Urano kasyba Rusijoje. Urano elementas

Kai buvo atrasti periodinės lentelės radioaktyvieji elementai, žmogus galiausiai sugalvojo juos panaudoti. Tai atsitiko su uranu. Jis buvo naudojamas tiek kariniams, tiek taikiems tikslams. Urano rūda buvo apdorojama, gautas elementas panaudotas dažų ir lako bei stiklo pramonėje. Po to, kai buvo atrastas jo radioaktyvumas, jis buvo pradėtas naudoti kaip šis kuras yra švarus ir nekenksmingas aplinkai? Dėl to vis dar diskutuojama.

Gamtinis uranas

Uranas gryno pavidalo gamtoje neegzistuoja – jis yra rūdų ir mineralų komponentas. Pagrindinės urano rūdos yra karnotitas ir pikio mišinys. Taip pat reikšmingi šio strateginio mineralo telkiniai aptikti retųjų žemių ir durpių mineraluose – ortite, titanite, cirkonyje, monazite, ksenotime. Urano nuosėdų galima rasti uolienose, kuriose yra rūgštinė aplinka ir didelė silicio koncentracija. Jo palydovai yra kalcitas, galena, molibdenitas ir kt.

Pasaulio indėliai ir atsargos

Iki šiol 20 kilometrų žemės paviršiaus sluoksnyje ištirta daug telkinių. Visuose juose yra daug tonų urano. Toks kiekis gali aprūpinti žmoniją energijos daugeliui šimtų metų. Pirmaujančios šalys, kuriose yra urano rūda didžiausias tūris, yra Australija, Kazachstanas, Rusija, Kanada, Pietų Afrika, Ukraina, Uzbekistanas, JAV, Brazilija, Namibija.

Urano rūšys

Radioaktyvumas lemia cheminio elemento savybes. Gamtinį uraną sudaro trys izotopai. Du iš jų yra radioaktyviosios serijos įkūrėjai. Natūralūs urano izotopai naudojami branduolinėms reakcijoms ir ginklams gaminti. Uranas-238 taip pat naudojamas kaip žaliava plutoniui-239 gaminti.

Urano izotopai U234 yra dukteriniai U238 nuklidai. Jie pripažinti aktyviausiais ir suteikia stiprią spinduliuotę. U235 izotopas yra 21 kartą silpnesnis, nors sėkmingai naudojamas aukščiau išvardytiems tikslams – turi galimybę palaikyti be papildomų katalizatorių.

Be natūralių, yra ir dirbtinių urano izotopų. Šiandien žinomi 23 iš jų, svarbiausias iš jų – U233. Jis išsiskiria gebėjimu aktyvuotis veikiant lėtiems neutronams, o likusiems reikalingos greitos dalelės.

Rūdos klasifikacija

Nors urano galima rasti beveik visur – net gyvuose organizmuose – sluoksnių, kuriuose jis randamas, tipas gali būti įvairus. Ištraukimo būdai taip pat priklauso nuo to. Urano rūda klasifikuojama pagal šiuos parametrus:

1. Formavimosi sąlygos – endogeninės, egzogeninės ir metamorfogeninės rūdos.
2. Urano mineralizacijos pobūdis yra pirminės, oksiduotos ir mišrios urano rūdos.
3. Mineralų užpildas ir grūdelių dydis – stambiagrūdė, vidutinio grūdėtumo, smulkiagrūdė, smulkiagrūdė ir išsklaidytos rūdos frakcijos.
4. Priemaišų naudingumas – molibdenas, vanadis ir kt.
5. Priemaišų sudėtis yra karbonatas, silikatas, sulfidas, geležies oksidas, kaustobiolitas.

Priklausomai nuo to, kaip klasifikuojama urano rūda, yra cheminio elemento ištraukimo iš jos metodas. Silikatas apdorojamas įvairiomis rūgštimis, karbonato – sodos tirpalais, kaustobiolitas sodrinamas deginant, o geležies oksidas lydomas aukštakrosnėje.

Kaip kasama urano rūda?

Kaip ir bet kuriame kasybos versle, uranui iš uolienų išgauti yra tam tikra technologija ir metodai. Viskas priklauso ir nuo to, koks izotopas yra litosferos sluoksnyje. Urano rūda kasama trimis būdais. Ekonomiškai tikslinga elementą izoliuoti nuo uolienų, kai jo kiekis yra 0,05–0,5%. Yra kasyklų, karjerų ir išplovimo gavybos būdai. Kiekvieno iš jų naudojimas priklauso nuo izotopų sudėties ir uolienų gylio. Sekliuose telkiniuose galima kasti urano rūdą karjeruose. Radiacijos poveikio rizika yra minimali. Su įranga problemų nekyla – plačiai naudojami buldozeriai, krautuvai, savivarčiai.

Kasyklų kasyba yra sudėtingesnė. Šis metodas naudojamas, kai elementas atsiranda iki 2 kilometrų gylyje ir yra ekonomiškai pelningas. Uolienoje turi būti didelė urano koncentracija, kad būtų verta ją kasti. Aditas užtikrina maksimalų saugumą, taip yra dėl to, kaip urano rūda kasama po žeme. Darbuotojai aprūpinami specialia apranga, o darbo laikas griežtai ribojamas. Kasyklose įrengti liftai ir sustiprinta ventiliacija.

Išplovimas – trečiasis būdas – švariausias aplinkosaugos ir kasybos įmonių darbuotojų saugos požiūriu. Specialus cheminis tirpalas pumpuojamas per gręžtinių gręžinių sistemą. Jis ištirpsta darinyje ir yra prisotintas urano junginių. Tada tirpalas išpumpuojamas ir siunčiamas į perdirbimo įmones. Šis metodas yra progresyvesnis, jis leidžia sumažinti ekonomines išlaidas, nors yra visa linija apribojimai.

Indėliai Ukrainoje

Šalis tapo laiminga elemento, iš kurio ji gaminama, telkinių savininkė – Ukrainos urano rūdose, prognozėmis, yra iki 235 tonų žaliavos. Šiuo metu patvirtinti tik telkiniai, kuriuose yra apie 65 tonas. Tam tikra suma jau sukurta. Dalis urano buvo panaudota vidaus rinkoje, dalis – eksportuota.

