Уран(U) - самый тяжелый элемент, встречающийся на Земле в естественных условиях. Из 2 основных изотопов урана в земной коре 99,3% по массе приходится на уран-238 и лишь 0,7% на уран-235, который и используется при производство атомных реакторов.
Уран используют 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

Есть на свете компания под названием Uranium One, которой принадлежат крупнейшие урановые месторождения в Казахстане, Африке, Австралии и США. На компанию приходится до 30% мировой добычи урана. Но мало кто знает, что Uranium One, когда-то основанная, как канадско-южно-африканский консорциум, сейчас на 100% принадлежит «Росатому».
В мире непрерывно идет жесточайшая борьба за контроль над рудниками и месторождениями урана. Это вопрос стратегический. Тот, кто держит в руках источники урана, не только держит за горло всю мировую атомную энергетику, но и может влиять на рынок ядерного оружия.

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.
В СССР на территориях Казахстана, Киргизии, России, Таджикистана, Узбекистана и Украины были проведены системные работы по поиску и разведке месторождений урана. Были созданы горно-химические комбинаты, которые добывали уран в шахтах и на рудниках. Добытый уран направлялся в военную область, на обеспечение топливом АЭС и в стратегические резервы. Но в начале 90-х всё сломалось.

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.
Всего в России прогнозируются залежи в 830 т. тонн урана, подтвержденных запасов имеется около 615 т. 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.

Как добывают уран
Обычно все слышали про страшные и ужасные урановые рудники, но при этом мало кто представляет себе, как же добывают даже обычные железо и медь, не говоря уже про уран. Поэтому сначала на пальцах об этом нелегком деле.

Существуют 3 основных способа добычи урана. Первый способ – открытый, подходит для тех случаев, когда рудное тело находится близко к поверхности земли. При открытом способе добыче просто роют бульдозерами большую яму и экскаваторами грузят руду в самосвалы, которые везут ее к перерабатывающему комплекс.

Второй способ – подземный – используется при глубоком залегании рудного тела. Способ этот более дорогостоящий и, соответственно, подходит при высокой концентрации урана в породе. При подземном способе пробуривается вертикальная шахта, от которой отходя горизонтальные выработки. Глубина шахт может доходить до двух километров. В горизонтальных штреках шахтеры долбят породу, поднимают руду наверх на специальных грузовых лифтах и также везут дальше на перерабатывающий комплекс.



Что происходит на перерабатывающем комплексе? Данную схему можно считать классической, хотя она отнюдь не единственная и имеет много нюансов. Породу 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 надо очищают на аффинажном произвосдтве и после прокаливанием получают закись-окись урана (U3O8) - конечный продукт, которым даже торгуют на бирже.


Я специально рассказал про переработку, но ничего не сказав про третий способ добычи. Он кардинально отличается от первых двух и называется скважинное подземное выщелачивание (СПВ). При СПВ бурят 6 скважин по углам шестиугольника, через которые в рудное тело закачивают серную кислоту. В центре шестиугольника бурят еще одну скважину и через нее выкачивают на поверхность раствор, насыщенный солями урана. 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

Опасности урановых рудников
Принято считать, что урановые рудники – это жутко опасная вещь, но в настоящее время урановые шахты при соблюдении техники безопасности не более опасны для здоровья шахтеров, нежели угольные. Наибольшую опасность там представляет скорее не радиация, а пыль, содержащая частицы урана и других тяжелых металлов, попадание которых в организм может привести к тяжелым заболеваниям внутренних органов.Также может быть опасно наличие в воздухе радиоактивного газа радона, но при работающей вентиляции его концентрации минимальны. При использовании же подземного выщелачивания вредность производства для рабочих становится не выше, чем для офисных работников - ни пыли, ни радона)) Шучу, конечно

Для экологии самым опасным является открытый способ добычи - это и огромная яма на месте рудника, и пыль с содержанием радиоактивных элементов, и хвостохранилища отработанной породы, которая за счет продуктов распада урана сохраняет около 85% радиационного фона извлекаемой руды. Опасно не только радиационное загрязнение продуктами распада урана, такими, как радон, радий, торий, но и общее загрязнение территории, в том числе солями тяжелых металлов (мышьяка, свинца, меди), ядовитыми для организма, и сульфидами, которые при взаимодействии с водой могут образовывать серную кислоту. Ну и никто не отменял всевозможные производственные аварии и разрушения вследствие стихийных бедствий, риск которых всегда присутствует.

