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. ). В целом залежи данного химического элемента в грунте, водной среде и горной породе оцениваются в более чем 5 миллионов тонн .

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.

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:

• супербогатыми (свыше 0,3%);
• богатыми (от 0,1 до 0,3%);
• рядовыми (от 0,05 до 0,1%);
• убогими (от 0,03 до 0,05%);
• забалансовыми (от 0,01 до 0,03%).

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:

Месторождение	Страна	Начало обработки
Олимпик-Дэм	Австралия	1988
Россинг	Намибия	1976
МакАртур-Ривер	Канада	1999
Инкай	Казахстан	2007
Доминион	ЮАР	2007
Рейнджер	Австралия	1980
Харасан	Казахстан	2008

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.

• 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. ).

Уран, как химический элемент, был открыт в 1789 году, а радиоактивные его свойства выявлены в конце XIX века. В прошлом столетии уран использовался только для изготовления ядерного оружия. А в наше время он широко используется во многих отраслях промышленности, например, его в небольших количествах добавляют в стекло для окрашивания. Но в большей мере используется для создания электрической энергии.

Самая страшная на планете

Характеристики урановых руд

Урановыми рудами называют природные образования, содержащие метал в значительной концентрации. Часто совместно с ураном в руде находятся другие радиоактивные элементы, такие как полоний и радий.

• крупнозернистые – в поперечнике свыше 25 мм;
• среднезернистые – от 3 до 25 мм;
• мелкозернистые – от 0,1 до 3 мм;
• тонкозернистые – от 0,015 до 0,1 мм;
• дисперсные – менее 0,015 мм.

От размеров зерен зависит, каким способом будет осуществляться обогащение.

Урановая руда классифицируется по содержанию примесей;

• уран-молибденовые;
• уран-кобальт-никель-висмут;
• уран-ванадиевые;
• моноруда.

По химическому составу различают руду:

• силикатную;
• карбонатную;
• сульфидную;
• железо-окисную;
• каустобиолиевую.

По химическому составу определяют, каким способом порода будет перерабатываться. Например:

• из карбонатных руд уран выделяется содовым раствором;
• из силикатных – кислотой;
• из железо-окисных – путем доменной плавки.

Руда классифицируется по содержанию урана:

• очень богатая – содержит свыше 1% металла;
• богатая – от 1 до 0,5%;
• средняя – от 0,5 до 0,25%;
• рядовая – от 0,25 до 0,1%;
• бедная – менее 0,1%.

Из породы, которая содержит уран в пределах 0,01 – 0,015%, металл извлекается как побочный продукт.

Месторождения урана в России

• Жерловое – расположено в Читинской области, запасы оцениваются в 4137 тыс. т. По содержанию металла – молибденовые – 0,082% урана и 0,227% молибдена. Чистого урана лишь 3485 т;
• Аргунское – расположено в Читинской обрасти. Запасы руды категории С1– 13025 тыс. т, из них урана – 27957 т, категории С2 – 7990 тыс., из них 9481 т чистого урана. Это самое крупное месторождение. Оно дает 93% от общероссийского объема добычи;
• Источное, Дыбрынское, Количкановское, Кореткондинское – месторождения, расположенные в Республике Бурятия. В этом районе разведданных запасов порядка 17,7 тыс т, а прогнозные ресурсы – 12,2 тыс т;
• Хиагдинское – расположено в Бурятии. Запасы урановой руды – 11,3 тыс т.

По оценкам специалистов, в России самые перспективные месторождения сегодня находятся на этапе разработки:

• Эльконское – расположено в Якутии, по прогнозам там 346 тыс. т руды;
• Малиновское – в Западной Сибири;
• Витимское и Алданское – в Восточной Сибири;
• Дальневосточное – расположено на побережье Охотского моря;
• В Карелии возле Онежского и Ладожского озер.

Общие запасы урана в России оцениваются в 800 тыс. т.

Как осуществляется добыча урановых руд

Урановые месторождения в России разрабатываются двумя способами:

• открытым;
• подземным.

Добыча урана открытым способом осуществляется в том случае, когда пласты полезной породы залегают неглубоко под землей.