Pagrindiniu telkiniu laikomas Kirovogrado urano rūdos rajonas. Urano kiekis yra mažas - nuo 0,05 iki 0,1% tonoje uolienų, todėl medžiagos kaina yra didelė. Dėl to gautos žaliavos Rusijoje keičiamos į gatavus elektrinių kuro strypus.

Antrasis didelis telkinys yra Novokonstantinovskoje. Urano kiekis uolienoje leido sumažinti išlaidas beveik 2 kartus, palyginti su Kirovogradu. Tačiau nuo 90-ųjų jokia plėtra nebuvo vykdoma, visos kasyklos buvo užtvindytos. Dėl pasunkėjimo politinius santykius su Rusija Ukraina gali likti be kuro

Rusijos urano rūda

Urano kasybai Rusijos Federacija yra penktoje vietoje tarp kitų pasaulio šalių. Garsiausios ir galingiausios yra Khiagdinskoje, Kolichkanskoje, Istochnoje, Koretkondinskoje, Namarusskoje, Dobrynskoje (Buriatijos Respublika), Argunskoje, Žerlovoje V. Čitos regionas 93% viso Rusijoje iškasamo urano išgaunama (daugiausia karjerų ir kasyklų metodais).

Kiek kitokia situacija yra su telkiniais Buriatijoje ir Kurgane. Urano rūda Rusijoje šiuose regionuose nusodinama taip, kad leidžia išplauti žaliavas.

Iš viso Rusijoje numatoma 830 tonų urano telkinių, patvirtintų atsargų yra apie 615 tonų. Tai taip pat telkiniai Jakutijoje, Karelijoje ir kituose regionuose. Kadangi uranas yra strateginė pasaulinė žaliava, skaičiai gali būti netikslūs, nes daugelis duomenų yra įslaptinti ir tik tam tikros kategorijos žmonės turi prieigą prie jų.

Ištirtos Rusijos urano atsargos vertinamos 615 tūkst. tonų, o prognozuojamos 830 tūkst. tonų (2005 m.). Deja, daugelis jų yra sunkiai pasiekiamuose regionuose. Didžiausias iš jų yra Elkono telkinys Jakutijos pietuose, jo atsargos vertinamos 344 tūkst.t.Apie 150 tūkst.t yra kito telkinio, žinomo kaip Streltsovskoe rūdos telkinys Čitos srityje, atsargos. 70 tūkstančių tonų
1999 m., nustatant Rusijos urano atsargų valstybinį balansą, buvo atsižvelgta į 16 telkinių atsargas, iš kurių 15 yra sutelktos vienoje srityje - Streltsovskio Užbaikalijoje (Čitos sritis) ir yra tinkamos kasybos metodui.

Atviras (karjeros) metodas šiuo metu Rusijoje nenaudojamas. Kasybos metodas naudojamas urano telkiniuose Čitos regione. Plačiau naudojama in situ išplovimo technologija. Kasamos urano turinčios rūdos ir tirpalai apdorojami, kad vietoje būtų gaminami urano koncentratai. Gautas produktas siunčiamas tolesniam perdirbimui į OJSC Čepetsko mechaninę gamyklą.

Rusijoje urano rūdą kasė TVEL korporacija, kuriai priklauso trys dukterinės įmonės: Priargunsky kalnakasybos ir chemijos asociacija Krasnokamensko mieste, Čitos srityje (3 tūkst. tonų per metus), UAB „Dalur“ Kurgano srityje ir UAB „Khiagda“ Buriatijoje. ( kiekvieno 1 tūkst. tonų urano pajėgumas per metus).

Čitos regione buvo aptiktos Argunskoje, Žerlovoje ir Beryozovojės urano telkiniai. Atsargos: C2 kategorija - 3,05 mln. tonų rūdos ir 3481 tonos urano, kurio vidutinis urano kiekis rūdoje yra 0,114%, prognozuojami urano ištekliai Gornojės telkinyje C1 kategorijoje yra 394 tūkst. tonų rūdos ir 1087 tonos urano. C2 kategorija – 1,77 mln. tonų rūdos ir 4226 tonos urano. Prognozuojami P1 kategorijos telkinio ištekliai – 4800 tonų urano. B+C1 kategorijos Olovskoje telkinio atsargos sudaro 14,61 mln. tonų rūdos ir 11 898 tonas urano.

Čitos regione (Transbaikalia) esančiame Streltsovskoye rūdos telkinyje yra daugiau nei tuzinas urano (ir molibdeno) telkinių, tinkamų kasyklų ir karjerų gavybos metodams. Iš jų didžiausios – Streltsovskoje ir Tulendevskoje – atsargos atitinkamai siekia 60 ir 35 tūkst. Šiuo metu kasyba šachtiniu metodu vykdoma penkiuose telkiniuose, naudojant dvi kasyklas, kurios sudaro 93% Rusijos urano produkcijos (2005 m.). Taigi netoli Krasnokamensko miesto (460 km į pietryčius nuo Čitos) išgaunama 93% rusiško urano. Išgavimą kasyklų metodu (anksčiau buvo naudojamas ir karjero metodas) vykdo Priargunsky gamybos kasybos ir chemijos asociacija (PPMCU).

Likusią Rusijos urano dalį požeminio išplovimo būdu išgauna JSC Dalur ir JSC Khiagda, esančios atitinkamai Kurgano regione ir Buriatijoje. Gautas urano koncentratas ir urano turinčios rūdos apdorojami Čepetsko mechaninėje gamykloje.

Trans-Uralas yra regionas, apimantis 3 telkinius: Dolmatovskoje, Dobrovolskoje ir Chokhlovskoye, kurių bendrosios atsargos yra apie 17 tūkst.t. Urano kiekis rūdoje yra 0,06%. Visi telkiniai susitelkę paleovaliuose, kurių gylis 350-560 m ir gana vidutiniai geotechnologiniai rodikliai. Išgavimą vykdo Dalur CJSC (Kurgano regionas), kurio našumas 1000 t/metus, gavybos būdas – gręžinio požeminis išplovimas.