При шахтном способе опасности в целом те же, что и при открытом, но отходов все-таки образуется меньше. Среди плюсов также отсутствие ямы.

Поэтому считается, что наименее вредным для экологии является подземное выщелачивание. Утверждается, что через 4-5 лет на месте выработки уже можно будет заниматься сельским хозяйством. Но не стоит забывать, что подземное выщелачивание может сильно ухудшить качество подземных вод, да и работа с серной кислотой вряд ли способствует повышению плодородия. Плюс применение подземного выщелачивания ограничено: его можно использовать только в песчанике и ниже уровня грунтовых вод

Урановая руда - природное минеральное образование, которое содержат уран в таком количестве, концентрации и соединении, что его извлечение стает экономически выгодным и целесообразным. Урана в земных недрах достаточно много. Для примера в природе:

• урана в 1000 раз больше, чем золота;
• в 50 раз больше, чем серебра;
• запасы урана почти равновелики с запасами цинка и свинца.

Частички урана имеются в почве, горной породе, морской воде. В месторождениях же сконцентрирована его совсем небольшая часть. Известные, разведанные залежи урана оцениваются в 5,4 миллиона тонн.

Характеристики и виды

Основные виды ураносодержащих руд: оксиды (ураниты, урановые смолы, урановые черни), силикаты (коффиниты), титанаты (браннериты), уранилсиликаты (уранофаны, бетауранотилы), уранилы-ванадаты (карнотиты), тюямуниты, уранилфосфаты (отениты, торбениты).Содержащие Zr, TR, Th, Ti, Р минералы (фторапатиты, монациты, цирконы, ортиты…) часто так же включают уран. Еще сорбированный уран бывает в углистой породе.

Месторождение и добыча

Тройку стран-лидеров по запасам урановых руд представляют - Австралия, Казахстан, Россия. Почти 10% мировых запасов урана сосредоточено в России, а в нашей стране две третьих запасов локализировано в Якутии (Республика Саха). Самые крупные российские залежи урана в таких месторождениях: Стрельцовскому, Октябрьскому, Антейскому, Мало-Тулукуевскому, Аргунскому, Далматовскому, Хиагдинскому… Есть еще великое число мене крупных залежей и месторождений.

Применение урановых руд

• Самое важное применение - ядерное топливо. Более всего используется изотоп U235, который может быть основой для самоподдерживающейся цепной ядерной реакции. Его используют в ядерных реакторах, оружии. Изотоп U238 делением увеличивает мощность термоядерного оружия. U233 - самое перспективное топливо для газофазного ядерного ракетного движка.

• Уран способен активно выделать тепло. Его тепловыделяющая способность в тысячу раз мощнее нефтяной или природного газа.
• Уран применяют геологи для определения возраста пород и минералов. Есть даже наука такая - геохронология.
• Его применяют иногда в строительстве самолетов, фотографии, живописи (имеет красивый желто-зеленый оттенок).
• Железо + U238 =магнитострикционный материал.
• Обедненный уран идет на производство средств радиационной защиты.
• Есть еще много функций, которые исполняет уран.

Особенностью разработки урановых месторождений является возможность применения для них как обычных горных способов добычи (открытый и подземный), так и способов подземного (скважинное, блочное) и кучного выщелачивания. Распространённость в мире различных способов добычи урана: подземный 37%, открытый 24%, попутная добыча 18%, скважинное подземное выщелачивание 12%, неопределён 7%.

