Ciklus nuklearnog goriva: O modernom uranu. Taloženje "žutog kolača" iz komercijalnog regenerira uranov kolač
Industrija urana u Kazahstanu u pogledu prihoda u proračun zemlje je možda druga nakon proizvodnje nafte. U ovoj industriji radi više od 25 tisuća ljudi, no zbog sigurnosti objekata gosti u rudnicima urana izuzetno su rijetka pojava.
Danas ćemo vidjeti kako radi rudarsko poduzeće Ortalyk, smješteno u okrugu Suzak u regiji Južnog Kazahstana
Radna smjena zaposlenika Ortalyk Mining Enterprise LLP počinje obaveznim liječničkim pregledom
Radnicima u poduzeću za iskopavanje urana mjeri se krvni tlak i temperatura, a također se testira alkometrom. Iako je, prema riječima liječnika, alkohol u ustanovi strogo zabranjen, a nije bilo niti jednog slučaja da je zadnji test “pao”
Nakon liječničkog pregleda - doručak u rudničkoj menzi
Specifičnosti proizvodnje stvaraju dodatne sigurnosne zahtjeve - zaposlenici oblače radnu odjeću u zasebnoj svlačionici; zabranjen je izlazak u smjenski kamp i čisti prostor rudnika.
Voditelj smjene izdaje nalog – zadatak kojim se definira sadržaj, mjesto rada, vrijeme početka i završetka rada, uvjeti za sigurno izvođenje, potrebne sigurnosne mjere.
Jedna od sigurnosnih mjera je nošenje respiratora u radionicama. To je zbog činjenice da se u proizvodnji urana koriste reagensi kao što su sumporna kiselina i amonijev nitrat.
Eksploatacija urana potpuno je automatizirana. U kontrolnoj sobi možete pratiti sve procese koji se odvijaju u objektu
Rudarstvo urana u Ortalyku, kao iu svim drugim poduzećima u Kazahstanu, provodi se podzemnim ispiranjem iz bušotina. Ova metoda je odabrana jer je ekološki najprihvatljivija. Pozadina zračenja na poljima ne razlikuje se od pozadine zračenja u velikim gradovima
Princip metode podzemnog ispiranja je sljedeći: 2% otopina sumporne kiseline pumpa se pod zemljom u slojeve koji sadrže uran, koji u interakciji sa stijenama otapa uran, zatim se ova otopina obogaćena uranom pumpa na površinu. Iznad svake bušotine nalazi se upravljačka ploča pumpe
U ovoj prostoriji na području odlagališta s bunarima nalazi se jedinica za distribuciju otopine
Zaposlenici dobivaju naočale i kape kako bi ih zaštitili od nevjerojatne vrućine.
Ovim se cijevima u bušotine pumpa otopina sumporne kiseline. Bušotine koje pumpaju uran iz zemlje izgledaju slično.
Zatim se otopina s uranom cijevima šalje u radionicu za obradu proizvodnih otopina (sorpcijsko-regeneracijski ciklus).
Ovom metodom rudarenja u Ortalyku se koristi oko 15 tona sumporne kiseline na sat
U proizvodnji urana svi procesi su automatizirani, ali je moguće i ručno upravljanje
Ova radionica dobiva otopinu urana - komercijalni uranov desorbat
Otopina reagira sa soli amonijevog karbonata da bi se dobio koncentrat prirodnog urana - "žuti kolač"
Provjera očitanja tlačnog filtra
Yellowcake ili koncentrat prirodnog urana konačni je proizvod poduzeća koji se pakira u posebne spremnike. Zapravo, uran u ovom spoju je oko 45-50%. Ove godine planira se ekstrahirati 2000 tona urana. Samo polje je projektirano za 25 godina rada.
Potopne pumpe praktički ne zahtijevaju popravke; traju oko 30 tisuća radnih sati. Međutim, potrebno je stalno pregledavati i po potrebi mijenjati impelere.
