Переработка урана в мире – производство, методы и степень обогащения, химические свойства. Где используется уран?

УРАНОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

УРАНОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Уран – это основной энергоноситель ядерной энергетики, вырабатывающей около 20% мировой электроэнергии. Урановая промышленность охватывает все стадии производства урана, включая разведку месторождений, их разработку и обогащение руды. Переработку урана в топливо для реакторов можно рассматривать как естественную отрасль урановой промышленности.

Ресурсы.

Общемировые достаточно надежно разведанные ресурсы урана, который можно было бы выделить из руды по себестоимости не выше 100 долл. за килограмм, оцениваются приблизительно в 3,3 млрд. кг U3O8. Примерно 20% этого (ок. 0,7 млрд. кг U3O8, см. рисунок) приходится на Австралию, за которой следуют США (ок. 0,45 млрд. кг U3O8). Значительными ресурсами для производства урана располагают ЮАР и Канада.

Урановое производство.

Основные этапы производства урана – это добыча руды подземным или открытым способом, обогащение (сортировка) руды и извлечение урана из руды выщелачиванием. На руднике урановую руду извлекают из горного массива буро-взрывным способом, раздробленную руду сортируют и размельчают, а затем переводят в раствор сильной кислоты (серной) или в щелочной раствор (карбоната натрия, что наиболее предпочтительно в случае карбонатных руд). Раствор, содержащий уран, отделяют от нерастворенных частиц, концентрируют и очищают сорбцией на ионообменных смолах или экстракцией органическими растворителями. Затем концентрат, обычно в форме оксида U3O8, называемого желтым кеком, осаждают из раствора, сушат и укладывают в стальные емкости вместимостью ок. 1000 л.

Для извлечения урана из пористых руд осадочного происхождения все чаще применяется метод выщелачивания на месте. По скважинам, пробуренным в рудном теле, непрерывно прогоняют щелочной или кислый раствор. Этот раствор с перешедшим в него ураном концентрируют и очищают, а затем из него осаждением получают желтый кек. См. также РУДЫ ОБОГАЩЕНИЕ.

Переработка урана в ядерное топливо.

Концентрат природного урана – желтый кек – это исходный компонент ядерного топливного цикла. Для превращения природного урана в топливо, соответствующее требованиям ядерного реактора, нужны еще три этапа: преобразование в UF6, обогащение урана и изготовление тепловыделяющих элементов (твэлов).

Преобразование в UF6.

Для преобразования оксида урана U3O8 в гексафторид урана UF6 желтый кек обычно восстанавливают безводным аммиаком до UO2, из которого затем с помощью плавиковой кислоты получают UF4. На последнем этапе, действуя на UF4 чистым фтором, получают UF6 – твердый продукт, возгоняющийся при комнатной температуре и нормальном давлении, а при повышенном давлении плавящийся. Пять крупнейших производителей урана (Канада, Россия, Нигер, Казахстан и Узбекистан) вместе могут давать 65 000 т UF6 в год.

Обогащение урана.

На следующем этапе ядерного топливного цикла повышается содержание U-235 в UF6. Природный уран состоит из трех изотопов: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) и U-234 (0,01%). Для реакции деления в ядерном реакторе необходимо более высокое содержание изотопа U-235. Обогащение урана осуществляется двумя основными методами разделения изотопов: газодиффузионным методом и методом газового центрифугирования. (Энергия, затрачиваемая на обогащение урана, измеряется в единицах разделительной работы, ЕРР.)

При газодиффузионном методе твердый гексафторид урана UF6 переводят понижением давления в газообразное состояние, а затем прокачивают по пористым трубкам из специального сплава, сквозь стенки которых газ может диффундировать. Поскольку масса атомов U-235 меньше, чем атомов U-238, они легче и быстрее диффундируют. В процессе диффузии газ обогащается изотопом U-235, а газ, прошедший по трубкам, обедняется. Обогащенный газ снова пропускают по трубкам, и процесс продолжается до тех пор, пока содержание изотопа U-235 в отборе не достигнет уровня (3–5%), необходимого для работы ядерного реактора. (Для оружейного урана требуется обогащение до уровня свыше 90% U-235.) В отходах обогащения остается лишь 0,2–0,3% изотопа U-235. Газодиффузионный метод характеризуется высокой энергоемкостью. Заводы, основанные на этом методе, имеются только в США, во Франции и в КНР.

В России, Великобритании, Германии, Нидерландах и Японии применяется метод центрифугирования, при котором газ UF6 приводится в очень быстрое вращение. Благодаря различию в массе атомов, а следовательно, и в центробежных силах, действующих на атомы, газ вблизи оси вращения потока обогащается легким изотопом U-235. Обогащенный газ собирается и экстрагируется.

Изготовление твэлов.

Обогащенный UF6 поступает на завод в 2,5-т стальных контейнерах. Из него гидролизом получают UO2F2, который затем обрабатывают гидроксидом аммония. Выпавший в осадок диуранат аммония отфильтровывают и обжигают, получая диоксид урана UO2, который прессуют и спекают в виде небольших керамических таблеток. Таблетки вкладывают в трубки из циркониевого сплава (циркалоя) и получают топливные стержни, т.н. тепловыделяющие элементы (твэлы), которые объединяют примерно по 200 штук в законченные топливные сборки, готовые для использования на АЭС.

Отработанное ядерное топливо сильно радиоактивно и требует особых мер предосторожности при хранении и удалении в отходы. В принципе его можно переработать, отделив продукты деления от остатков урана и плутония, которые повторно могут служить ядерным топливом. Но такая переработка дорого стоит и соответствующие коммерческие предприятия имеются лишь в некоторых странах, например во Франции и Великобритании.

Объем производства.

К середине 1980-х годов, когда надежды на быстрый рост ядерной энергетики не оправдались, объем производства урана резко упал. Строительство многих новых реакторов было приостановлено, а на действующих предприятиях стали накапливаться запасы уранового топлива. С распадом Советского Союза дополнительно увеличилось предложение урана на Западе.

Мировая потребность в уране в середине 1990-х годов составляла ~75 млн. кг. Примерно по 30% этого количества приходилось на США и Европейский союз, а около 15% – на Восточную Азию. См. также ЯДЕР ДЕЛЕНИЕ; АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА.