При добыче и производстве урана предпринимаются различные меры предосторожности для защиты здоровья персонала:

• - Тщательно контролируется уровень запылённости, чтобы минимизировать попадание в организм у- или а-излучающих веществ. Пыль является главным источником радиоактивного облучения. Она обычно даёт вклад в 4 мЗв/год в ежегодную дозу, получаемую персоналом.
• - Ограничивается внешнее радиоактивное облучение персонала в шахтах, на заводах и местах размещения отходов. На практике уровень внешнего облучения от руды и отходов обычно настолько низок, что он практически не влияет на увеличение допустимой ежегодной дозы.
• - Естественная вентиляция открытых месторождений уменьшает уровень экспозиции от радона и его дочерних изотопов. Уровень облучения от радона не превышает 1% от уровня, допустимого для непрерывного облучения персонала. Подземные рудники оборудуются системами вентиляции для достижения того же уровня. На Австралийских и Канадских подземных рудниках средняя доза облучения составляет ~з мЗв/год.
• - Существуют строгие гигиенические нормы на работу персонала с концентратом оксида урана, поскольку он химически токсичен, подобно оксиду свинца. На практике предпринимаются предосторожности, защищающие органы дыхания от попадания токсинов, аналогичные тем, которые используются при работах на свинцовых плавильных печах.

Остановимся на основных методах добычи уранового сырья несколько подробнее.

Шахтный способ добычи урана - один из основных способов производства урана. Организация работ аналогична методам горнодобывающей промышленности других металлов, но есть и отличия. Урановые руды залегают чаще всего в виде узких пластов, что приводит к образованию рудника в виде разветвлённых штреков. Так как разработка урановой руды ведётся на одном горизонте с образованием штреков и очистных блоков, расположенных вблизи от основной откаточной выработки, то образование пыли в значительной мере локализовано. Отсутствие циркуляции воздуха от одного блока к другому не вызывает их взаимного загрязнения, а образование пыли в урановых рудниках не велико.

При эксплуатации подземных урановых рудников шахтные воды рудника постоянно откачиваются и направляются на гидрометаллургический завод в систему замкнутого технологического водооборота. Мощная вентиляция не позволяет концентрироваться радону в воздухе. Если после окончания рабочей смены вентиляция выключается, то атмосферные концентрации радона и его дочерних продуктов резко возрастают, и поэтому перед началом следующей смены необходимо снижать эти концентрации до предельно допустимых

Основная опасность для шахтёров урановых рудников исходит от вдыхания воздуха, содержащего радон, выделившийся из руды. В урановых рудах, кроме урана, содержатся все другие члены радиоактивного ряда, в котором он является материнским нуклидом. Наибольшую опасность для здоровья горняков представляют следующие элементы этого семейства: 222 Rn, 21t *Pb, 211 Bi и 21 «Ро. Содержание радона в атмосфере рудника определяется скоростью эманирования, скоростью вентиляции и периодом полураспада радона. Непосредственные дочерние продукты распада радона имеют малый период полураспада и быстро накапливаются в атмосфере, даже если радон поступает в шахту без дочерних продуктов.

Ввиду того, что относительная вредность дочерних продуктов радона больше, чем вредность самого радона, контроль за радиоактивным загрязнением воздуха в урановых рудниках может осуществляться по продуктам его распада. В качестве допустимого рабочего уровня содержания дочерних продуктов распада радона в рудничной атмосфере предлагается величина «скрытой энергии», равная 1,з*ю5 МэВ/л воздуха.

Популярным способом добычи урана являются открытые карьеры (некоторые из них глубиной до 500 м). Считается, что радиационная опасность таких карьеров для шахтёров значительно меньше, чем подземных шахт. Однако, для окружающей среды открытая добыча урана может представлять серьёзную опасность из-за пылеуноса. Изменения ландшафтов, нарушение растительного покрова, неблагоприятные воздействия на местную фауну - неизбежные последствия открытых разработок. Трудной задачей является засыпка карьера отработанной породой и рекультивация после окончания горнодобывающих работ.

