Урановая руда: месторождения, добыча, переработка

Месторождения урановой руды – залог возможности развития ядерной энергетики. Ее добывают в шахтах, карьерах и скважинным методом. Для получения изотопа, который используют в реакторах, применяют обогащение.

Уран – слаборадиоактивный тяжелый металл серебристо-белого цвета с характерным блеском. Он хорошо поддается обработке, ковкий и гибкий со свойствами парамагнетика (слабо намагничивается), в чистом виде встречается редко, так как химически активен. Добыча урана ведется во многих странах мира, его месторождения обнаружены на шести континентах (только Антарктида пока мало изучена).

Более 99% металла в природе содержится в виде урана-238, который практически не опасен для человека.

В атомной энергетике важен изотоп с массовым числом 235, содержание которого в природе всего 0,7%.

Уран используют в ядерных реакторах, производстве некоторых сортов стекла, оружия, брони, в перспективе – как топливо для ракетных двигателей. В старину его широко применяли для изготовления красок.

В 1789 году немец Мартин Генрих Клапрот изучал «смоляную обманку», которая является побочным продуктом добычи серебра. В процессе выделился новый элемент, названный в честь планеты Уран, открытой за восемь лет до этого. Обманку Клапрот переименует в «урановую смолку».

Добыча руды

Месторождения радиоактивного элемента ищут методом аэрогаммасъемки. Затем проводят разведку бурением, изучают породу, оценивают запасы и подбирают технологию добычи и переработки. Существует три способа добычи урановой руды:

• открытый – карьеры;
• подземный – горные выработки;
• скважинное подземное выщелачивание (СПВ).

Карьеры разрабатывают в случае неглубокого залегания руды.

рудник «Рейнджер» Австралия

Зачастую урановые породы находятся глубоко под землей. В этом случае роют шахты. Этот способ добычи экономически выгоден, если глубина выработки не превышает 2 тысяч метров, а добываемая руда высокого качества. После извлечения на поверхность ее сортируют, пустую породу вывозят на отвалы, а содержащую уран – на завод.

добыча в шахте

Подземное выщелачивание на сегодня – наиболее перспективный, экономически выгодный и сохраняющий почву метод. При нем не образуются отвалы на поверхности и пустоты в земле. Операторы установок находятся в безопасности, так как нет радиоактивной и токсичной пыли.

процесс выщелачивания под землей

Этот метод применим только там, где руда залегает ниже уровня грунтовых вод, а под ней и над водой – слой водонепроницаемой глины.

Тогда можно пробурить скважины и пустить по ним вниз выщелачивающий раствор, а вверх откачивать жидкость, содержащую уран. Остальные элементы с обратными растворами возвращаются в землю.

Вам может быть интересно: Как добывают золото.

Этапы получения урана

Найти и добыть руду – малая часть дела. Выделение из нее чистого урана – сложный многоступенчатый технологический процесс. Чтобы его понять, надо знать основы химии, хотя бы школьную программу.

Ядерный топливный цикл

Выщелачивание

Независимо от того, каким способом добыта руда, для извлечения из нее урана применяют выщелачивание раствором серной кислоты или щелочи (например, соды). Если говорить о методе скважин, то раствор закачивают в недра. Если же руду добывают в карьерах или шахтах, то ее вначале измельчают, добавляют воду, а затем выщелачивают.

Иными словами, происходит химическая реакция, в результате которой образуется раствор солей урана.

Выделение из раствора

Теперь надо извлечь металл из раствора. В России на предприятиях компании Uranium One применяют сорбцию ионообменными смолами. Затем уран отделяют от смолы и осаждают при помощи перекиси водорода. Образуется суспензия, которую фильтруют и сушат.

В результате получают желтый порошок – кек. Его очищают от примесей прокаливанием (процесс называется аффинажем) и получают закись-окись урана. Этим веществом горнодобывающие компании торгуют на бирже.

урановый концентрат (желтый кек)

Могут использовать другие технологии извлечения из раствора, например экстракцию и селективное выделение окислительно-восстановительными реакциями. Посредством цикла этих реакций постепенно удаляют примеси.

Перевод урана в твердое агрегатное состояние позволяет получить диоксид UO2 и тетрафторид UF4. Из последнего делают металлический чистый уран путем нагревания вместе с Ca или Mg. Из тетрафторида также получают гексафторид, который применяют для разделения изотопов.

Обогащение

Для производства оружия и топлива нужен уран-235, так как только он сам по себе может поддерживать цепную ядерную реакцию. Но его в руде в тысячу раз меньше, чем урана-238. Поэтому требуется обогащение. Это процесс, при котором в общем количестве вещества содержание нужного изотопа значительно увеличится.

Справка! Для производства ядерного оружия требуется обогащение на 90%, а для топлива электростанций – на 1-2%.

Существует 10 методов разделения радиоактивных изотопов (обогащения), наиболее экономичный из них – центрифужный. Он же применятся в России на заводах, входящих в топливную компанию «ТВЭЛ», полностью принадлежащую «Росатому».