К концу 20 в. все большее влияние на урановую промышленность стали оказывать военные запасы урана. В конце 1992 Россия согласилась демонтировать почти половину своих запасов ядерного оружия и переработать высвободившийся оружейный уран в металл топливного сорта. США согласились приобрести этот материал по рыночным ценам. К 2000 ядерный материал конвертированного оружия составил не менее 20% предложения на мировом рынке урана. См. также ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ; ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ; УРАН.

www.krugosvet.ru

Перспективные способы добычи урана

В современном мире элемент под номером 92 в знаменитой таблице Менделеева имеет огромное значение. Во-первых, уран – это самое энергонасыщенное топливо из всех известных и используемых на сегодняшний день. Всего несколько килограммов этого вещества способны заменить тысячи кубометров газа и тонны нефти и угля, при этом количество выработанной  электрической или тепловой энергии будет одинаковым. Во-вторых, добыча урана важна для получения другого энергетического элемента – плутония. И, наконец, уран  – основной элемент для создания ядерного оружия


Первые упоминания об этом веществе, найденном в Рудных горах Саксонии, относятся к середине 16 века. «Черный смоляной камень», позднее названный урановой смолкой или настураном использовали для закладки уже выработанных серебряных рудников или выбрасывали в отвалы. На рубеже 18 – 19 веков урановые руды считались побочным материалом горной промышленности, а их уникальные свойства не были изучены. Официальным годом открытия элемента считают 1789 г., когда немецкий химик Мартин Клапрот присвоил ему название уран – в честь одной из планет Солнечной системы. Однако спустя некоторое время выяснилось, что новое вещество, о котором заявил ведущий ученый своего времени, это окисленная форма минерала. Элементную же его форму впервые удалось получить французскому химику Э. Пелиго спустя почти полвека, в 1841 г.

 

Разработка урана имеет особое значение для промышленности

 

Надо сказать, что с момента своего открытия и до середины 20 века мировая добыча урана осуществлялась, в основном, для получения радия. Это сопутствующее вещество использовали в процессе изготовления люминисцентной краски, которой покрывали диски часов и некоторые инструменты, оружейные прицелы, применяли в медицине для  приготовления «радоновых ванн» и пр. Оксиды урана применяли в стекольном производстве в качестве красящего пигмента палитрой от бледно-желтого до темно-зеленого.

 

 

Свое промышленное значение уран получил в начале 40-х годов ХХ века, после того, как ученые опытным путем научились расщеплять урановое ядро и получать ядерную реакцию. Новые открытия, которые легли в основу современной ядерной физики и атомной энергетики, резко изменили перспективы дальнейшего практического применения элемента №92. С этого времени началось активное развитие урановой промышленности, а само вещество превратилось в главное стратегическое сырье, необходимое для осуществления масштабных военных программ. Возможность создания атомной бомбы и использования урана в качестве топлива, необходимого для работы ядерных реакторов, стали основными причинами, обусловившими  высокий спрос на этот тяжелый металл.


Ученые выяснили, что содержание этого вещества в земной коре неравномерно – оно  рассеяно во многих горных породах, в почве, и даже в воде морей и океанов. Подсчитано, что верхний слой Земли толщиной всего 20 км содержит почти 1014 тонн урана! Невероятно, но это количество может многие тысячелетия удовлетворять энергетические потребности человечества. Однако, несмотря на то, что средняя концентрация элемента в земной коре весьма велика, мест добычи урана, где его концентрация во много раз превышает среднее значение, на нашей планете очень мало.

 

 

Первые богатые ураном месторождения были обнаружены в 1913 г. в Африке. Немного позже были открыты Порт-Радий в Канаде, обл. Бейры в Португалии, Тюя Муюн в Узбекистане и Холм Радия в Австралии. Основной мировой запас урановых руд сосредоточен в Канаде, Конго и США. Что касается нашей страны, то добыча урана в России составляет около 7% от мирового объема. Дело в том, что многие российские месторождения расположены в труднодоступных районах, а большинство урановых запасов еще не разведаны, хотя прогнозные ресурсы весьма и весьма неплохие.

 

Современные способы добычи урана

 

 

 

На сегодняшний день известно три способа добычи урана, применение каждого из которых зависит от глубины залегания вещества и от его содержания в породе. Открытый или, как его еще называют, карьерный способ разработки применим лишь при неглубоком залегании металла. Сложностей в процессе добычи этим способом не возникает: для вскрытия и разработки задействуют бульдозеры, для погрузки руды – погрузчики, для вывоза на перерабатывающие предприятия – самосвалы. Стоит уточнить, что открытый способ все же представляет большую опасность для экологии, даже несмотря на то, что после завершения работ карьер засыпают, а на его поверхности проводят рекультивацию. Отработанная порода сохраняет до 85% радиационного фона урана, территория загрязняется солями тяжелых металлов и сульфидами, ядовитыми для организма и покрывается пылью с содержанием радиоактивных элементов.

 

 

Другой метод добычи урана – подземный или шахтный позволяет добывать руду более высокого сорта, чем в предыдущем случае, однако добыча становится рентабельной лишь при высоком качестве руды. Обычно глубина современных урановых рудников не превышает 2 км, поскольку строительство более глубоких проходов повышает себестоимость добытого вещества. Организация радиационной защиты в штольнях и шахтах становится главной задачей добывающих предприятий, для чего в них устанавливают современные вентиляционные системы, позволяющие выводить радон из рабочего пространства и направлять внутрь рудника свежий воздух.

 

 

Добыча урана методом подземного выщелачивания считается наиболее щадящей для экологии.  Для вскрытия месторождения руды используют систему скважин, в которые закачивают специальный химический реагент. Растворяясь в пласте, он выщелачивает из него полезные вещества, после чего насыщенный соединениями урана, выкачивается на поверхность. Монолитные залежи вскрывают подземными горными выработками, в некоторых случаях используют буровзрывные работы. Эта прогрессивная технология добычи имеет ряд ограничений: ее разрешено использовать ниже уровня залегания грунтовых вод и только в песчанике.