Khiagdinskoye urano telkinyje Buriatijoje naudojamas požeminis urano išplovimas. Gamybą vykdo UAB „Khiagda“. Gamybos apimtis – 1,5 tūkst. tonų urano koncentrato per metus. Numatomos telkinio atsargos – 100 tūkst. tonų, išžvalgytos – 40 tūkst. tonų (numatomas kasyklos eksploatavimo laikas – 50 metų). Urano kiekis 1 kubiniame metre prisodrintos rūdos siekia 100 mg. 1 kg sodrintos rūdos kaina svyruoja apie 20 dolerių. Tai yra 2 kartus mažiau nei pagrindinėje urano kasykloje Rusijoje Krasnokamenske, Čitos srityje.

Bendros urano telkinių atsargos Jakutijos Elkono regione yra 346 tūkst. tonų, todėl jos yra vienos didžiausių pasaulyje. Kiekybiškai tai viršija visus balansinius šalies rezervus, tačiau dėl įprastos rūdų kokybės jos gali tapti pelningos tik esant aukštai urano kainai. Nuo tada buvo parengtas šių telkinių plėtros projektas. Numatomas kasyklos našumas 2020 m. – 15 tūkst. tonų urano per metus.

Didžiausias žinomas potencialus urano žaliavų šaltinis – Aldano telkinys – tinkamas plėtrai tik kasybos būdu. Geologų teigimu, Vitimsky urano rūdos regiono plėtra yra perspektyvesnė.
Vitimsky rajonas (Sibiras) su įrodytomis 60 tūkstančių tonų atsargomis, o urano koncentracija rūdoje yra 0,054%, kartu su skandžiu, retųjų žemių elementais ir lantanidais;). Vitimsky rūdos rajonas - apima 5 telkinius, kurių bendras rezervas yra 75 tūkst.t. Didžiausi yra: Khiagdinskoje ir Tetrakhskoye. Abu objektai lokalizuoti paleovalinėse, tinkamose požeminiam išplovimui, ypatumas – išsidėstymas amžinojo įšalo zonoje po stora (100-150 m) bazaltų danga. Kadangi Rusijoje tai yra sunkiausia telkinių plėtros sritis, čia pagaminama 100 t/metus. Šių objektų urano kaina yra 34–52 doleriai.

Vakarų Sibiro regionas (Malinovskio telkinys su 200 tūkst. tonų urano atsargomis). Vakarų Sibiro regionas - apima 8 nedidelius telkinius, tinkamus IW metodui, taip pat lokalizuotus paleovaliuose, kurių bendri ištekliai apie 10 tūkst.t. Labiausiai ištirtas iš jų yra Malinovskoye telkinys, kuriame šiuo metu vyksta 2 šulinėlių IW urano eksperimentas. atliko . Telpa yra šiek tiek lengviau išplėtota nei Vitimsky, tačiau iki 2010 metų reali gamyba bus 100-150 t/metus. Šių objektų urano kaina yra 13-20 dolerių. JAV už svarą U3O8. Tolimųjų Rytų rūdos regionas, esantis Okhotsko jūros pakrantės zonoje, dar nebuvo pakankamai ištirtas.

Perspektyvūs regionai yra Onegos regionas (Karelija), kuriame buvo aptiktos vanadžio rūdos atsargos, kuriose yra urano, aukso ir platinos. „Nevskgeologija“ atliko urano telkinio (Srednyaya Padma) tyrinėjimą rajone. Ladogos ežeras netoli Salmi kaimo (Medvezhyegorsky rajonas). Urano rūdos atsargos čia gali siekti 40 tūkst. tonų. telkinys nėra plėtojamas, daugiausia dėl to, kad trūksta šios rūšies rūdos perdirbimo technologijos. Iki 2005 m. esamas urano deficitas Rusijoje savo reikmėms siekė 5 tūkst. tonų per metus ir nuolat auga. Situacija pablogėjo prasidėjus branduolinei reformai, kai buvo priimtas sprendimas Rusijoje aktyviai statyti naujas atomines elektrines, siekiant atominės energijos dalį elektros gamyboje padidinti iki 25-30 proc. 2004 m. ji pagamino 32 000 tonų urano, kai reikėjo 9 900 tonų (likusi dalis buvo aprūpinta atsargomis iš sandėlių – karinio urano išeikvojimas).

Suvokdama kuro krizės grėsmę, „Rosatom“ 2006 m. įsteigė UAB „Urano kasybos kompaniją“ UGRK, kurios tikslas – tiekti ilgalaikes ir patikimas urano žaliavas senosioms Rusijos atominėms elektrinėms (atsižvelgiant į tai, kad jų eksploatavimo laikas buvo pratęstas iki 60 metų), statomos Rusijos atominės elektrinės, taip pat užsienyje Rusijos pastatytos ir statomos atominės elektrinės (2006 m. šeštadalis pasaulio atominių elektrinių veikė rusišku kuru). Nauja įmonė sukūrė dvi Minatom valdomos struktūros: korporacija TVEL ir UAB „Techsnabexport“. UGRK tikisi iki 2020 metų padidinti urano gamybą iki 28,63 tūkst. Tuo pačiu metu pačioje Rusijoje pagaminama 18 tūkst. tonų: Priargun kasybos ir chemijos asociacijoje 5 tūkst. tonų, UAB Khiagda - 2 tūkst. tonų, CJSC Dalur - 1 tūkst. tonų, Elkono telkinyje Jakutijoje - 5 tūkst. tūkst. tonų, nemažai naujų laukų Čitos regione ir Buriatijoje – 2 tūkst. Dar 3 tūkst. tonų planuojama išgauti naujose įmonėse, kurių urano atsargos kol kas žinomos tik prognozuojamos. Be to, iš dviejų jau įsteigtų bendrų įmonių Kazachstane bendrovė tikisi iki 2020 metų pagaminti apie 5 tūkst. tonų urano. Taip pat svarstoma galimybė sukurti bendrą urano gavybos įmonę Ukrainoje ir Mongolijoje. Tai apie apie Ukrainos Novokonstantinovskio telkinį ir Mongolijos Erdeso telkinį. Bendrovė taip pat tikisi sukurti dar dvi bendras urano gavybos įmones Šiaurės Kazachstane – Semizbay ir Kasachinnoye telkiniuose. Bendrų įmonių užsienyje iškasamas uranas bus – po sodrinimo Rusijos atskyrimo gamyklose, pavyzdžiui, sukurtose Tarptautinis centras sodrinti Angarske - eikite į eksportą.

