Урана залежи – Урановая руда: свойства, применение, добыча

C этого и начинается поиск урановых месторождений (обычно рекогносцировочные работы проводят специалисты-геологи). Используются различные съемки: атмогеохимическая (прежде всего радоновая), гидрогеохимическая и многие другие, которые позволяют локализовать площадь поисков. На таких площадях бурят разведочные скважины по разреженной регулярной или нерегулярной сети. Если поиск удачен, переходят к разведочным работам, постоянно сгущая сеть скважин, чтобы точно оценить геометрию рудных тел и распределение урана в них. Кстати, подходы к разведке в России и на Западе отличаются.

«Если посмотреть, как ведет разведку, например, та же Австралия, то там совершенно не регулярные сети, они бурят случайным образом. У нас так сложилось — мы бурим „в клеточку»», — приводит занимательный пример И. Солодов. Ушли в прошлое времена, когда геолог вручную строил геологические карты и разрезы. Сегодня даже описание горных пород, извлеченных из скважин, осуществляется с помощью специальной аппаратуры, позволяющей точно фиксировать их цвет, минеральный и химический состав. Содержание урана в рудах определяется ядерно-физическими методами непосредственно на месте их залегания (через скважины).

Вся полевая информация заносится в электронные базы данных, которые затем используются для геолого-математического моделирования. Геолого-математические модели урановых месторождений — основа для подсчета запасов урана, кратко-, средне- и долгосрочного планирования работы рудников. Все рутинные операции выполняет компьютер.

«Мы заносим все в базу геологических данных, привязываем свои пробы по координатам, привязываем их к глубине — и с помощью компьютерных моделей видим залежь в трехмерном пространстве», — описывает последовательность действий И. Солодов. На следующем этапе исследователи определяют качество руды, отделяя рудное тело от безрудного. И тут же проводится по сути технико-экономический анализ.

Перебирая различные варианты минимального содержания урана — бортового, специалисты выявляют, при каком значении добыча выйдет на нулевую рентабельность. По этой границе и пройдет контур рудного тела.

На следующем этапе определяются запасы, которые будут извлечены из недр — в эти расчеты уже включаются технологии добычи и переработки руды. Таким образом рождается ТЭО разведочных кондиций, на основании которого эти запасы ставятся на государственный учет и баланс. После этого разработчик делает технический проект.

«В нем описано, как мы будем вскрывать рудные тела, какими методами, какими технологиями, как мы будем добывать полезные ископаемые», — продолжает И. Солодов. На момент составления проекта строительства, как правило, себестоимость добычи уже известна с погрешностью 10–20 %.

atomicexpert.com

Добыча урана методом скважинного подземного выщелачивания

Добыча радиоактивного металла в нашей стране ведётся традиционным шахтным способом и современным методом скважинного подземного выщелачивания (СПВ). На долю последнего уже приходится более 30% от общего объёма добычи. Однако технология СПВ имеет большое будущее, так как она практически исключает угрозу для жизни людей и воздействие на окружающую среду. Более того, после отработки участков земля остаётся пригодной для сельскохозяйственного пользования.

Подземное выщелачивание урана и его преимущества

Привычный способ добычи урана заключается в извлечении руды из недр, её дроблении и обработке для получения искомых металлов. В технологии СПВ, которая также известна как добыча растворением, порода остаётся на месте залегания, по площади месторождения прокалываются скважины, через которые потом прокачиваются жидкости для выщелачивания металла из руды. В общемировой практике в процессе СПВ используются растворы на основе кислот и щелочей, однако в России, так же, как в Австралии, Канаде и Казахстане, последние не применяют, отдавая предпочтение серной кислоте H

По сравнению с шахтным методом добычи разработка урановых месторождений методом скважинного подземного выщелачивания оказывает меньшее отрицательное влияние на поверхность земли: отсутствуют оседания и нарушения почвы, отвалы забалансовых руд и пустых пород.

В целях предотвращения ущерба от возможных разливов технологических растворов перед началом обработки запасов на участке производится снятие поверхностного плодородного слоя почвы по всей длине ряда эксплуатационных скважин на ширину 4-5 м и глубину 40-50 см. По завершении всех работ плодородный слой возвращают обратно, скважины ликвидируют, а загрязнённые участки восстанавливают. Эти меры позволяют передать земли в сельскохозяйственное пользование.

Благоприятное влияние на окружающую среду оказывает и отсутствие так называемых хвостов (радиоактивных отвальных отходов) и, как следствие, полигонов для их захоронений. Кроме того, на всех этапах добычи, включая вскрытие и подготовку рудных тел, исключается пылеобразование. В итоге при СПВ в десятки раз снижается выделение токсичных веществ в атмосферу.

Также стоит отметить, что скважинный метод вскрытия и отработки месторождения ещё и более экономичный с точки зрения стоимости эксплуатации, так как из процесса исключаются операции рудоприёмки и рудоподготовки.

Все указанные преимущества делают метод СПВ самым прогрессивным, экологически безопасным и доступным на сегодняшний день.

Передовые представители атомной отрасли уже используют его на своих площадках. Так, ярким примером компании, ведущей добычу урана способом скважинного подземного выщелачивания, является предприятие «Хиагда», расположенное в Баунтовском районе Республики Бурятия.

История Хиагдинского месторождения

Добыча урана методом скважинного подземного выщелачивания началась на АО «Хиагда» ещё в 1999 году: было сооружено 30 скважин, 4 из которых предназначались для наблюдений и экологического мониторинга. В 2004 г. полигон расширили, и количество скважин увеличилось до 51. В 2008 г. АО «Хиагда» вошло в состав Уранового холдинга «Атомредметзолото» («АРМЗ») и начался новый виток развития предприятия. За три следующих года было сооружено 230 технологических скважин (из них 77 откачных и 11 эксплуатационно-разведочных) и выполнены геологоразведочные работы по пяти новым месторождениям.