каскад центрифуг

В центрифугу подается газовый поток (тот самый гексафторид урана), в котором легкие изотопы, закручиваясь, движутся ближе к оси, а тяжелые – к стенкам. Объединив центрифуги в каскады, можно получить уран высокой степени обогащения и вновь перевести его в твердое состояние.

диоксид урана, применяемый в качестве ядерного топлива

Освоение запасов урана в России

Госкорпорация «Росатом» объединяет все урановое производство России. Холдинг занимает второе место в мире по минерально-сырьевой базе.

Крупнейшее предприятие холдинга – «АРМЗ» (Забайкальский край), с 1968 года добывает руду подземным горным способом.

АО «Хиагда» (Бурятия) и АО «Далур» (Курганская область) ведут добычу с применением скважин и активно развиваются.

Уранодобывающий комплекс в Бурятии

Есть у «Росатома» и зарубежные активы: холдинг Uranium One имеет диверсифицированный портфель акций предприятий Казахстана, США и Танзании.

Мировые запасы и страны добычи

Уран – далеко не редкий элемент в земной коре, его в природе примерно столько же, сколько свинца. Урановых месторождений в мире достаточно много, запасов хватит на столетия, отчасти поэтому с атомной энергетикой связывают перспективы развития человечества. На сегодняшний день его добывают в 28 странах.

Таблица 1. Лидеры по запасам

Страна Кол-во месторождений (наиболее крупные) Запасы, тыс. т Доля в мировых залежах, %

Австралия	19 (Олимпик Дам, Биверли, Хонемун)	661	31,18
Казахстан	16 (Корсан, Ирколь, Буденовское)	629	11,81
Россия	7 (Аргунское, Жерловское в Забайкалье, Источное в Бурятии )	487	9,15
Канада	18 (МакАртур-Ривер, Уотербери)	468	8,80
Нигер	4 (Имурарен, Мадауэла)	421	7,90
ЮАР	5 (Доминион, Вестерн-Ариез)	297	6,00

Источники: сайты Атомная энергия 2.0 и Росатом

Если рассмотреть добычу урана в мире по компаниям, картина лидеров выглядит следующим образом.

Таблица 2. Лидеры по добыче

Страна Компания Показатели за 2018 год, тыс. т

Казахстан	Казатомпром	11,07
Россия	АРМЗ	7,29
Франция	Orano/Areva	5,81
Канада	Cameco	4,61
КНР	CGN	3,18

Источники: Атомная энергия 2.0, сайт Росатома

Стоит отметить, что Казахстан занимает лидирующее положение с 2011 года, до этого он был четвертым. Россия в 2011 году была четвертой, а до этого занимала лишь пятое место.

Источник: https://moneymakerfactory.ru/articles/protsess-dobyichi-urana/

Где добывают урановую руду в россии

Уран насколько мне известно стали добывать в городе Ангарске, который располагается в Иркутской области. Там есть завод по добыче и производству урана. Этот завод уже власти неоднократно пытались закрыть из-за негативного его влияния на экологию города, но каким-то образом им удалось отстоять этот завод. Уран ведь относится к опасным радиоактивным веществам, которое способно привести к заражению окружающей среды в целом. Рекомендую воздержаться от добычи такого опасного вещества.

По имеющейся информации, добычей урана в России урановый холдинг АРМЗ. Около 90 % добывает Приаргунское горно-химическое ПО близ Краснокаменска Забайкальского края. Добычей урана занимается также ОАО «Хиагда» в Бурятии и ЗАО «Далур» в Курганской области.

Основную массу российского урана — почти 90% добывают в городе Краснокаменск, на юго-востоке от Читы. Также сейчас ведется добыча урана на Хиагдинском месторождении в Бурятии, в Зауралье в курганской области на трех месторождениях — Хохловском, Добровольском и Долматовском.

Однако самые перспективные месторождения урановых руд только только начинают разрабатываться — это Эльконское месторождение в Якутии с прогнозируемым запасом урана в 346 тысяч тонн, Алданское, Витимское в Восточной Сибири, Малиновское в Западной Сибири, Дальневосточное на побережье Охотского моря, месторождение в Карелии возле Ладожского и Онежского озер.

В период «холодной войны» между СССР и Америкой, сопровождавшихся также гонкой вооружений, венцом оружия массового поражения у обеих сторон стали атомные бомбы. Их беспрецедентная мощь, а также известные всем со школы пять поражающих факторов.

стали возможны благодаря заложенному в бомбы химическому элементу Урану (U). Однако, как оказалось, в наше время у этого радиоактивного элемента имеется и множество других применений.

А так как в чистом виде уран не встречается, поговорим с вами о его добыче из урановых руд.

Различия по насыщенности

Урановая руда – это полезные ископаемые, или же минералы, которые содержат частицы урана в количестве, достаточном для экономически выгодной их обработки.

Другими словами, чем больше доля этого тяжелого метала в единице руды, тем дешевле обойдется его добыча. В плане насыщенности ураном, руды бывают забалансовыми, убогими, рядовыми, богатыми и супербогатыми.

И если в худшем случае концентрация может еле достигать 0,03 от одного процента породы, то в лучшем случае концентрация равна трети процента.