Paralelno s izravnim izdvajanjem urana, laboratorij provodi istraživanja koja omogućuju najučinkovitiju razradu ležišta.
Prema prihvaćenim standardima, ne bi trebalo ostati više od 3 miligrama urana po litri u otopini koja se šalje natrag u podzemlje nakon obrade, ali prema rezultatima uzoraka gubici nisu premašili 1,2 miligrama.
Nakon završetka radne smjene zaposlenici su dužni provjeriti dozu zračenja.
Kad smo išli u poduzeće, očekivali smo da će radnički kamp za uran izgledati kao u dobra stara vremena - prikolice u kojima se gužvaju radnici. Međutim, rotacijski kamp u Ortalyku izgleda potpuno drugačije - to je moderan kompleks zgrada koji ima sve što je potrebno za opuštanje nakon posla.
Nakon večere mnogi radnici provode vrijeme igrajući stolni tenis.
Rotacijski kamp ima i svoj mali nogometni teren
Uz malo truda, dužnosnici IAEA-e izašli su iz birokratskih prepreka i izradili nacrt rezolucije o iranskom nuklearnom programu. Meka rezolucija se ne razlikuje mnogo od prethodnih verzija, a čak i ne govori o sankcijama. Iran će, po svemu sudeći, i dalje praviti “žuti kolač”, a svijet će zasad na to žmiriti.
U utorak je sazvana hitna sjednica Upravnog odbora IAEA-e posvećena aktualnoj situaciji oko iranskog nuklearnog programa, no tempo pisanja konačne rezolucije teško se može nazvati izvanrednim.
Dok su se dužnosnici Međunarodne agencije za atomsku energiju intenzivno pogađali oko formulacije pojedinih paragrafa nacrta rezolucije, Iran je polako i u prisutnosti inspektora uspio ukloniti pečate s opreme Nuklearnog centra u Isfahanu i potpuno nastaviti s raditi.
Iran je u ponedjeljak djelomično nastavio s radom u Nuklearnom centru Isfahan na opremi na kojoj nisu bile postavljene plombe IAEA-e. Započela je isporuka koncentrata uranove rude koja uključuje prvi dio procesa pretvorbe urana. Nakon uklanjanja pečata s druge opreme u srijedu, Nuklearni centar u Isfahanu postupno se kreće prema punom korištenju svojih kapaciteta.
Poduzeće je započelo pretvorbu urana - preradu uranove rude u plin (uranijev heksafluorid). U principu, sljedeći korak nakon dobivanja plina je izolacija potrebne komponente urana, a to je, pak, zadnji korak za stvaranje gotovog uranovog goriva. No, prema iranskoj strani, pročišćena tvar dobivena nakon prerade ruda koje sadrže uran, poznata kao "žuti kolač", jednostavno će biti pohranjena u posebnim spremnicima. Doista: u nuklearnom centru u Isfahanu nema plinskih centrifuga za proizvodnju urana.
U srijedu su znatiželjni inspektori IAEA-e postavili video kamere u tvornicu u Isfahanu kako bi pratili proces obrade urana.
Navodno, dok inspektori mogu samo gledati TV, nitko ne može zaustaviti proizvodnju. To zapravo i stoji u tekstu rezolucije, koja se ne razlikuje puno od prijašnjih upozorenja Iranu.
U konačnom nacrtu rezolucije, u koji je Reuters imao uvid u četvrtak poslijepodne, IAEA izražava "ozbiljnu zabrinutost" zbog početka prerade urana u nuklearnoj elektrani Isfahan. Upravni odbor IAEA-e u rezoluciji poziva Iran da ponovno u potpunosti zaustavi rad nuklearnog centra. Nacrt rezolucije također nalaže šefu IAEA-e Mohamedu El Baradeiju da do 3. rujna pripremi izvješće o iranskom nuklearnom programu.
