Бог проявил щедрость,
когда подарил миру такого человека...

Светлане Плачковой посвящается

Издание посвящается жене, другу и соратнику, автору идеи, инициатору и организатору написания этих книг Светлане Григорьевне Плачковой, что явилось её последним вкладом в свою любимую отрасль – энергетику.

Енциклопедія

6.2.1. Видобування природного урану

Уран широко поширений в природі. Значні його кількості виявлені в багатьох гірських породах і в океанах. Середня концентрація урану в земній корі ~4·10-6 г/г породи. Середня концентрація урану в океанічних водах ~1,3·10-6 г/л. Відомо близько 200 мінералів, що містять уран у високих кількостях. Оцінка ресурсів урану визначається масштабом робіт і територією, охопленою геологічною розвідкою. Особливо при цьому виділяються запаси тих родовищ, котрі прийнятні для промислового використання. Запаси урану в надрах оцінюються щорічно МАГАТЕ й АЯЕ ОЕСР, публікуються дані про виробництво природного урану (табл. 6.1, 6.2), попит на нього, вартості переробки і отримання основної сировини – концентрату закису урану U3O8. Переважно ведуться розробки урану з вмістом в рудах U3O8 більше 0,1%.

Техніка розвідки уранових руд включає радіометричне аерофотознімання, аналіз води і грунту на наявність урану і радону, гамма-каротаж свердловин і кольорове аерофотознімання місцевості. Відкрите видобування уранових руд проводиться до глибини 100 м. Від розвідки родовищ до їх виводу на проектну потужність проходить в середньому близько 8 років. Середній вміст урану в промисловій руді складає ~0,22% U3O8. При такій малій концентрації для одержання 1 т урану потрібно добути і переробити ~1000 т рудної маси, заздалегідь вивільненої від порожньої породи, тобто після збагачення руди.

Найсучаснішою технологією видобутку урану з руди (до 90–95%) є гідрометалургійна, яка вимагає перетворення руди шляхом дроблення і помелу в рудну муку (порошкоподібний стан). Одержання уранових оксидів з дрібнорозмеленої руди пов'язане з витратою великих кількостей води і хімічних реагентів. Залежно від хімічного і мінералогічного складу руди для вилуження застосовуються кислотні або лужні реагенти – сірчана, азотна, фтористоводнева кислоти або карбонати лужних елементів. У разі використання кислотного розчину переважними є методи селективної екстракції або іонного обміну.

Таблиця 6.1. Найбільші сучасні й потенційні експортери урану (64% світових запасів і 86% виробництва)

Група

країн

Країна

Запаси і

ресурси, т

Виробництво

в 2004 р., т

Можливе

розширення виробництва до 2010 р., т

Приріст, т

I

Казахстан

Узбекистан

Україна

1126099

249941

>300000

3719

2087

1000

14900

3100

2000

11181

1013

1200

II

Намібія

ПАР Бразилія

310845

450896

578700

3039

747

300

6000

3000

2000

 

2253

1700

III

Канада

Австралія

Нігер

593800

1143000

250052

11597

8982

3245

16425

19000

3800

4828

10018

555

Всього

 

35709

Таблиця 6.2. Виробництво урану, т

Країна

До 2003 р.

2003 р.

2004 р.

2005 р.

Канада

364652

10455

11597

11800

Австралія

105731

7573

8982

8980

Казахстан

95082

3327

3719

4175

Росія

119963

3073

3280

3275

Нігер

87859

3156

3245

3400

Намібія

76699

2037

3039

3500

Узбекистан

99562

1603

2087

2300

Україна

70000

1000

1000

1000

США

355713

769

878

835

ПАР

152547

763

747

848

Китай

8865

790

730

730

Чехія

108197

452

412

320

Бразилія

1369

230

300

340

Індія

7733

230

230

230

Інші

332606

194

127

127

Всього

2034731

35601

40373

41360

Мал. 6.4. Схема основних стадій переробки уранової руди:  1 – подрібнення і розмелювання; 2 – вилуження; 3 – селективне виділення урану з розчинів і пульп; 4, 7 – селективна екстракція; 5 – десорбція; 6 – промивання водою;  8 – осадження, висушування і пакуванняМал. 6.4. Схема основних стадій переробки уранової руди: 1 – подрібнення і розмелювання; 2 – вилуження; 3 – селективне виділення урану з розчинів і пульп; 4, 7 – селективна екстракція; 5 – десорбція; 6 – промивання водою; 8 – осадження, висушування і пакування

На мал. 6.4 наведена схема основних етапів переробки уранової руди, що надходить з копалень. Руда розмелюється до стану дрібного піску. При мокрому подрібненні отримувана суспензія подається до контура вилуження, куди додається кислота. Для багатьох руд необхідно додавати окиснювач, щоб перевести уран у шестивалентний стан, сполуки якого мають високу розчинність. Після вилуження проводять розділення рідкої й твердої фаз. Уран видобувають з розчину методом селективної екстракції або іонного обміну. Уран осаджують, зневоднюють і висушують, пакують та відправляють на металургійний завод для отримання чистого урану або його сполук (мал. 6.5).

Концентрати природного урану піддаються тонкому очищенню від домішок. Для цього уранові концентрати розчиняють в азотній кислоті. При цьому закис-оксид урану перетворюється на уранілнітрат.