Существуют правила и законы, определяющие меры по охране окружающей среды, оговаривают такие требования, как предварительные

оценки воздействия на окружающую среду; постепенное проведение программы восстановления, включая восстановление ландшафтов и лесных массивов, посадка эндогенной флоры, восстановление эндогенной дикой природы; а также проверки соответствия состояния окружающей среды существующим нормам.

Рис. 4. Добыча урана методом подземного выщелачивания.

Добыча растворением

(выщелачивание на месте залегания) включает в себя введение щёлочной или кислой жидкости (например, серной кислоты) через скважины в залежи урановой руды, и выкачивание обратно. Этот способ не требует удаления руды с места добычи, но может использоваться только там, где месторождения урана расположены в водоносном слое в водопроницаемой породе и не слишком глубоко (-200 м).

Преимущества этой технологии - уменьшенный риск несчастных случаев и облучения для персонала, низкая стоимость, не требуется много места для складирования отходов. Главные недостатки - риск отклонения выщелачивающих жидкостей от месторождения урана и последующего загрязнения грунтовой воды, и невозможность восстановления естественных условий в зоне выщелачивания после окончания операций. Возникшая загрязненная смесь или перемещается в водохранилища, или отправляется в глубокие ликвидационные колодцы.

Выщелачивание - извлечение одного или нескольких компонентов из руд, концентратов, отходов производства водным раствором, содержащим щелочь, кислоту или другой реагент, а также с использованием определенных видов бактерий; частный случай экстрагирования из твёрдой фазы. Обычно выщелачивание сопровождается химической реакцией, в результате которой извлекаемый компонент переходит из формы, не растворимой в воде, в растворимую.

Подземное выщелачивание - выщелачивание на месте залегания урановых руд. Оно включает впрыскивание серной кислоты в массу руды и исключает проблему хранения хвостов, но при неблагоприятных условиях может вызвать загрязнение подземных вод.

Выщелачивание основано на способности извлекаемого вещества растворяться лучше, чем остальные. Растворители - раствор аммиака, кислот, щелочей, хлоридов металлов или хлора, сульфатов и т.п. Выщелачивание может сопровождаться окислением извлекаемого материала с целью перевода труднорастворимых соединений в легкорастворимые (окислительное выщелачивание). В качестве окислителя применяют газы (воздух, кислород), жидкие и твёрдые неорганические вещества (HN0 3 , Мп0 2 , КМп0 4 и др.), бактерии (бактериальное выщелачивание).

Скважинное подземное выщелачивание применяется при отработке пластовых месторождений. Условиями его применимости являются высокая проницаемость и обводнённость рудовмещающей среды. При использовании этого способа месторождение разделяется на полигоны, последовательно разбуриваемые системами закачных и откачных скважин, причём на одну закачную приходится две-три или более откачных. Время выщелачивания урана из пород на каждом полигоне составляет 1^-3 года. В зависимости от состава используемых рабочих растворов выделяют кислотную схему выщелачивания урана (растворы серной кислоты) и карбонатную схему (растворы карбонатов-бикарбонатов натрия и аммония).

Подземное выщелачивание состоит в подаче выщелачивающего раствора под землю непосредственно в рудное тело или в слой специально подготовленной руды и выкачивании раствора, просочившегося через слой руды, на поверхность. Известны два основных варианта подземного выщелачивания - скважинный (бесшахтный) и шахтный (блочный). В подземных рудниках используются старые или специально созданные шахты, подготовленные подземные камеры с обрушенной рудой, а для сбора продукционного раствора - штольни или штреки.

Подземное выщелачивание, применяемое обычно при глубине залегания рудного тела не более боо м, позволяет вовлечь в горнорудную промышленность бедные урановые руды, резко сократить объёмы капитальных вложений и сроки строительства предприятий, повысить в несколько раз производительность труда, значительно уменьшить вредное воздействие на природу (не нарушать ландшафт, резко снизить количества твёрдых отходов и вредных веществ, выносимых на поверхность земли, сравнительно просто восстанавливать отработанные участки).