Iako se u kuloarima sjedišta IAEA-e stalno spominje riječ "sankcije", na ovoj sjednici nisu donesene niti će biti donesene kaznene odluke protiv Irana.
Činjenica je da je pogoršanje iranske "nuklearne krize" već dovelo do naglog povećanja cijene nafte, koja se približila 65 dolara po barelu. Teško je i zamisliti što će se dogoditi s tržištem nafte u slučaju hipotetskog prijenosa iranskog dosjea Vijeću sigurnosti UN-a, o čemu se govorilo u kuloarima IAEA-e.
Uzaludnost takvog razvoja događaja shvaća i Teheran. Jučer je iranski glasnogovornik Sirus Naseri jasno dao do znanja dužnosnicima IAEA-e da bi upućivanje pitanja nuklearnog programa Vijeću sigurnosti UN-a bila "velika pogrešna procjena".
EU i SAD su toga svjesni i bez Naserija. Glavni tajnik UN-a Kofi Annan pozvao je zemlje Europske unije na nastavak dijaloga s Teheranom, unatoč odluci da se nastave radovi na konverziji urana u nuklearnom postrojenju u Isfahanu. Tako će sada sve strane uključene u sukob tražiti izlaz iz postojeće situacije koji će im omogućiti da zadrže barem privid uspješnog ishoda, dok će iranski stručnjaci, u svjetlu objektiva video kamera IAEA-e, nastaviti put prema obogaćivanju urana.
Ovisno o metodi desorpcije urana iz anionskih izmjenjivača, IPS poduzeća koriste različite metode za njegovu koncentraciju i odvajanje od komercijalnih desorbata. U slučaju desorpcije slanim otopinama, uran se obično taloži vodenim otopinama amonijaka u obliku amonijevih poliuranata ili, u slučaju korištenja otopina kaustične sode, u obliku natrijevih poliuranata. Poliuranatni precipitati se istiskuju na filter prešama i kolač se transportira u hidrometalurško postrojenje na daljnju rafinaciju. Za pročišćavanje urana od nečistoća, njegovo taloženje može se provesti frakcijsko, prvo se taloži željezo i neke druge nečistoće na pH = 3,6-3,8, a nakon bistrenja matične tekućine, talože poliuranati na pH = 6,5-8,0. Sadržaj urana u dobivenim kemijskim koncentratima, ovisno o njihovoj čistoći, može se kretati od 40 do 64%. Poliuranatne precipitacijske matične tekućine koriste se za pripremu otopina za desorpciju.
U nekim slučajevima, poliuranatni kolač se otapa u jakoj sumpornoj kiselini, a otopina koncentrirana urana šalje se na obradu u GMZ.
Ponekad se uran izolira iz zakiseljenih kloridnih desorbata u obliku peroksida.
Unatoč jednostavnosti i učinkovitosti hidrolitičke metode ekstrakcije urana, ona ima ozbiljan nedostatak - nakupljanje neuravnoteženog volumena nitratnih ili kloridnih otopina, koje se moraju odlagati u podzemne horizonte zajedno s cirkulirajućim, istrošenim proizvodnim otopinama.
Metoda desorpcije urana sumpornom kiselinom nema ovaj nedostatak, budući da se uran iz komercijalnih desorbata može koncentrirati metodom sorpcije ili ekstrakcije i izolirati u obliku bogatih soda desorbata ili reekstrakata s koncentracijom urana od 80...100 g/l, a pročišćene otopine sumporne kiseline mogu se vratiti na desorpciju ili koristiti za ispiranje rude.
Za koncentriranje i odvajanje urana od sumporne kiseline i nitratnih desorbata može se koristiti proces elektrodijalize s ionskim membranama. Utvrđeno je da stupanj povrata reagensa - sumporne i dušične kiseline, nitratnih soli - u procesu elektrodijalize može doseći 70...80%, a uran se oslobađa u obliku bogatih koncentrata (hidratirani uranov dioksid). Izolacija urana iz karbonat-bikarbonatnih desorbata može se provesti toplinskom razgradnjom soli amonijevog karbonata na temperaturi od 90...100°C ili 12O...13O°C uz hvatanje otpadnih plinova i taloženje urana u obliku mješavine uranil monokarbonata, uranata i amonijevog diuranata. Kada se dobiveni talog kalcinira u GMZ-u, nastaje smjesa uranovog di- i trioksida.