Екстракція урану проводиться в розчині трибутилфосфату в гасі. Тонке очищення дозволяє знизити вміст елементів, що мають великий перетин захвату нейтронів, таких як бор, кадмій і рідкісноземельні елементи, до мільйонних часток відсотка. При цьому зменшується і вміст інших елементів. У результаті тонкого очищення отримують один з оксидів урану – UO2, UO3 або U3O8. Це ще не ядерне паливо, а уранова паливна сировина. Оксиди урану перетворюють на газоподібний гексафторид UF6, що використовується у виробництві збагаченого урану.

У таблиці 6.3 наведено складові вартості 1 т уранової руди і 1 кг U3O8. Видно, що витрати на розвідку, переміщення руди й пустої породи складають 70–75%. Тому найважливішим напрямом технічного прогресу в урановидобувній промисловості є максимальне здешевлення процесів видобування уранової руди.

Уранодобувна й уранопереробна промисловість є найбільшою галуззю світової індустрії. Її технічний і економічний прогрес, безперервне вдосконалення технології і організації виробництва є гарантією широкого розвитку атомної енергетики і збільшення її ролі в енергозабезпеченні людства.

Мал. 6.5. Технологічна схема гідрометалургійного заводу фірми «Конвіста юреніум» (США) (мовою оригіналу)Мал. 6.5. Технологічна схема гідрометалургійного заводу фірми «Конвіста юреніум» (США) (мовою оригіналу)

 

Таблиця 6.3.Типові експлуатаційні й капітальні витрати і питома вартість виробництва 1 т уранової руди і 1 кг U3O8 у США

 

 

Вид витрат

Експлуатаційні

витрати, дол./т руди

Капітальні

витрати, дол./т руди

Експлуатаційні

витрати, дол./кг

U3O8

Капітальні

витрати, дол./кг U3O8

1973 р.

1975 р.

1973 р.

1975 р.

1973 р.

1975 р.

1973 р.

1975 р.

Розвідка й гірничо-

підготовчі роботи

 

-

 

-

 

2,29

 

4,52

 

-

 

-

 

1,80

 

3,50

Видобування руди :

відкритим способом підземним способом

 

1,85

8,15

 

3,77

22,27

 

5,19

6,09

 

8,08

9,23

 

1,30

6,30

 

3,40

18,10

 

4,10

4,80

 

6,35

7,26

Транспортування руди

0,75

0,94

-

-

0,60

0,75

-

-

Податок на розробку

надр:

при відкритому видобуванні

при підземному видобуванні

 

 

0,94

 

1,34

 

 

1,67

 

2,37

 

 

-

 

-

 

 

-

 

-

 

 

0,70

 

1,00

 

 

1,30

 

1,86

 

 

-

 

-

 

 

-

 

-

Гідрометалургійне

перероблення: при відкритому видобуванні

при підземному видобуванні

 

 

7,94

 

14,64

 

 

14,16

 

33,36

 

 

9,13

 

10,03

 

 

15,28

 

16,43

 

 

6,10

 

11,40

 

 

11,0

 

26,2

 

 

7,20

 

~7,9

 

 

~12,0

 

~13,0

Таблиця 6.4. Основні техніко економічні показники деяких великих гідрометалургійних уранових заводів (мовою оригіналу)

 

 

Наименование завода, месторасположение, год пуска

 

Мощность, т руды/сут т U3O8/год

 

Капиталовложения,

106 дол. U3O8

дол./т

 

(по курсу 1970 г.)

 

 

Извле- чение,

%

Себе-

стоимо- сть*, дол./кг U3O8

(по курсу

1970 г.)

США

Блуотер, шт. Нью-Мексико,

фирма «Анаконда», 1953 г.

3000–3000

2700–3000

19,4

7300

 

97

 

9

Грантс, шт. Нью-Мексико, фирма

«Керр-МакГи», рудник и завод,

1958 г.

 

7000     (c 1969 г.)

4200

38,5

9150

 

97

 

9

Бассейн р. Паудер, шт. Вайоминг,

фирма «Хамбл Ойл», рудник и завод, 1972 г.

2000

1200

20,0

16000

 

90

 

9

Маоб, шт. Юта, фирма «Атлас»,

завод, 1956 г.

1700

1400

11,2

9200

 

96

 

10

Канада

Район оз. Биверлодж, пров.

Саскачеван, фирма «Эльдорадо ньюклеар», 1953 г.

 

1850 (c 1974 г.)

1290

 

16 (ориент.)

12400

 

95,5

 

11

Район оз. Эллиот, пров. Онтарио,

фирма «Денисон майнз», рудник и завод, 1957 г.

 

6000

         

2500

27 (ориент.)

10800

 

95,5

 

9

Намибия

Россинг, фирма «Россинг

юрениум», 1976 г.

40000

4500

 

348

 

 

Франция

Бессине, деп. Лимузен, фирма

«Симо» КАЭ, 1958 г.

2000

1200

11,0

9150

 

95

 

10

Таблиця 6.5. Виробничі потужності гідрометалургійних заводів, т U3O8 /рік

Країна

Фактична

потужність

(1978 р.)

Потужності при високому попиті на уран

1980–1985 рр.

1985–1990 рр.

1990–2000 рр.

США

21000

27000

36000

44000

Канада

6500

8000

12500

11250

Австралія

900

900

11800

23000

ПАР

3500

4000

6500

8000

Намібія

6000

6000

6000

6000

Нігер

2400

4100

6000

6000

Габон

1200

1200

1200

1200

Франція

2850

2850

3700

4000

Інші країни (без

соціалістичних)

2250

6350

8100

9600

Всього

46600

60400

91800

114050

У таблицях 6.4 і 6.5 наведені техніко-економічні показники найбільших гідрометалургійних заводів на момент їх запуску в експлуатацію та їх виробничі потужності в різних країнах.