Для выемки руд используют машинную технику:

• бульдозеры – для вскрытия породы;
• ковшевые погрузчики;
• самосвалы для транспортировки.

Обязательным условием разработки месторождений открытым способом в России является последующее его закрытие. Осуществляется оно покрывающими пластами, а на восстановленной поверхности проводят рекультивацию.

Открытый способ более безопасный и дешевый. Считается, что уровень радиации при такой разработке значительно ниже. Но и качество руды также невысокое.

Техника для добычи урановой руды Более высокосортную руду добывают подземным способом. Он заключается в оборудовании шахт или штолен. Сегодня технические возможности не ограничивают добычу по глубине, но превышение двух километров делает добычу нерентабельной.

Основной проблемой подземного способа добычи является выбросы радона – радиоактивного газа. Он может быстро распространяться и создавать высокие концентрации в атмосфере рудника. Один атом радона живет 5 суток. Основная задача при проектировании шахты – обеспечить эффективную систему вентиляции. Чтобы атомы газа не скапливались, а поднимались на поверхность. Часто вентиляционные системы и трубы используются не для подачи в шахту кислорода, а для выведения радона. Воздух при этом подается искусственным способом. Шахта предприятия ППГХО в России потребляет 1410 м 3 воздуха в минуту. Вентиляционные установки работают непрерывно, даже когда шахта не эксплуатируется.

Метод подземного выщелачивания – современная прогрессивная технология. Ее использование наносит наименьший урон по экологии региона. Суть способа заключается в следующем:

• бурится скважина;
• в нее закачивается щелочной состав;
• после взаимодействия с урановой породой происходит выщелачивание металла;
• насыщенный ураном химический состав выкачивается на поверхность.

Несмотря на весомые преимущества, использовать этот способ можно только в песчанике и ниже уровня подземных вод.

Ситуация в мире

Сегодня добыча урана осуществляется только в 28 странах мира. При этом 90% месторождений расположены в 10 странах, которые являются лидерами по объемам добычи.

На первом месте Австралия

Основные показатели:

• доказанные запасы – 661 000 т (31,18% от общемировых запасов);
• месторождения – 19 крупных. Самые известные:
  • Олимпик Дам – добывается 3 000 т в год;
  • Биверли – одна тысяча тонн в год;
  • Хонемун – 900 т.
• себестоимость добычи – 40 долларов за один килограмм;
• крупнейшие добывающие компании:
  • Paladin Energy;
  • Rio Tinto;
  • BHP Billiton.

Второе место по объемам добычи у Казахстана

Основные данные:

• доказанные запасы – 629 000 т (11,81% от общемировых запасов);
• месторождения – 16 крупных. Самые известные:
  • Корсан;
  • Ирколь;
  • Буденовское;
  • Западные Мынкудук;
  • Южный Инкай;
• себестоимость добычи – 40 долларов за кг;
• объем производства – 22574 тонны в год;
• добывающая компания – Казатомпром (производит 15,77% от общемирового объема).

Третье место у России

Показатели:

Четвертое место – Канада

Показатели:

• доказанные запасы – 468 000 т (8,80% от общемировых запасов);

• месторождения – 18 крупных. Самые известные:
  1. МакАртур-Ривер;
  2. Уотербери;
• себестоимость добычи – 34 долларов за один килограмм;
• объем производства – 9332 т в год;
• добывающая компания – Cameco (производит 9144 т урана в год).

Пятое место – Нигер

• доказанные запасы – 421 000 т (7,9% от общемировых запасов);
• месторождения:
  • Имурарен;
  • Арлит;
  • Мадауэла;
  • Азелит;
• себестоимость добычи – 35 долларов за один килограмм;
• объем производства – 4528 т в год.

Вторая пятерка стран по объемам запасов урана выглядит следующим образом:

• ЮАР – 297 000 т;
• Бразилия – 276 000 т;
• Намибия – 261 000 т;
• США – 207 000 т;
• Китай – 166 000 т.

По прогнозам специалистов до 2025 года в мире будет увеличиваться количество атомных станций. Этот рост будет провоцировать больший спрос на уран – увеличение на 44% (80–100 тыс. т). Поэтому во всем мире ведется тенденция к использованию вторичных источников урана:

• золото;
• фосфаты;
• медь;
• лигнитсодержащие породы.

