Урановая руда

По замкнутому кругу

После откачки из скважин с продуктивным раствором происходит одна из двух вещей: либо он отправляется прямиком на завод, либо (если первое затруднительно или нецелесообразно) на локальную сорбционную установку. В обоих случаях с раствором происходит одно и то же: его пропускают через ионообменную смолу, чтобы «вытащить» из раствора уран. На заводе за этот и все последующие процессы отвечает Юрий Лыгалов. Вверенное ему хозяйство представляет собой разделённое на несколько уровней помещение, во всю высоту которого установлены огромные ёмкости из нержавейки.

На заводе в ёмкостях обрабатывают полученный из шахт раствор. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

«В каждой из этих колонн происходит свой процесс, – рассказывает Лыгалов. – В тех четырёх колоннах уран садится на смолу, потом промывка, донасыщение, десорбция и снова промывка. В результате этих манипуляций мы получаем товарный десорбат, где содержание урана в тысячу раз выше, чем в продуктивном растворе. Затем путём добавления различных реагентов мы осаждаем уран из десорбата и высушиваем его. Получаем наш готовый продукт – урановый концентрат, или жёлтый кек. Раствор и смола после переработки снова пригодны для использования».

Люди на предприятии не ходят в костюмах химзащиты, да случайно залетевшие птицы не спешат падать замертво. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

Вопреки ожиданиям, на участке никто не ходит в костюмах химзащиты и не носит «лепестки» – по технике безопасности здесь положены только халат и каска. Да и людей не так уж много. В каждую смену задействованы всего три человека, и работа их заключается в основном в том, чтобы следить за параметрами через монитор. Остальную работу делает автоматика.

Оператор контролирует процесс на экране компьютера. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

Впрочем, машины могут пока не всё. Например, теми самыми параметрами, за которыми следят на участке Юрия Лыгалова, обеспечивает производственников химико-аналитическая лаборатория под началом Ольги Беззубовой. Круглосуточно, по очереди женщины в белых халатах проводят от 50 до 100 различных анализов за смену – на содержание урана и сопутствующих веществ в продуктивных растворах, готовой продукции и сорбентах.

Лабораторные проверки – важная часть работы. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

– А пробы из окружающей среды вы исследуете? Например, с территорий, прилегающих к добыче.

– Законтурные пробы имеете в виду? Да, мы все их делаем и обычно ничего не находим, никаких вредных веществ, – заверяет начальник лаборатории.

Крупнейшие месторождения по добыче урана в мире – страны лидеры

Добыча урановой руды в шахте

Мировым лидером по добыче урана считается Австралия. В этом государстве сконцентрировано более 30% всех мировых запасов. Наиболее крупными австралийскими месторождениями являются Олимпик Дам, Биверли, Рейнджер и Хонемун.

Главным конкурентом Австралии считается Казахстан, на территории которого содержится практически 12% мировых запасов топлива. На территории Канады и ЮАР сконцентрировано по 11% мировых запасов урана, в Намибия – 8%, Бразилии – 7%. Россия замыкает семерку лидеров с 5%. В список лидеров также входят такие страны, как Намибия, Украина и Китай.

Крупнейшими мировыми урановыми месторождениями являются:

МесторождениеСтранаНачало обработки
Олимпик-ДэмАвстралия1988
РоссингНамибия1976
МакАртур-РиверКанада1999
ИнкайКазахстан2007
ДоминионЮАР2007
РейнджерАвстралия1980
ХарасанКазахстан2008

Месторождения урана

Не сложно догадаться, что при столь относительно небольших запасах рассматриваемого вещества в недрах земли и постоянном росте потребности в материале, его стоимость повышается. За последнее время было открыто довольно большое количество месторождений урана, лидером по его добычи принято считать Австралию. Проведенные исследования указывают на то, что на территории этой страны сконцентрировано более 30% всех запасов. Наиболее крупными месторождениями считаются:

  1. Биверли;
  2. Олимпик Дам;
  3. Рейнджер.

