Как добывают уран. Урановая руда: свойства, применение, добыча

Атомные электростанции не производят энергию из воздуха, они также используют природные ресурсы – в первую очередь таким ресурсом является уран. Если сравнить два списка – десять стран, обладающих самыми большими запасами урана и – мы увидим, что списки отнюдь не совпадают.

Разведанные запасы урана в мире по странам (топ-16)

Австралия – 1 706 тысяч тонн
Казахстан – 679 тысяч тонн
Россия – 505 тысяч тонн
Канада – 493 тысячи тонн
Нигер – 404 тысячи тонн
Намибия – 382 тысяч тонн
ЮАР – 338 тысяч тонн
Бразилия – 276 тысяч тонн
США – 207 тысяч тонн
Китай – 199 тысяч тонн
Монголия – 141 тысяча тонн
Украина – 117 тысяч тонн
Узбекистан – 91 тысяча тонн
Ботсвана – 68 тысяч тонн
Танзания – 58 тысяч тонн
Иордания – 40 тысяч тонн
Остальные страны – 191 тысяча тонн

Можно заметить, что четверть мировых запасов находится в Австралии, которая к атомной энергетике не имеет никакого отношения. Значительные ресурсы расположены в Казахстане, ЮАР, Намибии, Бразилии, Нигере – странах, в которых либо совсем нет атомных электростанций, либо имеющих всего несколько реакторов и зачастую в них ведут иностранный компании. Так уран в Нигере добывают французы для своих нужд.

В то же время такие страны как США, Китай, в особенности Индия, Франция, Япония, Южная Корея, Великобритания – испытывают острый дефицит в природном уране. В результате на текущий момент, развернута настоящая война среди этих стран за контроль над месторождениями урана, особенно жесткая борьба происходит в Африке, где ради этого начинаются гражданские войны, идет поддержка «нужных» сепаратистов, погибают тысячи людей.

Подобные «битвы» происходили и в близлежащем к России Казахстане, правда, вопрос решался в первую очередь с помощью взяток, подкупа, судебных войн за право владения источниками ресурса. Сейчас в Казахстане, как информирует справочник СНГ , действуют несколько урановых шахт, направленных на экспорт. Казахстан никак не построит.

Но завладеть шахтой с ураном полдела, уран для использования на АЭС нужно еще и обогатить и процесс этот весьма трудоемкий. Собственные мощности по обогащению урана имеют всего 15 стран мира. Среди них как крупные игроки – Россия, США, Япония, Франция, Германия, Великобритания, Китай и Индия. Так есть и более мелкие страны с точки зрения ядерной энергетики – Аргентина, Бразилия, Израиль, Иран, Бельгия, Северная Корея, Пакистан. Важным моментом является и то, что на 6 стран – Россию, США, Великобританию, Франция, Германию и Бельгию – приходится 97% мировых мощностей по обогащению урана. В результате крупные игроки, такие как Росатом и Westinghouse делят мир под себя, постоянно встречаясь на разных площадках – например на , или на украинских АЭС – и

является управляющей компанией Горнорудного дивизиона Госкорпорации «Росатом», консолидирующей российские уранодобывающие активы. Минерально-сырьевая база непосредственно самого холдинга по итогам 2017 года составляет 523,9 тыс. тонн (2 место среди крупнейших уранодобывающих компаний мира).

Сосредоточенные в компании уникальные компетенции позволяют выполнять весь комплекс промышленных работ – от геологоразведки до добычи и переработки природного урана. Это важно, потому что российские активы уранодобычи находятся на разных стадиях жизненного цикла: от разведки (проект «Элькон») до интенсивной промышленной эксплуатации месторождений. Крупнейшее предприятие, входящее в контур управления Уранового холдинга «АРМЗ», - это основанное в 1968 году «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО, Забайкальский край) . Оно уже много десятилетий осуществляет добычу подземным горным способом.