Видео: Как добывают уран

Уран - химический элемент семейства актиноидов с атомным номером 92. Является важнейшим ядерным топливом. Его концентрация в земной коре составляет около 2 частей на миллион. К важным урановым минералам относятся окись урана (U 3 O 8), уранинит (UO 2), карнотит (уранил-ванадат калия), отенит (уранил-фосфат калия) и торбернит (водный фосфат меди и уранила). Эти и другие урановые руды являются источниками ядерного топлива и содержат во много раз больше энергии, чем все известные извлекаемые месторождения ископаемого топлива. 1 кг урана 92 U дает столько же энергии, сколько 3 млн кг угля.

История открытия

Химический элемент уран - плотный, твердый металл серебристо-белого цвета. Он пластичный, ковкий и поддается полировке. В воздухе метал окисляется и в измельченном состоянии загорается. Относительно плохо проводит электричество. Электронная формула урана - 7s2 6d1 5f3.

Хотя элемент был обнаружен в 1789 г. немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, который назвал его в честь недавно открытой планеты Уран, сам металл был изолирован в 1841 г. французским химиком Эженом-Мельхиором Пелиго путем восстановления из тетрахлорида урана (UCl 4) калием.

Радиоактивность

Создание периодической системы российским химиком Дмитрием Менделеевым в 1869 году сосредоточило внимание на уране как на самом тяжелом из известных элементов, которым он оставался до открытия нептуния в 1940 г. В 1896-м французский физик Анри Беккерель обнаружил в нем явление радиоактивности. Это свойство позже было найдено во многих других веществах. Теперь известно, что радиоактивный во всех его изотопах уран состоит из смеси 238 U (99,27 %, период полураспада - 4 510 000 000 лет), 235 U (0,72 %, период полураспада - 713 000 000 лет) и 234 U (0,006 %, период полураспада - 247 000 лет). Это позволяет, например, определять возраст горных пород и минералов для изучения геологических процессов и возраста Земли. Для этого в них измеряется количество свинца, который является конечным продуктом радиоактивного распада урана. При этом 238 U является исходным элементом, а 234 U - один из продуктов. 235 U порождает ряд распада актиния.

Открытие цепной реакции

Химический элемент уран стал предметом широкого интереса и интенсивного изучения после того, как немецкие химики Отто Хан и Фриц Штрассман в конце 1938 г. при его бомбардировке медленными нейтронами обнаружили в нем ядерное деление. В начале 1939 г. американский физик итальянского происхождения Энрико Ферми предположил, что среди продуктов расщепления атома могут быть элементарные частицы, способные породить цепную реакцию. В 1939 г. американские физики Лео Сциллард и Герберт Андерсон, а также французский химик Фредерик Жолио-Кюри и их коллеги подтвердили это предсказание. Последующие исследования показали, что в среднем при делении атома высвобождается 2,5 нейтрона. Эти открытия привели к первой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции (02.12.1942), первой атомной бомбе (16.07.1945), первому ее использованию в ходе военных действий (06.08.1945), первой атомной подводной лодке (1955) и первой полномасштабной атомной электростанции (1957).

Состояния окисления

Химический элемент уран, являясь сильным электроположительным металлом, реагирует с водой. Он растворяется в кислотах, но не в щелочах. Важными состояниями окисления являются +4 (как в оксиде UO 2 , тетрагалогенидах, таких как UCl 4 , и зеленом водном ионе U 4+) и +6 (как в оксиде UO 3 , гексафториде UF 6 и ионе уранила UO 2 2+). В водном растворе уран наиболее устойчив в составе иона уранила, обладающего линейной структурой [О = U = О] 2+ . Элемент также имеет состояния +3 и +5, но они неустойчивы. Красный U 3+ медленно окисляется в воде, которая не содержит кислорода. Цвет иона UO 2 + неизвестен, поскольку он претерпевает диспропорционирование (UO 2 + одновременно сводится к U 4+ и окисляется до UO 2 2+) даже в очень разбавленных растворах.

