verschiedene Autoren: Uranbergbau im Erzgebirge und Kalter Krieg. Ausgewählte Beiträge des RADIZ-Workshops vom 10. und 11. Oktober 1997 in Schlema, RADIZ-Information 16/1998, RADIZ e. V., Schlema.
19. Broder Merkel, Britta Planer-Friedrich, Christian Wolkersdorfer (Hrsg.): Uranium in the Aquatic Environment. Springer-Verlag, Heidelberg 2002, ISBN 3-540-43927-7.
20. Uranium 2020: Resources, Production and Demand. NEA, abgerufen am 26. Oktober 2021 (englisch).
21. World Nuclear Association: Naturally-Occurring Radioactive Materials (NORM) (Memento des Originals vom 13. Februar 2021 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.world-nuclear.org; März 2009.
22. Mara Hvistendahl: Coal Ash Is More Radioactive Than Nuclear Waste. In: Scientific American. 13. Dezember 2007, abgerufen am 21. März 2022 (englisch).
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