Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется?

Мировые запасы

Подтверждённые мировые запасы диоксида титана составляют:

Китай – 232,9 млн. тонн.
Украина – 184 млн. тонн.
Россия – 177 млн. тонн.
Бразилия – 123 млн. тонн.
Индия – 100 млн. тонн.
Норвегия – 57 млн. тонн.
Канада – 51,4 млн. тонн.
ЮАР – 34,1 млн. тонн.
Австралия – 21,4 млн. тонн.
Остальные страны – 59,1 млн. тонн.

Если оценивать в процентном отношении залежи титановых руд, то ситуация будет несколько иная:

Китай – 38%.
Россия – 17%
Австралия – 10%.
Бразилия – 6%.
Норвегия – 4%.
Индия – 4%.
Канада – 3%.
Украина – 1%.
Другие страны – 17%.

Различия объясняются разнообразием месторождений и трудностью объективной оценки точного количества залежей этого минерала.

По замкнутому кругу

После откачки из скважин с продуктивным раствором происходит одна из двух вещей: либо он отправляется прямиком на завод, либо (если первое затруднительно или нецелесообразно) на локальную сорбционную установку. В обоих случаях с раствором происходит одно и то же: его пропускают через ионообменную смолу, чтобы «вытащить» из раствора уран. На заводе за этот и все последующие процессы отвечает Юрий Лыгалов. Вверенное ему хозяйство представляет собой разделённое на несколько уровней помещение, во всю высоту которого установлены огромные ёмкости из нержавейки.

На заводе в ёмкостях обрабатывают полученный из шахт раствор. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

«В каждой из этих колонн происходит свой процесс, – рассказывает Лыгалов. – В тех четырёх колоннах уран садится на смолу, потом промывка, донасыщение, десорбция и снова промывка. В результате этих манипуляций мы получаем товарный десорбат, где содержание урана в тысячу раз выше, чем в продуктивном растворе. Затем путём добавления различных реагентов мы осаждаем уран из десорбата и высушиваем его. Получаем наш готовый продукт – урановый концентрат, или жёлтый кек. Раствор и смола после переработки снова пригодны для использования».

Люди на предприятии не ходят в костюмах химзащиты, да случайно залетевшие птицы не спешат падать замертво. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

Вопреки ожиданиям, на участке никто не ходит в костюмах химзащиты и не носит «лепестки» – по технике безопасности здесь положены только халат и каска. Да и людей не так уж много. В каждую смену задействованы всего три человека, и работа их заключается в основном в том, чтобы следить за параметрами через монитор. Остальную работу делает автоматика.

Оператор контролирует процесс на экране компьютера. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

Впрочем, машины могут пока не всё. Например, теми самыми параметрами, за которыми следят на участке Юрия Лыгалова, обеспечивает производственников химико-аналитическая лаборатория под началом Ольги Беззубовой. Круглосуточно, по очереди женщины в белых халатах проводят от 50 до 100 различных анализов за смену – на содержание урана и сопутствующих веществ в продуктивных растворах, готовой продукции и сорбентах.

Лабораторные проверки – важная часть работы. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

– А пробы из окружающей среды вы исследуете? Например, с территорий, прилегающих к добыче.

– Законтурные пробы имеете в виду? Да, мы все их делаем и обычно ничего не находим, никаких вредных веществ, – заверяет начальник лаборатории.

Способы добычи урановой руды

Известно три основных способа добычи урана:

открытый (или карьерный);
шахтный (подземный);
выщелачивающий.

Подземное выщелачивание

Все эти способы зависят от многих факторов. Например, от глубины залежей породы, составу изотопов и т. д.

Способ открытой добычи применим в том случае, когда порода находится неглубоко и чтобы ее добыть, достаточно вооружиться спецтехникой:

самосвалами;
бульдозерами;
погрузчиками.

Карьерный способ добычи урана используется уже довольно давно. Из плюсов данного метода – минимальный риск облучения горняков. Но существенным минусом открытого способа является невосполнимый экологический урон участку земли, который находится в разработке.