Подземное скважинное выщелачивание является способом разработки рудных месторождений без поднятия руды на поверхность путём избирательного перевода ионов природного урана в продуктивный раствор непосредственно в недрах. Данный метод осуществляется бурением скважин через урановорудные тела, подачей раствора в урановорудные тела, подъёма урансодержащих растворов на поверхность и извлечением из них урана на сорбционных ионообменных установках, добавлением кислоты в маточные растворы и закачкой их снова в недра. При скважинном выщелачивании не происходит изменения геологического состояния недр, так как не производится выемка горнорудной массы.

В процессе скважинного выщелачивания в подвижное состояние в недрах переходит и выводится на поверхность менее 5% радиоактивности, по сравнению со 100% при традиционных способах добычи урана. Отпадает необходимость строительства хвостохранилищ для хранения отходов с высоким уровнем радиации. Природная гидрогеохимическая среда на урановых месторождениях обычно способна к самовосстановлению от техногенного воздействия. За счёт постепенного восстановления естественных окислительно-восстановительных условий происходит медленный, но необратимый процесс рекультивации подземных вод рудовмещающих водоносных горизонтов. Существуют методы значительной интенсификации этого процесса, ускоряющий рекультивацию в десятки раз.

Тем не менее, метод скважинного выщелачивания является достаточно опасным с экологической точки зрения способом добычи. Выщелачивающий уран-содержащий раствор может вытечь из рудного тела зоны через разломы в горной породе или разрывы в гидроизолирующих слоях с последующим распространением по водоносному слою. Это может привести к загрязнению грунтовой воды на больших расстояниях от рудника. Помимо урановых выщелачивающие растворы растворяют и другие минералы, в результате чего подвижным становится не только уран, но и элементы: радий, мышьяк, ванадий, молибден, кадмий, никель, свинец и др., причём они концентрируются в тысячу раз. Минералы осаждаются из раствора в процессе подземного выщелачивания, образуя кальцит, гипс и другие минералы. Возникшие осадки могут уменьшить или даже полностью блокировать поток раствора через урансодержащие области, приводя к непредсказуемым результатам или преждевременному закрытию рудника.

Скважинное выщелачивание производит большие количества сточных вод и растворов, от которых нужно избавиться экологически приемлемым способом. К ним относятся промывные воды и жидкие отходы от урановой обогатительной фабрики. Эти жидкости смешивают и повторно закачивают в ту же самую грунтовую воду, что участвовала в добыче урана, или закачивают в глубокий водоносный слой далеко от других пользователей грунтовых вод. В этих жидких отходах находятся высокие концентрации радионуклидов и тяжёлых металлов, и область их распространения нуждается в восстановлении после закрытия рудника.

Кучное выщелачивание - процесс получения полезных компонентов растворением подготовленного (раздробленных бедных руд или хвостов обогатительной фабрики) и уложенного в специальный штабель минерального сырья, с последующим их выделением (осаждением) из циркулирующих растворов.

Кучное выщелачивание применяется для переработки руд, содержащих легкорастворимые полезные компоненты; такие руды должны быть относительно пористыми и недорогими. Иногда кучное выщелачивание используется для переработки отвалов, возникших в результате процессов предшествующей добычи. Для загрузки руды подготавливается слабо наклонная поверхность, непроницаемая для выщелачивающих растворов. Вдоль и поперек этой поверхности создаются водосборные углубления для дренажа. После загрузки руда заливается количеством выщелачивающего раствора, достаточным для того, чтобы пропитать всю её толщу. Раствор проникает между частицами руды и производит растворение полезных компонентов. Через некоторый период времени материал высушивают и извлекают корку, образованную растворившимися ценными составляющими, а обработанную рыхлую породу смывают в дренажную систему.

Выщелачивание путём просачивания используется при переработке руд, которые при дроблении измельчаются плохо и не содержат природного шлама или глины. Это довольно медленный процесс. Выщелачивание при просачивании осуществляется в баках, хорошо приспособленных для загру"зки и разгрузки. Дно бака должно быть эффективным фильтром, позволяющим производить через него закачку и откачку раствора. Баки загружаются раздробленной рудой определенной фракции крупности. Затем выщелачивающий раствор закачивается в бак и впитывается в руду. По истечении необходимого времени выдержки раствор с выщелоченными компонентами откачивается, а руда промывается для удаления остатков выщелачивающего раствора.