Интересным моментом является то, что главным конкурентом Австралии в сфере добычи руды урана принято считать Казахстан. На территории этой страны сконцентрировано боле 12% мировых запасов. Несмотря на достаточно большую площадь, в России только 5% мировых запасов.

Как ранее было отмечено, урановая руда применяется в качестве топлива, что и определяет ведение постоянных поисков его месторождений. На сегодняшний день уран часто применяется как топливо для ракетных двигателей. При производстве ядерного оружия этот элемент используется для повышения его мощности. Некоторые производители используют его для производства пигментов, которые используются в живописи.

Добыча урановых руд

Добыча урановой руды налажена во многих странах. Стоит учитывать, что сегодня для добычи руды могут применяться три технологии:

  1. При близком расположении урана к поверхности земли применяется открытия технология. Она довольно проста и не требует больших затрат. Для поднятия сырья применяются экскаваторы и другая подобная спецтехника. После поднятия и погрузки в самосвалы она доставляется на перерабатывающие заводы. Отметим, что у данной технологии есть довольно большое количество недостатков, но из-за простоты добычи она получила широкое распространение. В процессе разработки месторождений получаются карьеры, площадь которых может достигать несколько квадратных километров. Стоит учитывать, что подобный способ добычи руды наносит непоправимый вред окружающей среде. Поверхностной добычей урана занимается довольно большое количество крупных горных компаний.
  2. При глубоком расположении руды в толще земли проводится создание шахт. Технология достаточно сложна в исполнении, предусматривает также механическую добычу материала. Существует достаточно большое количество шахт, в которых проводится добыча урановой и другой руды. Подобный метод добычи породы связан с достаточно большими рисками, так как в толще земли могут находится карманы газа или подводные реки. Обрушение сводов может привести к консервированию шахты, гибели рабочих и повреждению дорогостоящего оборудования. Однако, в случае глубокого залегания рассматриваемой породы по-другому провести ее извлечение практически невозможно.
  3. Третий метод заключается в образовании скважин, в которые закачивается серная кислота. Вблизи ранее проделанной скважины создается вторая, которая предназначена для поднятия уже полученного раствора. После завершения процесса сорбции устанавливается оборудование, способное поднимать на поверхность вещества, напоминающие смолы. После поднятия полученной смолы на поверхность проводится ее обработка и выделение урана.

В последнее время все больше стали применять третий метод добычи урана. Это связано с тем, что он позволяет добиться высокой концентрации требуемого вещества при минимальном содержании загрязняющих химических элементов. Однако, подобная технология требует проведения точных геологических исследований, так как бурение скважин должно проводиться над месторождением рассматриваемого химического вещества. В противном случае, при добавлении кислоты на процесс сорбции при малой концентрации урана потребуется довольно много времени.

На территории России в большинстве случаев добыча урана проводится путем его механического извлечения. Кроме этого, добычей сырья для производства атомного топлива занимаются в Китае и Украине.

Технология обогащения

Сырьё, из которого извлекаются редкие металлы и элементы обычно содержат в себе десятые, а то и тысячные доли процента необходимых материалов.

Подготовительный процесс

Дробление и измельчение позволяют отделить добываемые минералы от пустой породы. В результате получается продукт приемлемой для дальнейшей переработки формы с заданной концентрацией добываемого металла.

В случае трудностями с обогащением (урановые руды или ряд других полезных ископаемых) применяют гидрометаллургические способы извлечения металлов. Для ряда ценных минералов крупноразмерной фракции используется ручная разработка руды на транспортёре.

Основной процесс

Основной процесс обогащения представляет собой механические, физические и химические процессы, целью которых является получение концентрата (продукта обогащения руды, обладающего повышенной концентрацией необходимого минерала) и отходов.