Uranas - cheminis elementas aktinidų šeima, kurios atominis skaičius 92. Tai svarbiausias branduolinis kuras. Jo koncentracija į Žemės pluta yra apie 2 ppm. Svarbūs urano mineralai yra urano oksidas (U 3 O 8), uranitas (UO 2), karnotitas (kalio uranilo vanadatas), otenitas (kalio uranilo fosfatas) ir torbernitas (vandenis vario uranilo fosfatas). Šios ir kitos urano rūdos yra branduolinio kuro šaltiniai ir jose daug kartų daugiau energijos nei visose žinomose atgaunamo iškastinio kuro telkiniuose. 1 kg urano 92 U suteikia tokią pat energiją kaip 3 milijonai kg anglies.

Atradimų istorija

Cheminis elementas uranas yra tankus, kietas sidabriškai baltos spalvos metalas. Jis yra lankstus, kalus ir poliruojamas. Ore metalas oksiduojasi ir, susmulkintas, užsidega. Palyginti prastai praleidžia elektrą. Elektroninė formulė uranas - 7s2 6d1 5f3.

Nors elementą 1789 m. atrado vokiečių chemikas Martinas Heinrichas Klaprothas, pavadinęs jį neseniai atrastos Urano planetos vardu, patį metalą 1841 m. išskyrė prancūzų chemikas Eugene'as-Melchioras Peligotas, redukuodamas iš urano tetrachlorido (UCl 4) kalio.

Radioaktyvumas

1869 m. rusų chemiko Dmitrijaus Mendelejevo sukurta periodinė lentelė sutelkė dėmesį į uraną kaip sunkiausią žinomą elementą, kuris išliko iki neptūnio atradimo 1940 m. 1896 m. prancūzų fizikas Henri Becquerel atrado jame radioaktyvumo reiškinį. Vėliau ši savybė buvo aptikta daugelyje kitų medžiagų. Dabar žinoma, kad uranas, radioaktyvus visais jo izotopais, susideda iš 238 U (99,27 %, pusinės eliminacijos laikas – 4 510 000 000 metų), 235 U (0,72 %, pusinės eliminacijos laikas – 713 000 000 metų) ir 234 U (0,006 metų) mišinio. %, pusinės eliminacijos laikas – 247 000 metų). Tai leidžia, pavyzdžiui, nustatyti uolienų ir mineralų amžių tyrimui geologiniai procesai ir Žemės amžius. Norėdami tai padaryti, jie matuoja švino kiekį, kuris yra galutinis urano radioaktyvaus skilimo produktas. Šiuo atveju 238 U yra pradinis elementas, o 234 U yra vienas iš produktų. 235 U sukelia aktinio skilimo eilutę.

Grandininės reakcijos atradimas

Cheminis elementas uranas tapo didelio susidomėjimo ir intensyvių tyrimų objektu po to, kai vokiečių chemikai Otto Hahn ir Fritz Strassmann 1938 m. pabaigoje atrado jame branduolio dalijimąsi, kai jis buvo bombarduojamas lėtais neutronais. 1939 m. pradžioje italų kilmės amerikiečių fizikas Enrico Fermi pasiūlė, kad tarp atomų dalijimosi produktų gali būti elementariųjų dalelių, galinčių sukelti grandininę reakciją. 1939 metais amerikiečių fizikai Leo Szilardas ir Herbertas Andersonas, taip pat prancūzų chemikas Fredericas Joliot-Curie ir jų kolegos patvirtino šią prognozę. Vėlesni tyrimai parodė, kad atomui dalijantis vidutiniškai išsiskiria 2,5 neutrono. Šie atradimai lėmė pirmąją savaime išsilaikančią branduolinę grandininę reakciją (1942 02 12), pirmąją atominę bombą (1945 07 16), pirmą kartą panaudotą kare (1945 06 08), pirmąjį branduolinį povandeninį laivą. 1955) ir pirmoji pilno masto atominė elektrinė (1957).

Oksidacijos būsenos

Cheminis elementas uranas, būdamas stiprus elektropozityvus metalas, reaguoja su vandeniu. Jis tirpsta rūgštyse, bet netirpsta šarmuose. Svarbios oksidacijos būsenos yra +4 (kaip UO 2 okside, tetrahalogeniduose, tokiuose kaip UCl 4 ir žalias vandens jonas U4+) ir +6 (kaip UO 3 okside, UF 6 heksafluoridas ir uranilo jonas UO 2 2+). Vandeniniame tirpale uranas yra stabiliausias uranilo jono sudėtyje, kuris turi linijinę struktūrą [O = U = O] 2+. Elementas taip pat turi būsenas +3 ir +5, tačiau jos yra nestabilios. Raudonasis U 3+ lėtai oksiduojasi vandenyje, kuriame nėra deguonies. UO 2+ jono spalva nežinoma, nes jis neproporcingas (UO 2+ redukuojasi iki U 4+ ir oksiduojasi iki UO 2 2+) net labai praskiestuose tirpaluose.

Branduolinis kuras

Veikiant lėtiems neutronams, urano atomo skilimas vyksta santykinai retame izotope 235 U. Tai vienintelė natūraliai pasitaikanti skilioji medžiaga, ji turi būti atskirta nuo izotopo 238 U. Tačiau po absorbcijos ir neigiamo beta skilimo uranas -238 virsta sintetiniu elementu plutoniu, kuris suskaidomas veikiant lėtiesiems neutronams. Todėl natūralus uranas gali būti naudojamas konverteriuose ir generatoriuose, kuriuose dalijimąsi palaiko retas 235 U, o plutonis gaminamas kartu su 238 U transmutacija. Skilusis 233 U gali būti susintetintas iš plačiai paplitusio natūraliai torio-232 izotopo, kad būtų naudojamas kaip branduolinis kuras. Uranas taip pat svarbus kaip pirminė medžiaga, iš kurios gaunami sintetiniai transurano elementai.

Kiti urano panaudojimo būdai

Cheminio elemento junginiai anksčiau buvo naudojami kaip keramikos dažai. Heksafluoridas (UF 6) yra kieta medžiaga, kurios garų slėgis 25 °C temperatūroje yra neįprastai aukštas (0,15 atm = 15 300 Pa). UF 6 yra chemiškai labai reaktyvus, tačiau, nepaisant jo korozinio pobūdžio garų būsenoje, UF 6 plačiai naudojamas dujų difuzijos ir dujų centrifugavimo metoduose sodrinto urano gamybai.