Ядерное топливо

При воздействии медленных нейтронов деление атома урана происходит в относительно редком изотопе 235 U. Это единственный природный расщепляющийся материал, и он должен быть отделен от изотопа 238 U. Вместе с тем после поглощения и отрицательного бета-распада уран-238 превращается в синтетический элемент плутоний, который расщепляется под действием медленных нейтронов. Поэтому природный уран можно использовать в реакторах-преобразователях и размножителях, в которых деление поддерживается редким 235 U и одновременно с трансмутацией 238 U производится плутоний. Из широко распространенного в природе изотопа тория-232 может быть синтезирован делящийся 233 U для использования в качестве ядерного топлива. Уран также важен как первичный материал, из которого получают синтетические трансурановые элементы.

Другие применения урана

Соединения химического элемента ранее использовались в качестве красителей для керамики. Гексафторид (UF 6) представляет собой твердое вещество с необычно высоким давлением паров (0,15 атм = 15 300 Па) при 25 °C. UF 6 химически очень реактивный, но, несмотря на его коррозионную природу в парообразном состоянии, UF 6 широко используется в газодиффузионных и газоцентрифужных методах получения обогащенного урана.

Металлоорганические соединения представляют собой интересную и важную группу соединений, в которых связи металл-углерод соединяют металл с органическими группами. Ураноцен является органоураническим соединением U(С 8 Н 8) 2 , в котором атом урана зажат между двумя слоями органических колец, связанными с циклооктатетраеном C 8 H 8 . Его открытие в 1968 г. открыло новую область металлоорганической химии.

Обедненный природный уран применяется в качестве средства радиационной защиты, балласта, в бронебойных снарядах и танковой броне.

Переработка

Химический элемент, хотя и очень плотный (19,1 г/см 3), является относительно слабым, невоспламеняющимся веществом. Действительно, металлические свойства урана, по-видимому, позиционируют его где-то между серебром и другими истинными металлами и неметаллами, поэтому его не используют в качестве конструкционного материала. Основная ценность урана заключается в радиоактивных свойствах его изотопов и их способности делиться. В природе почти весь (99,27 %) металл состоит из 238 U. Остальную часть составляют 235 U (0,72 %) и 234 U (0,006 %). Из этих естественных изотопов только 235 U непосредственно расщепляется нейтронным облучением. Однако при его поглощении 238 U образует 239 U, который в конечном итоге распадается на 239 Pu - делящийся материал, имеющий большое значение для атомной энергетики и ядерного оружия. Другой делящийся изотоп, 233 U, может образоваться нейтронным облучением 232 Th.

Кристаллические формы

Характеристики урана обусловливают его реакцию с кислородом и азотом даже в нормальных условиях. При более высоких температурах он вступает в реакцию с широким спектром легирующих металлов, образуя интерметаллические соединения. Образование твердых растворов с другими металлами происходит редко из-за особых кристаллических структур, образованных атомами элемента. Между комнатной температурой и температурой плавления 1132 °C металлический уран существует в 3 кристаллических формах, известных как альфа (α), бета (β) и гамма (γ). Трансформация из α- в β-состояние происходит при 668 °C и от β до γ - при 775 °C. γ-уран имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую структуру, а β - тетрагональную. α-фаза состоит из слоев атомов в высокосимметричной орторомбической структуре. Эта анизотропная искаженная структура препятствует атомам легирующих металлов заменять атомы урана или занимать пространство между ними в кристаллической решетке. Обнаружено, что твердые растворы образуют только молибден и ниобий.

Руды

Земная кора содержит около 2 частей урана на миллион, что говорит о его широком распространении в природе. По оценкам, океаны содержат 4,5 × 10 9 т этого химического элемента. Уран является важной составляющей более чем 150 различных минералов и второстепенным компонентом еще 50. Первичные минералы, обнаруженные в магматических гидротермальных жилах и в пегматитах, включают уранинит и его разновидность настуран. В этих рудах элемент встречается в форме диоксида, который вследствие окисления может варьироваться от UO 2 до UO 2,67 . Другой экономически значимой продукцией урановых рудников являются аутунит (гидратированный уранилфосфат кальция), тобернит (гидратированный уранилфосфат меди), коффинит (черный гидратированный силикат урана) и карнотит (гидратированный уранил-ванадат калия).