Карьерный способ добычи урана

Шахтный способ добычи более затратный, с материальной точки зрения. Для извлечения урана бурят шахты, глубиной до двух километров, если добычу производить глубже этой отметки, топливо получится очень дорогое. В любом случае горнодобывающие компании обязаны снарядить шахтеров всем сопутствующим оборудованием, защитой от радиации. И Установить необходимые вентиляционные системы, способствующие выведению радона и снабжающие шахту свежим воздухом. На руднике металл извлекается из горного массива буровзрывным способом.

Далее, ураносодержащий раствор отправляется на поверхность и попадает на специальные обрабатывающие предприятия, где из него получают конечный продукт.

История открытия

Человек начал использовать вещество еще до новой эры. Первой продукцией стала глазурь для керамики: разновалентные соединения урана создавали желтый, бурый, зеленый, черный цвет.

18 век

Систематическое изучение характеристик элемента началось в 18 веке:

Немецкий естествоиспытатель Генрих Клапрот исследовал золотисто-желтый концентрат, извлеченный из местной смоляной руды. Полученное вещество окрестил ураном – в честь обнаруженной незадолго до этого новой планеты Солнечной системы.
Через полвека француз Эжен Пелиго установил, что это не моновещество, а окисел. Он получил чистый металл и «взвесил» его.
В1874 году Дмитрий Менделеев отвел новому элементу последнюю ячейку таблицы, «вычислив» атомный вес – 240 (вдвое больше принятого тогда).

Предвидение Менделеева подтвердил экспериментально немец Циммерман.

19-20 века

История изучения вещества на новом уровне продолжилась на границе 19-20 веков:

Французский химик Анри Беккерель открыл лучи (позже названные его именем).
Мария Кюри назвала этот феномен радиоактивностью.
Анри Муассан (творец ювелирных муассанитов) создал пошаговую инструкцию по получению урана в форме металла.
Великий Эрнест Резерфорд выявил виды излучения урановых фрагментов – альфа- и бета-лучи. Поль Вийар пополнил список гамма-лучами.
Французско-немецкая команда – Фредерик Лиза Мейтнер, Жолио-Кюри, Отто Фриш – открыла феномен и формулу ядерной реакции.

Резерфорд первым начал экспериментировать с урановым материалом, пытаясь установить возраст горных пород.

Применение урана

Химический элемент уран был открыт в конце 18 века, а радиоактивные его свойства выявлены к концу 19 века. Ранее уран применялся в основном для изготовления и повышения мощности ядерного оружия, в настоящее время ситуация поменялась, и сфера применения расширилась.

Сейчас уран используется в разных отраслях промышленности:

для изготовления стекла;
для производства лакокрасочной продукции;
для производства пигментов, которые применяются в живописи и в керамике;
в фотоделе, окрашивая позитивы и усиливая негативы;
как топливо для ракетных двигателей;
как ядерное топливо;
для создания электрической энергии.

Таким образом, урановая руда применяется достаточно широко, что и обусловливает постоянные поиски его месторождений.

Что такое Уран

Уран — это радиоактивный химический элемент, который можно найти в природе. В основном он используется для производства электрической энергии. Впрочем, его также используют в медицинских целях и, к сожалению, при производстве ядерных бомб.

Этот элемент был открыт на территории Германской империи в 1789 году. Он назван в честь планеты Уран, которая была обнаружена на 8 лет раньше. Однако радиоактивность урана была открыта лишь в 1896 году.

Уран — последний элемент в таблице Менделеева. Он ещё и самый тяжёлый элемент, существующий в естественном виде на Земле. Именно при расщеплении его атома получается электричество.

Электричество, которое производится из урана, является альтернативой горючим ископаемым, таким как нефть и уголь. Сегодня 16% электричества в мире получается из урана.

Урановая руда

Добыча урановой руды в России: что для этого необходимо?

Добыча урановой руды открытым способом

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.

Как добывается уран?

Уран является редким радиоактивным металлом, по распространенности он находится на 38 месте. Его довольно много в земной коре, однако он очень рассеян и не образует мощных месторождений. В чистом виде он практически не встречается, поэтому его выделяют из минералов. Наиболее распространенным минералом урана считается урановая смолка, которая также известна как настуран. Помимо самого урана, в состав этого минерала входят радий, актиний, полоний и другие элементы — продукты радиоактивного распада его изотопов. Примерно 99,4% земного урана представляет собой уран-238, оставшиеся 0,6% приходятся на уран-235.