В случае переработки руд редких металлов применяют следующие виды обогащения:

  • Дробление с последующей обработке на грохоте основано на разной степени твёрдости полезных и пустых пород.
  • Скольжение нужных минералов по наклонной плоскости со скоростью отличной от неиспользуемых материалов.
  • Гравитационное обогащение – принцип действия этого метода базируется на разной скорости падения зёрен минералов в газообразной или жидкой среде.
  • Флотационное обогащение, – в основу которого положено изменение смачиваемости поверхности под воздействием флотореагентов.
  • Магнитное обогащение разделяет материалы по их магнитным свойствам.
  • Электростатическое обогащение основано на использовании различии электрических свойств минералов.

Вспомогательный процесс

Технологические процессы, способствующие проведению основных процессов переработки, носят название «вспомогательных».

Непосредственно из руд получить редкие металлы не представляется возможным. На выходе целого ряда сложных процессов основной переработки имеются лишь оксиды и соли. Конечных потребителей это, естественно, не устраивает, так как им требуются металлы высокой степени очистки.

Для решения этой проблемы применяют методы обогащения, суть которых заключается: в разложении, создании соединений нужной чистоты, получении технически чистого металла или сплавов с его наличием в их составе, рафинировании металла, получении слитков или изделий с одновременным формированием нужной физико-химической структуры. В основе этих методов лежат гидрометаллургические, химические и пирометаллургические процессы.

Нахождение и применение урана

После того, как урановую руду извлекают из земли, её измельчают, перерабатывают и делают небольшие урановые таблетки. Таблетки урана подвергаются высоким температурам, чтобы они стали более прочными.

Таблетки помещают в трубки, как правило, циркониевые. Каждая трубка вмещает до 335 таблеток. 236 трубок образуют топливную сборку или ТВЭЛ (тепловыделяющий элемент), которую затем помещают в ядерный реактор.

После того как топливо закладывается в реактор, начинается процесс ядерного деления. Деление происходит в результате бомбардировки нейтронами атомного ядра урана.

Когда нейтрон сталкивается с атомом урана, последний расщепляется на два других атома. Происходит выделение большого количества энергии и других нейтронов. Они сталкиваются с атомами и порождают цепную реакцию.

Выделяемая энергия становится теплотой, которая нагревает воду в реакторе. Пар от горячей воды активирует турбины, а те, в свою очередь, запускают электрогенераторы. Такие генераторы и производят электроэнергию.

Характеристики урановых руд

Руда урана в свободном виде представлена серо-белым металлом, который может иметь довольно большое количество различных примесей. Стоит учитывать, что непосредственно сам очищенный уран считается химически активным веществом. Рассматривая физико-механические и химические свойства урана, отметим нижеприведенные моменты:

  1. Температура кипения этого химического элемента составляет 4 200 градусов Цельсия, что существенно усложняет процесс его переработки.
  2. На воздухе уран окисляется, может растворятся в кислотах и реагировать на воздействие воды. Однако, данный химический элемент не взаимодействует со щелочами, что можно назвать его особенностью.
  3. При определенном воздействии вещество становится источником довольно большого количества энергии. При этом образуется относительно небольшое количество отработки, с утилизацией которой на сегодняшний день возникает довольно много проблем.

Внешний вид урановой руды

Стоит учитывать, что уран многие относят к редкому химическому элементу, так как его концентрация в земной коре составляет 0,002%. При столь относительно невысокой концентрации этого химического элемента, альтернативного вещества пока найдено не было. Конечно, пока запасов достаточно для непрерывной добычи урана и питания атомных электростанций или двигателей.

Ситуация в мире

Сегодня добыча урана осуществляется только в 28 странах мира. При этом 90% месторождений расположены в 10 странах, которые являются лидерами по объемам добычи.

