Уран добыча для чего

Урановая руда: свойства, применение, добыча

В последние несколько все большей актуальности набирает тема ядерной энергетики.

Для производства атомной энергии принято использовать такой материал, как уран. Он представляет собой химический элемент, относящийся к семейству актинидов.

Химическая активность этого элемента обуславливает тот факт, что он не содержится в свободном виде. Для его производства используются минеральные образования под названием урановые руды. В них концентрируется такое количество топлива, которое позволяет считать добычу этого химического элемента экономически рациональной и выгодной. На данный момент в недрах нашей планеты содержание этого металла превышает запасы золота в 1000 раз (см. Всё о добыче золота. Где и как добывается золото?). В целом залежи данного химического элемента в грунте, водной среде и горной породе оцениваются в более чем 5 миллионов тонн.

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.

Урановая руда

Урановая руда: характеристики и классификации

Урановые руды в России принято классифицировать по различным признакам. Чаще всего они различаются условиями образования. Так, существуют эндогенные, экзогенные и метаморфогенные руды. В первом случае они представляют собой минеральные образования, сформировавшиеся под воздействием высоких температур, влажности и пегматитовых расплавов. Экзогенные урановые минеральные образования возникают в поверхностных условиях. Они могут формироваться непосредственно на поверхности земли. Это происходит из-за циркуляции подземных вод и накопления осадков. Метаморфогенные минеральные образования появляются, как результат перераспределения первично разнесенного урана.

В соответствии с уровнем содержания урана, эти природные образования могут быть:

Современное применение урана

Сегодня уран чаще всего используется в качестве топлива для ракетных двигателей и ядерных реакторов. Учитывая свойства этого материала, он также предназначен для повышения мощности ядерного орудия. Этот химический элемент также нашел свое применение в живописи. Его активно применяют в качестве желтого, зеленого, бурого и черного пигментов. Уран также используется для производства сердечников для бронебойных снарядов.

Добыча урановой руды в России: что для этого необходимо?

Добыча радиоактивных руд осуществляется тремя основными технологиями. Если залежи руды сконцентрированы максимально близко к поверхности земли, то для их добычи принято использовать открытую технологию. Она предусматривает использование бульдозеров и экскаваторов, которые роют ямы большого размера и грузят полученные полезные ископаемые в самосвалы. Далее она отправляется в перерабатывающий комплекс.

При глубоком залегании этого минерального образования принято использовать подземную технологию добычи, предусматривающую создание шахты глубиной до 2-х километров. Третья технология существенно отличается от предыдущих. Подземное выщелачивание для разработки месторождений урана предполагает бурение скважин, через которые в залежи закачивается серная кислота. Далее осуществляется бурение еще одной скважины, которая необходима для выкачивания полученного раствора на поверхность земли. Затем он проходит процесс сорбции, позволяющий собрать соли этого металла на специальной смоле. Последний этап технологии СПВ – циклическая обработка смолы серной кислотой. Благодаря такой технологии концентрация этого металла становится максимальной.

Месторождения урановых руд в России

Россия считается одним из мировых лидеров по добыче урановых руд. На протяжении последних нескольких десятков лет Россия стабильно входит в топ-7 стран-лидеров по этому показателю.

Наиболее крупными месторождениями этих природных минеральных образований являются:

Крупнейшие месторождения по добыче урана в мире – страны лидеры

Мировым лидером по добыче урана считается Австралия. В этом государстве сконцентрировано более 30% всех мировых запасов. Наиболее крупными австралийскими месторождениями являются Олимпик Дам, Биверли, Рейнджер и Хонемун.

Главным конкурентом Австралии считается Казахстан, на территории которого содержится практически 12% мировых запасов топлива. На территории Канады и ЮАР сконцентрировано по 11% мировых запасов урана, в Намибия – 8%, Бразилии – 7%. Россия замыкает семерку лидеров с 5%. В список лидеров также входят такие страны, как Намибия, Украина и Китай.

Крупнейшими мировыми урановыми месторождениями являются:

Запасы и объемы добычи урановой руды в России

Разведанные запасы урана в нашей стране оцениваются в более чем 400 тысяч тонн. При этом показатель прогнозируемых ресурсов составляет более 830 тысяч тонн. По состоянию на 2017 год в России действует 16 урановых месторождений. Причем 15 из них сосредоточены в Забайкалье. Главным месторождением урановой руды считается Стрельцовское рудное поле. В большинстве отечественных месторождениях добыча осуществляется шахтным способом.