Drugi mogući način izolacije urana iz amonijevih ugljikovih desorbata je njegovo taloženje u obliku kristala amonijevog uranil trikarbonata dodavanjem suhog amonijevog bikarbonata. Dobiveni kristali odlikuju se znatno većom čistoćom od konvencionalnih kemijskih koncentrata, a nakon transporta do GMZ-a, čak i bez dodatnog čišćenja, mogu se podvrgnuti termičkoj dekompoziciji pri čemu nastaje uranov trioksid, uranov dioksid ili uranov oksid, ovisno o kalcinaciji. način rada.
Oborina iz regeneracije nitrata
Suhi amonijev bikarbonat, otopina amonijaka i otopina natrijevog hidroksida koriste se kao sredstva za taloženje u industrijskoj praksi.
Kada se talože s amonijevim bikarbonatom, kristali amonijevog uranil trikarbonata (AUTC) imaju visoku vlažnost (30-40%), sadržaj urana u vlažnim kristalima kreće se od 25 do 45%.
Talog se relativno sporo filtrira zbog stvaranja vrlo sitnih AUTK kristala.
Važnu ulogu u isoljavanju kristala AUTK ima rezidualna koncentracija amonijevog bikarbonata, koja se mora održavati unutar 20-40 g/l. U ovom slučaju sadržaj urana u otopini je na razini od 11,5 g/l.
U procesu hlađenja urana iz otopina dušične kiseline amonijevim bikarbonatom ili amonijakom na pH + 24 otopine su prozirne i stabilne. Daljnjom neutralizacijom na pH+5-6 uočava se taloženje urana, a s povećanjem vremena taloženja povećava se potpunost taloženja urana.
Pri pH = 7,17,5 potpunost izolacije kristala AUTK je najveća: sadržaj urana u karbonatnoj matičnici je 0,61-0,84 g/l.
Kod taloženja kemijskog koncentrata amonijakom pri pH iznad 7,6 moguće je smanjiti sadržaj urana u matičnoj otopini na manje od 0,1 g/l, bez obzira na početni sadržaj urana.
Taloženjem urana lužinom moguće je dobiti kemijski koncentrat u obliku natrijevog diuranata s udjelom urana u vlažnom sedimentu od 26-45%. Preostala koncentracija urana u matičnoj otopini je 0,005-0,008 g/l pri temperaturi taloženja od 3045 °C, a raste na 0,036-0,078 g/l pri temperaturi od 70 °C. Vlažnost kemijskog koncentrata varira unutar 30%. Brzina filtracije je niska i praktički ne ovisi o temperaturi taloženja kemijskog koncentrata.
Korištenje koncentriranijih otopina lužina smanjit će razrjeđivanje originalnih regenerata.
Kemijski koncentrat istaložen amonijevim bikarbonatom, u usporedbi s istaloženom lužinom, ima veću brzinu bistrenja (15+20 puta) i veću brzinu filtracije (10+15 puta). Nedostatak taloženja amonijevim bikarbonatom je njegova velika specifična potrošnja (30+35 kg/kg urana).
Postoje studije o taloženju kristala bez reagensa iz komercijalnih rekuperacija nitrata. Kada se komercijalni regenerati ispare, dobivaju se prezasićene otopine iz kojih se hlađenjem talože kristali. Da bi se povećala brzina i potpunost taloženja, potrebno je isparenom komercijalnom regeneratu dodati kristale dobivene desorpcijom urana s otopinama koje sadrže nitrate kao "zasjetak".
