Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

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)

Таблиця 6.2. Виробництво урану, т

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 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)

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

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

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

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.