По оценкам, более 90 % известных недорогих запасов урана приходится на Австралию, Казахстан, Канаду, Россию, Южную Африку, Нигер, Намибию, Бразилию, КНР, Монголию и Узбекистан. Большие месторождения находятся в конгломератных скальных образованиях озера Эллиот, расположенного к северу от озера Гурон в Онтарио, Канада, и в южноафриканском золотом прииске Витватерсранде. Песчаные образования на плато Колорадо и в Вайомингском бассейне западной части США также содержатся значительные запасы урана.

Добыча

Урановые руды встречаются как в приповерхностных, так и глубоких (300-1200 м) отложениях. Под землей мощность пласта достигает 30 м. Как и в случае с рудами других металлов, добыча урана на поверхности производится крупным землеройным оборудованием, а разработка глубоких отложений - традиционными методами вертикальных и наклонных шахт. Мировое производство уранового концентрата в 2013 г. составило 70 тыс. т. Наиболее продуктивные урановые рудники расположены в Казахстане (32 % всей добычи), Канаде, Австралии, Нигере, Намибии, Узбекистане и России.

Урановые руды обычно включают лишь небольшое количество ураносодержащих минералов, и они не поддаются плавке прямыми пирометаллургическими методами. Вместо этого для извлечения и очистки урана должны использоваться гидрометаллургические процедуры. Повышение концентрации значительно снижает нагрузку на контуры обработки, но ни один из обычных способов обогащения, обычно используемых для переработки полезных ископаемых, например гравитационный, флотация, электростатический и даже ручная сортировка, неприменимы. За немногими исключениями эти методы приводят к значительной потере урана.

Обжиг

Гидрометаллургической обработке урановых руд часто предшествует высокотемпературная стадия кальцинирования. Обжиг обезвоживает глину, удаляет углеродистые материалы, окисляет соединения серы до безобидных сульфатов и окисляет любые другие восстановители, которые могут мешать последующей обработке.

Выщелачивание

Из обожженных руд уран извлекается как кислотными, так и щелочными водными растворами. Для успешного функционирования всех систем выщелачивания химический элемент должен либо первоначально присутствовать в более стабильной 6-валентной форме, либо окисляться до этого состояния в процессе обработки.

Кислотное выщелачивание обычно проводят путем перемешивания смеси руды и выщелачивателя в течение 4-48 ч при температуре окружающей среды. За исключением особых обстоятельств используется серная кислота. Ее подают в количествах, достаточных для получения конечного щелока при рН 1,5. Схемы выщелачивания серной кислоты обычно используют либо диоксид марганца, либо хлорат для окисления четырехвалентного U 4+ до 6-валентного уранила (UO 2 2+). Как правило, для окисления U 4+ достаточно примерно 5 кг двуокиси марганца или 1,5 кг хлората натрия на тонну. В любом случае окисленный уран реагирует с серной кислотой с образованием уранилсульфатного комплексного аниона 4- .

Руда, содержащая значительное количество основных минералов, таких как кальцит или доломит, выщелачивается 0,5-1-молярным раствором карбоната натрия. Хотя были изучены и протестированы различные реагенты, основным окислителем урана является кислород. Обычно руда выщелачиваются на воздухе при атмосферном давлении и при температуре 75-80 °C в течение периода времени, который зависит от конкретного химического состава. Щелочь реагирует с ураном с образованием легкорастворимого комплексного иона 4- .

Перед дальнейшей обработкой растворы, образующиеся в результате кислотного или карбонатного выщелачивания, должны быть осветлены. Крупномасштабное разделение глин и других рудных шламов осуществляется за счет использования эффективных хлопьеобразующих агентов, в том числе полиакриламидов, гуаровой смолы и животного клея.