Источник

Уран: свойства, способы добычи и обогащения, применение

Уран – тяжёлый слаборадиоактивный металл серо-стального цвета с серебристо-белым глянцем. Современное использование данного химического элемента связано напрямую с атомной энергетикой. Также он является сырьём для получения другого важного в ядерной энергетике элемента – плутония.

Процесс открытия минерала и дальнейшее исследование его уникальных в физическом отношении свойств, напрямую связано с именами множества исследователей и учёных того времени. Среди которых можно выделить:

Естественно, что свой вклад в исследование этого основополагающего элемента ядерной физики и атомной энергетики, внесло множество учёных. Именно благодаря им были открыты следующие физико-химические свойства этого элемента:

Способы добычи

Уран распространён в природе. По этому показателю он занимает 38 место среди других химических элементов. Больше всего этот радиоактивный металл сосредоточен в осадочных породах: углистых сланцах и фосфоритах. Наиболее важными для добычи минералами (всего их, имеющих промышленное значение, насчитывается 15 видов) являются:

Метод извлечения урана на поверхность зависит от глубины залегания руд, породы месторасположения, состава изотопов и ряда иных признаков.

Открытый

Один из самых распространённых способов добычи полезных ископаемых при условии размещения их недалеко от наружного слоя земного грунта.

Именно его и приходится удалять, прибегая к вскрышным буровзрывным работам и перевозке пустой породы в отвалы. Для чего используется тяжёлая техника: бульдозеры, экскаваторы, погрузчики самосвалы. В дальнейшем с использованием того же оборудования разрабатывается ураносодержащее сырьё, затем отправляемое на переработку.

Строительство карьеров – дело достаточно дорогостоящее и объёмное по своим масштабам и привлекаемым ресурсам. Кроме того, оно связано с нанесением невосполнимого экологического ущерба месту разработки и окружающей местности.

Подземный

Способ ещё более затратный по сравнению с открытым методом, так как приходится проникать внутрь недр, чтобы достичь места залегания рудного тела. Другим неблагоприятным фактором является экономическое ограничение на строительство шахт, глубиной более 2 км, что нецелесообразно в связи со значительным удорожанием стоимости добытого минерального ресурса.

Однако, несмотря на эти обстоятельства и высокий уровень опасности для работающего персонала, именно этот способ позволяет добывать наиболее качественное сырьё. Технологический цикл подземной добычи включает в себя:

Скважинное подземное выщелачивание

В связи с множеством возникающих сложностей организационного и экономического порядка, всё чаще горнодобывающие предприятия начинают прибегать к методу скважинного подземного выщелачивания (СПВ).

Проведя геологические исследования, определяется контур месторождения, по периметру которого на необходимую глубину бурятся скважины. В них закачивается серная кислота – выщелачивающий реагент. Полученный раствор выкачивают уже через откачные скважины, пробуренные внутри контура.

Извлекаемую пульпу прогоняют через специальные сорбционные колонны, где урановые соли остаются на смоляных поверхностях. В дальнейшем эту смесь подвергают многократной очистке до получения сначала необходимой концентрации раствора, а затем – и до формирования закиси-окиси урана.

Обогащение урана

Добытая урановая руда содержит в своём составе 0,72% изотопов урана-235 ( 235 U). Остальную часть составляют:

Причины

Самостоятельно поддерживать ядерную реакцию способен только нуклид 235 U. Мало того, чтобы цепная реакция происходила стабильно – не важно: в ядерном реакторе или в атомном оружии – необходимо достичь его определённой концентрации, тем самым обеспечив высокую вероятность встречи нейтронов с атомами.

Именно для этого и проводится обогащение, то есть увеличение доли урана-235 в минерале. Однако, требуемый уровень концентрации этого изотопа в каждой из областей применения – свой.

Степени

Практическое применение имеют три степени обогащения урана, имеющие соответствующие процентному содержанию названия:

Технологии

В основе значительного количества технологий обогащения лежат стандартные физические процессы обретения различного ускорения телами, обладающими разной массой. Именно на этом принципе основано абсолютное большинство апробированных обогатительных методов.

Существует также целый ряд лазерных технологий, пока что не получивших широкой промышленной эксплуатации.

Применение

Ядерное топливо

Основным направлением использования всех видов изотопов металлического урана является атомная энергетика. Именно в ядерных реакторах происходит регулируемая цепная реакция, позволяющая вырабатывать гигантские электрические мощности. Причём применение находит как низкообогащённый, так и высокообогащённый уран (в реакторах на быстрых нейтронах).