Виды урановых руд

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

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

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

Ну а согласно условий образования, все руды делятся на три типа: метаморфогенные, экзогенные и эндогенные. Первые получаются из-за смещений урановых руд с изначальных позиций.

Вторые образуются непосредственно на земной поверхности благодаря движению подземных вод и аккумуляции осадков. А третьи – появляются, благодаря пегматитовым расплавам при высоких температурах и влажности.

Типы образования урановых руд частично также влияют на методы их добывания, о которых расскажем ниже.

Читать также:  Устройство клапана баллона монтажной пены

Способы добывания урана

Дабы извлечь на свет Божий вещества, содержащие один и самых тяжелых металлов, существует три классических способа: открытый, подземный и выщелачивание.

Открытый тип добытчики используют в случаях, когда месторождение залегает не слишком глубоко, до 50 метров. Здесь на помощь приходят тяжелые машины, вроде самосвалов, бульдозеров и погрузчиков, в результате совместной работы которых появляется огромный котлован. Минусами данного способа являются более низкое качество добываемых ископаемых, а также нанесение урона по экологии местности.

Подземный тип, не мудрствуя лукаво, заключается в пробивании шахты (иногда на глубину до двух километров), с последующим извлечением руды из подземных недр. Более затратный способ, в сравнении с первым.

Ведь нужно еще обеспечить существование на таких глубинах шахтерам, организовать систему подачи кислорода, отвод токсичного газа, радона, и так далее.

Но руда, добываемая здесь, является рудой более высокого сорта.

Самый экологичный и самый эффективный способ – выщелачивание. В месторождение урана, пробурив предварительно скважину, подводят по трубам щелочь. Вступив в реакцию с нашим «радиоактивным сокровищем», получаем выщелоченный уран.

Получившееся новое соединение насосами выкачивается наверх. Недостатком же этого метода является то, что его можно использовать только на породах песчаника и только в том случае, если цель добычи находится ниже уровня подземных вод.

В работе с ураном следует соблюдать все необходимые меры безопасности, включая ношение костюмов радиоактивной защиты. Ведь даже в маленьком количестве этот элемент является токсичным и радиоактивным.

Добыча урана в мире

Мировое лидерство по добыче урана удерживает сейчас Австралия со своим месторождением Олимпик Дам, приносящим до трех тысяч тонн металла в год. В Австралии сосредоточена треть мировых ресурсов по добыче урана.

Далее – Казахстан, практически с 12% от общемировой добычи. Известнейшие локации по добыче: Корсан, Ирколь, Буденовское.

И почетная бронза достается стране с двумя орлами на гербе. В России сосредоточено около десятой части уранового потенциала Земли. Что касается мест добычи, в основном, данные мероприятия происходят в Респулике Бурятия, в Читинской области, а также на Ямале. Известные российские источники добычи урана: Дыбрынское, Источное, Количканское, Кореткондинское и Намарусское месторождения.

Применение урана

Применять же такой, казалось бы, опасный химический элемент, можно далеко не только в военном ремесле. Бурый, желтый, зеленый, и черный пигменты для обычных художественных красок изготавливаются на урановой основе. Художникам, для создания отличных картинок, данный элемент весьма полезен.

Также уран применяется при создании фотографий, слегка добавляют его при создании цветных стекол. Ну и, конечно же, ядерный двигатель, ядерный реактор.

Ведь энергия, которую дает этот элемент, заключается не только в мощности ядерных бомб, но и в атомных электростанциях, способных обеспечивать питанием целые города.

Разведанные российские запасы урана оцениваются в 615 тысяч тонн, а прогнозные ресурсы — в 830 тысяч тонн (2005 г.). К сожалению, многие из них находятся в труднодоступных регионах. Самым крупным среди является месторождение Элькон на юге Якутии, его запасы исчисляются 344 тыс. т. Около 150 тыс.

т — запасы другого месторождения, известного под названием Стрельцовское рудное поле в Читинской области. 70 тыс. т. По состоянию на 1999 государственным балансом запасов урана России учтены запасы 16 месторождений, из которых 15 сосредоточены в одном районе — Стрельцовском в Забайкалье (Читинская обл.

) и пригодны под горный способ добычи.

Открытый (карьерный) метод в России сейчас не применяется. Шахтный метод используется на месторождениях урана в Читинской области. Более широко используется технология подземного выщелачивания.

Добываемые ураносодержащие руды и растворы перерабатываются с целью получения урановых концентратов на месте.

Читать также:  Время нагрева полипропиленовых труб при пайке таблица

В 2007 в России урановую руду добывала корпорация «ТВЭЛ», включающая три дочерних предприятия: Приаргунское горно-химическое объединение в городе Краснокаменске Читинской области (3 тыс. т/г), ЗАО «Далур» в Курганской области и ОАО «Хиагда» в Бурятии (мощность каждого 1 тыс. тонн урана в год).

В Читинской области открыты урановые месторождения Аргунское, Жерловое и Берёзовое.