Эффективно развиваются два других предприятия - АО «Хиагда» в Республике Бурятия и АО «Далур» в Курганской области, добывающие уран более экологически чистым методом скважинного подземного выщелачивания (СПВ).

В отличие от традиционного способа добычи, который заключается в извлечении руды из недр, ее дроблении и гидрометаллургической переработке, при СПВ урановая руда остается на месте залегания. Посредством системы скважин через рудную залежь прокачивается выщелачивающий реагент с последующей откачкой урансодержащего раствора на поверхность, где он последовательно перерабатывается до получения конечного продукта – желтого кека или закиси-окиси урана. При СПВ почвенный покров почти не нарушается, не образуется отвалов пустой породы и отходов, а состояние вмещающего руду водоносного горизонта после отработки восстанавливается до начального состояния. Данная технология значительно экономичнее и экологически предпочтительнее карьерного или шахтного способов добычи урана.

АО «Хиагда» оценивается как самый перспективный актив холдинга. Расширение его производственной базы уже в ближайшем будущем позволит выйти на проектную мощность в 1000 тонн урана в год.

Среди других дочерних предприятий АО «Атомредметзолото» - сервисный центр АО «РУСБУРМАШ», осуществляющий разведку природных ископаемых как в России так и за рубежом, инжиниринговый центр АО «ВНИПИпротехнологии», специализирующийся в проектировании и строительстве промышленных объектов «под ключ».

Кроме добычи урана, Урановый холдинг «АРМЗ» реализует также ряд проектов, связанных с добычей редких, редкоземельных и драгоценных металлов. Один из ключевых проектов – освоение Павловского свинцово-цинкового серебросодержащего месторождения на архипелаге Новая земля, минерально-сырьевая база которого позволит организовать одно из крупнейших перерабатывающих предприятий в России. Основой для этой деятельности служит многолетний опыт разработки месторождений в самых разнообразных геоклиматических условиях. В АО «Далур» планируется организовать попутное производство концентрата (до 10 тонн в год) и концентрата редкоземельных металлов (до 450 тонн в год). ППГХО на разрезе «Уртуйский» ведет добычу угля.

Благодаря инвестициям и оптимизации деятельности производительность труда в Урановом холдинге «АРМЗ» растет, а себестоимость добычи – снижается. Внедрение прогрессивных технологий также способствует повышению результатов. В частности, в АО «Далур» в 2015 году была смонтирована технологическая линия сушки «желтого кека» с проектной мощностью 120 кг продукта в час. Влажность суспензии соединений урана благодаря вводу линии снизилась с 30% до 2%. В свою очередь, это не только снижает затраты на логистику, но и обеспечивает удобство дальнейшей переработки для получения высокочистых соединений урана.

Зарубежные уранодобывающие активы Госкорпорации «Росатом» объединяет холдинг Uranium One. Он имеет диверсифицированный портфель международных активов в Казахстане, США и Танзании. Минерально-сырьевая база Uranium One, согласно оценкам по стандартам международной отчетности, составила на конец 2018 года 216 тыс. тонн урана (по сравнению с 2017 годом значение не изменилось). Объем добычи урана в 2018 году составил 4,4 тыс. тонн урана.

Добыча осуществляется с применением экологически щадящей технологии скважинного подземного выщелачивания. Uranium One является сторонником экологически чистой энергетики, поддерживает самые высокие стандарты в сфере защиты окружающей среды, обеспечения охраны жизни и здоровья сотрудников, активно участвует в программах развития местных сообществ на территориях присутствия компании.

Топливом почти всех атомных электростанций мира является единственный элемент таблицы Менделеева – уран. В гораздо более редких случаях речь идет о плутонии и тории. Добыча урана в мире ведется всего в паре десятков стран, обладающих .

Добыча урана в мире

Уран – сверхтяжелый металл, серебристо-белого цвета. Он очень активен, быстро окисляясь на воздухе, что затрудняет его добычу. Урана в земле содержится значительно больше, чем драгоценных металлов – золота, платины, серебра. Но при этом уран достаточно рассеян в горных породах, почве, воде океанов. Как таковых месторождений урана не так уж и много в мире.