Metalo organiniai junginiai yra įdomi ir svarbi junginių grupė, kurioje metalo ir anglies ryšiai jungia metalą su organinėmis grupėmis. Uranocenas yra organinis urano junginys U(C 8 H 8) 2, kuriame urano atomas yra tarp dviejų organinių žiedų sluoksnių, susijusių su ciklooktatetraenu C 8 H 8. Jo atradimas 1968 m. atvėrė naują organometalinės chemijos sritį.

Nusodrintas gamtinis uranas naudojamas kaip radiacinė apsauga, balastas, šarvus perveriamuose sviediniuose ir tankų šarvuose.

Perdirbimas

Cheminis elementas, nors ir labai tankus (19,1 g/cm3), yra gana silpna, nedegi medžiaga. Iš tiesų, atrodo, kad urano metalinės savybės yra tarp sidabro ir kitų tikrų metalų bei nemetalų, todėl jis nenaudojamas kaip konstrukcinė medžiaga. Pagrindinė urano vertė yra jo izotopų radioaktyviosios savybės ir jų gebėjimas dalytis. Gamtoje beveik visas (99,27%) metalas susideda iš 238 U. Likusi dalis yra 235 U (0,72%) ir 234 U (0,006%). Iš šių natūralių izotopų tik 235 U yra tiesiogiai dalijami apšvitinant neutronais. Tačiau, kai jis absorbuojamas, 238 U sudaro 239 U, kuris galiausiai suyra į 239 Pu, skiliąją medžiagą, labai svarbią branduolinei energijai ir branduoliniams ginklams. Kitas skilusis izotopas, 233 U, gali būti suformuotas apšvitinant 232 Th neutronais.

Kristalinės formos

Dėl urano savybių jis reaguoja su deguonimi ir azotu net ir normaliomis sąlygomis. Aukštesnėje temperatūroje jis reaguoja su įvairiais legiruojančiais metalais, sudarydamas intermetalinius junginius. Kietieji tirpalai su kitais metalais susidaro retai dėl ypatingų kristalų struktūrų, kurias sudaro elemento atomai. Nuo kambario temperatūros iki lydymosi temperatūros 1132 °C urano metalas egzistuoja 3 kristalinėmis formomis, žinomomis kaip alfa (α), beta (β) ir gama (γ). Transformacija iš α- į β-būseną vyksta 668 °C temperatūroje, o iš β į γ - 775 °C temperatūroje. γ-uranas turi į kūną orientuotą kubinę kristalų struktūrą, o β turi tetragoninę kristalinę struktūrą. α fazę sudaro labai simetriškos ortorombinės struktūros atomų sluoksniai. Ši anizotropinė iškreipta struktūra neleidžia legiruojantiems metalo atomams pakeisti urano atomus arba užimti erdvės tarp jų kristalinėje gardelėje. Nustatyta, kad tik molibdenas ir niobis sudaro kietus tirpalus.

Rūda

Žemės plutoje yra apie 2 milijonines dalis urano, o tai rodo, kad jis plačiai paplitęs gamtoje. Manoma, kad vandenynuose šio cheminio elemento yra 4,5 × 10 9 tonos. Uranas yra svarbi daugiau nei 150 skirtingų mineralų sudedamoji dalis ir nedidelė kitų 50 mineralų sudedamoji dalis. Pagrindiniai mineralai, randami magminėse hidroterminėse venose ir pegmatituose, yra uraninitas ir jo variantas pikio mišinys. Šiose rūdose elementas yra dioksido pavidalu, kuris dėl oksidacijos gali svyruoti nuo UO 2 iki UO 2,67. Kiti ekonomiškai reikšmingi produktai iš urano kasyklų yra autunitas (hidratuotas kalcio uranilo fosfatas), tobernitas (hidratuotas vario uranilo fosfatas), koffinitas (juodasis hidratuotas urano silikatas) ir karnotitas (hidratuotas kalio uranilo vanadatas).

Apskaičiuota, kad daugiau nei 90% žinomų pigaus urano atsargų yra Australijoje, Kazachstane, Kanadoje, Rusijoje, pietų Afrika, Nigeris, Namibija, Brazilija, Kinija, Mongolija ir Uzbekistanas. Didelės nuosėdos randamos Elliot ežero konglomeratinėse uolienose, esančiose į šiaurę nuo Hurono ežero Ontarijuje, Kanadoje, ir Pietų Afrikos Witwatersrand aukso kasykloje. Smėlio formacijose Kolorado plokščiakalnyje ir Vajomingo baseine JAV vakaruose taip pat yra didelių urano atsargų.

Gamyba

Urano rūdos randamos tiek paviršiniuose, tiek giliuose (300-1200 m) telkiniuose. Po žeme siūlės storis siekia 30 m. Kaip ir kitų metalų rūdų atveju, uranas kasamas paviršiuje naudojant stambią žemės kasimo įrangą, o giluminių telkinių kūrimas atliekamas naudojant tradicinius vertikalius ir pasvirusius metodus. kasyklos. Pasaulyje urano koncentrato gamyba 2013 metais siekė 70 tūkst.t.. Nasingiausios urano kasyklos yra Kazachstane (32% visos produkcijos), Kanadoje, Australijoje, Nigeryje, Namibijoje, Uzbekistane ir Rusijoje.

Urano rūdos paprastai turi tik nedidelius kiekius urano turinčių mineralų ir nėra išlydomos tiesioginiais pirometalurginiais metodais. Vietoj to uranui išgauti ir išvalyti turi būti naudojamos hidrometalurginės procedūros. Koncentracijos padidinimas žymiai sumažina apdirbimo grandinių apkrovą, tačiau netinka nė vienas iš įprastinių mineralų perdirbimui naudojamų sodrinimo metodų, tokių kaip gravitacija, flotacija, elektrostatinis ir net rankinis rūšiavimas. Išskyrus kelias išimtis, šie metodai sukelia didelį urano nuostolį.

Degimas

Prieš hidrometalurginį urano rūdų apdorojimą dažnai atliekamas aukštos temperatūros kalcinavimo etapas. Deginant molis dehidratuojamas, pašalinamos anglies turinčios medžiagos, sieros junginiai oksiduojami iki nekenksmingų sulfatų ir oksiduojami kiti reduktorius, kurie gali trukdyti tolesniam apdorojimui.