Предприятие и сейчас продолжает наращивать свои мощности. Так, летом 2015 года были запущены I очередь нового технологического комплекса и объекты инфраструктуры — площадки основного производства. «Ввод в эксплуатацию всего комплекса означает поступательный рост объёмов производства металла. В настоящее время отрабатываются залежи Хиагдинского месторождения. С 2015 по 2018 г. мы будем последовательно вводить в эксплуатацию залежи Источного и Вершинного месторождения. В 2015 г. объём производства готовой продукции должен составить 508 т. К 2018 г., надеюсь, сможем полностью загрузить новое оборудование, производить 1000 т необходимого стране металла в год. Но и это не предел. Наши расчёты показывают, что объём производства можно довести до 1300 т в год», — поделился планами Алексей Дементьев, генеральный директор АО «Хиагда».

В сентябре 2015 года на предприятии планируется запуск собственного цеха по производству серной кислоты производительностью 110 тыс. т H₂SO₄ в год, что позволит полностью обеспечить нужды АО «Хиагда» и сократить себестоимость готовой продукции. Основным сырьём производства H₂SO₄ станет техническая сера — сыпучее вещество, перевозка которого более безопасна и экологична, чем транспортировка кислоты.

Однако на АО «Хиагда» понимают, что бурение новых скважин и строительство производственных площадок — лишь половина успеха. Метод СПВ — самый современный на сегодняшний день — требует использования инновационного и качественного оборудования на всех этапах.

Насосы для подземного выщелачивания

Основную роль в процессе скважинного подземного выщелачивания играют насосы. Они используются уже на самой первой стадии — откачивания грунтовых вод, в которые потом добавляются кислый реагент и окисляющий компонент на основе перекиси водорода или кислорода. После при помощи скважинного оборудования раствор закачивается в геотехническое поле. Обогащённая ураном жидкость поступает в добывающие скважины, откуда вновь при помощи насосов отправляется на перерабатывающую установку, где в процессе сорбции уран оседает на ионообменной смоле. Затем металл отделяется химическим способом, суспензия обезвоживается и осушается до получения конечного продукта. Технологический раствор вновь насыщается кислородом (при необходимости — серной кислотой) и возвращается в цикл. «Очевидно, что насосы — один из ключевых элементов технологии СПВ: они задействованы на всех стадиях добычи.

Именно поэтому на первое место при подборе оборудования выходят его качество и долговечность — перерывы в работе недопустимы, так же, как и слишком малое количество часов наработки. Ведь в последнем случае насосы придётся часто менять, а это дополнительные финансовые и временные затраты», — говорит Юрий Мурашко, руководитель службы по связям с общественностью Уранового холдинга «АРМЗ».

Раствор серной кислоты, который впоследствии ещё и обогащается радиоактивным ураном, — агрессивная среда, а значит, насосы и их элементы должны быть устойчивыми к коррозии.

Ещё один важный критерий — надёжность систем уплотнений. «Исходя из указанных требований, для перекачивания продуктивных растворов из сборников в главный производственный корпус на АО «Хиагда» были выбраны скважинные насосы GRUNDFOS серии SPM. Они разработаны специально для работы с растворами в процессах выщелачивания: насосы изготовлены из высококачественной нержавеющей стали 1.4539 по стандартам DIN, что делает их невосприимчивыми к воздействию кислот, содержащихся в перекачиваемой среде», — рассказывает Александр Колмаков, региональный представитель пермского филиала компании «ГРУНДФОС», ведущего мирового производителя насосного оборудования.

Ещё большую надёжность моделей линейки SPM обеспечивает соединение электродвигателя с насосной частью шпильками с высокопрочными титановыми гайками. Также для повышения устойчивости насосов к кислоте держатель внутреннего кольца торцевого уплотнения впрессован в кольцо из нержавеющей стали. Наряду с высокой надёжностью, оборудование способствует повышению рентабельности производства — ведь насосы GRUNDFOS оснащены современными энергоэффективными двигателями с высоким КПД.

Как показывает опыт использования оборудования SPM на добывающих предприятиях, насосы GRUNDFOS отличаются от аналогов высоким сроком наработки — 6000-8000 часов против стандартных 700-800 часов. «Всего на нашем предприятии задействовано 195 скважинных насосов GRUNDFOS. Они эксплуатируются уже несколько лет, и за это время никаких нареканий работа оборудования не вызывала», — говорит Юрий Мурашко (Урановый холдинг «АРМЗ»).

Зарубежный опыт использования технологии СПВ

На долю скважинного подземного выщелачивания приходится около 20% всего мирового уранового промысла. Лидерство пока что удерживают подземные рудники (40%) и открытые карьеры (30%). Однако много говорит тот факт, что методу СПВ отдают предпочтение такие развитые уранодобывающие страны, как США, Узбекистан и безусловный лидер отрасли — Казахстан. Например, добычей радиоактивного металла методом подземного выщелачивания занимаются на крупнейшем месторождении республики — руднике Инкай, принадлежащем «Казатомпром». Его потенциальные запасы урана оцениваются в 41 тыс. тонн, что, по подсчётам экспертов, позволит эксплуатировать участок более 30 лет.

Так же, как и на АО «Хиагда», для закачивания и откачивания выщелачивающего и продуктивного растворов в скважинах установлены насосы серии SPM (1 для закачки, 6 для откачки).

Наряду со скважинным оборудованием, на руднике «Инкай» широко применяются и другие модели насосов GRUNDFOS. В частности, в процессах приёмки и перекачки серной кислоты установлены вертикальные многоступенчатые центробежные насосы серии CRN с магнитными муфтами MAGdrive. Последние заменяют стандартные торцевые уплотнения, которые восприимчивы к агрессивным жидкостям.

Магнитные муфты повышают надёжность оборудования, позволяя без проблем работать с раствором H₂SO₄ , а также являются гарантом отсутствия утечек химических растворов.

Подобные насосы с магнитными муфтами только во взрывозащищённом исполнении применяются на руднике для заполнения топливных цистерн. Кроме того, насосы CRN, оснащённые частотно-регулируемыми приводами (ЧРП) и двойным торцевым уплотнением, установлены для подачи серной кислоты в трубопроводную трассу на полигон для доведения раствора до требуемой концентрации. Использование ЧРП позволяет оптимизировать затраты электроэнергии на данном участке производства.