Добыча урановых руд на крупнейших рудниках мира

На первом месте Австралия

Основные показатели:

Полезные ископаемые Австралии

  • доказанные запасы – 661 000 т (31,18% от общемировых запасов);
  • месторождения – 19 крупных. Самые известные:
    • Олимпик Дам – добывается 3 000 т в год;
    • Биверли – одна тысяча тонн в год;
    • Хонемун – 900 т.
  • себестоимость добычи – 40 долларов за один килограмм;
  • крупнейшие добывающие компании:
    • Paladin Energy;
    • Rio Tinto;
    • BHP Billiton.

Второе место по объемам добычи у Казахстана

Основные данные:

Рост добычи урана в Казахстане

  • доказанные запасы – 629 000 т (11,81% от общемировых запасов);
  • месторождения – 16 крупных. Самые известные:
    • Корсан;
    • Ирколь;
    • Буденовское;
    • Западные Мынкудук;
    • Южный Инкай;
  • себестоимость добычи – 40 долларов за кг;
  • объем производства – 22574 тонны в год;
  • добывающая компания – Казатомпром (производит 15,77% от общемирового объема).

Третье место у России

Показатели:

  • доказанные запасы – 487 000 т (9,15% от общемировых запасов); Добыча урана в России
  • месторождения – 7 крупных. Основная часть сосредоточена в Читинской области. Проектные работы ведутся на Ямале;
  • себестоимость добычи – 40 долларов за кг;
  • объем производства – 3135 т в год;
  • добывающая компания – АРМЗ (АТОМРЕДМЕТЗОЛОТО). Производит 13,68% от общемирового объема.

Четвертое место – Канада

Показатели:

доказанные запасы – 468 000 т (8,80% от общемировых запасов);

Добыча урана на месторождениях Канады

  • месторождения – 18 крупных. Самые известные:
    1. МакАртур-Ривер;
    2. Уотербери;
  • себестоимость добычи – 34 долларов за один килограмм;
  • объем производства – 9332 т в год;
  • добывающая компания – Cameco (производит 9144 т урана в год).

Пятое место – Нигер

Нигер (горнопромышленная карта)

  • доказанные запасы – 421 000 т (7,9% от общемировых запасов);
  • месторождения :
    • Имурарен;
    • Арлит;
    • Мадауэла;
    • Азелит;
  • себестоимость добычи – 35 долларов за один килограмм;
  • объем производства – 4528 т в год.

Вторая пятерка стран по объемам запасов урана выглядит следующим образом:

  • ЮАР – 297 000 т;
  • Бразилия – 276 000 т;
  • Намибия – 261 000 т;
  • США – 207 000 т;
  • Китай – 166 000 т.

Добыча урана в мире

По прогнозам специалистов до 2025 года в мире будет увеличиваться количество атомных станций. Этот рост будет провоцировать больший спрос на уран – увеличение на 44% (80–100 тыс. т). Поэтому во всем мире ведется тенденция к использованию вторичных источников урана:

  • золото;
  • фосфаты;
  • медь;
  • лигнитсодержащие породы.

Но содержания металла в этих источниках невелико. Такая ситуация ежегодно приводит к росту стоимости. С 2008 года наблюдается стремительное увеличение: с 26 долларов за 1 кг до 64 долларов в 2015 году.

Добыча урановой руды в России: что для этого необходимо?

Добыча урановой руды открытым способом

Добыча радиоактивных руд осуществляется тремя основными технологиями. Если залежи руды сконцентрированы максимально близко к поверхности земли, то для их добычи принято использовать открытую технологию. Она предусматривает использование бульдозеров и экскаваторов, которые роют ямы большого размера и грузят полученные полезные ископаемые в самосвалы. Далее она отправляется в перерабатывающий комплекс.