Геология

Геохронологическое использование урана (уран-свинцовый метод радиоизотопного датирования) даёт возможность определять возраст геологических пород и минералов. Это открывает широкие перспективы для исследования протекания геологических процессов в недрах нашей планеты.

Другие сферы

Также, некоторые соединения урана входят в состав красителей. Они (соединения) в своё время использовались в фотографии для улучшения световых показателей негативов и позитивов.

Месторождения в России и мире

Список крупнейших мировых ураносодержащих месторождений по странам мира:

Мировые запасы

Планетарные запасы урана оцениваются по-разному. Согласно данным Всемирной ядерной ассоциации в 2017 году они составляли 6,1426 млн. тонн.

В других источниках указывается цифра в 5,5 млн. тонн. Хотя, при этом оговаривается, что разведанные запасы составляют 3,3 млн. тонн, а 2,2 – предполагаемые. Ещё не обнаруженные залежи оцениваются в 10,2 млн. тонн. В процентном соотношении урановые запасы размещены следующим образом по странам и континентам:

Страны, добывающие уран

Топ мировых стран-добытчиков (всего их насчитывается 14) ядерного топлива в 2018 году:

Источник

Как добывают уран: бизнес с риском для жизни

Уран, как химический элемент, относиться к классу металлов и обладает серебристо-белым цветом с ярко выраженным блеском. Залежи его месторождений доступны практически на всех континентах, однако страны добывающие уран знают, что в чистом виде он практически не встречается, из-за своей химической активности.

Долгое время никто и не подозревал о радиоактивных свойствах этого металла, хотя в 1857 году французский изобретатель Абель Ньепс и обнаружил некое излучение во время экспериментов в фотолаборатории. И лишь в 1938 году ученые наконец поняли, что при делении ядра изотопа урана выделяется внушительное количество энергии — это обстоятельство стало началом эры атомной энергетики. Государства на разных континентах и разных идеологических режимов моментально задумались – какой уран добывают их рабочие, и как можно использовать его мощь.

Как добывают уран

Нужно понимать что места, где добывают уран, несмотря на свою распространённость в мире, довольно проблематично найти и реализовать в полной мере. Виной всему радиоактивность данного металла.

Конечно из-за того, что этот химический элемент «фонит», компании добывающие уран могут обнаружить его залежи благодаря аэрогаммасъёмке, улавливающей радиацию. Но из-за угрозы заражения, особенностей местонахождения, анализов после разведки и оценок запаса – добыча и последующая переработка будет отличаться.

На сегодня уран добывают как правило тремя способами:

Если руда залегает неглубоко, то, компании добывающие уран, начинают разрабатывать карьеры. Однако, часто радиоактивные породы находятся под землёй и тогда приходиться рыть шахты. В большинстве случаев именно посредством шахт добывают уран в России, так как наиболее выгодного с экономической точки зрения способа найти трудно. Правда всё это оправданно лишь если глубина не превысит 2000 метров, а сама руда будет достаточно высокого качества.

Поэтому в России уран добывают как подземными горными выработками, так и методом СПВ. Карьерные работы в нашей стране, практически не используют. Порода, которую разрабатывают посредством шахт, проходит следующие стадии:

В случае же скважинного подземного выщелачивания отвалы не образуются, а в земле отсутствуют пустоты после выработки. К плюсам этой технологии следует отнести безопасность для работников завода ввиду отсутствия радиоактивной пыли при обработке урана. Таким образом, за методом СПВ, который не наносит вред экологии и экономически выгоден будущее. Но стоит помнить, что в большинстве стран мира, и в России тоже, добывать уран таким способом можно если руда залегает ниже уровня грунтовых вод, а между ними находится водонепроницаемая глина. Именно поэтому в нашей стране лишь 7% подобных разработок месторождений.

Наглядно понять как добывают уран и как происходит его переработка для производственных целей, показывает Телеканал Discovery:

Видео того как добывают уран не просто объясняет устройство этого непростого ремесла, но показывает насколько сложен и интересен данный процесс.

Как применяют уран

Помимо того как добывают уран, нужно рассказать и о его использовании в промышленности и энергетики. Ввиду своей химической активности, уран достаточно гибкий и весьма ковкий металл, обладающий свойством намагничиваться. Однако в первую очередь, человечество использует его в атомной энергетике.

Следует понимать, что в природе смотреть как добывают уран U235 не приходится. Всё дело в том, что изотопа с таким массовым числом в природе менее 1%. Поэтому для нужд энергетики и армии, полученный уран обогащают или обедняют.