Сегодня скважинное подземное выщелачивание применяет большинство российских и зарубежных уранодобывающих предприятий. Накопленный опыт будет полезен другим компаниям при организации процессов и выборе надёжного и долговечного оборудования.

пресс-служба ООО «ГРУНДФОС»
Тел.: (495) 506-23-50
Skype: press.grundfos
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
www.grundfos.ru

Технологии

helion-ltd.ru

Казахстан и Средняя Азия – ведущий регион добычи урана / Марат Шибутов

В феврале 2013 г. в Москве выходит в свет сборник аналитических статей «Средняя Азия: Новые координаты». В сборник, в частности, вошло исследование Марата Шибутова «Казахстан и Средняя Азия – ведущий регион добычи урана», которое ниже публикуется в сокращённом виде.

Казахстан и Средняя Азия в глобальном смысле интересны только в двух аспектах:

1. Как приграничная территория для России, Китая, Южной Азии
2. Как источник сырья и энергоресурсов. При этом больший упор идет именно на энергоресурсы.

Правда в прессе акцент делается на газ и нефть, как наиболее прибыльные энергоресурсы, но надо отметить, что в общем производстве, как нефти, так и газа регион даже с учетом освоения месторождений шельфа Каспия не играет существенной роли. Тоже самое и с углем. Но есть один энергоресурс, который играет крайне важную роль в мировой энергосистеме – это уран.

Казахстан и Средняя Азия, а точнее Казахстан вместе с Узбекистаном являются ведущими производителями урана. В большей части это конечно за счет Казахстана, который уже несколько лет является ведущим мировым производителем урана. Но Узбекистан является 7 по размеру производителем урана и имеет хороший потенциал для роста добычи.

Ниже приведены объемы добычи урана в мире и в Казахстане с Узбекистаном. Хотя объем добычи в Узбекистане находится в стагнации и даже падает (в начале 90-х было 3000 тонн, а сейчас около 2500 тонн), Казахстан с 2006 года усиленно наращивает добычу – с 2000 года по 2011 добыча выросла в 11 раз.

Если же подсчитать совместную долю Казахстана и Узбекистана, в мировой добыче, то получается, что в 2007 году они вместе перешагнули критически важную отметку в 20% мировой добычи, а с 2011 году уже добыли 41% от мировой добычи, что делает регион ключевым для атомной промышленности.

Это что касается добычи. Если взять запасы, то возникает немного другая картина. По данным World Nuclear Association на 2011 год запасы урана стоимостью разработки ниже 130долларов/кг в мире составляют 5 327 200 тонн, из них на Казахстан приходится 629 000 тонн, а на Узбекистан 96 200 тонн. Получается, совместная доля Казахстан и Узбекистана составляет 13,6%, что ниже их доли по добыче. Однако надо отметить, что основные запасы урана в этих странах сосредоточены в песчаниках и удобны для добычи методом подземного выщелачивания, что делает освоение крайне быстрым (3-4 года от контракта до добычи) и очень низким по себестоимости.

В связи с атомным ренессансом эти обстоятельства делают региона крайне важным для атомной промышленности, особенно после 2020 года.

Атомный ренессанс

Потребности АЭС в уране до 2030 году будут только расти и есть проблема, что добыча урана их не будет покрывать. Сейчас данный зазор ликвидируется за счет превращение в топливо российского оружейного урана, но в 2013 году этот источник иссякнет.

Развитие атомной отрасли в мире

Надо отметить, что дефицит урана не сможет покрываться больше за счет высокообогащенного оружейного, так как в мире наблюдается заодно и гонка вооружений и расширение ядерного арсенала стран Третьего мира. Таким образом, цены на уран и потребность в нем будут расти, и расти существенно.

Современное состояние атомной отрасли региона

После развала СССР довольно развитая атомная отрасль региона первоначально пришла в упадок, и были разрушены большинство действующих хозяйственных связей с другими частями некогда единого советского комплекса Минсредмаша. Поэтому в дальнейшем пути развития ее в разных странах крайне отличались друг от друга. Разными стало все:

1. Приоритетность отрасли для государства
2. Допуск иностранных инвесторов
3. Стратегия и цели развития отрасли
4. Доля государства в ней
5. Технологическое развитие

Описание развития урановой отрасли в странах дано по открытым источникам.

Кыргызстан

С 1907 по 1970-е годы месторождения радиоактивных руд и минералов Кыргызстана около 100 лет служили в качестве единственных источников радиевого и уранового сырья в дореволюционной России, а затем из руд этих месторождений был получен первый советский радий. Начиная с середины 50-х годов, Кыргызстан был крупнейшим производителем урана в бывшем Советском Союзе. Месторождение Майлуу-Суу и горно-химическое производство, размещенное здесь же, играли при этом важнейшую роль. Ежегодно в республике добывалось порядка 3000 тонн U3O8. Однако себестоимость производства была крайне высокой и поэтому когда были найдены месторождения в Казахстане и Кыргызстане кыргызстанские месторождения (Майлуу-Суу, Шекафтар и Кызыл-Джар) были законсервированы. Сейчас добыча урана в Кыргызстане не ведется.

В настоящее время есть перспективные месторождения:

• Кызыл-Омпольская группа ураноториантовых россыпей и урановое месторождение Кок-Мойнок (запасы урана — 20 тыс. т. и тория свыше — 50 тыс. т.)
• месторождения Камушановское (с установленными запасами 297 тонн U (0,031% U) и предполагаемыми 362 тонн U)
• Сарыджазского месторождения 8222 т (при среднем содержании урана-0,022%)
• Серафимовское месторождение

Единственным перерабатывающим предприятием Карабалтинский горнорудный комбинат, введенный в строй в 1955 году. В период максимальной загрузки на предприятии производилось до 3 тыс. тонн закиси-окиси урана. Предприятие было сориентировано на добычу и переработку урановых руд, но с годами на комбинате осваивается производство молибдена, вольфрама, олова, золота, серебра, баритов, выпуск буровых станков, средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Крупнейшим акционером комбината и управляющей компанией является ГК «Ренова», (владеет 72, 28% акций ОАО «КГРК»).