В процессе выщелачивания возможны выбросы пыли, радона и выщелачивающей жидкости. После завершения процесса выщелачивания, в особенности если руда содержит сульфид железа, то после её доступа к воде и воздуху может начаться непрерывное бактериальное производство кислоты в отвалах, что ведёт к самопроизвольному выщелачиванию урана в течение многих столетий с загрязнением грунтовых вод.

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.

Мировые запасы

На данный момент добыча урана осуществляется на территории большого числа месторождений. В земном слое на глубине двадцати километров находится внушительное число тонн урановой руды, способной снабжать человечество топливом на множество столетий вперед. Уран добывают в 28 странах мира. Но основные мировые запасы принадлежат 10 государствам, которые делят 90% рынка.

Австралия. В этой стране находится 19 больших месторождений. Запасы U в них составляют 661 000 т (доля занимает 31,18% от всех мировых залежей).

Казахстан. Имеет 16 крупных точек добычи U. Объем залежей составляет 629 000 т, что составляет 11,81% от общей доли запасов в мире.

Россия. Доля РФ в мировой урановой промышленности равна 9,15%. Запасы U составляют 487 000 т. По прогнозам, добыча U увеличится до 830 тыс. тонн.

Канада. Запасы руды находится на отметке 468 000 т, что занимает 8,80% мирового рынка. Добыча урана составляет 9 тыс. тонн в год.

Нигер. Залежи урана в стране составляют 421 000 т, это 7,9% от общей доли мировых запасов. В 4 месторождениях добывают 4,5 тыс. тонн U в год.

ЮАР. Запасы U в стране составляют 297 000 т; что занимает около 6% доли мировых запасов. В ЮАР за год урана добывается 540 тонн.

Бразилия. Показатель страны равен 276700 тонн урановой руды. Добыча U за год составляет 198 тонн в год.

Намибия. Запасы урана в стране составляют 261 000 т. В Намибии есть четыре крупных месторождения U.

США. Общие запасы U в США составляют 207 000 т.

Китай. Показатель страны составляет 166 000 т. За год в КНДР добывается около 1,5 тыс. тонн урановой руды.

Крупнейшие мировые месторождения Урана

№	Страна	Количество	Название месторождений	Объем добычи урана в год
1	Австралия	19	Олимпик Дам	3 тыс. тонн 1 тыс. тонн
2	Казахстан	16	Корсан Буденовское Западные Мынкудук Южный Инкай
3	Россия	7	Читинская обл.: Аргунское, Жерловое, Источное, Намарусское Кореткондинское, Количканское, Дыбрынское	27957 тыс. тонн 3485 тыс. тонн 17,7 тыс. тонн суммарно
4	Канада	18	МакАртур-Ривер Уотербери
5	Нигер	4	Имурарен, Мадауэла, Азелит, Арлит
6	ЮАР	5	Доминион, Вестерн-Ариез, Палабора, Рандфонтейн и Вааль-Ривер
7	Бразилия	3	Санта-Китерия, Посус-ди-Калдас, Лагоа-Реал

В России контроль над основными уранодобывающими активами осуществляет корпорация «Росатом». Она объединяет Международный горнорудный дивизион Uranium One и имеет портфель акций в США, Казахстане и Танзании.

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.

Помимо естественных изотопов, есть еще искусственные атомы U.

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:

• первичные;
• окисленные;
• смешанные.

Классификация по размерам зерен:

• дисперсные (<0,015 мм);
• тонкозернистые (0,015–0,1 мм);
• мелкозернистые (0,1–3 мм);
• среднезернистые (3 до 25 мм);
• крупнозернистые (> 25 мм).

• 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.

• 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.

Способы добычи урановой руды

Известно три основных способа добычи урана:

• открытый (или карьерный);
• шахтный (подземный);
• выщелачивающий.

