Месторождения урановой руды – залог возможности развития ядерной энергетики. Ее добывают в шахтах, карьерах и скважинным методом. Для получения изотопа, который используют в реакторах, применяют обогащение.
Уран – слаборадиоактивный тяжелый металл серебристо-белого цвета с характерным блеском. Он хорошо поддается обработке, ковкий и гибкий со свойствами парамагнетика (слабо намагничивается), в чистом виде встречается редко, так как химически активен. Добыча урана ведется во многих странах мира, его месторождения обнаружены на шести континентах (только Антарктида пока мало изучена).
Более 99% металла в природе содержится в виде урана-238, который практически не опасен для человека.
В атомной энергетике важен изотоп с массовым числом 235, содержание которого в природе всего 0,7%.
Уран используют в ядерных реакторах, производстве некоторых сортов стекла, оружия, брони, в перспективе – как топливо для ракетных двигателей. В старину его широко применяли для изготовления красок.
В 1789 году немец Мартин Генрих Клапрот изучал «смоляную обманку», которая является побочным продуктом добычи серебра. В процессе выделился новый элемент, названный в честь планеты Уран, открытой за восемь лет до этого. Обманку Клапрот переименует в «урановую смолку».
Добыча руды
Месторождения радиоактивного элемента ищут методом аэрогаммасъемки. Затем проводят разведку бурением, изучают породу, оценивают запасы и подбирают технологию добычи и переработки. Существует три способа добычи урановой руды:
- открытый – карьеры;
- подземный – горные выработки;
- скважинное подземное выщелачивание (СПВ).
Карьеры разрабатывают в случае неглубокого залегания руды.
Фото: рудник «Рейнджер» Австралия
Зачастую урановые породы находятся глубоко под землей. В этом случае роют шахты. Этот способ добычи экономически выгоден, если глубина выработки не превышает 2 тысяч метров, а добываемая руда высокого качества. После извлечения на поверхность ее сортируют, пустую породу вывозят на отвалы, а содержащую уран – на завод.
Фото: добыча в шахте
Подземное выщелачивание на сегодня – наиболее перспективный, экономически выгодный и сохраняющий почву метод. При нем не образуются отвалы на поверхности и пустоты в земле. Операторы установок находятся в безопасности, так как нет радиоактивной и токсичной пыли.
Фото: процесс выщелачивания под землей
Этот метод применим только там, где руда залегает ниже уровня грунтовых вод, а под ней и над водой – слой водонепроницаемой глины.
Тогда можно пробурить скважины и пустить по ним вниз выщелачивающий раствор, а вверх откачивать жидкость, содержащую уран. Остальные элементы с обратными растворами возвращаются в землю.
Вам может быть интересно: Как добывают золото.
Этапы получения урана
Найти и добыть руду – малая часть дела. Выделение из нее чистого урана – сложный многоступенчатый технологический процесс. Чтобы его понять, надо знать основы химии, хотя бы школьную программу.
Фото: Ядерный топливный цикл
Выщелачивание
Независимо от того, каким способом добыта руда, для извлечения из нее урана применяют выщелачивание раствором серной кислоты или щелочи (например, соды). Если говорить о методе скважин, то раствор закачивают в недра. Если же руду добывают в карьерах или шахтах, то ее вначале измельчают, добавляют воду, а затем выщелачивают.
Иными словами, происходит химическая реакция, в результате которой образуется раствор солей урана.
Выделение из раствора
Теперь надо извлечь металл из раствора. В России на предприятиях компании Uranium One применяют сорбцию ионообменными смолами. Затем уран отделяют от смолы и осаждают при помощи перекиси водорода. Образуется суспензия, которую фильтруют и сушат.
В результате получают желтый порошок – кек. Его очищают от примесей прокаливанием (процесс называется аффинажем) и получают закись-окись урана. Этим веществом горнодобывающие компании торгуют на бирже.
Фото: урановый концентрат (желтый кек)
Могут использовать другие технологии извлечения из раствора, например экстракцию и селективное выделение окислительно-восстановительными реакциями. Посредством цикла этих реакций постепенно удаляют примеси.
Перевод урана в твердое агрегатное состояние позволяет получить диоксид UO2 и тетрафторид UF4. Из последнего делают металлический чистый уран путем нагревания вместе с Ca или Mg. Из тетрафторида также получают гексафторид, который применяют для разделения изотопов.