 

 

В целом, использование геотехнологического метода, описанного выше, позволяет отрабатывать месторождения с невысоким содержанием урана и сложными условиями залегания. К тому же в несколько раз снижаются затраты на строительство горно-обогатительных предприятий и одновременно повышается производительность работ. Однако даже использование высокотехнологичных способов добычи и переработки урана не исключает вероятности технических ошибок, которые могут привести к серьезным загрязнениям окружающей среды серной кислотой, металлами, высокому уровню радиации, а значит сделать дальнейшее использование природных ресурсов невозможным. Поэтому каждый существующий и перспективный проект добычи урана в мире предполагает привлечение экологов и оценки возможного негативного воздействия на дикую среду, а также разработку программы восстановления эндогенной природы и дальнейший мониторинг ее состояния.

 

 

promplace.ru

Добыча урана

Урановый холдинг «АРМЗ» (АО «Атомредметзолото») является управляющей компанией Горнорудного дивизиона Госкорпорации «Росатом», консолидирующей российские уранодобывающие активы. Объем добычи урана в России в 2017 году составил 2,9 тыс. тонн (по сравнению с 3 тыс. тонн в 2016 г.). Минерально-сырьевая база непосредственно самого холдинга по итогам года составляет 523,9 тыс. тонн (2 место среди крупнейших уранодобывающих компаний мира).

Сосредоточенные в компании уникальные компетенции позволяют выполнять весь комплекс промышленных работ – от геологоразведки до добычи и переработки природного урана. Это важно, потому что российские активы уранодобычи находятся на разных стадиях жизненного цикла: от разведки (проект «Элькон») до интенсивной промышленной эксплуатации месторождений. Крупнейшее предприятие, входящее в контур управления Уранового холдинга «АРМЗ», – это основанное в 1968 году «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО, Забайкальский край). Оно уже много десятилетий осуществляет добычу подземным горным способом (объем добычи в 2014 году – 1970 тонн).

Эффективно развиваются два других предприятия — АО «Хиагда» в Республике Бурятия и АО «Далур» в Курганской области, добывающие уран более экологически чистым методом скважинного подземного выщелачивания (СПВ).

В отличие от традиционного способа добычи, который заключается в извлечении руды из недр, ее дроблении и гидрометаллургической переработке, при СПВ урановая руда остается на месте залегания. Посредством системы скважин через рудную залежь прокачивается выщелачивающий реагент с последующей откачкой урансодержащего раствора на поверхность, где он последовательно перерабатывается до получения конечного продукта – желтого кека или закиси-окиси урана. При СПВ почвенный покров почти не нарушается, не образуется отвалов пустой породы и отходов, а состояние вмещающего руду водоносного горизонта после отработки восстанавливается до начального состояния. Данная технология значительно экономичнее и экологически предпочтительнее карьерного или шахтного способов добычи урана.

АО «Хиагда» оценивается как самый перспективный актив холдинга. Расширение его производственной базы уже в ближайшем будущем позволит выйти на проектную мощность в 1000 тонн урана в год.

Среди других дочерних предприятий АО «Атомредметзолото» – сервисный центр АО «РУСБУРМАШ», осуществляющий разведку природных ископаемых как в России так и за рубежом, инжиниринговый центр АО «ВНИПИпротехнологии», специализирующийся в проектировании и строительстве промышленных объектов «под ключ».

Кроме добычи урана, Урановый холдинг «АРМЗ» реализует также ряд проектов, связанных с добычей редких, редкоземельных и драгоценных металлов. Один из ключевых проектов – освоение Павловского свинцово-цинкового серебросодержащего месторождения на архипелаге Новая земля, минерально-сырьевая база которого позволит организовать одно из крупнейших перерабатывающих предприятий в России. Основой для этой деятельности служит многолетний опыт разработки месторождений в самых разнообразных геоклиматических условиях. В АО «Далур» планируется организовать попутное производство концентрата (до 10 тонн в год) и концентрата редкоземельных металлов (до 450 тонн в год). ППГХО на разрезе «Уртуйский» ведет добычу угля.

Благодаря инвестициям и оптимизации деятельности производительность труда в Урановом холдинге «АРМЗ» растет, а себестоимость добычи – снижается. Внедрение прогрессивных технологий также способствует повышению результатов. В частности, в АО «Далур» в 2015 году была смонтирована технологическая линия сушки «желтого кека» с проектной мощностью 120 кг продукта в час. Влажность суспензии соединений урана благодаря вводу линии снизилась с 30% до 2%. В свою очередь, это не только снижает затраты на логистику, но и обеспечивает удобство дальнейшей переработки для получения высокочистых соединений урана.

Зарубежные уранодобывающие активы Госкорпорации «Росатом» объединяет Международный горнорудный дивизион Uranium One. Он находится на четвертом месте в мире по объему добычи урана и имеет диверсифицированный портфель международных активов в Казахстане, США и Танзании. Минерально-сырьевая база Uranium One, согласно оценкам по стандартам международной отчетности, составила на конец 2017 года 216,2 тыс. тонн урана (на 2,1%, меньше, чем в 2016 году). Объем добычи урана в 2017 году составил 5,063 тыс. тонн урана, что на 3,4%, или на 167 тонн, больше, чем в 2016 году.

Uranium One осуществляет добычу в Казахстане, на совместных предприятиях с НАК «Казатомпром», а также в США. Компания «Мантра Танзания», входит в дивизион Uranium One, владеет урановым проектом «Мкуджу Ривер» в южной части Танзании. Продукция поставляется в страны Азии, Северной Америки и Европы. Добыча осуществляется с применением экологически щадящей технологии скважинного подземного выщелачивания. Uranium One является сторонником экологически чистой энергетики, поддерживает самые высокие стандарты в сфере защиты окружающей среды, обеспечения охраны жизни и здоровья сотрудников, активно участвует в программах развития местных сообществ на территориях присутствия компании.

www.rosatom.ru

Зачем нужно обогащать уран? Подробный разбор

В статье рассказывается о том, зачем обогащать уран, что это такое, где добывается, его применения и из чего состоит процесс обогащения.

Начало атомной эры

Такое вещество как уран известно людям с самой глубокой древности. Но в отличие от нашего времени, использовали они его лишь для создания специальной глазури для керамики и некоторых видов краски. Использовалась для этого природная окись урана, залежи которого можно найти в тех или иных количествах почти на всех континентах мира.

Гораздо позже этим элементом заинтересовались и химики. Так, в 1789 году немецкому ученому Мартину Клапроту удалось получить оксид урана, который по своим параметрам был похож на металл, но им не являлся. И лишь в 1840 году французский химик Пелиго синтезировал настоящий уран – тяжелый, серебристый и радиоактивный металл, который Дмитрий Менделеев внес в свою таблицу периодических элементов. Так для чего нужно обогащать уран и как это происходит?

Наше время

По сути, природная урановая руда мало чем отличается от остальных. Это массивные булыжники ржавого цвета, которые добывают в шахтах самым обычным способом – взрывают пласты залежей и транспортируют на поверхность для последующей обработки. Дело в том, что природное это вещество содержит в себе всего лишь 0,72 % изотопа U235. Этого недостаточно для применения в реакторах или оружии, и потом после сортировки его переводят в газообразное состояние и начинают обогащать уран.

Вообще, методов этого процесса существует много, но самым перспективным и используемым в России является газовое центрифугирование.

В специальные установки закачивается газообразное соединение урана, после чего те раскручиваются до огромных скоростей и происходит отделение более тяжелых молекул от легких и группирование их у стенок барабана.

Затем эти фракции разделяют и одну из них превращают в диоксид урана – плотное и твердое вещество, которое потом фасуют на своеобразные «таблетки» и обжигают в печи. Именно для этого и нужно обогащать уран, поскольку на выходе процентное содержание изотопа U235 на порядок больше, и его можно применять как в реакторах, так и в оружейных системах.

Экспорт

Если приводить упрощенный пример, то обогащение этого элемента по сути своей чем-то напоминает производство железа – в изначальном, природном виде это ни на что не годные куски руды, которые потом различной обработкой превращают в крепкую сталь.

Также в прессе часто можно услышать тот факт, что многие менее развитые по сравнению с той же Россией страны часто задаются вопросом, как сделать обогащенный уран?

Дело в том, что процесс этот если приводить пример с газовым центрифугированием очень сложный, и построить подобные установки могут далеко не все. Тем более, нужна не одна-единственная штука, а целый их каскад. Для того, чтобы осознать их технический уровень, стоит сказать, что вращаются эти «барабаны» со скоростью 1500 оборотов в минуту и без остановки. Рекорд – 30 лет! Потому, некоторые страны закупают обогащенный уран в России.

Где добывают уран в России?

Добыча 93% урановой руды производится в Забайкалье, рядом с городом Краснокаменск. А обогащенный уран в России производит «ОАО ТВЭЛ».

Применение

С процессом превращения в высокоэффективное соединение разобрались, но зачем он нужен? Разберем два самых основных направления.

Первое, это конечно же, атомные реакторы. Они дают электричество целым городам, питают автономные космические аппараты для исследования дальних уголков нашей солнечной системы, стоят на подводных лодках, ледоколах, исследовательских кораблях.

Второе, это оружие массового поражения. Правда стоит уточнить – именно уран в бомбах давно уже не применяется, ему на смену пришел оружейный плутоний. Добывается он посредством специального облучения в реакторах низкообогащенного урана.

Мифы и интересные факты

Часто еще в годы СССР бытовало мнение, что особо опасных преступников или «врагов народа» ссылают на урановые шахты, чтобы те своим скоротечным трудом искупили вину. И естественно, долго они там не задерживались из-за радиации.

На самом деле это не так. Никакой особой опасности в работе на такой добыче нет, природная руда мало радиоактивна, и человек, если его поместить безвылазно в шахту, погибнет скорее от недостатка солнца и свежего воздуха, чем лучевой болезни.

Тем не менее, условия труда у рабочих щадящие, всего 5 часов в день, и многие работают там целыми поколениями, развенчивая миф о страшной губительности такого производства.

А из обедненного урана, кстати, делают сердечники оружейных снарядов. Дело в том, что уран намного тяжелее и прочнее свинца, в результате чего такие поражающие элементы эффективнее, да и еще имеют свойство воспламеняться в результате разрушения, после механического воздействия на них.

Так что мы разобрались с тем, зачем нужен обогащенный уран, где он применяется и с какой целью.

fb.ru

Урановая промышленность мира

Урановая промышленность, работающая на атомную энергетику и тесно с нею связанная, включает две главные производственные стадии. Первая из них – добыча урановых руд, которые встречаются в песчаниковых, фосфоритовых, жильных и некоторых других типах месторождений. Их разрабатывают при помощи карьеров, шахт, подземного выщелачивания, а также получают в качестве побочного продукта на медных и золоторудных залежах. Вторая стадия – производство урановых концентратов (U3O8), которые и потребляются атомной энергетикой. Это производство обычно считают рентабельным, если цена 1 кг урана не превышает 80 долл.

Динамика мирового производства урановых концентратов отличается сильной изменчивостью. Своего максимума – 45 тыс. т (в пересчете на металл) оно достигло в конце 1970-х гг. Это было время энергетического кризиса, когда перспективы развития атомной энергетики были самыми радужными, а цена 1 кг урана поднялась до 100 долл. и выше. Но с 1985 г. начался период падения спроса на уран и соответственно его производства, которое снизилось до 31 тыс. т в 1994 г. и до конца 1990-х гг. оставалось примерно на этом же уровне.

В литературе это десятилетие обычно характеризуют как время глубокого кризиса мировой урановой промышленности. И действительно, общее количество действующих урановых рудников уменьшилось за эти годы в несколько раз. Были закрыты многие рудники

в Западной и Восточной Европе, в Африке, в Канаде, а в США их число уменьшилось с 343 до 11! Кризис был вызван двумя главными причинами. Во-первых, замедлением развития самой атомной энергетики, о котором уже говорилось, что привело к избытку уранового сырья и накоплению его на складах в больших количествах. Во-вторых, окончанием «холодной войны» и поступлением на мировой рынок тех запасов урана, которые были накоплены военными ведомствами сверхдержав за долгие годы конфронтации.

Согласно оценкам американских специалистов, запасы высокообогащенного «военного» урана в мире в 1993 г. составили 1700 т (в том числе в России – 500 т), что эквивалентно примерно 500 тыс. т низкообогащенного урана. Если бы весь этот уран был использован в качестве топлива для атомных электростанций, то его хватило бы для ежегодных поставок на мировой рынок 30 тыс. т урановых концентратов в течение нескольких лет. В результате к середине 1990-х гг. текущим производством урановых концентратов стала покрываться лишь половина мировых годовых потребностей АЭС в ядерном топливе, оцениваемая в 62–63 тыс. т, тогда как остальную их часть покрывали за счет ранее накопленных запасов и переработки оружейного урана.

Для географического распределения производства урана характерны следующие показатели. Во второй половине 1990-х гг. на развитые страны Запада приходилось 58 %, на бывшие социалистические – 24, на развивающиеся – 18 % мирового производства урана. Отдельные крупные регионы мира по этому показателю шли в такой последовательности: Америка, Африка, Австралия, Азия, Европа. Что же касается отдельных стран, то, хотя добыча урана велась в 25 странах мира, основное (более 9/10) производство урановых концентратов было сосредоточено в половине из этих стран (табл. 98).

Таблица 98

ПРОИЗВОДСТВО УРАНОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ ПО СТРАНАМ МИРА В 2005 г. (В ПЕРЕСЧЕТЕ НА МЕТАЛЛ)

В этих же странах находятся крупнейшие урановые рудники: Ки-Лейк и Раббит-Лейк (Канада), Рейнджер (Австралия), Приаргунский (Россия), Россинг (Намибия), Акута (Нигер), Целинный (Казахстан), Навои (Узбекистан) и др.

География потребления уранового сырья имеет во многом иной характер: более 4/5 его используют в странах Запада (США, Франция, Япония, Великобритания, Канада), около 1/10 – в странах СНГ, а остальное – в развивающихся странах.

Сравнивая главных производителей и потребителей урановых концентратов, можно определить и основные черты международной торговли ими. В качестве ведущих экспортеров выступали и выступают Канада и Австралия, которые вывозят основную часть производимой продукции. К числу крупных экспортеров относятся также Россия, Казахстан, Намибия, Нигер, Узбекистан, ЮАР, Габон и Китай. Все они имеют положительный баланс между производством и потреблением урана. Страны с отрицательным балансом между производством и потреблением образуют группу главных импортеров этого важного сырья. В первую очередь в нее входят США и Япония. В результате и в этой отрасли сформировались довольно устойчивые грузопотоки – настоящие «урановые мосты», например из Канады в США, из Австралии в Японию, из стран СНГ в Западную Европу.

Россия давно уже стала крупным производителем уранового сырья. На ее территории разведано несколько перспективных уранодобывающих районов, но основная добыча ведется в Восточном Забайкалье, на Приаргунском горнохимическом комбинате; здесь же перерабатывается сырье, поступающее из Монголии. Россия входит также в число крупных экспортеров урана. В 1993 г. Россия и США заключили соглашение сроком на 20 лет о продаже США 500 т российского высокообогащенного урана из демонтируемых боеголовок с предварительным его обеднением на российских же предприятиях. С тех пор до 2000 г. было уже переработано в низкообогащенный и поставлено в США около 100 т высокообогащенного урана, который служит топливом для многих американских АЭС.

Похожие статьи:

poznayka.org

Мировой урановый рынок Еще один козырь в рукаве России: matveychev_oleg

ак мы помним, в древности весь мир представлялся людям стоящим на трёх громадных слонах, которые опирались своими ногами на панцирь ещё более массивной черепахи.

Интересно, что западный урановый мир — конечно же, за вычетом как всегда таинственных, непонятных и в чём-то чуждых для “коллективного Запада” стран навроде России, Китая или Казахстана, к которым я вернусь чуть позже, в следующем материале — выглядит в чём-то неуловимо похожим на наивные представления древних о земной тверди:


Канадские слоны, австралийская черепаха. Западный мир — плоский и он сверху.

Ознакомившись в предыдущем материале с наглядным опровержением страхов среднестатистического обывателя по поводу радиации  —  можно теперь уже несколько по-иному посмотреть на исторический процесс добычи урана в странах Запада, на его текущее состояние и на перспективы горнодобывающей урановой отрасли на ближайшее будущее.

Для анализа многих параметров добычи урана на Западе я сознательно беру работу Микаэля Диттмара “Конец дешёвого урана”, поскольку именно её любит бездумно цитировать, например, гуру “новой ускорительной ядерной энергетики” господин Острецов.
Ну и вообще, в целом эта работа в последнее время служит достаточно хорошей дубинкой в руках у противников ядерной энергии.
Типа: “Куда вы нас тянете, в следующем году урана вообще уже не будет! Закрывайте реакторы нафиг!”

Именно так. Не будет. В 2013 году. Совсем. Урана. На Земле.
Разберёмся, медленно и в деталях. Со всем стадом и по всем коровам — в отдельности.

Начнём с урановых “аксакалов”. С тех, кто начинал добычу урана первым и у кого природного урана уже осталось с мышкин хрен с гулькин нос: с США и с Европы. Начнём с “плоского мира”, который как бы на ладошке, на виду и весь сверху.

Именно эти два региона, как мы помним, потребляют наибольшее количество урана в своих реакторах. В Европе 14 стран из 27 членов Евросоюза имеют сейчас ядерные энергоблоки:

Оранжевым тут показаны страны, использующие энергоблоки “западного” типа — производства США (Вестингауз), Германии (Сименс), Франции (Арева), Великобритании (Magnox) или Канады (CANDU), красным цветом обозначены страны, использующие блоки советского производства — блоки “российского” типа.

Как видим, на политической карте Европы по-прежнему зримо присутствует Варшавский договор и “Блок НАТО”, пусть и в столь специфической отрасли, как ядерная энергетика — оказывается, за прошедшие 20 лет с момента крушения СССР ничего в реакторном мире и не поменялось.

Особняком в картинке разделения Европы на Восток и Запад стоят Финляндия, которая, как умный телёнок, сосёт сразу “двух мамок” и Румыния и Словения, на территории которых ещё во времена Холодной войны попали реакторы западного типа.

Если кто-то упрекнёт меня в предвзятости и делении теперь свободного и сейчас демократического мира по некоему “условному признаку”, то я лишь скажу, что до сих пор, и через 20 лет после крушения СССР, поставка реакторного топлива производится практически 100% теми же поставщиками (или их прямыми наследниками), которые в своё время строили соответствующие реакторы.
Россия поставляет топливо на реакторы советских моделей, Запад — на западные реакторы.

Да, я знаю об опыте “Вестингауза” на Украине и в Чехии и я знаю о переговорах “Росатома” с Швецией и другими западными странами, но пока, по факту “Запад есть Запад, Восток есть Восток, и вместе им никогда не сойтись”.
Зато считать удобно. “Каждый сам за всё в ответе”.

Всего в Европе по состоянию на 2012 год имеется 111 реакторов западного типа и 20 реакторов советского типа. В расчёт брались только реакторы, работающие на общие сети, всякую исследовательскую мелочь для целей наших выкладок считать не имеет смысла.

При таком буйстве ядерной энергетики — а, в целом, она даёт Европе 29.5% от всего производства электроэнергии, и это является главным источником электроэнергии в Европе — запасов собственного урана в Европе уже практически нет. Ещё раз: атом — это главный источник электроэнергии в Евросоюзе, при том лишь 14 стран из 27 членов ЕС имеют реакторы. Главнее угля, главнее газа, главнее ГЭС, про ветряки и фотоэлементы даже говорить нечего, они, как говорится, “меньше пискеля на диаграмме”. Во Франции — вообще 78% электроэнергии — это АЭС.

А урана нет. Первый из ядерных островов “плоского мира” Запада уже совершенно лишён собственных источников урана. Весь уран — завозной. Франция, по старой колониальной традиции, грабит завозит уран из Нигера и Габона, остальные стараются добывать уран где получится. В целом же Россия, Австралия, Канада и Нигер обеспечивают вчетвером более 70% поставок урана в Европу.

Вас беспокоит Гондурас зависимость Европы от импортного газа? Перестаньте её чесать.
Европа уже тотально зависит от поставок урана, ведь её урановый поезд ушёл ещё в далёкие 1970-е годы, когда исчерпались собственные месторождения Германии, Чехии, Франции, Испании, Болгарии, Венгрии и Румынии.

Сейчас, по самым консервативным оценкам, Европе ежегодно надо около 21 000 тонн природного урана. Добывается же в Европе кругом-бегом от этого количества не более 3%, то есть жалкие 600 тонн.

Остаточные же резервы европейского урана составляют около 50 000 тонн. По всем странам. Например, вот у Франции есть 100 тонн урана — при годовой потребности страны в уране в размере около 9 220 тонн.

У Германии же вообще уже своего урана нет. А, даже с учётом остановки энергоблоков, его надо Германии где-то 1 800 тонн в год. Пичалька. И толковых колоний, как у Франции, у Германии тоже нет. Намибию ведь ещё после Первой мировой у немцев отобрали. А был бы у Германии короткоствол рудник Россинг — и всё могло бы сложиться совершенно иначе.
Но есть теперь кому в мире уран покупать и кроме Германии. А Германии предложено заняться ветром и солнцем. И глубже дышать.

Посмотрим на другой остров “плоского западного мира”. На Японию.
И вновь похожая ситуация. Ядерный остров есть, а ядерного топлива нет. Собственные запасы Японии тоже описываются печальной цифрой в 6 600 тонн. А потребность страны за год — около 7 500 тонн урана. Ну как потребность… была, в общем, такая потребность. Нет уже потребности, вышла вся.
Не получилось у японцев добывать уран в Казахстане, а про Канаду и Австралию я Вам ниже расскажу. Ну а про Францию, которая была поставщиком урана в Японию, я думаю, вы уже и сами выше прочитали. Нет во Франции урана, самим бы хватило колонии подраздеть.

Третий остров “плоского мира”. США.
Самый интересный игрок.
207 000 тонн урана пока вроде как в американских запасниках, то бишь в недрах. Но — целых 104 коммерческих реактора в строю. Почти столько же, сколько на “острове Европа”. Соответственно, и потребление урана на уровне в 20 000 тонн природного урана в год. В итоге приходится скупать уран отовсюду, откуда только можно.


Собственного урана в США, по факту, добывается даже ещё меньше, чем показано на диаграмме — не более 5% от потребляемого или около 1 000 тонн в год. Цифра же в 14,2% получена с учётом разбавления собственного оружейного урана из запасников США.

Доля России в урановом балансе США на верхней диаграмме тоже лукавая, поскольку, по факту российский ВОУ, разбавленный НОУ различного происхождения даёт около 38% потребности в реакторном уране в самих США. Потому что, как мы помним, в реакторах горит только обогащённый уран, а природный уран горел на Земле последний раз где-то 2 миллиарда лет тому назад.

Нетрудно посчитать, что сейчас США импортирует около 85% потребного урана или “всего-то” около 17 100 тонн в год. Так что Вы там говорили насчёт зависимости Европы от российского газа? Перестаньте её чесать.

Да, по факту США имеют в атомной генерации совокупно меньше, чем имеет Европа — всего около 20,3%. Но отказаться от генерации электроэнергии на АЭС они тоже не могут, потому что, по факту, это самая дешёвая генерация. Не я сказал, про это EIA написало.

Вот график, где все ходы записаны:


Как-то там жёстко всё с пикселями у сиреневеньких точек…

В общем, своего урана у США лет на 10 работы реакторов, а покупать его, как и Европе с Японией, приходится уже по всему миру. Правда, Япония и Германия уже покупают урана поменьше, так что, как говорил некий товарищ “процесс пошёл, надо его только расширить и углУбить”.

Ну а теперь — о главном.
О том, на чём весь этот плоский западный ядерный мир держится. О канадских слонах и об австралийской черепахе.

Начнём с черепахи. Она большая, красивая и неповоротливая
Зовётся она Olympic Dam — Олимпийская Плотина:


Знакомьтесь, крупнейшее месторождение урана в мире.

У каждого минерала есть такой уникальный объект. Для нефти это Гавар, для газа — Уренгой и Северный, для золота — Грасберг.
Для урана это — Олимпийская Плотина.

Месторождение уникальное. Уран там, вообще-то, добывают, как побочный продукт. А в основном Плотина трудится на добыче серебра, золота и меди. Есть спрос на золото, медь и серебро — получается добыть ещё и чуток урана. Ну как чуток — около 55% от совокупной добычи урана всей Австралией, или около 3 300 тонн урана в год.  Нет спроса на “рыжьё” — нет урана. Деньги нести бесполезно, ни утром, ни вечером — стулья (уран) выдаются строго в темпе добычи драгоценных металлов и меди.