Ponovno čitajući ono što sam nazvao "Ciklus nuklearnog goriva" s priličnom dozom drskosti, osjetio sam da nešto očito nedostaje. Čini mi se da je potrebna mala napomena da damo pregled kako izgleda „radni put“ urana danas, kada postoje jasno zacrtani planovi za potpuno osvajanje zatvorenog ciklusa nuklearnog goriva, a praksa ostaje 90% isto, ono što je postalo negdje 70-80-ih godina prošlog stoljeća. Pa ću pokušati napraviti ovakav članak - bit će zgodno vratiti se ako iznenada nešto zaboravite.
Sve nuklearne elektrane, kao što je poznato, rade na uran. Iako je najteži od “čudesnih”, uran je ipak kemijski element i, kao što se pretpostavlja, sadržan je u zemljinoj kori u sastavu raznih ruda. U sastav ovih ruda ulazi u obliku različitih oksida i soli; Ponekad izgleda lijepo, pa čak i impresivno.
Uranova ruda, Fotografija: staticflickr.com
Ovako uran svijetli u ultraljubičastom svjetlu:
Uran u ultraljubičastom, Fotografija: seasons-goda.rf
A ovo je, na primjer, uraninit prošaran prirodnim zlatom.
Uraninit prošaran samorodnim zlatom, Fotografija: dakotamatrix.com
Poznato je više od stotinu minerala koji sadrže uran, ali samo 12 od njih je od praktičnog interesa. Rude su podijeljene u kategorije: od siromašnih (s udjelom urana manjim od 0,1%) do bogatih (sa udjelom urana većim od 1%). U Kanadi postoje rude s udjelom urana od 14-18% - ne znam ni kako se zove. Super-super bogati? A rude Belgijskog Konga, koje su sa svojih 60% osigurale realizaciju Projekta Manhattan, su “Rockefellerove” rude?..
U osvit nuklearnog projekta bilo je plitkih ruda urana - 150-300 metara, ali sada su gotovo svi takvi kamenolomi razrađeni, a za rudu morate ići na dubinu od kilometra ili čak i više. Evo prvih zadataka: izvaditi iz takve dubine i očistiti je od jalovine.
Ako se radi o čvrstim stijenama u kojima se jasno vide rudne žile, napravit ćemo rudnike, usitniti rudu specijalnim strojevima (radijacija, znate, prošlo je doba ručnog rada) i izvući je. U Rusiji je to polje Priargunskoye u regiji Chitinchka. Jeftinija, „naprednija“ metoda, ekološki manje štetna je tzv. „ISR tehnologija“ (podzemno bušotinsko ispiranje). Otprilike: izbušimo rupu u sredini do potrebne dubine i još nekoliko sa strane. Sumpornu kiselinu pumpamo u središnju bušotinu, ona ispira uran iz stijene, a dobivena otopina se pumpa na površinu kroz bočne bušotine. Evo, na primjer, kako izgledaju rudnici urana u nalazištima Khiagda (Buryatia) i Dalur (regija Kurgan):
Rudnici urana u nalazištima Khiagda (Buryatia) i Dalur (Kurganska regija), Foto: armz.ru
Rad ljudi završava u fazi bušenja; Održavanje potrebnog pritiska je cijela briga. Nema "rana" na površini, nema deponija rude i sumporne kiseline na dubini većoj od jednog kilometra - nema štete čak ni za podzemne vode. Međutim, PSV metoda je toliko zanimljiva da se vrijedi vratiti na razgovor o njoj s više detalja.