Изотоп урана U235 устроен таким образом, что однажды запущенная реакция ядерного распада будет протекать самопроизвольно, без дополнительного влияния извне. Поэтому уран добывают в основном как основу для извлечения из руды подобных изотопов. Благодаря такой реакции он крайне эффективен как источник энергии для ядерного реактора.

Впрочем, уран и плутоний используются не только в военных целях. Изотопы этих металлов нашли свое применение в медицине — препараты на их основе представляют собой удобные маркеры, которые просто отследить внутри организма по следам слабого, безопасного для пациента излучения. Кроме того, уран позволяет геологам отслеживать возраст минералов и горных пород. Так как добывают уран достаточно давно,мы точно знаем время периода его полураспада. Так что, оценивая разницу между его концентрацией на сегодняшний день и постоянной распада, можно вычислить возраст того или иного геологического объекта.

Источник

Насколько безопасно и зачем добывать уран: мифы и правда

Богдан Петришин

Каково жить рядом с местом добычи урана? В чем выигрыш от этой руды? От каких пещерных представлений нужно избавиться? Вместе с профессором, горным инженером-технологом опровергли пять самых распространенных мифов об уране.

Всего, что хотя бы каким-то образом связано с радиацией, у нас принято бояться. Что неудивительно — после Чернобыльской трагедии такие страхи вполне можно понять. Однако, это вовсе не значит, что каждый такой страх обоснован. Часто страхи порождает незнание, которое превращает их чуть ли не в суеверия. Вот и об уране ходит множество мифов, корнями уходящих в седую старину (большинство, очевидно, тянется из Советского Союза): многим он кажется чем-то ужасным и радиоактивным. Но эти мифы не так уж и сложно развеять — стоит лишь копнуть чуть глубже. Давайте разбираться вместе.

Немного истории

Природная окись урана известна человечеству с древности. Ее использовали, например, в качестве краски для стекла и керамики — так посуда и украшения становились водостойкими. Кстати, и сегодня есть места, где производится урановое стекло — например, в Чехии. Не стоит бояться загадочного свечения изделий из этого стекла — это всего лишь последствие того, что группировки уранила способны поглощать ультрафиолет, а после этого сами испускают свет — уже в видимом диапазоне. Ничего радиоактивного!

Впервые нашел уран немецкий ученый Мартин Генрих Клапрот в конце 18 века, его посчитали обычным металлом. Однако уже в 1840 году обнаружилось, что открытие Клапрота — это вовсе не металл, а оксид — оксид урана. В 1841 году Эжен Мелькиор Пелиго выделил уран в чистом виде.

Еще через 55 лет французский физик Антуан Анри Беккерель благодаря урану открыл лучи, которые позже и назвали радиоактивными. Именно открытие Беккереля определило дальнейшую судьбу урана и то, какое применение ему нашло человечество.

С того времени уран оброс множеством мифов и предрассудков. Мы поговорили с Владимиром Бондаренко — профессором, заведующим кафедрой горной инженерии и образования Национального технического университета «Днепровская политехника» (г. Днепр) и попросили его подтвердить или опровергнуть самые часто встречающиеся мифы об уране. » Заблуждений об уране существует много «, — рассказал нам профессор Бондаренко. — » Часто они необоснованы и ненаучны. В основном страхи эти происходят от незнания «.

Вот что из этого получилось:

Миф 1. Добыча урана — это катастрофа для экологии

» Это неправда. Все зависит от используемого метода добычи. Если использовать старые методы открытых горных работ, то вредные факторы есть – образуется очень много пыли. Но так в мире сейчас никто не работает (возможно, только Россия). Сейчас уран добывают современным методом подземного выщелачивания. И цель этой технологии – минимизировать какое-либо влияние на окружающую среду.

Все процессы происходят под землей, как правило — между двумя водоизоляционными горизонтами (или слоями пород). По той геологии, что есть в Украине, это глины — а они являются водоупорами, не пропускают воду. Потом идет та структура, которая называется песок, и в песке находится уран в своих проявлениях. Ниже опять идут водоупоры. Поэтому все происходит между этими двумя изолированными гидроизоляционными слоями. Таким образом в процессе добычи ничего не попадает на поверхность и вглубь . В том числе, в те воды, которые являются питьевыми или снабжающими поверхность для растений и так далее «.

Для справки. Существует три способа добычи урановой руды:

Однако это пока еще не уран, а его оксид. Получение чистого урана — сложная цепочка химических реакций и превращений. Да и мало просто выделить чистый металл. Сам по себе уран не несет такой ценности, и чтобы его применять на АЭС, его нужно обогатить. Все это уже происходит позже — не на руднике.