При глубоком залегании этого минерального образования принято использовать подземную технологию добычи, предусматривающую создание шахты глубиной до 2-х километров. Третья технология существенно отличается от предыдущих. Подземное выщелачивание для разработки месторождений урана предполагает бурение скважин, через которые в залежи закачивается серная кислота. Далее осуществляется бурение еще одной скважины, которая необходима для выкачивания полученного раствора на поверхность земли. Затем он проходит процесс сорбции, позволяющий собрать соли этого металла на специальной смоле. Последний этап технологии СПВ – циклическая обработка смолы серной кислотой. Благодаря такой технологии концентрация этого металла становится максимальной.

Мировые запасы

Подтверждённые мировые запасы диоксида титана составляют:

  • Китай – 232,9 млн. тонн.
  • Украина – 184 млн. тонн.
  • Россия – 177 млн. тонн.
  • Бразилия – 123 млн. тонн.
  • Индия – 100 млн. тонн.
  • Норвегия – 57 млн. тонн.
  • Канада – 51,4 млн. тонн.
  • ЮАР – 34,1 млн. тонн.
  • Австралия – 21,4 млн. тонн.
  • Остальные страны – 59,1 млн. тонн.

Если оценивать в процентном отношении залежи титановых руд, то ситуация будет несколько иная:

  • Китай – 38%.
  • Россия – 17%
  • Австралия – 10%.
  • Бразилия – 6%.
  • Норвегия – 4%.
  • Индия – 4%.
  • Канада – 3%.
  • Украина – 1%.
  • Другие страны – 17%.

Различия объясняются разнообразием месторождений и трудностью объективной оценки точного количества залежей этого минерала.

Политика

В начале холодной войны , чтобы обеспечить адекватные поставки урана для национальной обороны, Конгресс Соединенных Штатов принял Закон США об атомной энергии 1946 года , создав Комиссию по атомной энергии (AEC), которая имела полномочия выводить перспективные земли для добычи урана из государственные закупки, а также манипулирование ценами на уран для удовлетворения национальных потребностей. Установив высокую цену на урановую руду, AEC создала урановый «бум» в начале 1950-х годов, который привлек многих старателей в четыре угла страны. Моав, штат Юта, стал известен как урановая столица мира, когда геолог Чарльз Стин обнаружил такую ​​руду в 1952 году, хотя американские источники руды были значительно менее мощными, чем источники в Бельгийском Конго или Южной Африке .

В 1950-х годах были разработаны методы извлечения разбавленного урана и тория , которые в изобилии обнаруживались в граните или морской воде. Ученые предположили, что при использовании в реакторе-размножителе эти материалы потенциально могут стать безграничным источником энергии.

В 1960-х годах военные потребности США снизились, и к концу 1970-х правительство завершило свою программу закупок урана. Одновременно возник новый рынок: коммерческие атомные электростанции. В США этот рынок фактически рухнул к концу 1970-х годов в результате напряженности в промышленности, вызванной энергетическим кризисом , народной оппозицией и, наконец, ядерной аварией на Три-Майл-Айленде в 1979 году, что привело к фактическому мораторию на разработка новых атомных реакторных электростанций.

В Европе сложилась смешанная ситуация. Значительные мощности ядерной энергетики были развиты, особенно в Бельгии, Финляндии, Франции, Германии, Испании, Швеции, Швейцарии и Великобритании. Во многих странах развитие ядерной энергетики было остановлено и прекращено в судебном порядке. В Италии использование ядерной энергии было запрещено референдумом 1987 года; это сейчас пересматривается. Ирландия в 2008 году также не планировала менять свою неядерную позицию , хотя с момента открытия в 2012 году магистрали Восток-Запад между Ирландией и Великобританией ее поддерживала ядерная энергетика Великобритании.

В 1976 и 1977 годах добыча урана стала серьезной политической проблемой в Австралии, и отчет Ranger Inquiry (Fox) открыл общественные дебаты о добыче урана. Группа «Движение против добычи урана» была сформирована в 1976 году, и было проведено множество акций протеста и демонстраций против добычи урана. Обеспокоенность связана с риском для здоровья и экологическим ущербом от добычи урана. Известные австралийские активисты, выступающие против урана, включают Кевина Баззакотта , Жаки Катона , Ивонн Маргарулу и Джиллиан Марш .