Išplovimas

Uranas iš skrudintų rūdų išgaunamas tiek rūgštiniais, tiek šarminiais vandeniniais tirpalais. Kad visos išplovimo sistemos veiktų sėkmingai, cheminis elementas iš pradžių turi būti stabilesne šešiavalene forma arba oksiduotis iki tokios būsenos apdorojimo metu.

Rūgščių išplovimas paprastai atliekamas maišant rūdos ir skysčių mišinį 4–48 valandas aplinką. Išskyrus ypatingas aplinkybes, naudojama sieros rūgštis. Jo tiekiama tokiais kiekiais, kad gautų galutinį skystį, kurio pH yra 1,5. Sieros rūgšties išplovimo schemose paprastai naudojamas arba mangano dioksidas, arba chloratas, kad oksiduotų keturiavalentį U4+ į šešiavalentį uranilą (UO22+). Paprastai U 4+ oksidacijai tonai pakanka maždaug 5 kg mangano dioksido arba 1,5 kg natrio chlorato. Bet kuriuo atveju oksiduotas uranas reaguoja su sieros rūgštimi, sudarydamas uranilo sulfato komplekso anijoną 4-.

Rūda, kurioje yra daug esminių mineralų, tokių kaip kalcitas ar dolomitas, išplaunama 0,5–1 molio natrio karbonato tirpalu. Nors buvo tiriami ir išbandyti įvairūs reagentai, pagrindinis urano oksidatorius yra deguonis. Paprastai rūda išplaunama ore esant atmosferos slėgiui ir 75-80 °C temperatūrai tam tikrą laikotarpį, kuris priklauso nuo konkrečios cheminės sudėties. Šarmas reaguoja su uranu, sudarydamas lengvai tirpų kompleksinį joną 4-.

Tirpalai, susidarę išplovus rūgštimi arba karbonatu, prieš tolesnį apdorojimą turi būti nuskaidrinti. Didelio masto molio ir kitų rūdos srutų atskyrimas pasiekiamas naudojant veiksmingas flokuliuojančias medžiagas, įskaitant poliakrilamidus, guaro dervą ir gyvulinius klijus.

Ištraukimas

4 ir 4 kompleksiniai jonai gali būti sorbuojami iš atitinkamų jonų mainų dervos išplovimo tirpalų. Šios specialios dervos, pasižyminčios adsorbcijos ir eliuavimo kinetika, dalelių dydžiu, stabilumu ir hidraulinėmis savybėmis, gali būti naudojamos įvairiose apdorojimo technologijose, tokiose kaip stacionarus sluoksnis, judantis sluoksnis, krepšelio derva ir ištisinė derva. Paprastai sorbuotam uranui eliuuoti naudojami natrio chlorido ir amoniako arba nitratų tirpalai.

Uraną galima išskirti iš rūgščių rūdos skysčių ekstrahuojant tirpikliu. Pramonėje naudojamos alkilfosforo rūgštys, taip pat antriniai ir tretiniai alkilaminai. Paprastai rūgščių filtratų, kuriuose yra daugiau nei 1 g/l urano, ekstrahavimas tirpikliu, o ne jonų mainų metodas. Tačiau šis metodas netaikomas karbonato išplovimui.

Tada uranas išgryninamas ištirpinant azoto rūgštyje, kad susidarytų uranilo nitratas, ekstrahuojamas, kristalizuojamas ir kalcinuojamas, kad susidarytų UO 3 trioksidas. Redukuotas dioksidas UO2 reaguoja su vandenilio fluoridu ir susidaro tetafluoridas UF4, iš kurio 1300 °C temperatūroje magnio arba kalcio redukuoja metalą uraną.

Tetrafluoridą galima fluorinti 350 °C temperatūroje, kad susidarytų UF 6 heksafluoridas, kuris naudojamas prisodrintam uranui-235 atskirti dujų difuzijos, dujų centrifugavimo arba skysčio terminės difuzijos būdu.

Uranas kaip cheminis elementas buvo atrastas 1789 m., o jo radioaktyviosios savybės buvo nustatytos m pabaigos XIX amžiaus. Praėjusiame amžiuje uranas buvo naudojamas tik branduoliniams ginklams gaminti. O šiais laikais jis plačiai naudojamas daugelyje pramonės šakų, pavyzdžiui, nedideliais kiekiais dedama į stiklą dažymui. Tačiau jis dažniausiai naudojamas elektros energijai gaminti.

Pats baisiausias planetoje

Urano rūdų charakteristikos

Urano rūdos yra natūralūs dariniai, kurių metalo koncentracija yra didelė. Dažnai rūdoje kartu su uranu randami ir kiti radioaktyvūs elementai, tokie kaip polonis ir radis.

• stambiagrūdis – daugiau kaip 25 mm skersmens;
• vidutinio grūdėtumo - nuo 3 iki 25 mm;
• smulkiagrūdis - nuo 0,1 iki 3 mm;
• smulkiagrūdis - nuo 0,015 iki 0,1 mm;
• išsklaidytas – mažiau nei 0,015 mm.

Nuo grūdelių dydžio priklauso, kaip bus sodrinamas.

Urano rūda klasifikuojama pagal priemaišų kiekį;

• uranas-molibdenas;
• uranas-kobaltas-nikelis-bismutas;
• uranas-vanadis;
• monooras.

Rūda klasifikuojama pagal cheminę sudėtį:

• silikatas;
• karbonatas;
• sulfidas;
• geležies oksidas;
• kaustobiolinis.

Cheminė sudėtis lemia, kaip uoliena bus apdorojama. Pavyzdžiui:

• uranas išskiriamas iš karbonatų rūdų sodos tirpalu;
• iš silikato - rūgštis;
• iš geležies oksido – lydant aukštakrosnėse.

Rūda klasifikuojama pagal urano kiekį:

• labai turtingas – yra daugiau nei 1% metalo;
• turtingas – nuo ​​1 iki 0,5%;
• vidutinis – nuo ​​0,5 iki 0,25 %;
• paprastas – nuo ​​0,25 iki 0,1%;
• prastas – mažiau nei 0,1 proc.