Настуран — минерал, содержащий в себе уран

Так как уран является радиоактивным металлом, его месторождения можно найти при помощи оборудования для измерения уровня радиации. Но добыча этого металла — очень опасная затея, потому что радиация вредит человеческому здоровью. Так как уран играет очень большую роль в современной промышленности, без его добычи никуда.

Существует три основных вида добычи урана:

открытый, применяемый в случаях, когда урановая руда находится на поверхностных слоях земной коры. Рабочие копают бульдозерами большую яму, загружают руду в грузовики и отправляют в перерабатывающий комплекс;
подземный, применяемый при глубоком расположении радиоактивного материала. Рабочие бурят вертикальную шахту глубиной до двух километров и поднимают руду при помощи специальных грузовых лифтов. Порода измельчается и очищается от примесей, в результате чего остается только осадок солей урана — он называется желтый кек (yellow cake) и после процесса прокаливания превращается в закись-окись урана, которым торгуют на бирже;
скважинное подземное выщелачивание, которое в корне отличается от первых двух способов. В этом случае рабочие бурят 6 скважин по углам шестиугольника, через которые в руду закачивают серную кислоту. После этого, в центре фигуры бурят еще одну дыру, которая используется для извлечения насыщенного солями урана раствора. Он пропускается через специальные колонны, чтобы соли урана остались только на специальной смоле. Далее из смолы изготавливается желтый кек, а из него — закись-окись урана.

Процесс добычи урана из карьера

Добыча урановой руды в России: что для этого необходимо?

Добыча урановой руды открытым способом 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.

Добыча урановой руды в России: что для этого необходимо?

История открытия

18 век

Систематическое изучение характеристик элемента началось в 18 веке:

Немецкий естествоиспытатель Генрих Клапрот исследовал золотисто-желтый концентрат, извлеченный из местной смоляной руды. Полученное вещество окрестил ураном – в честь обнаруженной незадолго до этого новой планеты Солнечной системы.
Через полвека француз Эжен Пелиго установил, что это не моновещество, а окисел. Он получил чистый металл и «взвесил» его.
В1874 году Дмитрий Менделеев отвел новому элементу последнюю ячейку таблицы, «вычислив» атомный вес – 240 (вдвое больше принятого тогда).

Предвидение Менделеева подтвердил экспериментально немец Циммерман.

19-20 века

История изучения вещества на новом уровне продолжилась на границе 19-20 веков:

Французский химик Анри Беккерель открыл лучи (позже названные его именем).
Мария Кюри назвала этот феномен радиоактивностью.
Анри Муассан (творец ювелирных муассанитов) создал пошаговую инструкцию по получению урана в форме металла.
Великий Эрнест Резерфорд выявил виды излучения урановых фрагментов – альфа- и бета-лучи. Поль Вийар пополнил список гамма-лучами.
Французско-немецкая команда – Фредерик Лиза Мейтнер, Жолио-Кюри, Отто Фриш – открыла феномен и формулу ядерной реакции.

Резерфорд первым начал экспериментировать с урановым материалом, пытаясь установить возраст горных пород.

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:

Месторождение	Область	Запасы чистого урана, тонн	Комментарий
Аргунское	Читинская область	9481	Самое крупное российское месторождение. Дает 93% от общего объема добычи.
Жерловое	Читинская область	3485	Общие запасы оценивают в 4137 тысяч тонн.
Хиагдинское	Бурятия	11300	Разработка месторождений проходит методом подземного выщелачивания. Хиагдинское поле состоит из 8 месторождений.

Технология получения

Микродозы урана в литосфере обусловили способ получения металлического вещества:

Обогащение. Сырье измельчают, заливают водой. Тяжелые первичные минералы урана осаждаются первыми.
Выщелачивание. На концентрат воздействуют серной кислотой либо щелочью. Из комплексных руд вещество выщелачивают продувкой при 150°C.
Из полученного раствора выделяют уран – экстракцией либо ионообменом. Это многоступенчатая процедура.
Для образования твердой формы вещества из него удаляют примеси. То есть технически чистое соединение вещества растворяют кислотой, кристаллизуют, прокаливают.
На выходе образуется трехокись. Ее восстанавливают до диоксида водородом.