Экстракция

Сложные ионы 4- и 4- могут быть сорбированы из их соответствующих выщелачивающих растворов ионообменных смол. Эти специальные смолы, характеризующиеся кинетикой их сорбции и элюирования, размером частиц, стабильностью и гидравлическими свойствами, могут использоваться в различных технологиях обработки, например в неподвижном и подвижном слое, методом ионообменной смолы в пульпе корзинного и непрерывного типа. Обычно для элюирования сорбированного урана используют растворы хлорида натрия и аммиака или нитратов.

Уран можно выделить из кислых рудных щелоков путем экстракции растворителем. В промышленности используются алкилфосфорные кислоты, а также вторичные и третичные алкиламины. Как правило, экстракция растворителем предпочтительна по сравнению с ионообменными методами для кислотных фильтратов, содержащих более 1 г/л урана. Однако этот метод не применяется при карбонатном выщелачивании.

Затем уран очищают, растворяя в азотной кислоте с образованием уранилнитрата, экстрагируют, кристаллизуют и прокаливают с образованием трехокиси UO 3 . Восстановленный диоксид UO2 реагирует с фтористым водородом с образованием тетафторида UF4, из которого металлический уран восстанавливается магнием или кальцием при температуре 1300 °C.

Тетрафторид можно фторировать при температуре 350 °C до образования гексафторида UF 6 , используемого для отделения обогащенного урана-235 методом газовой диффузии, газового центрифугирования или жидкой термодиффузии.

В поисках боле дешевого источника энергии, который бы не наносил вреда окружающей среде, мировое научное общество уделило внимание сфере ядерной энергетики. На сегодняшний день количество ядерных реакторов, которые возводятся для выработки энергии, исчисляется сотнями. В качестве сырья для выработки атомной энергии применяется урановая руда. Она содержит в себе вещества, которые относятся к семейству актинидов. По некоторым подсчетам в земле содержится в 1000 раз больше урановой руды, чем золота. Для получения топлива для атомных электростанций проводится ее переработка.

Характеристики урановых руд

Руда урана в свободном виде представлена серо-белым металлом, который может иметь довольно большое количество различных примесей. Стоит учитывать, что непосредственно сам очищенный уран считается химически активным веществом. Рассматривая физико-механические и химические свойства урана, отметим нижеприведенные моменты:

1. Температура кипения этого химического элемента составляет 4 200 градусов Цельсия, что существенно усложняет процесс его переработки.
2. На воздухе уран окисляется, может растворятся в кислотах и реагировать на воздействие воды. Однако, данный химический элемент не взаимодействует со щелочами, что можно назвать его особенностью.
3. При определенном воздействии вещество становится источником довольно большого количества энергии. При этом образуется относительно небольшое количество отработки, с утилизацией которой на сегодняшний день возникает довольно много проблем.

Стоит учитывать, что уран многие относят к редкому химическому элементу, так как его концентрация в земной коре составляет 0,002%. При столь относительно невысокой концентрации этого химического элемента, альтернативного вещества пока найдено не было. Конечно, пока запасов достаточно для непрерывной добычи урана и питания атомных электростанций или двигателей.

Месторождения урана

Не сложно догадаться, что при столь относительно небольших запасах рассматриваемого вещества в недрах земли и постоянном росте потребности в материале, его стоимость повышается. За последнее время было открыто довольно большое количество месторождений урана, лидером по его добычи принято считать Австралию. Проведенные исследования указывают на то, что на территории этой страны сконцентрировано более 30% всех запасов. Наиболее крупными месторождениями считаются:

1. Биверли;
2. Олимпик Дам;
3. Рейнджер.

Интересным моментом является то, что главным конкурентом Австралии в сфере добычи руды урана принято считать Казахстан. На территории этой страны сконцентрировано боле 12% мировых запасов. Несмотря на достаточно большую площадь, в России только 5% мировых запасов.

По некоторой информации, запасы России составляют 400 тысяч тонн урана. На конец 2017 года была открыто и разработано 16 месторождений. Интересно, что 15 из них сосредоточено в Забайкалье. Больше всего урановой руды сосредоточено на Стрельцовском рудном поле.

Как ранее было отмечено, урановая руда применяется в качестве топлива, что и определяет ведение постоянных поисков его месторождений. На сегодняшний день уран часто применяется как топливо для ракетных двигателей. При производстве ядерного оружия этот элемент используется для повышения его мощности. Некоторые производители используют его для производства пигментов, которые используются в живописи.