Запасы: категория С2 — 3,05 млн т руды и 3481 т урана при среднем содержании урана в руде 0,114 %, прогнозные ресурсы урана Горного месторождения по категории С1 составляют 394 тыс. т руды и 1087 т урана, по С2 — 1,77 млн т руды и 4226 т урана.

Прогнозные ресурсы месторождения категории Р1 составляют 4800 т урана. Запасы Оловского месторождения по категории В+С1 составляют 14,61 млн т руды и 11 898 т урана.

Расположенное в Читинской области (Забайкалье) Стрельцовское рудное поле — включает в себя более десятка месторождений урана (и молибдена), пригодных под шахтный и карьерный способы добычи. Из них самые крупные — Стрельцовское и Тулендевское — имеют запасы по 60 и 35 тыс. тонн соответственно.

В настоящее время добыча ведётся шахтным способом на пяти месторождениях силами двух рудников, что обеспечивает 93 % производства российского урана (2005). Так неподалеку от города Краснокаменск (460 км к юго-востоку от Читы), добывается 93 % российского урана.

Добычу осуществляет шахтным способом (ранее использовался и карьерный способ) «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО).

Остальной уран России добывают методом подземного выщелачивания ЗАО «Далур» и ОАО «Хиагда», находящиеся в Курганской области и Бурятии соответственно. Полученный урановый концентрат и ураносодержащие руды перерабатываются на Чепецком механическом заводе.

Все месторождения сосредоточены в палеодолинах, с глубиной залегания 350—560 м и довольно средними геотехнологическими показателями. Добычу ведёт ЗАО «Далур» (Курганская обл.

) производительность 1000 т/г, метод добычи — скважинное подземное выщелачивание.

На Хиагдинском урановом месторождении Бурятии применяется подземное скважинное выщелачивание урана. Добычу ведёт ОАО «Хиагда». Объем добычи составляет 1,5 тыс. тонн уранового концентрата в год. Прогнозные запасы месторождения оцениваются в 100 тыс.

тонн, разведанные запасы — в 40 тыс. тонн (предполагаемый срок работы рудника 50 лет). Содержание урана в 1 куб м. обогащенной руды достигает 100 мг. Себестоимость 1 кг обогащенной руды колеблется в пределах 20 долларов. Это в 2 раза ниже, чем на основном урановом руднике России в г.

Краснокаменск Читинской области.

Общие запасы месторождений урана в Эльконском районе Якутии составляют 346 тыс. тонн, что относит их к одним из крупнейших в мире.

Количественно это превосходит все балансовые запасы в стране, но из-за рядового качества руд они могут стать рентабельными только при высокой цене на уран. С 2006 г. готовится проект освоения этих месторождений.

Ожидаемая производительность рудника в 2020 г. — 15 тыс. тонн урана в год.

Самое крупное из известных потенциальных источников уранового сырья — Алданское месторождение пригодно для разработки только горным, шахтным способом. По мнению геологов, более перспективно освоение Витимского урановорудного района. Витимский район (Сибирь) с разведанными запасами в 60 тыс.

т при концентрации урана 0,054 % в руде с сопутствующими скандием, редкоземельными элементами и лантаноидами;). Витимский рудный район — включает в себя 5 месторождений, общие запасы которых оцениваются в 75 тыс. т. Наиболее крупными являются: Хиагдинское и Тетрахское.

Оба объекта локализованы в палеодолинах, пригодны под способ подземного выщелачивания, особенностью их является расположение в зоне вечной мерзлоты под мощным (100-150 м) чехлом базальтов. Так как в России это самый трудный район для освоения месторождений добыча здесь составляет 100 т/г.

Стоимостная категория урана с этих объектов 34-52 дол.

Читать также:  Металлический профиль труба прямоугольная

Западно-Сибирский район (Малиновское месторождение с запасами 200 тыс. т урана). Западно- сибирский район — включает в себя 8 мелких месторождений, пригодных под способ ПВ, также локализованных в палеодолинах, с общими запасами порядка 10 тыс. т.

Наиболее изученным из них является месторождение Малиновское, где сейчас проводится 2-х скважинный опыт по ПВ урана. Район месторождений несколько легче для освоения, чем Витимский, но до 2010 реальной добыча будет 100—150 т/г. Стоимостная категория урана с этих объектов 13-20 дол. США за фунт U3O8.

Дальневосточный рудоносный район, расположенный в прибрежной зоне Охотского моря пока разведан недостаточно.

К перспективным регионам относится Онежский район (Карелия), где обнаружены запасы ванадиевой руды с содержанием урана, золота и платины. «Невскгеология» проведена разведка уранового месторождения (Средняя Падмы) в районе Ладожского озера вблизи деревни Салми (Медвежьегорский район).

Ситуация ухудшилась с началом атомной реформы, когда было принято решение по активному строительство в России новых АЭС с целью доведения доли атомной энергетики в производстве электричества до 25-30 %. В 2004 добыла 32000 т урана при потребности 9900 т.

(остальную часть обеспечивали поставки со складов — обеднение военного урана).