3 800 тонн в год? Что за хрень, спросит внимательный читатель? Так этого же и Японии бы не хватило, не говоря уже о Европе или США! Почему же черепаха?

А потому, что в “черепахе” находится около 996 000 тонн урана. Посчитали месторождение до глубины около 1 000 метров, а потом, как и в случае с углём, решили, что глубже считать будет совсем уж неприлично. Но рудное тело идёт и на более глубокие отметки, просто вряд ли туда шахтёры доберутся когда-либо в ближайшем обозримом будущем.

Нетрудно посчитать, что в плотине лежит около 60% разведанного австралийского урана и около 18,5% всех мировых запасов урана.
Но добыть этот уран сколь-либо быстрее, нежели в темпе 3 300 тонн в год, практически нереально.

Проблема в том, что в Австралии завёлся “Гринпис” и “Беллона” в одном лице. Точнее, в одной морде.

Если бы коренные австралийцы хотели как-нибудь по-злому отомстить белым людям — они вряд ли смогли бы придумать что-то поразрушительней, нежели вот этот бомжеватого вида дедуган:


Кевин Буззакотт, старейшина и активист.

Да, австралийцы слушают вот этого дедушку. А дедушка вещает им про “безъядерное будущее”, экологию и “традиции австралийских предков”. Наверное это те традиции, в которых его предки в Австралии ничего крупнее кенгуру и не оставили и построили замечательную цивилизацию бумеранга, палки-копалки и выжженой саванны.

А так, в общем, факт остаётся фактом — дедушка организовал активное сопротивление проекту расширения Олимпийской Плотины и добился его отсрочки, полностью прикрыл проект рудника Джабилука в Северной Австралии, был замечен ещё на десятке объектов урановой промышленности в Австралии. Бомжик старается и пыхтит вовсю, за что и был награждён орденом Ленина прогрессивной общественностью различными международными наградами.

Кому и зачем нужна его деятельность — для меня вопрос открытый. Наверное, уран потребуется следующим поколениям аборигенов Австралии, которые вполне смогут снова насладится  радостями бумеранга, пещер и 90% детской смертности. “Дядя Кев” покажет путь к светлому прошлому в рамках “отдельно взятой пещеры”.

Пока же Австралия добывает около 6 000 тонн урана в год и вряд ли сможет добывать больше. Ну а станет “Дядя Кев” премьер-министром — так вообще, наверное, добычу минералов из недр свернёт. Короче, есть идея, кого двигать вперёд в Австралии. Хотя эти товарищи и сами неплохо наверх выплывают.

Теперь — о канадских слонах.
Первый канадский слон зовётся Река Маккартур (McArthur River). С этой единственной шахты сейчас добывают около 14,5% мировой добычи урана — или 7 686 тонн урана в 2011 году. Хватило бы на Японию. Теперь хватит на США.
Остаточные запасы шахты составляют около 140 000 тонн урана, но основным козырем McArthur River является содержание урана в породе, составляющее 15-16%.
Для сравнения, в Плотине порода содержит всего 0,05% урана. То есть канадский слон может добывать уран при любых раскладах, а австралийская черепаха — только на высоких ценах и то лишь вместе с медью, золотом и серебром.

Второй канадский слон поменьше, но тоже даёт в мировую добычу весомые 2,7%. Зовётся он Кроличье Озеро (Rabbit Lake). Раньше он был похож на первого канадского слона — и размерами, и содержанием урана в породе, но за 35 лет эксплуатации (1975-2011) содержание урана в породе опустилось с 5% до 0,73%, а остаточные запасы составляют лишь около 11 000 тонн урана. В общем, слоник славно потрудился, пора уже и на покой. Учитывая, что второй слон добывает около 1 460 тонн урана, запасов там хватит где-то на 8-9 лет.

Все ждали и всё ещё ждут третьего слона, который зовётся Сигарное Озеро (Cigar Lake). В этом слоне лежит ещё около 90 000 тонн канадского урана и эта руда даже богаче, чем на McArthur River, процент урана в породе составляет 17,4%. Проблема в том, что третий канадский слоник живёт глубоко под озером и из-за этого уже два раза тонул (шахту постоянно затапливает и сроки пуска переносят) — один раз в октябре 2006 году, а второй раз — в  июне 2008.
Ждали слоника так напряжённо и истово, что уже все жданики поели, а уран ждал-ждал, да и напух в аккурат к 2007 году:

В общем, не только нефтью единой был создан кризис животворящий сентября 2008 года. С ураном тоже нескладуха вышла.

Хорошо, скажет внимательный читатель. Но, если и в самом деле с быстрой добычей дешёвого природного урана всё в мире обстоит столь печально и запущенно, то за что же ратует нас автор? За продолжение суверенного банкета на 1/6 обитаемой суши ещё где-то на лет 20-25?

Нет.
Пришло, товарищи, и наше время. Первомай уже на нашей улице, а праздник общего труда — в самом разгаре.

И России есть что сказать по этому поводу миру. Россия по миру не бегает, у России свой уран есть. Есть российский, есть казахский, есть украинский уран. Есть около 500 000 тонн урана в хвостах обогащения. Есть оружейный уран и есть оружейный плутоний. В общем, много чего есть.

Но основной ответ — не в природном уране. Просто наконец-то пришло время замкнутого ядерного топливного цикла. Хватит бояться, господа. Пора лезть в кузов. Ведь груздями все записались ещё в 1970-е.

Мир уже давно не стоит на австралийской черепахе и на канадских слонах.
И мир — это не плоская тарелка с “ядерными островами” США, Европы и Японии. Мир — это шар, где нет центра и все так или иначе завязаны друг на друга. Нити приходят в движение.

matveychev-oleg.livejournal.com

6.2.1. Добыча природного урана – Энергетика: история, настоящее и будущее

6.2.1. Добыча природного урана

Уран широко распространен в природе. Значительные его количества обнаружены во многих горных породах и в океанах. Средняя концентрация урана в земной коре~4·10-6 г/г породы. Средняя концентрация урана в океанических водах~1,3·10-6 г/л. Известно около 200 минералов, содержащих уран в более высоких количествах. Оценка ресурсов урана определяется масштабом работ и территорией, охваченной геологической разведкой. Особо при этом выделяются запасы тех месторождений, которые приемлемы для промышленного использования. Запасы урана в недрах оцениваются ежегодно МАГАТЭ и АЯЭ ОЭСР, публикуются данные о производстве природного урана (табл. 6.1, 6.2), спросе на него, стоимости переработки и получения основного сырья – концентрата закиси урана U3O8. В основном ведутся разработки урана с содержанием в рудах U3O8 более 0,1%.