Все эти способы зависят от многих факторов. Например, от глубины залежей породы, составу изотопов и т. д.

Применим в том случае, когда порода находится неглубоко и чтобы ее добыть, достаточно вооружиться спецтехникой:

• самосвалами;
• бульдозерами;
• погрузчиками.

Карьерный способ добычи урана используется уже довольно давно. Из плюсов данного метода – минимальный риск облучения горняков. Но существенным минусом открытого способа является невосполнимый экологический урон участку земли, который находится в разработке.

Шахтный способ добычи более затратный, с материальной точки зрения. Для извлечения урана бурят шахты, глубиной до двух километров, если добычу производить глубже этой отметки, топливо получится очень дорогое. В любом случае горнодобывающие компании обязаны снарядить шахтеров всем сопутствующим оборудованием, защитой от радиации. И Установить необходимые вентиляционные системы, способствующие выведению радона и снабжающие шахту свежим воздухом. На руднике металл извлекается из горного массива буровзрывным способом.

Выщелачивающий метод добычи урана считается оптимальным. В горной породе пробуриваются скважины, через которые закачивается раствор – выщелачивающий реагент, обладающий особым химическим составом. Он растворяется в недрах рудных залежей и насыщается соединениями ценного металла.

Выводы

Добыча урана при помощи подземного выщелачивания наносит ощутимо меньше вреда экологии, чем методы, изложенные выше. Со временем на разрабатываемом участке земли происходят процессы рекультивации. Применение данного метода сможет снизить экономические затраты. Но у него есть свои ограничения. Его не используют только в песчанике и ниже уровня грунтовых вод.

Видео: Добыча урана

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 (U 3 O 8), уранинит (UO 2), 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 92 U 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 (UCl 4) 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 238 U (99,27 %, период полураспада - 4 510 000 000 лет), 235 U (0,72 %, период полураспада - 713 000 000 лет) и 234 U (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 238 U является исходным элементом, а 234 U - один из продуктов. 235 U 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 UO 2 , тетрагалогенидах, таких как UCl 4 , и зеленом водном ионе U 4+) и +6 (как в оксиде UO 3 , гексафториде UF 6 и ионе уранила UO 2 2+). 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 U 3+ медленно окисляется в воде, которая не содержит кислорода. Цвет иона UO 2 + неизвестен, поскольку он претерпевает диспропорционирование (UO 2 + одновременно сводится к U 4+ и окисляется до UO 2 2+) даже в очень разбавленных растворах.

Ядерное топливо

При воздействии медленных нейтронов деление атома урана происходит в относительно редком изотопе 235 U. Это единственный природный расщепляющийся материал, и он должен быть отделен от изотопа 238 U. 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 235 U и одновременно с трансмутацией 238 U производится плутоний. Из широко распространенного в природе изотопа тория-232 может быть синтезирован делящийся 233 U 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 (UF 6) представляет собой твердое вещество с необычно высоким давлением паров (0,15 атм = 15 300 Па) при 25 °C. UF 6 химически очень реактивный, но, несмотря на его коррозионную природу в парообразном состоянии, UF 6 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(С 8 Н 8) 2 , в котором атом урана зажат между двумя слоями органических колец, связанными с циклооктатетраеном C 8 H 8 . 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/см 3), 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 238 U. Остальную часть составляют 235 U (0,72 %) и 234 U (0,006 %). Из этих естественных изотопов только 235 U непосредственно расщепляется нейтронным облучением. Однако при его поглощении 238 U образует 239 U, который в конечном итоге распадается на 239 Pu - делящийся материал, имеющий большое значение для атомной энергетики и ядерного оружия. Другой делящийся изотоп, 233 U, может образоваться нейтронным облучением 232 Th.

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 × 10 9 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 UO 2 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 U 4+ до 6-валентного уранила (UO 2 2+). Как правило, для окисления U 4+ 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 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 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 4- и 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 UO 3 . 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 UF 6 , используемого для отделения обогащенного урана-235 методом газовой диффузии, газового центрифугирования или жидкой термодиффузии.

Онлайн калькуляторы