Добыча урановых руд

Добыча урановой руды налажена во многих странах. Стоит учитывать, что сегодня для добычи руды могут применяться три технологии:

1. При близком расположении урана к поверхности земли применяется открытия технология. Она довольно проста и не требует больших затрат. Для поднятия сырья применяются экскаваторы и другая подобная спецтехника. После поднятия и погрузки в самосвалы она доставляется на перерабатывающие заводы. Отметим, что у данной технологии есть довольно большое количество недостатков, но из-за простоты добычи она получила широкое распространение. В процессе разработки месторождений получаются карьеры, площадь которых может достигать несколько квадратных километров. Стоит учитывать, что подобный способ добычи руды наносит непоправимый вред окружающей среде. Поверхностной добычей урана занимается довольно большое количество крупных горных компаний.
2. При глубоком расположении руды в толще земли проводится создание шахт. Технология достаточно сложна в исполнении, предусматривает также механическую добычу материала. Существует достаточно большое количество шахт, в которых проводится добыча урановой и другой руды. Подобный метод добычи породы связан с достаточно большими рисками, так как в толще земли могут находится карманы газа или подводные реки. Обрушение сводов может привести к консервированию шахты, гибели рабочих и повреждению дорогостоящего оборудования. Однако, в случае глубокого залегания рассматриваемой породы по-другому провести ее извлечение практически невозможно.
3. Третий метод заключается в образовании скважин, в которые закачивается серная кислота. Вблизи ранее проделанной скважины создается вторая, которая предназначена для поднятия уже полученного раствора. После завершения процесса сорбции устанавливается оборудование, способное поднимать на поверхность вещества, напоминающие смолы. После поднятия полученной смолы на поверхность проводится ее обработка и выделение урана.

Подземно-скважинное выщелачивание

В последнее время все больше стали применять третий метод добычи урана. Это связано с тем, что он позволяет добиться высокой концентрации требуемого вещества при минимальном содержании загрязняющих химических элементов. Однако, подобная технология требует проведения точных геологических исследований, так как бурение скважин должно проводиться над месторождением рассматриваемого химического вещества. В противном случае, при добавлении кислоты на процесс сорбции при малой концентрации урана потребуется довольно много времени.

На территории России в большинстве случаев добыча урана проводится путем его механического извлечения. Кроме этого, добычей сырья для производства атомного топлива занимаются в Китае и Украине.

УРАНОВЫЕ РУДЫ (а. uranium ores; н. Uranerze; ф. minerais uraniferes, minerais d"uranium; и. minerales de urania, minerales uraniсоs) — природные минеральные образования, содержащие уран в таких концентрациях, количествах и соединениях, при которых его промышленная добыча экономически целесообразна.

Главные рудные минералы: оксиды — уранинит , урановая смолка, урановая чернь; силикаты — коффинит; титанаты — браннерит; уранилсиликаты — уранофан, бетауранотил; уранил-ванадаты — карнотит , тюямунит; уранилфосфаты — отенит , торбернит . Кроме того, уран в рудах нередко входит в состав минералов , содержащих Р, Zr, Ti, Th и TR (фторапатит, лейкоксен , монацит , циркон , ортит , торианит , давидит и др.), или находится в сорбированном состоянии в углистом веществе.

Обычно различаются урановые руды: супербогатые (более 0,3% U), богатые (0,1-0,3%), рядовые (0,05-0,10%), убогие (0,03-0,05%) и забалансовые (0,01-0,03%). К очень крупным относятся урановые месторождения с запасами (тысяч т) более 50, к крупным — от 10 до 50, к средним — от 1 до 10, к мелким — 0,2-1,0 и к очень мелким — менее 0,2.