Iš uolienos, kurioje urano yra 0,01–0,015 %, metalas išgaunamas kaip šalutinis produktas.

Urano telkiniai Rusijoje

• Žerlovoe - esantis Čitos regione, atsargos vertinamos 4137 tūkst.t Pagal metalo kiekį - molibdenas - 0,082% urano ir 0,227% molibdeno. Yra tik 3485 tonos gryno urano;
• Argunskoye yra Čitos regione. C1 kategorijos rūdos atsargos yra 13 025 tūkst. tonų, iš kurių urano – 27 957 tonos, C2 kategorijos – 7 990 tūkst. tonų, iš kurių 9 481 t grynojo urano. Tai didžiausias indėlis. Ji sudaro 93% visos Rusijos gamybos apimties;
• Istochnoye, Dybrynskoye, Kolichkanovskoye, Koretkondinskoye yra telkiniai, esantys Buriatijos Respublikoje. Šioje srityje žvalgybiniai ištekliai yra apie 17,7 tūkst. tonų, o prognozuojami ištekliai – 12,2 tūkst.
• Khiagdinskoye - įsikūręs Buriatijoje. Urano rūdos atsargos – 11,3 tūkst.t.

Pasak ekspertų, perspektyviausi indėliai Rusijoje šiandien yra kūrimo stadijoje:

• Elkonskoe - esantis Jakutijoje, pagal prognozes yra 346 tūkst. tonų rūdos;
• Malinovskoe - Vakarų Sibire;
• Vitimskoje ir Aldanskoje - Rytų Sibire;
• Tolimieji Rytai - yra Okhotsko jūros pakrantėje;
• Karelijoje prie Onegos ir Ladogos ežerų.

Bendros urano atsargos Rusijoje yra 800 tūkstančių tonų.

Kaip kasama urano rūda?

Urano telkiniai Rusijoje vystomi dviem būdais:

• atviras;
• po žeme.

Urano kasyba atviras metodas atliekami tuo atveju, kai naudingų uolienų sluoksniai guli negiliai po žeme.

Rūdoms išgauti naudojamos mašinos:

• buldozeriai - uolienų atidarymui;
• kaušiniai krautuvai;
• savivarčiai transportavimui.

Būtina atviros kasybos Rusijoje sąlyga yra vėlesnis jos uždarymas. Atliekama dengiant sluoksnius, o ant restauruoto paviršiaus atliekama melioracija.

Atvirasis metodas yra saugesnis ir pigesnis. Manoma, kad tokio vystymosi metu radiacijos lygis yra žymiai mažesnis. Tačiau rūdos kokybė taip pat yra žema.

Urano rūdos gavybos įranga Aukštesnės kokybės rūda kasama po žeme. Jį sudaro kasyklų ar priedų įrengimas. Šiandien techninės galimybės neriboja gamybos gylyje, tačiau viršijus du kilometrus gamyba tampa nuostolinga.

Pagrindinė požeminio kasybos būdo problema yra radono, radioaktyviųjų dujų, išsiskyrimas. Jis gali greitai plisti ir sukurti didelę koncentraciją kasyklos atmosferoje. Vienas radono atomas gyvena 5 dienas. Pagrindinis uždavinys projektuojant kasyklą yra užtikrinti efektyvią vėdinimo sistemą. Kad dujų atomai nesikauptų, o iškiltų į paviršių. Dažnai vėdinimo sistemos ir vamzdžiai naudojami ne deguonies tiekimui į kasyklą, o radonui pašalinti. Oras tiekiamas dirbtinai. PIMCU įmonės kasykla Rusijoje sunaudoja 1410 m 3 oro per minutę. Vėdinimo įrenginiai veikia nuolat, net kai kasykla nenaudojama.

Požeminis išplovimo būdas yra moderni pažangi technologija. Jo naudojimas daro mažiausiai žalos regiono ekologijai. Metodo esmė yra tokia:

• gręžiamas šulinys;
• į jį pumpuojama šarminė kompozicija;
• po sąveikos su urano uoliena vyksta metalo išplovimas;
• urano turtinga cheminė sudėtis pumpuojama į paviršių.

Nepaisant reikšmingų pranašumų, šis metodas gali būti naudojamas tik smiltainyje ir žemiau požeminio vandens lygio.

Pasaulio padėtis

Šiandien urano kasyba vykdoma tik 28 pasaulio šalyse. Be to, 90% telkinių yra 10 šalių, kurios pirmauja pagal gamybos apimtis.

Australija pirmoje vietoje

Pagrindiniai rodikliai:

• įrodytos atsargos – 661 ​​000 tonų (31,18 % pasaulinių atsargų);
• indėliai – 19 didelių. Garsiausios:
  • Olimpinė užtvanka – per metus išgaunama 3000 tonų;
  • Beverly - tūkstantis tonų per metus;
  • Honemun – 900 t.
• gamybos kaina – 40 USD už kilogramą;
• didžiausios kasybos įmonės:
  • Paladin energija;
  • Rio Tinto;
  • BHP Billiton.

Kazachstanas užima antrąją vietą pagal gamybos apimtis

Pagrindiniai duomenys:

• įrodytos atsargos – 629 000 tonų (11,81 % pasaulinių atsargų);
• indėliai – 16 didelių. Garsiausios:
  • Korsanas;
  • Irkol;
  • Budenovskaja;
  • Vakarų Mynkudukas;
  • Pietų Inkai;
• gamybos kaina – 40 USD už kg;
• gamybos apimtis – 22574 tonos per metus;
• kasybos įmonė – „Kazatomprom“ (gamina 15,77 proc. pasaulinės apimties).

Rusija užima trečią vietą

Rodikliai:

Ketvirtoji vieta – Kanada

Rodikliai:

• įrodytos atsargos – 468 000 tonų (8,80 % pasaulinių atsargų);

• indėliai – 18 didelių. Garsiausios:
  1. McArthur upė;
  2. Waterbury;
• gamybos savikaina – 34 USD už kilogramą;
• gamybos apimtis – 9332 tonos per metus;
• kasybos įmonė – Cameco (per metus pagamina 9144 tonas urano).