Но даже в месторождениях разрабатываемых для получения тонны урана, приходится добывать около тысячи тонн руды, а вместе с ними и десятки тысяч «пустой» породы. Как результат, для экономической целесообразности, вместе с ураном добывают другие элементы – фосфор, сера, железо, золото, редкоземельные металлы и другие.

Способы добычи урана в мире

В основном урановую руду добывают двумя способами – шахтным или карьерным, в зависимости от глубины пластов с урановой рудой. Так в 2005 году карьерным способом добывали 30% урана в мире, шахтным способом – 38%, способом подземного выщелачивания 21%. Оставшиеся 11% добывались попутным способом на месторождениях других полезных ископаемых.

Карьерный способ подразумевает под собой меньшую радиацию и более высокую безопасность. Подземный (шахтный) в свою очередь позволяет добыть более качественную урановую руду, но он же и более опасный из-за радона – радиоактивного газа, скапливающегося в шахтах.

Подземное выщелачивание урановых руд – самая современная технология добычи урана, впервые используемая с 1957 года. Способ представляет собой закачку под землю в слой урановых руд специального химического растворителя, который реагирует на соединения урана. Затем этот раствор выводят на поверхность и перерабатывают уже его. Из минусов этого способа – возможность использования только в песчанике и ниже уровня подземных вод. Особую популярность способ приобрел в Казахстане, Узбекистане и США.

Общая добыча урана в мире в 2001-2005 годах составляла 36-42 тысячи тонн, из которых на двух лидеров – Канаду и Австралию – приходилось более 50%. Россия занимала долю мировой добычи урана в 6-8%, а Украина и США еще меньше.

Добыча урана (U) имеет большое значение для современного общества. Этот самый тяжелый металл используют в атомной промышленности в качестве топлива, из него изготавливают ядерное оружие. В мирных целях применяют для производства стекла и лакокрасочных материалов. Чистый уран в природных условиях не встречается, он входит в состав минералов и руды.

Мировые запасы

На данный момент добыча урана осуществляется на территории большого числа месторождений. В земном слое на глубине двадцати километров находится внушительное число тонн урановой руды, способной снабжать человечество топливом на множество столетий вперед. Уран добывают в 28 странах мира. Но основные мировые запасы принадлежат 10 государствам, которые делят 90% рынка.

Австралия. В этой стране находится 19 больших месторождений. Запасы U в них составляют 661 000 т (доля занимает 31,18% от всех мировых залежей).

Казахстан. Имеет 16 крупных точек добычи U. Объем залежей составляет 629 000 т, что составляет 11,81% от общей доли запасов в мире.

Россия. Доля РФ в мировой урановой промышленности равна 9,15%. Запасы U составляют 487 000 т. По прогнозам, добыча U увеличится до 830 тыс. тонн.

Канада. Запасы руды находится на отметке 468 000 т, что занимает 8,80% мирового рынка. Добыча урана составляет 9 тыс. тонн в год.

Нигер. Залежи урана в стране составляют 421 000 т, это 7,9% от общей доли мировых запасов. В 4 месторождениях добывают 4,5 тыс. тонн U в год.

ЮАР. Запасы U в стране составляют 297 000 т; что занимает около 6% доли мировых запасов. В ЮАР за год урана добывается 540 тонн.

Бразилия. Показатель страны равен 276700 тонн урановой руды. Добыча U за год составляет 198 тонн в год.

Намибия. Запасы урана в стране составляют 261 000 т. В Намибии есть четыре крупных месторождения U.

США. Общие запасы U в США составляют 207 000 т.

Китай. Показатель страны составляет 166 000 т. За год в КНДР добывается около 1,5 тыс. тонн урановой руды.