На него воздействуют обезвоженным фтористым водородом. Добавляют магний либо кальций, восстанавливают металлический уран.

Страны, добывающие уран

Топ мировых стран-добытчиков (всего их насчитывается 14) ядерного топлива в 2022 году:

Казахстан – 21,705 тыс. тонн. 41% мировой добычи, составляющей 53,498 тыс. тонн.
Канада – 7,001 тыс. тонн. Что составляет 13% от общемирового уровня.
Австралия – 6,517 тыс. тонн или 12%.
Намибия – 5,525 тыс. тонн.
Нигер – 2,911 тыс. тонн.
Россия – 2,904 тыс. тонн.
Узбекистан – 2,404 тыс. тонн.
Китай – 1,855 тыс. тонн.
Украина – 1,18 тыс. тонн.
США – 582 тонны.
Также добычей урана занимаются: Индия – 423 тонн, ЮАР – 346 тонн, Иран – 71 тонна и Пакистан – 45 тонн.

Последние статьи автора: Крупнейшие производители молока и молочной продукции в мире Алмазы: свойства, способы добычи и применение

Виды урановых руд

У данных руд достаточно широкая классификация. Кроме вышеописанных различий по насыщенности, также существуют различия по виду химических соединений, содержащих уран, по параметрам зернистости, а также по условиям образования.

Итак, согласно химической классификации, можно распознать железо-окисную, карбонатную, каустобиолиевую, силикатную и сульфидную руды. От данных видов руды будет зависеть также и способ переработки. Карбонатные руды обрабатываются с помощью содового раствора, железо-окисные – томятся в доменных печах, а на силикатные воздействуют кислотами.

Зернистость руды влияет на дальнейший способ обогащения. Руда урана может иметь зерна длиной в поперечнике от 0,015мм (такая зовется дисперсной) и вплоть до 25мм, и выше (крупнозернистая).

Ну а согласно условий образования, все руды делятся на три типа: метаморфогенные, экзогенные и эндогенные. Первые получаются из-за смещений урановых руд с изначальных позиций. Вторые образуются непосредственно на земной поверхности благодаря движению подземных вод и аккумуляции осадков. А третьи – появляются, благодаря пегматитовым расплавам при высоких температурах и влажности. Типы образования урановых руд частично также влияют на методы их добывания, о которых расскажем ниже.

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.

Интересные факты

Уран был открыт еще в XVIII веке. В 1789 году немецкий ученый Мартин Клапрот сумел произвести из руды металлоподобный уран. Что интересно, этот ученый также является первооткрывателем титана и циркония.
Соединения урана активно используют в сфере фотодела. Этот элемент применяется для окрашивания позитивов и усиления негативов.
Главным отличием урана от других химических элементов является естественная радиоактивность. Атомы урана имеют свойство самостоятельно изменяться с течением времени. При этом они испускают лучи, невидимые глазу человека. Эти лучи делятся на 3 вида – гамма-, бета- альфа-излучения (см. Что такое радиация? Действие радиации на организм. Характеристика зон радиоактивного заражения.).

Интересные факты об урановой руде

Уран был открыт еще в XVIII веке. В 1789 году немецкий ученый Мартин Клапрот сумел произвести из руды металлоподобный уран. Что интересно, этот ученый также является первооткрывателем титана и циркония.
Соединения урана активно используют в сфере фотодела. Этот элемент применяется для окрашивания позитивов и усиления негативов.
Главным отличием урана от других химических элементов является естественная радиоактивность. Атомы урана имеют свойство самостоятельно изменяться с течением времени. При этом они испускают лучи, невидимые глазу человека. Эти лучи делятся на 3 вида – гамма-, бета- альфа-излучения (см. Что такое радиация? Действие радиации на организм. Характеристика зон радиоактивного заражения.).

Способы добывания урана

Существует три способа добывания урана, выбор конкретного зависит от состава руды и глубины залегания минерального образования:

Открытый — используется с применением спецтехники, когда руда располагается близко к поверхности земли (до 50 метров). Для добычи с помощью бульдозеров роется котлован, затем экскаваторами руда погружается в самосвалы и доставляется на перерабатывающий завод. К минусам данного способа относится низкое качество добываемого ископаемого, а также причинение вреда экологии местности.
Подземный — более сложный метод. Применяется, если руда располагается на значительной глубине, и только при высокой концентрации урана в породе. Способ заключается в бурении вертикальной шахты (глубиной до 2 км), с последующим извлечением руды из подземных недр. Современные технические возможности способны производить добычу на любой глубине, однако при глубине свыше двух километров добыча становится нерентабельной. Таким образом, подземный способ более затратный по сравнению с открытым, но руда высокого сорта.
Выщелачивание — предварительно бурят скважину, закачивают серную кислоту в виде специального химического раствора, которая растворяется в пласте рудных залежей и насыщается урановыми соединениями. Полученный выщелоченный уран насосами выкачивается наверх и отправляется на обрабатывающие предприятия. Недостаток метода — возможность его использования только на породах песчаника и при залегании руды ниже уровня подземных вод. Таким образом, подобная технология требует предварительного точного геологического исследования.

В последнее время более востребован третий способ добычи урана, поскольку он помогает получить высокую концентрацию необходимого вещества с небольшим содержанием загрязняющих химических элементов и уменьшением экономических затрат. Таким образом, это наиболее чистый способ добычи с экологической точки зрения и безопасности работников добывающего предприятия.

По замкнутому кругу

На заводе в ёмкостях обрабатывают полученный из шахт раствор. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

Оператор контролирует процесс на экране компьютера. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

Лабораторные проверки – важная часть работы. Фото: АиФ/ Людмила Ковалёва

– А пробы из окружающей среды вы исследуете? Например, с территорий, прилегающих к добыче.

Мировые запасы

Подтверждённые мировые запасы диоксида титана составляют:

Китай – 232,9 млн. тонн.
Украина – 184 млн. тонн.
Россия – 177 млн. тонн.
Бразилия – 123 млн. тонн.
Индия – 100 млн. тонн.
Норвегия – 57 млн. тонн.
Канада – 51,4 млн. тонн.
ЮАР – 34,1 млн. тонн.
Австралия – 21,4 млн. тонн.
Остальные страны – 59,1 млн. тонн.

Если оценивать в процентном отношении залежи титановых руд, то ситуация будет несколько иная:

Китай – 38%.
Россия – 17%
Австралия – 10%.
Бразилия – 6%.
Норвегия – 4%.
Индия – 4%.
Канада – 3%.
Украина – 1%.
Другие страны – 17%.

Виды урановых руд

«Росатом» — итоги 2022 года

Глава «Росатома» Алексей Лихачёв назвал прошедший 2022 год «удачным». Ожидается, что компания закончит год с выручкой в 1,5 трлн рублей. Удалось завершить и начать ряд масштабных проектов, некоторые из которых напрямую связаны с зелёной энергетикой.

Так, на стадии технико-экономического обоснования находится проект по созданию совместного предприятия по добыче лития в Аргентине. Если добыча будет признана рентабельной, «Росатом» сможет выйти на рынок сырья для зелёной энергетики.

Госкорпорация пробует свои силы и на рынке ветряной энергетики. В 2022 году удалось сдать пять ветростанций, и теперь мощность ВЭС «Росатома» составляет 720 МВт. К 2024 году этот показатель планируют довести до 1,7 ГВт, а это – 30% от внутреннего рынка.

Развиваются и традиционные направления. В рамках генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики до 2035 года запланировано строительство 16 атомных блоков, в том числе четырёх малых плавучих блоков для энергоснабжения Баимского ГОКа.

Также 2022 год ознаменовался рядом крупных событий в мире для атомной отрасли. Под эгидой МАГАТЭ была создана Венская группа, которая объединила ключевых игроков ядерного рынка. Атомная энергетика оказалась одним из центральных пунктов повестки конференции ООН по изменению климата в Глазго. Главный вопрос: заслуживает ли энергия, вырабатываемая на АЭС, статуса «зелёной»?