В структуру производственного комплекса ОАО «Карабалтинский горнорудный комбинат» входят:

• Гидрометаллургический цех;
• Центральная научно-исследовательская лаборатория;
• Служба главного механика, главного энергетика, главного прибориста;
• Железнодорожное управление;
• Автотранспортный участок;

В 2007 году ОАО «Карабалтинский горнорудный комбинат» (ГРК) подписало контракт с казахстанско-российско-киргизским предприятием «Заречное» о поставках уранового концентрата для последующей переработки. Комбинат также зависит от поставок из Казахстана серной кислоты.

Таджикистан

В период с 1945 года по 1993 год в Таджикистане велась разработка месторождений и переработка урановых руд на Ленинабадском горнохимическом комбинате (сейчас государственное предприятие «Востокредмет») на севере Таджикистана велась добыча урана в районах города Чкаловск, города Табошар и поселка Адрасман. В настоящее время добыча урана не ведется. В результате деятельности предприятий по добыче урана образовалось около 170 миллионов пустой породы и хвостохранилище с радиоактивными отходами объемом 55 миллионов тонн и суммарной активностью 6,5 тысяч Кюри. Сейчас хвостохранилище представляет экологическую угрозу для всего региона, так как находится в верховьях рек.

В настоящее время «Востокредмет» выпускает чистую пятиокись ванадия из нетрадиционных видов сырья, облицовочные плиты и другие изделия из природного камня, аффинирует золото и серебро, добываемые в Таджикистане, создало технологические линии по производству высокочистого марганцевого концентрата и по очистке вольфрамосодержащего концентрата от вредных примесей. Хотя и после 1993 года периодически перерабатываются партии урансодержащего сырья, поступающего из Казахстана, мощности все же простаивают.

Относительно возможной добычи урана существуют разные мнения:

1. Сверхоптимистичное – в Таджикистане в гранитоидах и других горных породах сосредоточены 14-40% от общего количества мировых запасов урана. Правда эти данные пока разведкой не подтверждаются и также надо учесть, что концентрации урана могут быть крайне низкими, а условия добычи в высокогорье очень тяжелыми. В общем, таджикский большой уран – это как лунный гелий-3 – вроде бы он есть, но сколько и как его достать непонятно.
2. Оптимистичное – сейчас в Таджикистане есть несколько уранорудных месторождений на севере, востоке и в центральной части страны: это районы Моголтау-Карамазара, Гиссаро-Каратегина и Памира. Также в центральной части республики открыто более шестидесяти рудных полей и пять месторождений, которые необходимо тщательно обследовать. Уникальным также является расположенное на Памире озеро Сасык-куль, вода которого содержит большое количество следов присутствия урана.
3. Рациональное – ну а наиболее простым способом добывать уран в Таджикистане является переработка отвалов 55 миллионов тонн радиоактивных хвостов от урановой руды.

Надо отметить, что расположение месторождений в гранитах и крайне сложные условия добычи делают Таджикистан неконкурентоспособным по отношению к Казахстану и Узбекистану. Но таджикские власти, тем не менее, надеются найти побольше месторождений и подтвердить запасы. Недавно была создана специализированная экспедиция по поиску радиоактивного сырья. Интерес к урану проявляют китайцы, россияне и французы.

Туркменистан

В настоящее время о запасах урана в Туркменистане достоверно не известно. Добычи урана не ведется.

Узбекистан

В Узбекистане подтвержденные запасы урана в 2009 году составляли:

• Дешевле 80 долларов/кг – 86 200 тонн
• Дешевле 130 долларов/кг – 114 600 тонн
• Дешевле 260 долларов/кг – 144 600 тонн

Они распределены по 40 месторождениям с большими запасами урана, основу же узбекской урановой базы составляют 20 месторождений, находящихся в пустыне Кызылкумы. Добычу урана ведут 4 комбината: «Учкудук» в Северном горнорудном районе с месторождениями «Учкудук» и «Кендекъюб» ресурсами в 51 000 тонн; «Зарафшан» с Сагрельским месторождением в 38 000 тонн; «Зафарабад» в Центральном горнорудном районе с месторождениями: Северный и Южный Букинай, Бешкак, Лювлюкан, Тохумбет в 52 000 тонн; «Нурабад» в Южном горнорудном районе с месторождениями Самирсай, Кетменчи, Шарк, Улус с запасами в 13 000 тонн. Есть около 10 перспективных урановых площадей. Добыча переходит на метод подземного выщелачивания, что снижает затраты. Максимальная добыча в советский период была около 3800 тонн в год, а сейчас она снизилась до 2500 тонн в год.

Переработка производится на Новойском горно-металлургическом комбинате. Поставки закиси урана идут на мировой рынок – в основном их покупает американские фирмы. Более высоких технологий у Узбекистана нет. Надо кстати отметить, что НГМК также выпускает золото, что делает его одним из самых главных стратегических предприятий Узбекистана.

Ключевой проблемой Узбекистана является невозможность пока нарастить добычу (ее вполне можно увеличить до 5000 тонн в год) и получить технологии для более высокого передела урановой продукции.

Казахстан

В Казахстане подтвержденные запасы урана в 2009 году составляли:

• Дешевле 40 долларов/кг – 44 400 тонн
• Дешевле 80 долларов/кг – 475 500 тонн
• Дешевле 130 долларов/кг – 651 800 тонн
• Дешевле 260 долларов/кг – 832 000 тонн

Урановые месторождения в Казахстане сосредоточены в 6 ураноносных провинциях. Известные урановые месторождения в Казахстане делятся на две группы: эндогенные месторождения в домезозойских образованиях (включающие Североказахстанскую и Балхашскую ураноносные провинции) и экзогенные месторождения в мезозойско-кайнозойских остаточных образованиях (включающие Чу-Сарысуйскую, Сырдарьинскую, Илийскую и Каспийскую ураноносные провинции).Надо отметить, что многие месторождения находятся в песчаниках и добыча в них идет с помощью подземного выщелачивания, делая казахстанский уран одним из самых дешевых в мире.

Максимальная добыча в Казахстане будет примерно после 2017 года и составит 27 130 тонн. Однако эта цифра может быть больше за счет ввода новых месторождений. Доля НАК «Казатомпром» в добыче может достигать 12 854 тонн. После Казахстана наибольшую долю будет иметь Россия (особенно когда полностью выкупит полностью акции Uranium One Inc и если учесть, что «Карабалтинским комбинатом» владеет российская «Ренова») – 7203 тонн. Затем будет идти Канада – 2400 тонн, Япония – 2250 тонн, Франция- 2040 тонн, Китай – 333 тонны.

В Казахстане также 2 мощные предприятия перерабатывающих уран – Степногорский горно-химический комбинат и Ульбинский металлургический завод. Последний, помимо топливных таблеток, вскоре начнет также производить топливные сборки совместно с французской «АРЕВА» и будет перерабатывать оружейный уран в топливо совместно с канадской «Cameco».

Из-за радиофобии населения, которая затрагивает даже государственный аппарат, перспективы строительства АЭС крайне туманны, хотя имеется подготовленная площадка и обученный персонал, работавший ранее на БН-350.

Надо отметить, что в Казахстане бурно начинает развивать отрасль по добыче редкоземельных элементов – запущен уже один завод совместно с японцами и готовится аналогичный проект с немецкими фирмами.

Выводы

Подводя итоги можно сказать, что в регионе с атомной отраслью сложилась следующая ситуация:

1. Наиболее развитая атомная отрасль в Казахстане – практически, она во многом превзошла советский уровень – особенно по добыче урана. Широкое вхождение в атомную отрасль страны иностранных компаний и грамотный менеджмент позволило вырваться в мировые лидеры и даже в некоторой степени получить новые технологии.
2. Атомная отрасль Узбекистана находится в стагнации – хотя освоена технология подземного выщелачивания, но добыча урана падает, и разведки новых месторождений нет. Иностранные инвесторы в страну не допускаются. В целом, Узбекистан – это страна с нереализованным потенциалом в атомной отрасли.
3. В Таджикистане и Кыргызстане атомная отрасль практически за исключением перерабатывающих предприятий практически умерла. Несмотря на радужные прогнозы шансов, что снова начнется массированная добыча урана, ждать не приходится. Максимально на что они могут рассчитывать – на переработку казахстанского сырья, в случае, если казахстанские предприятия не будут справляться.

Геополитическое значение и прогнозы

В ближайшем будущем Казахстан и Узбекистан будут сохранять свои позиции на рынке урана. Их суммарная доля в мировой добыче не будет опускаться ниже 35-40%, что говорит о том, что их влияние на рынок будет очень сильным. При желании, они смогут нарастить добычу до 45-50% рынка. Ближайшим их соперником может стать только Монголия.

Их ресурсы будут весьма востребованы, так как добыча является дешевой и освоение месторождений может быть произведено в короткие сроки (3-5 лет в Казахстане). Поэтому страны с дефицитом топлива для своих АЭС (Россия, Китай, Япония, Франция) будут заинтересованы в доступе к ним, что повлияет на отношения Казахстана и Узбекистана с этими странами.

Основным вопросом развития урановой отрасли региона будет вопрос допуска Узбекистаном иностранных компаний к добыче урана и вопрос развития производства топливных таблеток и топливных сборок в Казахстане (какая доля добываемого урана будет перерабатываться там).

ostkraft.ru

свойства, характеристика, формула. Добыча и применение урана :: SYL.ru

Уран – химический элемент семейства актиноидов с атомным номером 92. Является важнейшим ядерным топливом. Его концентрация в земной коре составляет около 2 частей на миллион. К важным урановым минералам относятся окись урана (U₃O₈), уранинит (UO₂), карнотит (уранил-ванадат калия), отенит (уранил-фосфат калия) и торбернит (водный фосфат меди и уранила). Эти и другие урановые руды являются источниками ядерного топлива и содержат во много раз больше энергии, чем все известные извлекаемые месторождения ископаемого топлива. 1 кг урана ₉₂U дает столько же энергии, сколько 3 млн кг угля.

История открытия

Химический элемент уран – плотный, твердый металл серебристо-белого цвета. Он пластичный, ковкий и поддается полировке. В воздухе метал окисляется и в измельченном состоянии загорается. Относительно плохо проводит электричество. Электронная формула урана – 7s2 6d1 5f3.

Хотя элемент был обнаружен в 1789 г. немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, который назвал его в честь недавно открытой планеты Уран, сам металл был изолирован в 1841 г. французским химиком Эженом-Мельхиором Пелиго путем восстановления из тетрахлорида урана (UCl₄) калием.

Радиоактивность

Создание периодической системы российским химиком Дмитрием Менделеевым в 1869 году сосредоточило внимание на уране как на самом тяжелом из известных элементов, которым он оставался до открытия нептуния в 1940 г. В 1896-м французский физик Анри Беккерель обнаружил в нем явление радиоактивности. Это свойство позже было найдено во многих других веществах. Теперь известно, что радиоактивный во всех его изотопах уран состоит из смеси ²³⁸U (99,27 %, период полураспада — 4 510 000 000 лет), ²³⁵U (0,72 %, период полураспада — 713 000 000 лет) и ²³⁴U (0,006 %, период полураспада — 247 000 лет). Это позволяет, например, определять возраст горных пород и минералов для изучения геологических процессов и возраста Земли. Для этого в них измеряется количество свинца, который является конечным продуктом радиоактивного распада урана. При этом ²³⁸U является исходным элементом, а ²³⁴U – один из продуктов. ²³⁵U порождает ряд распада актиния.

Открытие цепной реакции

Химический элемент уран стал предметом широкого интереса и интенсивного изучения после того, как немецкие химики Отто Хан и Фриц Штрассман в конце 1938 г. при его бомбардировке медленными нейтронами обнаружили в нем ядерное деление. В начале 1939 г. американский физик итальянского происхождения Энрико Ферми предположил, что среди продуктов расщепления атома могут быть элементарные частицы, способные породить цепную реакцию. В 1939 г. американские физики Лео Сциллард и Герберт Андерсон, а также французский химик Фредерик Жолио-Кюри и их коллеги подтвердили это предсказание. Последующие исследования показали, что в среднем при делении атома высвобождается 2,5 нейтрона. Эти открытия привели к первой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции (02.12.1942), первой атомной бомбе (16.07.1945), первому ее использованию в ходе военных действий (06.08.1945), первой атомной подводной лодке (1955) и первой полномасштабной атомной электростанции (1957).

Состояния окисления

Химический элемент уран, являясь сильным электроположительным металлом, реагирует с водой. Он растворяется в кислотах, но не в щелочах. Важными состояниями окисления являются +4 (как в оксиде UO₂, тетрагалогенидах, таких как UCl₄, и зеленом водном ионе U⁴⁺) и +6 (как в оксиде UO₃, гексафториде UF₆ и ионе уранила UO₂²⁺). В водном растворе уран наиболее устойчив в составе иона уранила, обладающего линейной структурой [О = U = О]²⁺. Элемент также имеет состояния +3 и +5, но они неустойчивы. Красный U³⁺ медленно окисляется в воде, которая не содержит кислорода. Цвет иона UO₂⁺ неизвестен, поскольку он претерпевает диспропорционирование (UO₂⁺ одновременно сводится к U⁴⁺ и окисляется до UO₂²⁺) даже в очень разбавленных растворах.

Ядерное топливо

При воздействии медленных нейтронов деление атома урана происходит в относительно редком изотопе ²³⁵U. Это единственный природный расщепляющийся материал, и он должен быть отделен от изотопа ²³⁸U. Вместе с тем после поглощения и отрицательного бета-распада уран-238 превращается в синтетический элемент плутоний, который расщепляется под действием медленных нейтронов. Поэтому природный уран можно использовать в реакторах-преобразователях и размножителях, в которых деление поддерживается редким ²³⁵U и одновременно с трансмутацией ²³⁸U производится плутоний. Из широко распространенного в природе изотопа тория-232 может быть синтезирован делящийся ²³³U для использования в качестве ядерного топлива. Уран также важен как первичный материал, из которого получают синтетические трансурановые элементы.

Другие применения урана

Соединения химического элемента ранее использовались в качестве красителей для керамики. Гексафторид (UF₆) представляет собой твердое вещество с необычно высоким давлением паров (0,15 атм = 15 300 Па) при 25 °C. UF₆ химически очень реактивный, но, несмотря на его коррозионную природу в парообразном состоянии, UF₆ широко используется в газодиффузионных и газоцентрифужных методах получения обогащенного урана.

Металлоорганические соединения представляют собой интересную и важную группу соединений, в которых связи металл-углерод соединяют металл с органическими группами. Ураноцен является органоураническим соединением U(С₈Н₈)₂, в котором атом урана зажат между двумя слоями органических колец, связанными с циклооктатетраеном C₈H₈. Его открытие в 1968 г. открыло новую область металлоорганической химии.

Обедненный природный уран применяется в качестве средства радиационной защиты, балласта, в бронебойных снарядах и танковой броне.

Переработка

Химический элемент, хотя и очень плотный (19,1 г/см³), является относительно слабым, невоспламеняющимся веществом. Действительно, металлические свойства урана, по-видимому, позиционируют его где-то между серебром и другими истинными металлами и неметаллами, поэтому его не используют в качестве конструкционного материала. Основная ценность урана заключается в радиоактивных свойствах его изотопов и их способности делиться. В природе почти весь (99,27 %) металл состоит из ²³⁸U. Остальную часть составляют ²³⁵U (0,72 %) и ²³⁴U (0,006 %). Из этих естественных изотопов только ²³⁵U непосредственно расщепляется нейтронным облучением. Однако при его поглощении ²³⁸U образует ²³⁹U, который в конечном итоге распадается на ²³⁹Pu – делящийся материал, имеющий большое значение для атомной энергетики и ядерного оружия. Другой делящийся изотоп, ²³³U, может образоваться нейтронным облучением ²³²Th.

Кристаллические формы

Характеристики урана обусловливают его реакцию с кислородом и азотом даже в нормальных условиях. При более высоких температурах он вступает в реакцию с широким спектром легирующих металлов, образуя интерметаллические соединения. Образование твердых растворов с другими металлами происходит редко из-за особых кристаллических структур, образованных атомами элемента. Между комнатной температурой и температурой плавления 1132 °C металлический уран существует в 3 кристаллических формах, известных как альфа (α), бета (β) и гамма (γ). Трансформация из α- в β-состояние происходит при 668 °C и от β до γ – при 775 °C. γ-уран имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую структуру, а β – тетрагональную. α-фаза состоит из слоев атомов в высокосимметричной орторомбической структуре. Эта анизотропная искаженная структура препятствует атомам легирующих металлов заменять атомы урана или занимать пространство между ними в кристаллической решетке. Обнаружено, что твердые растворы образуют только молибден и ниобий.

Руды

Земная кора содержит около 2 частей урана на миллион, что говорит о его широком распространении в природе. По оценкам, океаны содержат 4,5 × 10⁹ т этого химического элемента. Уран является важной составляющей более чем 150 различных минералов и второстепенным компонентом еще 50. Первичные минералы, обнаруженные в магматических гидротермальных жилах и в пегматитах, включают уранинит и его разновидность настуран. В этих рудах элемент встречается в форме диоксида, который вследствие окисления может варьироваться от UO₂ до UO_2,67. Другой экономически значимой продукцией урановых рудников являются аутунит (гидратированный уранилфосфат кальция), тобернит (гидратированный уранилфосфат меди), коффинит (черный гидратированный силикат урана) и карнотит (гидратированный уранил-ванадат калия).

По оценкам, более 90 % известных недорогих запасов урана приходится на Австралию, Казахстан, Канаду, Россию, Южную Африку, Нигер, Намибию, Бразилию, КНР, Монголию и Узбекистан. Большие месторождения находятся в конгломератных скальных образованиях озера Эллиот, расположенного к северу от озера Гурон в Онтарио, Канада, и в южноафриканском золотом прииске Витватерсранде. Песчаные образования на плато Колорадо и в Вайомингском бассейне западной части США также содержатся значительные запасы урана.

Добыча

Урановые руды встречаются как в приповерхностных, так и глубоких (300–1200 м) отложениях. Под землей мощность пласта достигает 30 м. Как и в случае с рудами других металлов, добыча урана на поверхности производится крупным землеройным оборудованием, а разработка глубоких отложений – традиционными методами вертикальных и наклонных шахт. Мировое производство уранового концентрата в 2013 г. составило 70 тыс. т. Наиболее продуктивные урановые рудники расположены в Казахстане (32 % всей добычи), Канаде, Австралии, Нигере, Намибии, Узбекистане и России.

Урановые руды обычно включают лишь небольшое количество ураносодержащих минералов, и они не поддаются плавке прямыми пирометаллургическими методами. Вместо этого для извлечения и очистки урана должны использоваться гидрометаллургические процедуры. Повышение концентрации значительно снижает нагрузку на контуры обработки, но ни один из обычных способов обогащения, обычно используемых для переработки полезных ископаемых, например гравитационный, флотация, электростатический и даже ручная сортировка, неприменимы. За немногими исключениями эти методы приводят к значительной потере урана.

Обжиг

Гидрометаллургической обработке урановых руд часто предшествует высокотемпературная стадия кальцинирования. Обжиг обезвоживает глину, удаляет углеродистые материалы, окисляет соединения серы до безобидных сульфатов и окисляет любые другие восстановители, которые могут мешать последующей обработке.

Выщелачивание

Из обожженных руд уран извлекается как кислотными, так и щелочными водными растворами. Для успешного функционирования всех систем выщелачивания химический элемент должен либо первоначально присутствовать в более стабильной 6-валентной форме, либо окисляться до этого состояния в процессе обработки.

Кислотное выщелачивание обычно проводят путем перемешивания смеси руды и выщелачивателя в течение 4-48 ч при температуре окружающей среды. За исключением особых обстоятельств используется серная кислота. Ее подают в количествах, достаточных для получения конечного щелока при рН 1,5. Схемы выщелачивания серной кислоты обычно используют либо диоксид марганца, либо хлорат для окисления четырехвалентного U⁴⁺ до 6-валентного уранила (UO₂²⁺). Как правило, для окисления U⁴⁺ достаточно примерно 5 кг двуокиси марганца или 1,5 кг хлората натрия на тонну. В любом случае окисленный уран реагирует с серной кислотой с образованием уранилсульфатного комплексного аниона [UO₂(SO₄)₃]^4-.

Руда, содержащая значительное количество основных минералов, таких как кальцит или доломит, выщелачивается 0,5-1-молярным раствором карбоната натрия. Хотя были изучены и протестированы различные реагенты, основным окислителем урана является кислород. Обычно руда выщелачиваются на воздухе при атмосферном давлении и при температуре 75-80 °C в течение периода времени, который зависит от конкретного химического состава. Щелочь реагирует с ураном с образованием легкорастворимого комплексного иона [UO₂(СО₃)₃]^4-.

Перед дальнейшей обработкой растворы, образующиеся в результате кислотного или карбонатного выщелачивания, должны быть осветлены. Крупномасштабное разделение глин и других рудных шламов осуществляется за счет использования эффективных хлопьеобразующих агентов, в том числе полиакриламидов, гуаровой смолы и животного клея.

Экстракция

Сложные ионы [UO₂(СО₃)₃]^4- и [UO₂(SO₄)₃]^4- могут быть сорбированы из их соответствующих выщелачивающих растворов ионообменных смол. Эти специальные смолы, характеризующиеся кинетикой их сорбции и элюирования, размером частиц, стабильностью и гидравлическими свойствами, могут использоваться в различных технологиях обработки, например в неподвижном и подвижном слое, методом ионообменной смолы в пульпе корзинного и непрерывного типа. Обычно для элюирования сорбированного урана используют растворы хлорида натрия и аммиака или нитратов.

Уран можно выделить из кислых рудных щелоков путем экстракции растворителем. В промышленности используются алкилфосфорные кислоты, а также вторичные и третичные алкиламины. Как правило, экстракция растворителем предпочтительна по сравнению с ионообменными методами для кислотных фильтратов, содержащих более 1 г/л урана. Однако этот метод не применяется при карбонатном выщелачивании.

Затем уран очищают, растворяя в азотной кислоте с образованием уранилнитрата, экстрагируют, кристаллизуют и прокаливают с образованием трехокиси UO₃. Восстановленный диоксид UO2 реагирует с фтористым водородом с образованием тетафторида UF4, из которого металлический уран восстанавливается магнием или кальцием при температуре 1300 °C.

Тетрафторид можно фторировать при температуре 350 °C до образования гексафторида UF₆, используемого для отделения обогащенного урана-235 методом газовой диффузии, газового центрифугирования или жидкой термодиффузии.

www.syl.ru

Как ищут новые месторождения урана « Геология Земли

Как по свойству магнитности находят огромные месторождения железных руд, так радиоактивность позволяет находить урановые руды там, где порой и не предполагали их существования.

Теперь при поисках урановых руд используют самолеты. При поисках урановых руд вместо компаса на самолете устанавливают мощные приборы так называемые счетчики Гейгера — Мюллера, с помощью которых и удается прослушать огромные пространства.

*

Вот с этого и начинаются поиски урана. Когда самолет пролетает над исследуемым районом, прибор не только чувствует малейшее повышение радиоактивного излучения, но, снабженный специальным устройством, он сам записывает величину этого излучения. А когда посчастливится пролетать над скоплением урановой руды в глубине земли, на фоне спокойной записи прибора появиться пик. Будет зафиксирована так называемая урановая аномалия.

Для контрольной проверки производятся повторные полеты. Затем уже составляется специальная карта замеченных урановых аномалий. Для поисков урана с воздуха успешно используются вертолеты, снабженные теми же приборами. Часто вертолет летает в тех местах, где самолетом уже была обнаружена урановая аномалия. Делается это потому, что самолет при поисках летит со скоростью 100 км/час. В связи с этим получаются некоторые неточности в определении места аномалии. Точка на составленной карте будет соответствовать на местности большой площади. Вертолет, зафиксировав аномалию, может остановиться в воздухе и уточнить местоположение.

На этом работа воздушных разведчиков заканчивается. Наземный отряд геологов, получив карту, уже знает, где надо искать урановую руду. Если позволяет рельеф, например в степных районах, геологи объезжают площадь на автомашинах, также снабженных радиометрами. Составляется наземная карта с отметками повышенной радиоактивности, и площадь, где следует искать урановую руду, становится все более и более определенной. После этого геологи могут отправляться в свои маршруты.

Вооруженные удобными полевыми радиометрами, геологи и геофизики внимательно прослушивают все те породы, в которых могут быть урановые минералы.

Геолог не просто механически фиксирует, где есть аномалия, а учитывает ряд особых признаков, свидетельствующих о наличии урана. Обычно там, где концентрируется уран в гранитах, наблюдается их раздробленность, сильное изменение в результате воздействия подземных гидротермальных растворов: обеление гранитов за счет образования слюды и каолинита и окварцевание их. Часто отмечается покраснение пород, вмещающих урановые рудные жилы, что связано с наличием в них тончайшей вкрапленности гематита — почти постоянного спутника урановых руд. Геолог наносит на свою карту все точки с повышенной радиоактивностью, а затем строит такие карты, по которым можно определить места с наибольшей активностью. Именно в этих местах целесообразнее всего искать руду на глубине.

Кроме того, проводятся так называемые гидрогеологические исследования грунтовых вод, родников с целью определения в них содержания урана: омывая урановое место рождение, грунтовые воды частично растворяют в себе уран, обогащаясь им. Чем выше концентрация урана в воде, тем ближе расположено и тем больших размеров урановое месторождение. Проводя свои поиски, геолог учитывает и эти факты.

Очень интересен совсем молодой способ поисков — геоботанический. Он основан на том, что растения способны поглощать и концентрировать радиоактивные элементы. Определяя процентное содержание урана в золе растений, выявляют площади, где урана в растениях находится наибольшее количество. Кроме того, существуют растения, которые служат своего рода указателями наличия уранового оруденения. Так, два определенных вида астрагала (травы и кустарники из семейства бобовых) и один вид лебеды произрастают на почве, богатой ураном. Если геолог встретит эти растения в маршруте, он не должен проходить мимо: здесь, может быть, на глубине лежит урановая руда. На выявленных площадях производят бурение скважин.

www.geologiazemli.ru

Добыча урана в Казахстане — MiningWiki — шахтёрская энциклопедия

Материал из MiningWiki — свободной шахтёрской энциклопедии

Казахстан обладает третьими в мире разведанными запасами урана, причем «дешевого». Запасы урана на территории республики составляют 900 тыс. тонн и, что важно, из них 600 тыс. тонн пригодны под способ подземного выщелачивания. По стоимостной категории ресурсы ПВ относятся к низкой группе — менее 34 дол. США за 1 кг.

Отдельные объекты Казахстана являются уникальными, так как в них сосредоточены сотни тыс. тонн урана в компактных и богатых для способа подземного выщелачивания рудах, например, месторождения Инкай, Мынкудук, Харасан. Уникальна по размерам запасов урана Чу-Сарысуйская ураново-рудная провинция в Южном Казахстане. С середины 90-х годов вся добыча в республике осуществляется только методом подземного выщелачивания.

Эксплуатируется месторождения: Уванас, Восточный Мынкудук (запасы 22000 тонн, производительность 1000 т/г), Центральный Мынкудук (2000 тонн), Канжуган, Северный и Южный Карамурун с годовым объёмом добычи 2 тыс. т., оставшиеся в недрах суммарные запасы этих месторождений составляют 80 тыс. т.
В начале нашего века начали добычу урана на рудниках Южный Моинкум и Акдала. В 2005 Сузакском районе Южно-Казахстанской области (пустыня Моинкум) открылся новый завод по переработке урана (производительность 3200 т/г; при такой производительности запасов хватит на 400 лет).

В Сузаке благоприятные природные условия для добычи урана. Ураносодержащая руда — на глубине 400—500 метров. Сверху слой глины и суглинков — породы очень мягкой для бурения и в то же время являющейся идеальным природным герметиком. Сузак относится к Чусарайской урановой провинции. Общие запасы Чусарайской и Сырдарьинской урановых провинций — 1 миллион 200 тысяч тонн, месторождения пригодны для подземного выщелачивания. В 2009 планируется начать промышленную разработку месторождения Корсан (запасы 60 тысяч тонн), а к 2011 выйти на производительность в 750 тонн урана в год и рудники Южный Инкай (2000 тонн), Ирколь (750 тонн), Харасан (2000 тонн), Западный Мынкудук (1000 тонн), Буденовское (1000 тонн).

НАК «Казатомпром» участвует в работе двух совместных предприятий с фирмами Камеко и Кожема на отдельных частях месторождений Инкай и Моинкум, на которые приходится около 200 тыс. т разведанных запасов урана. В 2005 дало первую продукцию совместное казахско-киргизско-российское добывающее предприятие «Заречное», расположенное на территории Отрарского района Южно-Казахстанской области вблизи границ с Узбекистаном и Киргизией. Запасы 19 тысяч тонн урана. Отработка месторождения проводится методом сернокислотного скважинного подземного выщелачивания. Современная производительность 500 т/г, проектная мощность 700—800 тонн. Урановый концентрат доставляется на Кара-Балтинский горнорудный комбинат (Кыргызстан) для переработки в закись-окись урана. Полученный в Кыргызстане U3O8 направляется в Россию. Стоимостная категория урана с этих объектов Казахстана низкая — до 34 дол. США за 1 кг.

В 2006 году было добыто 5279 тонн урана, в 2007 (план) 6937 тонн. В планах довести добычу до 15-17 тысяч тонн в год по низкой стоимости 34 US$/кг U.

Урановые рудники СССР (раздел Казахстан)

miningwiki.ru