Осознавая угрозу топливного кризиса, «Росатом» в 2006 учредил ОАО «Урановая горнорудная компания», УГРК, призванную долгосрочно и надежно обеспечить урановым сырьем старые российские АЭС (с учётом того, что продолжительность их работы продлена до 60 лет), строящиеся российские АЭС, а также построенные и строящиеся Россией АЭС за рубежом (в 2006 шестая часть АЭС в мире работала на российском топливе). Новая компания создана двумя подконтрольными Минатому структурами: корпорацией ТВЭЛ и ОАО «Техснабэкспорт». УГРК рассчитывает довести объем к 2020 добычу урана до 28,63 тыс. тонн. При этом добыча в самой России составит 18 тыс. тонн: на Приаргунском горнохимическом объединении 5 тыс. тонн, на ОАО «Хиагда» — 2 тыс. тонн, ЗАО «Далур» — 1 тыс. тонн, на Эльконском месторождении в Якутии — 5 тыс. тонн, на ряде новых месторождений в Читинской области и в Бурятии — 2 тыс. тонн. Еще 3 тыс. тонн планируется добывать на новых предприятиях, по которым пока известны только прогнозные запасы урана. Кроме этого, компания рассчитывает к 2020 году добывать на двух уже созданных СП в Казахстане порядка 5 тыс. тонн урана. Обсуждается также возможность создания СП по добыче урана в Украине и Монголии. Речь идет об украинском месторождении Новоконстантиновское и монгольском месторождении Эрдес. Компания также рассчитывает на создание еще двух СП по добыче урана в Северном Казахстане — на месторождениях Семизбай и Касачинное. Добываемый совместными предприятиями за рубежом уран будет — после обогащения на российских разделительных производствах, например в созданном Международном центре по обогащению в Ангарске — идти на экспорт.

Источник: https://morflot.su/gde-dobyvajut-uranovuju-rudu-v-rossii/

Урановая руда — месторождения, добыча, переработка

Добыча урана (U) имеет большое значение для современного общества. Этот самый тяжелый металл используют в атомной промышленности в качестве топлива, из него изготавливают ядерное оружие. В мирных целях применяют для производства стекла и лакокрасочных материалов. Чистый уран в природных условиях не встречается, он входит в состав минералов и руды.

Свойства урана

В свободной состоянии уран представляет собой серо-белый металл, которому свойственно 3 аллотропических модификации: ромбическая кристаллическая, тетрагональная и объемно центрированная кубическая решетки. Температура кипения этого химического элемента составляет 4200 °C.

Уран является химическим активным материалом. На воздухе этот элемент медленно окисляется, легко растворяется в кислотах, реагирует с водой, но при этом не взаимодействует с щелочами.

Это интересно: Улучшение стали — процесс, технология, улучшаемые стали

Добыча

Работами по добыче урана руководит компания Атомредметзолото (в составе Атомэнергопрома). Приаргунское производственное горно-химическое объединение, «Хиагда», «Далур» — главные предприятия по производству урана в России, выпускающие около 90 % продукции страны.

С целью гарантированного долгосрочного сырьевого обеспечения отраслевых потребностей в уране «Росатом» в 2010 г. приобрел канадскую компанию Uranium One и консолидировал на её основе высокоэффективные урановые активы в Казахстане и других странах.

За последние 8 лет производство Uranium One выросло почти в 5 раз, что позволило выйти на четвертое место в мире среди урановых компаний.

Добыча урановых руд в стране осуществляется открытым и подземным способами, используется метод подземного выщелачивания.

Места добычи

Месторождения, на которых ведётся добыча:

На этапе разработки:

Характеристики урановых руд

Виды урана

Природный уран состоит из взаимодействия 3 изотопов: U238, U235, U234. На радиоактивные свойства металла влияют изотопы 238 и его дочерний нуклеотид 234.

Благодаря присутствию в составе U именно этих атомов, уран используют при производстве топлива для атомных электростанций и ядерного оружия.

Хотя активность U235 изотопа в 21 раз слабее, он способен сохранять цепную ядерную реакцию без сторонних активных элементов.

Их известно не менее 23 видов. Особого внимания заслуживает изотоп U233, образуется он при облучении тория-232 нейтронами и делится под влиянием тепловых нейтронов. Эта способность делает U233 оптимальным источником энергии для ядерных реакторов.

Классификация руды

Под понятием природная урановая руда понимается минеральное образование с большой концентрацией урана. При разработке урановых месторождений, как правило, смежно получают другие радиоактивные металлы – радий и полоний. Породы, в которых содержится уран, могут различаться по своему составу. Структура пластов оказывает влияние на способ добычи ценного металла.

По условиям образования руды можно разделить на:

• эндогенные;
• экзогенные;
• метаморфогенные.

По типу минерализации урановые руды различают:

Характеристика урановой руды

• первичные;
• окисленные;
• смешанные.

Классификация по размерам зерен:

• дисперсные ( 25 мм).

Ураносодержащая порода состоит из различных примесей, а именно различают:

• молибденовые;
• анадиевые;
• уран-кобальт-никель-висмут;
• моноруда.

Классификация по химическому составу:

• карбонатная;
• железно-окисная;
• силикатная;
• сульфидная;
• каустобиолевая.