Урановые руды разнообразны по условиям образования, характеру залегания, минеральному составу, присутствию попутных компонентов, способам разработки. К осадочным урановым рудам (экзогенным сингенетическим) относятся пластовые палеогеновые месторождения органогенно-фосфатного типа в (залежи костного детрита рыб, обогащенного U и TR) и раннепротерозойские кварцево-галечные ураноносные конгломераты районов Эллиот-Лейк в Канаде (с Th, Zr, Ti), Витватерсранд в Южной Африке (с Au) и Жакобина в Бразилии (с Au). Руды, как правило, рядовые и убогие. Среди инфильтрационных месторождений (экзогенных эпигенетических) выделяются грунтово-, пластово- и трещинно-инфильтрационные. Ведущие среди них — коффинит-черниевые месторождения пластово-инфильтрационного типа, где урановые руды залегают в проницаемых породах артезианских бассейнов и контролируются границами зон пластового окисления. Рудные залежи имеют форму роллов (удлинённо-серповидных тел) или линз . Руды преимущественно рядовые и убогие, иногда комплексные с Se, Re, Mo, V, Sc (месторождения аридных районов CCCP, штат Вайоминг в , Нигера).

Среди грунтово-инфильтрационных месторождений промышленный интерес представляют главным образом месторождения ураноугольные, где урановое и сопутствующее оруденение локализуется в кровле пластов , на контакте с окисленными песками , а также приповерхностные месторождения карнотитовых руд в "калькретах" и "гипкретах" (карбонатные и гипсовые почвенные образования речных палеодолин) в Австралии (месторождение Йилирри) и Намибии. К данной группе примыкают стратиформные уранобитумные месторождения в терригенных и карбонатных породах , где рудное вещество представлено настурансодержащими керитами и антраксолитами (месторождения пояса Гранте в США, Баната в Румынии). Эти рудные объекты совместно с инфильтрационными иногда объединяются в месторождения "песчаникового" типа (руды рядовые и убогие). Их возможными метаморфизованными аналогами являются месторождения Франсвильского рудного района в Габоне , среди них уникальное месторождение Окло . Гидротермальные месторождения (эндогенные эпигенетические средне-низкотемпературные) в основном жильные и жильно-штокверковые, реже пластообразные. Они подразделяются на собственно урановые (в т.ч. уранкарбонатных жил), молибден-урановые (часто с Pb, As, Zn и др. халькофилами), титан-урановые, фосфор-урановые (с Zr, Th). Основные рудные минералы: настуран , коффинит, браннерит (в уран-ториевых рудах), урансодержащий фторапатит (в фосфор-урановых рудах). В зонах окисления развиты вторичные уранилсиликаты, уранилфосфаты, ураниларсенаты. Руды рядовые и богатые. К этой группе относятся месторождения в вулкано-тектонических сооружениях и породах фундамента ряда районов CCCP, Рудных гор , Центрального Французского массива, районов Биверлодж и Большого Медвежьего озера в Канаде, США (Мэрисвейл), Австралии (районы Маунт-Айза и Уэстморленд). К этой же группе примыкают метасоматические месторождения типа "несогласия", выявленные в Канаде (рудные районы Раббит-Лейк , Ки-Лейк и др.) и Северной Австралии (район Аллигейтор-Ривер). Они характеризуются контролем оруденения поверхностями стратиграфического несогласия , пластообразной или пластообразно-жильной морфологией, необычно высокими содержаниями урана в рудах (0, n — n%). Главные рудные минералы: настуран, уранинит, коффинит, браннерит. В Австралии выявлено уникальное стратиформное месторождение комплексных руд Урановая промышленность .

В 80-х гг. рентабельными для отработки были урановые руды стоимостью добычи менее 80 долларов/кг урана. Суммарные запасы и ресурсы урана, включая потенциальные, в промышленно развитых капиталистических и развивающихся странах оцениваются в 14 млн. т (без попутного урана). Основные запасы урановых руд (тысяч т) в этих странах сосредоточены в Австралии (465), Канаде (180), ЮАР, Нигере , Бразилии, США (133) и Намибии. Примерно 31% общих запасов приходится на месторождения типа "несогласия", 25% — "песчаникового" типа, 16% — на ураноносные конгломераты, 14% — "порфирового" типа и др.

Мировое ежегодное производство урановых концентратов в этих странах в 1988 составляло 37,4 тысяч т урана при средней стоимости 30 долларов за кг (начало 1989).