Razmatramo slučaj iskopavanja rude urana iz rudnika. Veliki komadi stijena: 1) razvrstani prema stupnju radioaktivnosti; 2) zgnječen do finog stanja; 3) smješteni u autoklave, gdje se uran ispire pri visokim temperaturama i tlakovima s otopinama sumporne ili dušične kiseline ili natrijeva karbonata. Istodobno, uran prelazi u ove divne otopine, a otpadna stijena se doslovno taloži. Nakon toga slijedi faza br. 4: uran iz otopina se taloži s dijelovima novih kemijskih reagensa, što rezultira gotovo čistim spojevima urana i tih reagensa. Ali što bi reagensi trebali raditi u reaktoru, pitate se? Ništa. Posljedično, oni su također suvišni na ovom periodičnom odmoru, zbog čega je neophodna faza br. 5: rafinacija pomoću amonijevog bikarbonata. Ime koje pada u oči, ali netko radi upravo to!.. I sada ostaje faza br. 6 - suhi, čisti sedimenti uranovih soli dobiveni nakon rafiniranja kalciniraju se na temperaturama od 240 do 850 stupnjeva kako bi se dobio žuti kolač, široko rasprostranjen. poznat u uskim krugovima (poznat i kao uranov oksid, poznat i kao U3O8). Evo ga, draga.
Yellowcake, Fotografija: fresher.ru
Iako boja, naravno, nije uvijek tako vesela, može biti i puno skromnija.
Žuta torta, Fotografija: http://umma.ua/
Dopustite mi da vam skrenem pozornost na činjenicu da se svih šest opisanih faza izvode neposredno u blizini rudnika. Svaki rudnik urana je mjesto gdje je koncentrirana kemijska proizvodnja.
Yellowcake je pogodan jer je vrlo stabilan, ima nisku radioaktivnost - stoga je pogodan za transport. I odnose ga bliže centrifugama kako bi proveli posljednji kemijski postupak - pretvorili ga iz uranovog oksida u uranov fluorid. Nuklearni znanstvenici taj proces nazivaju pretvorbom urana, a bez toga jednostavno nema načina. Uranov fluorid je prikladan jer kada se zagrije na 53 stupnja, ne topi se, već se odmah pretvara u plin koji se šalje na obogaćivanje pomoću centrifuga. Obogaćivanje je povećanje koncentracije urana-235 s prirodne vrijednosti od 0,7% na potrebnih 4% (u prosjeku, zapravo, s 2,6% na 4,8% za različite vrste nuklearnih reaktora). Ako je netko već propustio pojavu naših kompleksa za obogaćivanje (a imamo ih na četiri mjesta: UEKhK - Uralska elektrokemijska tvornica u Novouralsku, Sverdlovska oblast; SKhK - Sibirska kemijska tvornica u Seversku, Tomska oblast; AEKhK - Angarska elektrokemijska tvornica; EKhZ - Tvornica elektrokemijske tvornice u Zelenogorsku, Krasnoyarsk Territory), onda izvolite:
Kompleks za obogaćivanje, Fotografija: http://atomicexpert.com/
Iz centrifuga, naravno, izlaz je isti plin, isti uran fluorid, samo što sada sadrži više urana-235. Plin se ne može puniti u reaktor - prema tome, fluorid se mora pretvoriti natrag u uranov oksid (točnije u dioksid, UO2), a to je već prah.
Koristeći metalurgiju praha, prah uranovog dioksida se pretvara u kuglice goriva promjera oko 1 cm i debljine od 1 do 1,5 cm. Pelete se pažljivo stavljaju u cijevi tankih stijenki izrađene od legure cirkonija i 1% niobija, 3,5 metara. čeznuti za modernim VVER-ovima. Ova cijev, ispunjena s 1,5 kg uranovih kuglica, ista je gorivna šipka: gorivi element. Evo ih, lijepe:
Ovaj posao odvija se u Rusiji u Tvornici za izgradnju strojeva u gradu Elektrostal, Moskovska oblast iu Novosibirskoj tvornici kemijskih koncentrata. Cirkonij se lijeva u Glazovu, Republika Udmurt, u Chepetsk mehaničkoj tvornici. Gorivi elementi strukturno su spojeni u gorivne elemente - gorivne elemente. Izgledaju ovako:
FA – gorivi sklopovi, Fotografija: atomic-energy.ru
Poprečni presjek, kao što vidite, je šesterokutno saće, a ovo je sovjetsko-ruski dizajn. Ali TVS-"kvadrat" zapadnog dizajna:
TVS-"kvadrat", Fotografija: http://nuclear.ru/
Dio djetinjstva proveo sam na djedovom pčelinjaku, pa sam prilično pristran - više volim naše "saće".