Крупнейшие мировые месторождения Урана

№	Страна	Количество	Название месторождений	Объем добычи урана в год
1	Австралия	19	Олимпик Дам	3 тыс. тонн 1 тыс. тонн
2	Казахстан	16	Корсан Буденовское Западные Мынкудук Южный Инкай
3	Россия	7	Читинская обл.: Аргунское, Жерловое, Источное, Намарусское Кореткондинское, Количканское, Дыбрынское	27957 тыс. тонн 3485 тыс. тонн 17,7 тыс. тонн суммарно
4	Канада	18	МакАртур-Ривер Уотербери
5	Нигер	4	Имурарен, Мадауэла, Азелит, Арлит
6	ЮАР	5	Доминион, Вестерн-Ариез, Палабора, Рандфонтейн и Вааль-Ривер
7	Бразилия	3	Санта-Китерия, Посус-ди-Калдас, Лагоа-Реал

В России контроль над основными уранодобывающими активами осуществляет корпорация «Росатом». Она объединяет Международный горнорудный дивизион Uranium One и имеет портфель акций в США, Казахстане и Танзании.

Характеристики урановых руд

Виды урана

Природный уран состоит из взаимодействия 3 изотопов: U238, U235, U234. На радиоактивные свойства металла влияют изотопы 238 и его дочерний нуклеотид 234. Благодаря присутствию в составе U именно этих атомов, уран используют при производстве топлива для атомных электростанций и ядерного оружия. Хотя активность U235 изотопа в 21 раз слабее, он способен сохранять цепную ядерную реакцию без сторонних активных элементов.

Помимо естественных изотопов, есть еще искусственные атомы U.

Их известно не менее 23 видов. Особого внимания заслуживает изотоп U233, образуется он при облучении тория-232 нейтронами и делится под влиянием тепловых нейтронов. Эта способность делает U233 оптимальным источником энергии для ядерных реакторов.

Классификация руды

Под понятием природная урановая руда понимается минеральное образование с большой концентрацией урана. При разработке урановых месторождений, как правило, смежно получают другие радиоактивные металлы – радий и полоний. Породы, в которых содержится уран, могут различаться по своему составу. Структура пластов оказывает влияние на способ добычи ценного металла.

По условиям образования руды можно разделить на:

эндогенные;
экзогенные;
метаморфогенные.

По типу минерализации урановые руды различают:

первичные;
окисленные;
смешанные.

Классификация по размерам зерен:

дисперсные (<0,015 мм);
тонкозернистые (0,015–0,1 мм);
мелкозернистые (0,1–3 мм);
среднезернистые (3 до 25 мм);
крупнозернистые (> 25 мм).

молибденовые;
анадиевые;
уран-кобальт-никель-висмут;
моноруда.

Классификация по химическому составу:

карбонатная;
железно-окисная;
силикатная;
сульфидная;
каустобиолевая.

Руда разделяется по способу обработки:

содовый раствор, применяют в том случае, если в химическом составе руды присутствует карбонат;
кислота используется для силикатных пород;
метод доменной плавки применяют, если железо-окисная по своему составу.

бедную (< 0,1%);
рядовую (0,25–0,1%);
среднюю (0,5–0,25%);
богатую (1–0,5%);
очень богатую (>1% U).

Добывать уран имеет смысл, если его содержание в слое земли составляет не менее 0,5%. Если урана в слое породы менее 0,015%, его добыча осуществляется в качестве побочного продукта.

Способы добычи урановой руды

Известно три основных способа добычи урана:

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

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

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.

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.

Выщелачивающий метод добычи урана считается оптимальным. В горной породе пробуриваются скважины, через которые закачивается раствор – выщелачивающий реагент, обладающий особым химическим составом. Он растворяется в недрах рудных залежей и насыщается соединениями ценного металла.

Выводы

Добыча урана при помощи подземного выщелачивания наносит ощутимо меньше вреда экологии, чем методы, изложенные выше. Со временем на разрабатываемом участке земли происходят процессы рекультивации. Применение данного метода сможет снизить экономические затраты. Но у него есть свои ограничения. Его не используют только в песчанике и ниже уровня грунтовых вод.

Видео: Добыча урана

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: