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
В современном мире элемент под номером 92 в знаменитой таблице Менделеева имеет огромное значение. Во-первых, уран - это самое энергонасыщенное топливо из всех известных и используемых на сегодняшний день. Всего несколько килограммов этого вещества способны заменить тысячи кубометров газа и тонны нефти и угля, при этом количество выработанной электрической или тепловой энергии будет одинаковым. Во-вторых, добыча урана важна для получения другого энергетического элемента - плутония. И, наконец, уран - основной элемент для создания ядерного оружия
Первые упоминания об этом веществе, найденном в Рудных горах Саксонии, относятся к середине 16 века. «Черный смоляной камень», позднее названный урановой смолкой или настураном использовали для закладки уже выработанных серебряных рудников или выбрасывали в отвалы. На рубеже 18 - 19 веков урановые руды считались побочным материалом горной промышленности, а их уникальные свойства не были изучены. Официальным годом открытия элемента считают 1789 г., когда немецкий химик Мартин Клапрот присвоил ему название уран - в честь одной из планет Солнечной системы. Однако спустя некоторое время выяснилось, что новое вещество, о котором заявил ведущий ученый своего времени, это окисленная форма минерала. Элементную же его форму впервые удалось получить французскому химику Э. Пелиго спустя почти полвека, в 1841 г.
Разработка урана имеет особое значение для промышленности
Надо сказать, что с момента своего открытия и до середины 20 века мировая добыча урана осуществлялась, в основном, для получения радия. Это сопутствующее вещество использовали в процессе изготовления люминисцентной краски, которой покрывали диски часов и некоторые инструменты, оружейные прицелы, применяли в медицине для приготовления «радоновых ванн» и пр. Оксиды урана применяли в стекольном производстве в качестве красящего пигмента палитрой от бледно-желтого до темно-зеленого.
Свое промышленное значение уран получил в начале 40-х годов ХХ века, после того, как ученые опытным путем научились расщеплять урановое ядро и получать ядерную реакцию. Новые открытия, которые легли в основу современной ядерной физики и атомной энергетики, резко изменили перспективы дальнейшего практического применения элемента №92. С этого времени началось активное развитие урановой промышленности, а само вещество превратилось в главное стратегическое сырье, необходимое для осуществления масштабных военных программ. Возможность создания атомной бомбы и использования урана в качестве топлива, необходимого для работы ядерных реакторов, стали основными причинами, обусловившими высокий спрос на этот тяжелый металл.
Ученые выяснили, что содержание этого вещества в земной коре неравномерно - оно рассеяно во многих горных породах, в почве, и даже в воде морей и океанов. Подсчитано, что верхний слой Земли толщиной всего 20 км содержит почти 1014 тонн урана! Невероятно, но это количество может многие тысячелетия удовлетворять энергетические потребности человечества. Однако, несмотря на то, что средняя концентрация элемента в земной коре весьма велика, мест добычи урана, где его концентрация во много раз превышает среднее значение, на нашей планете очень мало.
Первые богатые ураном месторождения были обнаружены в 1913 г. в Африке. Немного позже были открыты Порт-Радий в Канаде, обл. Бейры в Португалии, Тюя Муюн в Узбекистане и Холм Радия в Австралии. Основной мировой запас урановых руд сосредоточен в Канаде, Конго и США. Что касается нашей страны, то добыча урана в России составляет около 7% от мирового объема. Дело в том, что многие российские месторождения расположены в труднодоступных районах, а большинство урановых запасов еще не разведаны, хотя прогнозные ресурсы весьма и весьма неплохие.
Современные способы добычи урана
На сегодняшний день известно три способа добычи урана, применение каждого из которых зависит от глубины залегания вещества и от его содержания в породе. Открытый или, как его еще называют, карьерный способ разработки применим лишь при неглубоком залегании металла. Сложностей в процессе добычи этим способом не возникает: для вскрытия и разработки задействуют бульдозеры, для погрузки руды - погрузчики, для вывоза на перерабатывающие предприятия - самосвалы. Стоит уточнить, что открытый способ все же представляет большую опасность для экологии, даже несмотря на то, что после завершения работ карьер засыпают, а на его поверхности проводят рекультивацию. Отработанная порода сохраняет до 85% радиационного фона урана, территория загрязняется солями тяжелых металлов и сульфидами, ядовитыми для организма и покрывается пылью с содержанием радиоактивных элементов.
Другой метод добычи урана - подземный или шахтный позволяет добывать руду более высокого сорта, чем в предыдущем случае, однако добыча становится рентабельной лишь при высоком качестве руды. Обычно глубина современных урановых рудников не превышает 2 км, поскольку строительство более глубоких проходов повышает себестоимость добытого вещества. Организация радиационной защиты в штольнях и шахтах становится главной задачей добывающих предприятий, для чего в них устанавливают современные вентиляционные системы, позволяющие выводить радон из рабочего пространства и направлять внутрь рудника свежий воздух.
Добыча урана методом подземного выщелачивания считается наиболее щадящей для экологии. Для вскрытия месторождения руды используют систему скважин, в которые закачивают специальный химический реагент. Растворяясь в пласте, он выщелачивает из него полезные вещества, после чего насыщенный соединениями урана, выкачивается на поверхность. Монолитные залежи вскрывают подземными горными выработками, в некоторых случаях используют буровзрывные работы. Эта прогрессивная технология добычи имеет ряд ограничений: ее разрешено использовать ниже уровня залегания грунтовых вод и только в песчанике.
В целом, использование геотехнологического метода, описанного выше, позволяет отрабатывать месторождения с невысоким содержанием урана и сложными условиями залегания. К тому же в несколько раз снижаются затраты на строительство горно-обогатительных предприятий и одновременно повышается производительность работ. Однако даже использование высокотехнологичных способов добычи и переработки урана не исключает вероятности технических ошибок, которые могут привести к серьезным загрязнениям окружающей среды серной кислотой, металлами, высокому уровню радиации, а значит сделать дальнейшее использование природных ресурсов невозможным. Поэтому каждый существующий и перспективный проект добычи урана в мире предполагает привлечение экологов и оценки возможного негативного воздействия на дикую среду, а также разработку программы восстановления эндогенной природы и дальнейший мониторинг ее состояния.
По добыче урана Российская Федерация находится на пятом месте среди прочих стран мира. Самые известные и мощные месторождения - Хиагдинское, Количканское, Источное, Кореткондинское, Намарусское, Добрынское (республика Бурятия), Аргунское, Жерловое (Читинская область). В Читинской области производится добыча 93% от всего добываемого российского урана (в основном карьерным и шахтным способами). Немного по-другому обстоит дело с месторождениями в Бурятии и Кургане. Урановая руда в России в этих регионах залегает таким образом, что позволяет добывать сырье методом выщелачивания.
Всего в России прогнозируются залежи в 830 тонн урана, подтвержденных запасов имеется около 615 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.
Способы добычи урановой руды
Как и в любом горнодобывающем деле, существует определенная технология и способы по извлечению урана из породы. Все зависит еще и от того, какой именно изотоп находится в пласте литосферы. Добыча урановой руды осуществляется тремя способами.
Существует шахтный, карьерный и выщелачивающий способ добычи. Применение каждого из них зависит от состава изотопов и глубины залегания породы. Карьерная добыча урановой руды возможна при неглубоком залегании. Риск облучения минимальный. Нет проблем с техникой - широко применяются бульдозеры, погрузчики, самосвалы.
Шахтная добыча - более сложная. Этот способ применяется при залегании элемента на глубине до 2 километров и экономической рентабельности. Порода должна содержать высокую концентрацию урана, для того чтобы добывать ее было целесообразно. В штольне обеспечивают максимальную безопасность, это связано с тем, как добывают урановую руду под землей. Рабочие обеспечиваются спецодеждой, режим работы -строго лимитированный. Шахты оборудуются лифтами, усиленной вентиляцией.
Выщелачивание - третий способ - наиболее чистый с экологической точки зрения и безопасности сотрудников добывающего предприятия. Через систему пробуренных скважин закачивается специальный химический раствор. Он растворяется в пласте и насыщается урановыми соединениями. Затем раствор выкачивается и отправляется на обрабатывающие предприятия. Этот метод более прогрессивный, он позволяет уменьшить экономические затраты, хотя для его применения есть целый ряд ограничений.