Sada se uran u obliku tableta, koje se stavljaju u gorivne šipke, koje se spajaju u gorivne sklopove, može staviti u “peć” - u jezgru reaktora nuklearne elektrane. Tijekom sljedećih 18 mjeseci, koji se obično nazivaju "kompanija za gorivo", uran "sagorijeva", postupno se pretvarajući u potrošeno gorivo. Evo slike kako reaktor izgleda prije početka kampanje goriva:
Reaktor, Fotografija: http://publicatom.ru/
Čini mi se da je ovakva povijest urana sa slikama bila potrebna od samog početka priče o ciklusu nuklearnog goriva. Molim vas, nemojte me previše grditi što uopće nisam uspjela - stari sam bloger samo po godinama, a u mladosti su greške česte. Predlažem da se u ciklusu priča o nuklearnom gorivu ova bilješka smatra “br.
Sadržaj članka
INDUSTRIJA URANA. Uran je glavni energetski izvor nuklearne energije, koji proizvodi oko 20% svjetske električne energije. Industrija urana pokriva sve faze proizvodnje urana, uključujući istraživanje, razvoj i obogaćivanje rude. Prerada urana u reaktorsko gorivo može se smatrati prirodnom granom industrije urana.
Resursi.
Svjetski dovoljno pouzdano istraženi izvori urana, koji bi se mogli izolirati iz rude po cijeni od ne više od 100 USD po kilogramu, procjenjuju se na približno 3,3 milijarde kg U 3 O 8 . Približno 20% od toga (oko 0,7 milijardi kg U 3 O 8, cm. Slika) otpada na Australiju, a zatim na SAD (cca. 0,45 milijardi kg U 3 O 8). Južna Afrika i Kanada imaju značajne resurse za proizvodnju urana.
Proizvodnja urana.
Glavne faze proizvodnje urana su vađenje rude podzemnom ili otvorenom eksploatacijom, obogaćivanje (sortiranje) rude i ekstrakcija urana iz rude ispiranjem. U rudniku se ruda urana vadi iz stijenske mase bušaće-eksplozivnom metodom, zdrobljena ruda se sortira i usitnjava, a potom prebacuje u jaku kiselu otopinu (sumpornu) ili alkalnu otopinu (natrijev karbonat, što je najpoželjnije). u slučaju karbonatnih ruda). Otopina koja sadrži uran se odvaja od neotopljenih čestica, koncentrira i pročišćava sorpcijom na smolama za ionsku izmjenu ili ekstrakcijom organskim otapalima. Koncentrat, obično u obliku U 3 O 8 oksida koji se naziva yellowcake, zatim se taloži iz otopine, suši i stavlja u čelične spremnike kapaciteta od cca. 1000 l.
In situ ispiranje se sve više koristi za ekstrakciju urana iz poroznih sedimentnih ruda. Alkalna ili kisela otopina kontinuirano se potiskuje kroz bušotine izbušene u rudno tijelo. Ta se otopina, s uranom prenesenim u nju, koncentrira i pročišćava, a zatim se iz nje taloženjem dobiva žuti kolač.
Prerada urana u nuklearno gorivo.
Koncentrat prirodnog urana — žuti kolač — sirovina je u ciklusu nuklearnog goriva. Za pretvorbu prirodnog urana u gorivo koje zadovoljava zahtjeve nuklearnog reaktora potrebne su još tri faze: pretvorba u UF 6, obogaćivanje urana i proizvodnja gorivih elemenata (gorivih elemenata).