Всемирный Uranium Слух прошел в Зальцбурге, Австрия в сентябре 1992 года Антиядерные колонки со всех континентов, в том числе коренных ораторов и ученых, свидетельствует о проблемах здоровья и окружающей среды добычи и переработки урана, ядерной энергетики , ядерного оружия , ядерных испытаний , и захоронение радиоактивных отходов . На слушаниях 1992 года выступили: Томас Баньяча , Кацуми Фурицу , Мануэль Пино и Флойд Ред Кроу Вестерман . Они подчеркнули угрозу радиоактивного заражения для всех народов, особенно для коренных общин, и заявили, что их выживание требует самоопределения и упора на духовные и культурные ценности. Было высказано мнение о расширении коммерциализации возобновляемых источников энергии .

Королевство Саудовская Аравия с помощью Китая построило завод по добыче желтого уранового кека из урановой руды. По словам западных чиновников, располагающих информацией о месте добычи, этот процесс проводится богатым нефтью королевством для защиты ядерных технологий. Однако министр энергетики Саудовской Аравии отрицал строительство завода по производству урановой руды и утверждал, что добыча полезных ископаемых является фундаментальной частью стратегии королевства по диверсификации своей экономики.

Виды урановых руд

У данных руд достаточно широкая классификация. Кроме вышеописанных различий по насыщенности, также существуют различия по виду химических соединений, содержащих уран, по параметрам зернистости, а также по условиям образования.

Итак, согласно химической классификации, можно распознать железо-окисную, карбонатную, каустобиолиевую, силикатную и сульфидную руды. От данных видов руды будет зависеть также и способ переработки. Карбонатные руды обрабатываются с помощью содового раствора, железо-окисные – томятся в доменных печах, а на силикатные воздействуют кислотами.

Зернистость руды влияет на дальнейший способ обогащения. Руда урана может иметь зерна длиной в поперечнике от 0,015мм (такая зовется дисперсной) и вплоть до 25мм, и выше (крупнозернистая).

Ну а согласно условий образования, все руды делятся на три типа: метаморфогенные, экзогенные и эндогенные. Первые получаются из-за смещений урановых руд с изначальных позиций. Вторые образуются непосредственно на земной поверхности благодаря движению подземных вод и аккумуляции осадков. А третьи – появляются, благодаря пегматитовым расплавам при высоких температурах и влажности. Типы образования урановых руд частично также влияют на методы их добывания, о которых расскажем ниже.

Запасы и объемы добычи урановой руды в России

Разведанные запасы урана в нашей стране оцениваются в более чем 400 тысяч тонн. При этом показатель прогнозируемых ресурсов составляет более 830 тысяч тонн. По состоянию на 2017 год в России действует 16 урановых месторождений. Причем 15 из них сосредоточены в Забайкалье. Главным месторождением урановой руды считается Стрельцовское рудное поле. В большинстве отечественных месторождениях добыча осуществляется шахтным способом.

Интересные факты

  • Уран был открыт еще в XVIII веке. В 1789 году немецкий ученый Мартин Клапрот сумел произвести из руды металлоподобный уран. Что интересно, этот ученый также является первооткрывателем титана и циркония.
  • Соединения урана активно используют в сфере фотодела. Этот элемент применяется для окрашивания позитивов и усиления негативов.
  • Главным отличием урана от других химических элементов является естественная радиоактивность. Атомы урана имеют свойство самостоятельно изменяться с течением времени. При этом они испускают лучи, невидимые глазу человека. Эти лучи делятся на 3 вида – гамма-, бета- альфа-излучения (см. Что такое радиация? Действие радиации на организм. Характеристика зон радиоактивного заражения.).
Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий