Содержание
В настоящее время ядерная энергия используется в достаточно крупных масштабах. Если в прошлом веке радиоактивные материалы применялись в основном для производства ядерного оружия, обладающего наибольшей разрушительной силой, то в наше время ситуация изменилась. Ядерная энергия на атомных электростанциях преобразуется в электрическую и используется во вполне мирных целях. Также создаются атомные двигатели, которые используются, например, в подводных лодках.
Основным радиоактивным материалом, использующимся для производства ядерной энергии, является уран. Этот химический элемент относится к с семейству актиноидов. Уран открыл в 1789 году немецкий химик Мартин Генрих Клапрот при исследовании минерала настуран, который сейчас также называют «урановой смолкой». Новый химический элемент был назван в честь недавно открытой планеты солнечной системы. Радиоактивные свойства урана были открыты лишь в конце XIX века.
Уран содержится в осадочной оболочке земной коры и в гранитном слое. Это довольно редкий химический элемент: его содержание в земной коре 0,002%. Кроме того, в незначительных количествах уран содержится в морской воде (10 ?9 г/л). Благодаря своей химической активности уран содержится только в соединениях и в свободном виде на Земле не встречается.
Урановыми рудами называются природные минеральные образования, содержащие уран или его соединения в количествах, при которых возможно и экономически целесообразно его использование.Урановые руды также служат сырьем для получения других радиоактивных элементов, таких как радий и полоний.
В наше время известно около 100 различных урановых минералов, 12 из которых активно используются в промышленности для получения радиоактивных материалов. Наиважнейшими минералами являются окислы урана (уранит и его разновидности – настуран и урановая чернь), его силикаты (коффинит), титаниты (давидит и браннерит), а также водные фосфаты и урановые слюдки.
Урановые руды классифицируют по различным признакам. В частности, их различают по условиям образования. Одним из видов являются, так называемые, эндогенные руды, которые отложились под воздействием высоких температур и давления из пегматитовых расплавов и водных растворов. Эндогенные руды характерны для складчатых областей и активизированных платформ. Экзогенные руды формируются в близкоповерхностных условиях и даже на поверхности Земли в процессе накопления осадков (сингенетические руды) или в результате циркуляции грунтовых вод (эпигенетические руды). Возникают преимущественно на поверхности молодых платформ. Метаморфогенные руды, возникшие при перераспределения первично рассеянного урана в процессе метаморфизма осадочных толщ. Метаморфогенные руды характерны для древних платформ.
Кроме того, урановые руды подразделяют на природные типы и технологические сорта. По характеру урановой минерализации различают: первичные урановые руды – (содержание U 4 + не менее 75% от общего количества), окисленные урановые руды (содержат в основном U 6 + ) и смешанные урановые руды, в которых U 4 + и U 6 + находятся примерно в равных соотношениях. От степени окисления урана зависит технология их обработки. По степени неравномерности содержания U в кусковой фракции горной породы («контрастности») выделяют весьма контрастные, контрастные, слабо контрастные и неконтрастные урановые руды. Этот параметр определяет возможность и целесообразность обогащения урановых руд.
По размерам агрегатов и зёрен урановых минералов выделяются: крупнозернистые (свыше 25 мм в поперечнике), среднезернистые (3–25 мм), мелкозернистые (0,1–3 мм), тонкозернистые (0,015–0,1 мм) и дисперсные (менее 0,015 мм) урановые руды. Размеры зёрен урановых минералов также определяют возможность обогащения руд. По содержанию полезных примесей урановые руды бывают: урановые, уран-молибденовые, уран-ванадиевые, уран-никель-кобальт-висмут-серебряные и другие.
По химическому составу примесей урановые руды разделяют на: силикатные (состоят в основном из силикатных минералов), карбонатные (более 10–15% карбонатных минералов), железоокисные (железо-урановые руды), сульфидные (более 8–10% сульфидных минералов) и каустобиолитовые, состоящие в основном из органического вещества.
Химический состав руд часто определяет способ их переработки. Из силикатных руд уран выделяется кислотами, из карбонатных – содовыми растворами. Железо-окисные руды подвергаются доменной плавке. Каустобиолитовые урановые руды иногда обогащаются путём сжигания.
По содержанию урана выделяются 5 сортов руд: очень богатые руды (свыше 1% урана); богатые (1–0,5%), средние (0,5–0,25%), рядовые (0,25–0,1%) и бедные (менее 0,1%). Из руд, содержащих 0,01–0,015% урана, он извлекается в качестве побочного продукта.
Как уже говорилось выше, содержание урана в земной коре достаточно невелико. В России имеется несколько месторождений урановых руд:
Жерловое и Аргунское месторождения. Располагаются в Краснокаменском районе Читинской области. Запасы Жерлового месторождения составляют 4137 тысяч тонн руды, в которых содержится всего лишь 3485 тонн урана (среднее содержание 0,082%), а также 4137 тонн молибдена (содержание 0,227%). Запасы урана на Аргунском месторождении по категории С1 составляют 13025 тысяч тонн руды, 27957 тонн урана (среднее содержание 0,215%) и 3598 тонн молибдена (при среднем содержании 0,048%). Запасы по категории С2 составляют: 7990 тысяч тонн руды, 9481 тонн урана (при среднем содержании 0,12%) и 3191 тонн молибдена (среднее содержание 0,0489%). Здесь добывается примерно 93% всего российского урана.
5 урановых месторождений (Источное, Количканское, Дыбрынское, Намарусское, Кореткондинское) расположены на территории Республики Бурятия. Суммарные разведанные запасы месторождений составляют 17,7 тысяч тонн урана, прогнозные ресурсы оцениваются еще в 12,2 тысяч тонн.
Хиагдинского урановое месторождение. Добыча ведется методом скважинного подземного выщелачивания. Разведанные запасы этого месторождения по категории C1+C2 оценены в 11,3 тысяч тонн. Месторождение расположено на территории республики Бурятия.
Радиоактивные материалы применяются не только для создания ядерного оружия и топлива. Так, например, уран в небольших количествах добавляют в стекло, для придания ему цвета. Уран входит в состав различных металлических сплавов, применяется в фотографии и других сферах.
Когда были открыты радиоактивные элементы таблицы Менделеева, человек со временем придумал им применение. Так произошло и с ураном. Его использовали и для военных, и для мирных целей. Урановая руда перерабатывалась, полученный элемент применялся в лакокрасочной и стекольной промышленности. После того как была обнаружена его радиоактивность, его стали использовать в атомной энергетике. Насколько чистым и экологичным является данное топливо? Об этом спорят до сих пор.
Природный уран
В природе урана в чистом виде не существует – он является компонентом руды и минералов. Основная урановая руда – это карнотит и настуран. Также значительные залежи этого стратегического химического элемента обнаружены в редкоземельных и торфиевых минералах – ортите, титаните, цирконе, монаците, ксенотиме. Залежи урана можно обнаружить в породах с кислой средой и высокими концентрациями кремния. Его спутники – кальцит, галенит, молибденит и др.
Мировые месторождения и запасы
На сегодняшний день разведано множество месторождений в 20-километровом слое земной поверхности. Во всех них содержится огромное число тонн урана. Это количество способно обеспечить человечество энергией на много сотен лет вперед. Странами-лидерами, в которых урановая руда находится в наибольшем объеме, являются Австралия, Казахстан, Россия, Канада, ЮАР, Украина, Узбекистан, США, Бразилия, Намибия.
Виды урана
Радиоактивность обуславливает свойства химического элемента. Природный уран составляют три его изотопа. Два из них являются родоначальниками радиоактивных рядов. Природные изотопы урана используют при создании топлива для ядерных реакций и оружия. Также уран-238 служит сырьем для получения плутония-239.
Изотопы урана U234 являются дочерними нуклидами U238. Именно они признаны наиболее активными и обеспечивают сильную радиацию. Изотоп U235 в 21 раз слабее, хотя его успешно применяют для вышеуказанных целей – он обладает способностью поддерживать цепную ядерную реакцию без дополнительных катализаторов.
Кроме природных существуют и искусственные изотопы урана. Сегодня таковых известно 23, самый важных из них – U233. Его выделяет способность активизироваться под воздействием медленных нейтронов, тогда как для остальных требуются быстрые частицы.
Классификация руды
Хотя уран можно обнаружить практически везде – даже в живых организмах – пласты, в которых он содержится, могут быть различными по своему типу. От этого зависят и способы добычи. Урановая руда классифицируется по следующим параметрам:
- Условия образования – эндогенные, экзогенные и метаморфогенные руды.
- Характер урановой минерализации – первичные, окисленные и смешанные руды урана.
- Размер агрегатов и зерен минералов – крупнозернистые, среднезернистые, мелкозернистые, тонкозернистые и дисперсные фракции руды.
- Полезность примесей – молибденовые, ванадиевые, и т.д.
- Состав примесей – карбонатные, силикатные, сульфидные, железоокисные, каустобиолитовые.
В зависимости от того, как классифицируется урановая руда, находится способ извлечения из нее химического элемента. Силикатная обрабатывается различными кислотами, карбонатные – содовыми растворами, каустобиолитовые обогащают сжиганием, а железоокисные плавят в домне.
Как добывают урановую руду
Как и в любом горнодобывающем деле, существует определенная технология и способы по извлечению урана из породы. Все зависит еще и от того, какой именно изотоп находится в пласте литосферы. Добыча урановой руды осуществляется тремя способами. Экономически обоснованным выделение элемента из скальной породы является при содержании его в объеме 0,05-0,5%. Существует шахтный, карьерный и выщелачивающий способ добычи. Применение каждого из них зависит от состава изотопов и глубины залегания породы. Карьерная добыча урановой руды возможна при неглубоком залегании. Риск облучения минимальный. Нет проблем с техникой – широко применяются бульдозеры, погрузчики, самосвалы.
Шахтная добыча – более сложная. Этот способ применяется при залегании элемента на глубине до 2 километров и экономической рентабельности. Порода должна содержать высокую концентрацию урана, для того чтобы добывать ее было целесообразно. В штольне обеспечивают максимальную безопасность, это связано с тем, как добывают урановую руду под землей. Рабочие обеспечиваются спецодеждой, режим работы –строго лимитированный. Шахты оборудуются лифтами, усиленной вентиляцией.
Выщелачивание – третий способ – наиболее чистый с экологической точки зрения и безопасности сотрудников добывающего предприятия. Через систему пробуренных скважин закачивается специальный химический раствор. Он растворяется в пласте и насыщается урановыми соединениями. Затем раствор выкачивается и отправляется на обрабатывающие предприятия. Этот метод более прогрессивный, он позволяет уменьшить экономические затраты, хотя для его применения есть целый ряд ограничений.
Месторождения в Украине
Страна оказалась счастливой обладательницей месторождений элемента, из которого производят ядерное топливо. По прогнозам, урановые руды Украины содержат до 235 тонн сырья. В настоящее время получили подтверждение только месторождения, в которых содержится порядка 65 тонн. Определенный объем уже выработан. Часть урана использована внутри страны, часть отправлена на экспорт.
Основным месторождением считается Кировоградской урановорудный район. Содержание урана невелико – от 0,05 до 0,1 % на тонну породы, поэтому высока себестоимость материала. В итоге полученное сырье обменивают в России на готовые твэлы для электростанций.
Вторым крупным месторождением является Новоконстантиновское. Содержание урана в породе позволило снизить себестоимость по сравнению с Кировоградским почти в 2 раза. Однако с 90-х годов разработки не проводятся, все шахты затоплены. В связи с обострением политических отношений с Россией Украина может остаться без топлива для атомных электростанций.
Российская урановая руда
По добыче урана Российская Федерация находится на пятом месте среди прочих стран мира. Самые известные и мощные – это Хиагдинское, Количканское, Источное, Кореткондинское, Намарусское, Добрынское (республика Бурятия), Аргунское, Жерловое (Читинская область). В Читинской области производится добыча 93% от всего добываемого российского урана (в основном карьерным и шахтным способами).
Немного по-другому обстоит дело с месторождениями в Бурятии и Кургане. Урановая руда в России в этих регионах залегает таким образом, что позволяет добывать сырье методом выщелачивания.
Всего в России прогнозируются залежи в 830 тонн урана, подтвержденных запасов имеется около 615 тонн. Это еще месторождения в Якутии, Карелии и других регионах. Поскольку уран является стратегическим мировым сырьем, цифры могут быть неточными, так как многие данные являются засекреченными, доступ к ним имеет только определенная категория людей.
Залогом успешного развития российской атомной отрасли является устойчивое сырьевое обеспечение. Наличие собственного производства урана в России позволяет гарантировать клиентам надежность поставок, а также долгосрочную безопасность сырьевого обеспечения атомной генерации и конкурентоспособную себестоимость продукции.
Урановый холдинг «АРМЗ» (АО «Атомредметзолото») является управляющей компанией Горнорудного дивизиона Госкорпорации «Росатом», консолидирующей российские уранодобывающие активы. Минерально-сырьевая база непосредственно самого холдинга по итогам 2017 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.
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 холдинг Uranium One. Он имеет диверсифицированный портфель международных активов в Казахстане, США и Танзании. Минерально-сырьевая база Uranium One, согласно оценкам по стандартам международной отчетности, составила на конец 2018 года 216 тыс. тонн урана (по сравнению с 2017 годом значение не изменилось). Объем добычи урана в 2018 году составил 4,4 тыс. тонн урана.
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.