Руда разделяется по способу обработки:

• содовый раствор, применяют в том случае, если в химическом составе руды присутствует карбонат;
• кислота используется для силикатных пород;
• метод доменной плавки применяют, если железо-окисная по своему составу.

Процент содержания урана в руде может быть разный. По этому признаку порода подразделяется на:

• бедную (< 0,1%);
• рядовую (0,25–0,1%);
• среднюю (0,5–0,25%);
• богатую (1–0,5%);
• очень богатую (>1% U).

Добывать уран имеет смысл, если его содержание в слое земли составляет не менее 0,5%. Если урана в слое породы менее 0,015%, его добыча осуществляется в качестве побочного продукта.

Ситуация в мире

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

Добыча урановых руд на крупнейших рудниках мира

На первом месте Австралия

Основные показатели:

Полезные ископаемые Австралии

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

Второе место по объемам добычи у Казахстана

Основные данные:

Рост добычи урана в Казахстане

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

Третье место у России

Показатели:

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

Четвертое место – Канада

Показатели:

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

Добыча урана на месторождениях Канады

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

Пятое место – Нигер

Нигер (горнопромышленная карта)

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

Вторая пятерка стран по объемам запасов урана выглядит следующим образом:

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

Добыча урана в мире

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

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

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

Источник: https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/tehnologiya-dobychi-urana.html

Как добывают уран

Около 99,4% земного урана представляет собой уран-238, оставшиеся 0,6% приходятся на уран-235, применяемый при разработках ядерного оружия.

Урановая руда (Тасмания, Австралия)

Уран — один из наиболее изученных металлов таблицы Менделеева, ученым хорошо известны его геологические и химико-технологические свойства. Знания о происхождении урановых месторождений, об условиях их образования и колоссальные объемы геологоразведочных работ позволили в 1950–1980-х годах практически на всех континентах выявить крупные месторождения и мегапровинции урана.

Урановая руда на горе Бештау (Ставропольский край, Россия), фото: pikabu.ru/story/uranovaya_ruda_na_gore_beshtau_6180013

Существует 3 основных способа добычи урана.

1 – ОТКРЫТЫЙ

На дне уранового карьера Тулукуй в Краснокаменске (Забайкальский край, Россия), фото: svatoff.livejournal.com

Подходит для тех случаев, когда рудное тело находится близко к поверхности. Открытая разработка урановых месторождений традиционная как и для многих других полезных ископаемых:

• буро-взрывные работы по вскрыше и по руде
• экскавация погрузочным оборудованием на транспортные средства
• транспортировка ураносодержащего сырья с забоя (места добычи) до перерабатывающих мощностей
• собственно переработка: дробление, измельчение, обогащение / выщелачивание

Портал (вход) в шахту на дне уранового карьера Тулукуй в Краснокаменске (Забайкальский край, Россия), фото: svatoff.livejournal.com

2 – ПОДЗЕМНЫЙ

Погрузка урановой руды на подземном руднике Приаргунского производственного горно-химического объединения (Забайкальский край, Россия), фото: priargunsky.armz.ru

Подземная добыча ведётся при глубоком залегании рудного тела и в связи с высокой себестоимостью данного способа является экономически оправданным при высокой концентрации урана в породе. Технически ограничений по глубине залегания руд при подземном методе разработки не существует, но на сегодняшний день самые глубокие урановые рудники не превышают 2 км. Дальнейшее углубление рудника ведет к чрезмерному увеличению себестоимости добытого урана.

Буровые работы на подземном руднике Приаргунского производственного горно-химического объединения (Забайкальский край, Россия), фото: priargunsky.armz.ru

При подземном способе добычи наиболее опасным фактором является радон, который может распространяться на значительные расстояния и создавать в рудничной атмосфере высокие концентрации.

Среднее время жизни атома радона — 5,5 суток.

При организации радиационной защиты главная проблема состоит в том, что по мере отработки запасов постоянно увеличивается доля общерудничного дебита радона, выделяющегося из отработанных горных выработок.

На подземном руднике Приаргунского производственного горно-химического объединения (Забайкальский край, Россия), фото: priargunsky.armz.ru

Ключевые этапы подземной добычи:

• отбойка руды
• погрузка руды на транспорт (ЖД транспорт, шахтные самосвалы)
• откатка руды до приемного бункера
• транспортировка руды на поверхность в скипе
• транспортировка на поверхности до перерабатывающих мощностей

Надшахтный комплекс подземного рудника Приаргунского производственного горно-химического объединения (Забайкальский край, Россия), фото: priargunsky.armz.ru

Добытая руда транспортируется на перерабатывающий комплекс. Руду измельчают, смешивают с водой и удаляют ненужные примеси. Дальше проводят выщелачивание концентрата, обычно с помощью серной кислоты.

Из раствора с помощью ионно-обменных смол выделяется осадок солей урана, имеющих характерный желтый цвет, за что они получили название желтый кек (от англ. yellow cake).

Желтый кек еще содержит достаточно много примесей, от которых его очищают на аффинажном производстве и после прокаливанием получают закись-окись урана (U3O8) — конечный продукт.