Penkta vieta – Nigeris

• įrodytos atsargos – 421 000 tonų (7,9% pasaulinių atsargų);
• Gimimo vieta:
  • Imurarenas;
  • Arlitas;
  • Madauela;
  • Azelitas;
• gamybos kaina – 35 USD už kilogramą;
• gamybos apimtis – 4528 tonos per metus.

Antrosios penkios šalys pagal urano atsargas yra šios:

• Pietų Afrika – 297 000 tonų;
• Brazilija – 276 000 tonų;
• Namibija – 261 000 tonų;
• JAV - 207 000 tonų;
• Kinija – 166 000 tonų.

Pasak ekspertų, atominių elektrinių skaičius pasaulyje išaugs iki 2025 m. Šis augimas išprovokuos didesnę urano paklausą – 44% (80–100 tūkst. tonų) padidėjimą. Todėl visame pasaulyje vyrauja antrinių urano šaltinių naudojimo tendencija:

• auksas;
• fosfatai;
• varis;
• lignito turinčios uolienos.

Vaizdo įrašas: kaip kasamas uranas

yra valstybinės korporacijos „Rosatom“ Kasybos skyriaus valdymo įmonė, konsoliduojanti Rusijos urano gavybos turtą. Pačios holdingo naudingųjų iškasenų bazė 2017 metų pabaigoje yra 523,9 tūkst. tonų (2 vieta tarp didžiausių pasaulyje urano gavybos įmonių).

Įmonėje sutelktos unikalios kompetencijos leidžia atlikti visą spektrą pramoninių darbų – nuo ​​geologinių tyrinėjimų iki natūralaus urano kasybos ir perdirbimo. Tai svarbu, nes Rusijos urano gavybos objektai yra skirtinguose savo gyvavimo ciklo etapuose: nuo žvalgybos (projektas „Elkon“) iki intensyvaus pramoninio telkinių eksploatavimo. Didžiausia įmonė, ARMZ Uranium Holding valdymo grandinės dalis, yra Priargunskoye gamybos kasybos ir chemijos asociacija (PIMCU, Trans-Baikal Territory), įkurta 1968 m. Daugelį dešimtmečių jis kasamas po žeme.

Dar dvi įmonės sėkmingai vystosi – UAB „Khiagda“ Buriatijos Respublikoje ir UAB „Dalur“ Kurgano regione, kasančios uraną aplinkai draugiškesniu gręžinio in situ išplovimo (ISL) metodu.

Skirtingai nuo tradicinio kasybos metodo, kuris apima rūdos išgavimą iš podirvio, jos smulkinimą ir hidrometalurginį apdorojimą, naudojant SPV urano rūda lieka vietoje. Per šulinių sistemą per rūdos telkinį pumpuojamas išplovimo reagentas, po to urano turintis tirpalas pumpuojamas į paviršių, kur jis nuosekliai apdorojamas ir gaunamas galutinis produktas – geltonas pyragas arba urano oksidas. SPV metu dirvožemio danga beveik nesuardoma, nesusidaro atliekų ir atliekų sąvartynai, o vandeningojo sluoksnio, kuriame yra rūda, būklė po kasybos atkuriama į pradinę būseną. Ši technologija yra daug ekonomiškesnė ir ekologiškesnė nei urano gavybos karjerų ar kasyklų metodai.

UAB „Khiagda“ vertinama kaip perspektyviausias holdingo turtas. Išplėtus gamybinę bazę, artimiausiu metu bus galima pasiekti projektinius 1000 tonų urano pajėgumus per metus.

Kitos UAB „Atomredmetzoloto“ dukterinės įmonės yra paslaugų centras UAB „RUSBURMASH“, vykdantis gamtos išteklių žvalgymą tiek Rusijoje, tiek užsienyje, ir inžinerinis centras UAB „VNIPIprotekhnologii“, kurio specializacija – iki raktų – pramoninių objektų projektavimas ir statyba.

Be urano gavybos, ARMZ Uranium Holding taip pat įgyvendina nemažai projektų, susijusių su retųjų, retųjų žemių ir tauriųjų metalų kasyba. Vienas iš pagrindinių projektų yra Pavlovsko švino-cinko sidabro telkinio salyne plėtra. Nauja žemė, kurios mineralinių išteklių bazė leis organizuoti vieną didžiausių perdirbimo įmonių Rusijoje. Šios veiklos pagrindas – ilgametė patirtis plėtojant telkinius įvairiausiomis geoklimatinėmis sąlygomis. UAB „Dalur“ planuoja organizuoti asocijuotą koncentrato (iki 10 tonų per metus) ir retųjų žemių metalų koncentrato (iki 450 tonų per metus) gamybą. PIMCU gamina anglį Urtuysky atviroje kasykloje.

Investicijų ir veiklos optimizavimo dėka ARMZ Uranium Holding Co. didėja darbo našumas, mažėja gamybos kaštai. Pažangių technologijų įdiegimas taip pat padeda pagerinti rezultatus. Visų pirma, 2015 m. UAB „Dalur“ buvo įrengta „geltonojo pyrago“ džiovinimo technologinė linija, kurios projektinis pajėgumas yra 120 kg produkto per valandą. Dėl linijos įvedimo urano junginių suspensijos drėgnumas sumažėjo nuo 30% iki 2%. Savo ruožtu tai ne tik sumažina logistikos kaštus, bet ir užtikrina tolesnio apdorojimo, norint gauti didelio grynumo urano junginius, patogumą.

„Rosatom State Corporation“ užsienio urano kasybos turtą vienija „Uranium One“ holdingas. Ji turi diversifikuotą tarptautinio turto portfelį Kazachstane, JAV ir Tanzanijoje. „Uranium One“ naudingųjų iškasenų bazė, remiantis tarptautiniais ataskaitų standartais pagrįstais skaičiavimais, 2018 m. pabaigoje siekė 216 tūkst. tonų urano (vertė, lyginant su 2017 m., nepasikeitė). Urano gamybos apimtis 2018 m. siekė 4,4 tūkst. tonų urano.

Ekstrahavimas atliekamas naudojant aplinkai nekenksmingą in situ išplovimo technologiją. „Uranium One“ yra aplinkai nekenksmingos energetikos šalininkas, išlaiko aukščiausius standartus aplinkosaugos, darbuotojų saugos ir sveikatos užtikrinimo srityje, aktyviai dalyvauja vietinių bendruomenių plėtros programose įmonės veiklos srityse.