Обогащение
Для производства оружия и топлива нужен уран-235, так как только он сам по себе может поддерживать цепную ядерную реакцию. Но его в руде в тысячу раз меньше, чем урана-238. Поэтому требуется обогащение. Это процесс, при котором в общем количестве вещества содержание нужного изотопа значительно увеличится.
Справка! Для производства ядерного оружия требуется обогащение на 90%, а для топлива электростанций – на 1-2%.
Существует 10 методов разделения радиоактивных изотопов (обогащения), наиболее экономичный из них – центрифужный. Он же применятся в России на заводах, входящих в топливную компанию «ТВЭЛ», полностью принадлежащую «Росатому».
Фото: каскад центрифуг
В центрифугу подается газовый поток (тот самый гексафторид урана), в котором легкие изотопы, закручиваясь, движутся ближе к оси, а тяжелые – к стенкам. Объединив центрифуги в каскады, можно получить уран высокой степени обогащения и вновь перевести его в твердое состояние.
Фото: диоксид урана, применяемый в качестве ядерного топлива
Освоение запасов урана в России
Госкорпорация «Росатом» объединяет все урановое производство России. Холдинг занимает второе место в мире по минерально-сырьевой базе.
Крупнейшее предприятие холдинга – «АРМЗ» (Забайкальский край), с 1968 года добывает руду подземным горным способом.
АО «Хиагда» (Бурятия) и АО «Далур» (Курганская область) ведут добычу с применением скважин и активно развиваются.
Фото: Уранодобывающий комплекс в Бурятии
Есть у «Росатома» и зарубежные активы: холдинг Uranium One имеет диверсифицированный портфель акций предприятий Казахстана, США и Танзании.
Мировые запасы и страны добычи
Уран – далеко не редкий элемент в земной коре, его в природе примерно столько же, сколько свинца. Урановых месторождений в мире достаточно много, запасов хватит на столетия, отчасти поэтому с атомной энергетикой связывают перспективы развития человечества. На сегодняшний день его добывают в 28 странах.
| Страна | Кол-во месторождений (наиболее крупные) | Запасы, тыс. т | Доля в мировых залежах, % |
|---|---|---|---|
| Австралия | 19 (Олимпик Дам, Биверли, Хонемун) | 661 | 31,18 |
| Казахстан | 16 (Корсан, Ирколь, Буденовское) | 629 | 11,81 |
| Россия | 7 (Аргунское, Жерловское в Забайкалье, Источное в Бурятии ) | 487 | 9,15 |
| Канада | 18 (МакАртур-Ривер, Уотербери) | 468 | 8,80 |
| Нигер | 4 (Имурарен, Мадауэла) | 421 | 7,90 |
| ЮАР | 5 (Доминион, Вестерн-Ариез) | 297 | 6,00 |
Источники: сайты Атомная энергия 2.0 и Росатом
Если рассмотреть добычу урана в мире по компаниям, картина лидеров выглядит следующим образом.
| Страна | Компания | Показатели за 2018 год, тыс. т |
|---|---|---|
| Казахстан | Казатомпром | 11,07 |
| Россия | АРМЗ | 7,29 |
| Франция | Orano/Areva | 5,81 |
| Канада | Cameco | 4,61 |
| КНР | CGN | 3,18 |
Источники: Атомная энергия 2.0, сайт Росатома
Стоит отметить, что Казахстан занимает лидирующее положение с 2011 года, до этого он был четвертым. Россия в 2011 году была четвертой, а до этого занимала лишь пятое место.
Комментарии 3
Никакие приговоренные не работали. В Шевченко КазССР открытым способом добывали, народ ломился туда за зарплатой и пустынными. В Германии шахтами добывали, единственное туда брали горняков у которых были уже дети.
Говорят, что на этих рудниках, раньше при СССР, работали приговоренные к расстрелу....а может и сейчас работают?
В центре планеты Земля находится черная дыра, она инициатор термоядерной реакции синтеза в результате, которой и создаются полезные ископаемые Земли. Так, что ничего не кончится и не иссякнет, пока эта термоядерная реакция синтеза будет функционировать, а она будет функционировать до тех пор, пока черная дыра не прорвётся в нашу Вселенную или не закроется потому, что прекратится резонансное колебание, которое инициировало прорыв её в нашу Вселенную. Дело в том, что в данном случае у Земли будет всё возобновляться ровно столько, сколько ей надо для полноценного жизненного цикла, то есть для её колебательного процесса. В любом случае сами эти полезные ископаемые никуда с планеты не исчезли, они все здесь, хоть, и в другой форме и в другом месте.