Кек, фото: kazatomprom.kz

3 — СКВАЖИННОЕ ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ (СПВ)

Уранодобыча схематично

При СПВ по внешнему контуру бурят скважины, через которые в рудное тело закачивают серную кислоту. Во внутреннем контуре также бурят скважины и через них выкачивают на поверхность раствор, насыщенный солями урана.

Уранодобыча схематично

Продуктивный раствор пропускают через сорбционные колонны, в которых соли урана собираются на специальной смоле. Смолу в свою очередь снова обрабатывают серной кислотой и так несколько раз, пока концентрация урана в растворе не станет достаточной. А дальше снова желтый кек, очистка и получение закиси окиси-урана.

Желтый кек

Вот так в реальности выглядит поверхностный комплекс уранодобывающего комплекса по скважинному подземному выщелачиванию.

Поверхностный комплекс уранодобывающего производства (СПВ)

• _________
• Еще больше интересных статей и новостей из горнодобывающей отрасли на нашем флагманском ресурсе — ROSMINING.RU (Росмайнинг Ру)

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5d852e7df557d000ae599b1f/5da35cb1e6e8ef00af5ad4b7

Переработка урановой руды

Переработка
урана заключается в извлечении урана
из руды и его переработку в порошок
оксида, подлежащую транспортировке.

Обогатительные заводы обычно выпускают
жёлтый кек (содержание концентратов
урана составляет 30%, а аффинажные заводы
— U3O8
в
котором содержание урана достигает
87%.

Конечными продуктами переработки
рудного сырья являются чистые химические
соединения, из которых получают
металлический уран.

Урановые руды
содержат обычно небольшое количество
ураносодержащего минерала (0,05-0.5% U3O8),
так что необходимы предварительное
извлечение и обогащение.

Замечание.
Гидрометаллургический метод переработки
богатых руд и концентратов включает в
себя следующие технологические операции:
подготовка концентратов к выщелачиванию
с целью перевода извлекаемых металлов
в растворимое состояние (различные виды
обжига, спекание или сплавление с
реагентами); выщелачивание металлов
химическими реагентами; извлечение
металлов из раствора.

Первая стадия
уранового производства — концентрирование.
Прежде всего, руду измельчают, затем
проводят обогащение суспензированием
вводе – методом, основанном на различии
в плотностей уран-содержащих материалов
и вмещающей породы.

В этом случае
первичные минералы большой плотности
типа уранита и урановой смоляной руды
осаждаются первыми. Вторичные минералы
– карнотит, торбернит и другие рыхлы и
образуют устойчивые взвеси.

В этом
случае раньше оседает тяжелая пустая
порода.

(Впрочем,
далеко не всегда она действительно
пустая; в ней могут быть многие полезные
элементы, в том числе и уран). Некоторые
минералы (ураноторит, ниобато-танталаты
урана) обогащают флотацией.

Вторая стадия
– обжиг руды.

Третья стадия
— выщелачивание концентратов, перевод
урана в раствор.

Рис. 1.
Смешанный
оксид урана, U3O8,
(жёлтый порошок, жёлтый пирог, кекс,
жёлтый кек).

5.1 Кислотное выщелачивание

В классическом
способе кислотного
выщелачивания

измельченная
и обезвоженная руда обрабатывается
серной или азотной кислотами, или смесью
этих кислот.

Если в сырье уран содержится
в степени окисления +4, то обработку
кислотой проводят в присутствии
окислителей (пиролюзит, хлорноватокислый
натрий, азотная кислота, железо(III), VO2+
и
т.п.). Проблему выщелачивания урана из
руд решает кислородная продувка.

В
нагретую до 150°C смесь урановой руды с
сульфидными минералами подают поток
кислорода. При этом из сернистых минералов
образуется серная кислота, которая и
вымывает уран.

Уран переходит
в сульфат уранила, радий и другие металлы
в урановой смолке оседают в виде
сульфатов.

С добавлением
едкого натра уран осаждается в виде
диураната натрия Na2U2O7*.6H2O
(часто уран осаждают в виде диураната
аммония или гидроксида уранила).

В промышленности
чаще всего для вскрытия руд применяют
наиболее дешёвую серную кислоту:

Твердые
частицы, остающиеся после растворения
урана извлекают, и помещают на длительное
хранение в специальные резервуары.
Резервуары сконструированы таким
образом, чтобы обеспечить надежное
хранение этих материалов. Такие отходы
содержат основную долю радиоактивных
веществ, находящихся в руде (таких,
например, как радий).

Некоторые из них в определенных
условиях ведут себя так же, как уран:
экстрагируются теми же органическими
растворителями, оседают на тех же
ионообменных смолах, выпадают в осадок
при тех же условиях.

Поэтому для
селективного выделения урана приходится
использовать многие окислительно-восстановительные
реакции, чтобы на каждой стадии избавляться
от того или иного нежелательного
попутчика. На современных ионообменных
смолах уран выделяется весьма селективно.

Из полученного
раствора, содержащего сопутствующие
элементы (железо, марганец, никель, медь
и др.), уран выделяют осаждением,
хроматографически или экстракцией.

Из
кислых растворов уран осаждают в виде
гидроокисей нейтрализацией раствора
щёлочью, аммиаком или окислами кальция
и магния.

Иногда осаждение осуществляют
в виде фосфата после восстановления
урана до UIV
металлическим
железом или алюминием.

При обработке
руд и бедных концентратов растворы
содержат лишь 0.5 — 2 г U в л. В этом случае
для извлечения и концентрирования урана
широко применяют сорбцию на ионообменных
смолах, экстракцию органическими
растворителями (для экстракции из
сернокислых растворов используют
алкилфосфорные кислоты, амины), или
выпаривание.

Во время экстракции
растворителями урановая руда удаляется
из щелока от выщелачивания подкисленной
породы при помощи смеси растворителей,
например раствора трибутилфосфата в
керосине. В современных промышленных
методах в качестве растворителей
фигурируют алкил-фосфорные кислоты
(например, ди(2-этилгексил)-фосфорная
кислота) и вторичные и третичные
алкиламины.

Уран,
удовлетворяющий условиям оружейной
чистоты, обычно получают из диураната
натрия через прохождение дополнительной
очистки, используя трибутилфосфатный
очистительный процесс. Первоначально,
Na2U2O7.6H2O
растворяют в азотной кислоте для
подготовки сырьевого раствора.

Из него
избирательно удаляется уран при
разбавлении раствора трибутилфосфатом
в керосине или иной подходящей
углеводородной смесью. Наконец, уран
переходит из трибутилфосфата в
подкисленную воду для выделения
высокоочищенного уранильного нитрата.

Уранилнитрат
UO2(NO3)2,
при экстракции трибутил-фосфатом и
некоторыми другими веществами
дополнительно очищается до нужных
кондиций. Затем это вещество кристаллизуют
(или осаждают пероксид UO4·2H2O)
и начинают осторожно прокаливать. В
результате этой операции образуется
трехокись урана UO3,
которую восстанавливают водородом до
UO2.

Пятая стадия
– перевод урана в твёрдое состояние –
в один из оксидов или в тетрафторид UF4.
После извлечения из раствора, осадок,
содержащий уран, имеет ярко желтую
окраску.

После высокотемпературной
сушки окись урана (U3O8),
теперь уже зеленого цвета, загружается
в специальные емкости объемом до 200
литров.

Высушенные или прокаленные
осадки являются полупродуктами, служащими
для получения чистых соединений урана
(UF4,
U3O8
или
UO2).

К чистоте
урана предъявляются высокие требования.
Так, содержание примесей элементов с
большим сечением захвата нейтронов (B,
Cd, Li, РЗЭ и др.) не должно превышать
стотысячных и миллионных долей процента.
Для очистки технические продукты обычно
растворяют в азотной кислоте.

Из очищенных
азотнокислых растворов кристаллизуют
уранилнитрат UO2(NO3)2*6H2O
или осаждают пероксид UO4*2H2O,
осторожной прокалкой (кальцинированием)
которых получают UO3.

Последний восстанавливают водородом
до UO2,
которую действием сухого HF при 430-600о
переводят
в UF4
–
основное исходное соединение для
производства металла.

Типичная
методика выделения делящихся радионуклидов
из урановой руды. Уран обычно встречается
в виде урановой соляной руды (окись
урана) и карнолита (комплексное
урано-ванадиевое соединение). Обогащенную
руду обрабатывают смесью азотной и
серной кислот.

Уран переходит в раствор
в виде UO2
++,
а металлы, образующие нерастворимые
сульфаты (Pb, Ba, Ra и др.), вместе с
нерастворимыми в кислоте силикатами
остаются в осадке.

Добавляя к раствору
избыток Na2CO3,
получают основной раствор, в котором
уран содержится в виде комплексного
карбоната, а в осадок переходят элементы,
образующие нерастворимые карбонаты,
гидроокиси или основные карбонаты (Fe,
Al, Cr, Zn и т.д.).

Снова добавляя в раствор
HNO3
до
кислой реакции, получают раствор
уранил-нитрата с формулой для твердой
соли UO2(NO3)2*6H2O,
который растворим в диэтиловом эфире.
Экстрагирование уранилнитрата с помощью
этого растворителя дает исключительно
чистый продукт, вполне пригодный для
изготовления урана для ядерных реакторов.

При
прокаливании уранилнитрата получается
окисьзакись U3O8.
Эта окись может быть восстановлена до
металла в бомбе с Al, Ca или Mg. Восстановление
углеродом дает продукт, сильно загрязненный
карбидом урана, а восстановление
водородом дает UO2.

Этот оксид может быть превращен в UF4
или
UCl4
путем
обработки безводной HF или HCl при пониженных
температурах. Тетрагалоиды восстановливают
до металла натрием или кальцием.

Галоидная
соль KUF5,
получаемая из UF4,
дает очень чистый металл посредством
электролиза.

Для руд,
содержащих вторичные минералы, применяют
выщелачивание растворами соды.

Источник: https://studfile.net/preview/5289524/