Техника разведки урановых руд включает радиометрическую аэрофотосъемку, анализ воды и почвы на наличие урана и радона, гамма-каротаж скважин и цветную аэрофотосъемку местности. Открытая добыча урановых руд производится до глубины 100 м. От разведки месторождений до их вывода на проектную мощность добычи проходит в среднем около 8 лет. Среднее содержание урана в промышленной руде составляет~0,22% U3O8. При столь малой концентрации для извлечения 1 т урана требуется добыть и переработать~1000 т рудной массы, предварительно освобожденной от пустой породы, т.е. после обогащения руды.

Самой современной технологией извлечения урана из руды (до 90–95%) является гидрометаллургическая, которая требует превращения руды путем дробления и помола в рудную муку (порошкообразное состояние). Извлечение урановых оксидов из мелкоразмолотой руды связано с расходом больших количеств воды и химических реагентов. В зависимости от химического и минералогического состава руд для выщелачивания применяются кислотные или щелочные реагенты – серная, азотная, фтористоводородная кислоты или карбонаты щелочных элементов. В случае использования кислотного раствора предпочтительными являются методы селективной экстракции или ионного обмена.

Таблица 6.1 Крупнейшие современные и потенциальные экспортеры урана (64% мировых запасов и 86% производства)






Группа

стран

Страна

Запасы и

ресурсы, т

Производство

в 2004 г., т

Возможное

расширение производства к 2010 г., т

Прирост, т

I

Казахстан

Узбекистан

Украина

1126099

249941

>300000

3719

2087

1000

14900

3100

2000

11181

1013

1200

II

Намибия

ЮАР Бразилия

310845

450896

578700

3039

747

300

6000

3000

2000

2253

1700

III

Канада

Австралия

Нигер

593800

1143000

250052

11597

8982

3245

16425

19000

3800

4828

10018

555

Всего

 

35709

 

Таблица 6.2 Производство урана, т


















Страна

До 2003 г.

2003 г.

2004 г.

2005 г.

Канада

364652

10455

11597

11800

Австралия

105731

7573

8982

8980

Казахстан

95082

3327

3719

4175

Россия

119963

3073

3280

3275

Нигер

87859

3156

3245

3400

Намибия

76699

2037

3039

3500

Узбекистан

99562

1603

2087

2300

Украина

70000

1000

1000

1000

США

355713

769

878

835

ЮАР

152547

763

747

848

Китай

8865

790

730

730

Чехия

108197

452

412

320

Бразилия

1369

230

300

340

Индия

7733

230

230

230

Другие

332606

194

127

127

Всего

2034731

35601

40373

41360

Рис. 6.4. Схема основных стадий переработки урановой руды: 1 – дробление и измельчение; 2 – выщелачивание; 3 – селективное выделение урана из растворов и пульп; 4, 7 – селективная экстракция; 5 – десорбция; 6 – промывка водой; 8 – осаждение, сушка и упаковка

На рисунке 6.4 представлена схема основных этапов переработки урановой руды. Поступающая с рудников руда измельчается до состояния мелкого песка. При мокром измельчении получаемая суспензия подается в контур выщелачивания, куда добавляется кислота. Для многих руд необходимо добавлять окислитель, чтобы перевести уран в шестивалентное состояние, соединения которого имеют высокую растворимость. После выщелачивания производят разделение жидкой и твердой фаз. Уран извлекают из раствора методом селективной экстракции или ионного обмена. Уран осаждается, обезвоживается и высушивается, упаковывается и отправляется на металлургический завод для получения чистого урана или его соединений (рис. 6.5).

Концентраты природного урана подвергаются тонкой очистке от примесей. Для этого урановые концентраты растворяют в азотной кислоте. При этом закись-оксид урана переводится в уранилнитрат.

Экстракция урана проводится в растворе трибутилфосфата в керосине. Тонкая очистка позволяет снизить содержание элементов, обладающих большим сечением захвата нейтронов, таких как бор, кадмий, и редкоземельных элементов до миллионных долей процента. При этом уменьшается и содержание других элементов. В результате тонкой очистки получают один из оксидов урана – UO2, UO3или U3O8. Это еще не ядерное топливо, а урановое топливное сырье. Оксиды урана превращают в газообразный гексафторид UF6, используемый в производстве обогащенного урана.

В таблице 6.3 представлены составляющие стоимости 1 т урановой руды и 1 кг U3O8. Видно, что затраты на разведку, перемещение руды и пустой породы составляют 70–75%. Поэтому важнейшим направлением технического прогресса в уранодобывающей промышленности является максимальное удешевление процессов добычи урановой руды.

Уранодобывающая и ураноперерабатывающая промышленность является крупнейшей отраслью мировой индустрии. Ее технический и экономический прогресс, непрерывное совершенствование технологии и организации производства являются гарантией широкого развития ядерной энергетики и увеличения ее роли в энергообеспечении человечества.

Рис. 6.5. Технологическая схема гидрометаллургического завода фирмы «Конвиста юрениум» (США)

Таблица 6.3 Типичные эксплуатационные и капитальные затраты и удельная стоимость производства 1 т урановой руды и 1 кг U3O8 в США

 




Вид затрат

Эксплуатацион-

ные затраты, дол./т руды

Капитальные

затраты, дол./т руды

Эксплуатацион-

ные затраты, дол./кг U3O8

Капитальные

затраты, дол./кг U3O8

1973 г.

1975 г.

1973 г.

1975 г.

1973 г.

1975 г.

1973 г.

1975 г.

Разведка и горно-

подготовительные работы

2,29

4,52

1,80

3,50

Добыча руды:

открытым способом подземным способом

1,85

8,15

3,77

22,27

5,19

6,09

8,08

9,23

1,30

6,30

3,40

18,10

energetika.in.ua

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о