Миф 2. На месте добычи урана остается мертвая земля

» Это тоже неправда. Даже во время проведения работ на поверхности безопасно. Например, в Казахстане (я связан с Казахстаном тем, что там учится мой аспирант, как раз изучающий метод подземного выщелачивания), очень много таких объектов, месторождений. И вот пока они на глубине 50-70 метров производят выщелачивание, на поверхности стоит лес. И зона отдыха «.

Для справки. Действительно, сегодня воздействие процесса добычи урана на окружающую среду — минимально. После добычи задействованную территорию рекультивируют (конечно, если есть такая потребность — в случае с лесом, который стоит на поверхности и во время добычи, она и вовсе отпадает). Наиболее эффективно рекультивация проходит при методе подземного выщелачивания — тогда окружающая среда терпит меньше всего урона и восстановить ее не составляет труда.

Миф 3. Рядом с местом добычи урана опасно жить

» Это неправда и исключено, потому что все процессы происходят под землей. Конечно, многое зависит от качества работ: чтобы не было нарушения скважин, чтобы они «по дороге» под землей не проникли в водоносный горизонт. Но вероятность этого минимальная «.

Для справки. Уран, как мы знаем, — это радиоактивный элемент. Но насколько сильна его радиоактивность? Можем расслабиться — излучение от урана идет слабое. Объяснение кроется в том, что природный уран содержит три изотопа: 234, 235 и 238, и более 99 процентов урана в природе содержится в виде изотопа уран-238, который практически не опасен для человека. Он считается долгоживущим: его период полураспада составляет 4,5 млрд лет.

Учитывая этот немалый срок, можно сказать, что излучает он слабо — его альфа-частицы не проходят через кожу человека. Интересно, что академик Курчатов, работавший в советское время с ураном, после контакта с металлом просто протирал руки платком. Лучевой болезнью он не страдал — такой контакт вполне безобиден. Более того, когда-то соединения урана можно было даже просто купить в аптеке — как уранат натрия. Сам по себе уран имеет крайне слабую радиоактивность.

Миф 4. Работа на урановой добыче — путь к смерти

» Нет, это не отвечает действительности, потому что то, что мы извлекаем, находится ближе к фоновому режиму. Это то, что мы в повседневной жизни испытываем, когда сидим на граните, например. Гранит фонит — то есть имеет естественный фон. В случае с добычей урана — тоже не более того. Добыча ведь как происходит: мы достаем эти крупицы, а потом, когда мы их уже доставляем на соответствующие заводы, вот там повышается концентрация. Именно химические заводы, на которых и происходит повышение концентрации, требуют определенного режима. А здесь ничего подобного нет. Мы растворили, отправили и все.

Тот уран, что мы извлекаем из-под земли — это уран в рассеянном виде. Там его граммы на тонну породы. При таких концентрациях его можно в руках держать — и ничего не произойдет «.

Чтобы использовать уран на АЭС — его надо обогатить, то есть повысить концентрацию урана-235 от природной до той, которая нужна для работы ядерного реактора. А уран-238 — это просто тяжелый металл серого цвета. Подойдет для того, чтобы сделать брелок для ключей. Абсолютно безопасный.

Миф 5. Украине не нужно добывать свой уран, АЭС и так нормально работают

» Мы ведь говорим о том, что хотим быть экономически и энергетически независимой страной. Если от газа мы зависим, от угля тоже практически зависим, а к тому же есть большие проблемы с использованием угля в мире — со временем мы от этого уйдем, потому что это не экологично, приводит к климатическому кризису из-за запредельного продуцирования СО2 в результате сжигания органических продуктов (как уголь, нефть, газ и так далее). А потом — середина осени, а на улице плюс 26 градусов, хотя раньше в это время уже заморозки были.

С атомом нужно жить. Это цивилизация, шаг в прогресс. И даже при альтернативных источниках энергии — как солнечная энергия или ветряная энергия, все равно понадобятся стабильные источники энергии — а среди стабильных наиболее экологичной является именно атомная энергия.

К тому же, атомная энергетика составляет более 50 процентов сейчас в Украине.

В этой сфере мы пока зависимы от России, так как закупаем уран у государства, воюющего с нами. А сейчас, разрабатывая свой уран, хотим выйти на замкнутый цикл внутри Украины. Это супер. Мы сами себя можем обеспечить топливом, и, тем самым, обеспечить энергетическую безопасность «.

Источник