Pretvorba u UF6.
Za pretvorbu uranovog oksida U 3 O 8 u uranov heksafluorid UF 6, žuti kolač se obično reducira bezvodnim amonijakom u UO 2, iz kojeg se zatim dobiva UF 4 pomoću fluorovodične kiseline. U posljednjoj fazi, djelovanjem na UF 4 čistim fluorom, dobiva se UF 6 - čvrsti produkt koji sublimira na sobnoj temperaturi i normalnom tlaku, a tali se na povišenom tlaku. Pet najvećih proizvođača urana (Kanada, Rusija, Niger, Kazahstan i Uzbekistan) zajedno mogu proizvesti 65.000 tona UF 6 godišnje.
Obogaćivanje urana.
U sljedećoj fazi ciklusa nuklearnog goriva povećava se sadržaj U-235 u UF 6 . Prirodni uran sastoji se od tri izotopa: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) i U-234 (0,01%). Reakcija fisije u nuklearnom reaktoru zahtijeva veći sadržaj izotopa U-235. Obogaćivanje urana provodi se pomoću dvije glavne metode odvajanja izotopa: metodom plinske difuzije i metodom plinskog centrifugiranja. (Energija potrošena u obogaćivanju urana mjeri se u radnim jedinicama za odvajanje, SWU.)
Metodom plinske difuzije čvrsti uranov heksafluorid UF 6 se snižavanjem tlaka prevodi u plinovito stanje, a zatim pumpa kroz porozne cijevi izrađene od posebne legure kroz čije stijenke plin može difundirati. Budući da atomi U-235 imaju manju masu od atoma U-238, difundiraju lakše i brže. Tijekom procesa difuzije plin se obogaćuje izotopom U-235, a plin koji prolazi kroz cijevi se osiromašuje. Obogaćeni plin ponovno se propušta kroz cijevi, a proces se nastavlja sve dok sadržaj izotopa U-235 u uzorku ne dosegne razinu (3–5%) potrebnu za rad nuklearnog reaktora. (Uran za oružje zahtijeva obogaćivanje na razine veće od 90% U-235.) Samo 0,2-0,3% izotopa U-235 ostaje u otpadu od obogaćivanja. Metoda plinske difuzije karakterizira visoki energetski intenzitet. Tvornice koje se temelje na ovoj metodi dostupne su samo u SAD-u, Francuskoj i Kini.
U Rusiji, Velikoj Britaniji, Njemačkoj, Nizozemskoj i Japanu koristi se metoda centrifugiranja, u kojoj se plin UF 6 vrti vrlo brzo. Zbog razlike u masi atoma, a time i centrifugalnih sila koje djeluju na atome, plin u blizini osi rotacije toka je obogaćen lakim izotopom U-235. Obogaćeni plin se skuplja i izdvaja.
Proizvodnja gorivnih šipki.
Obogaćeni UF 6 u tvornicu stiže u čeličnim spremnicima od 2,5 tone. Iz njega se hidrolizom dobiva UO 2 F 2 koji se zatim tretira amonijevim hidroksidom. Istaloženi amonijev diuranat se filtrira i spaljuje kako bi se proizveo uranov dioksid UO 2 , koji se preša i sinterira u male keramičke kuglice. Tablete se stavljaju u cijevi od cirkonijeve legure (Zircaloy) i dobivaju se gorive šipke, tzv. gorivi elementi (gorivi elementi), koji kombiniraju približno 200 komada u kompletne gorivne sklopove, spremne za uporabu u nuklearnim elektranama.
Istrošeno nuklearno gorivo visoko je radioaktivno i zahtijeva posebne mjere opreza tijekom skladištenja i odlaganja. U načelu, može se ponovno preraditi odvajanjem produkata fisije od preostalog urana i plutonija, koji se mogu ponovno upotrijebiti kao nuklearno gorivo. Ali takva je obrada skupa i komercijalni objekti dostupni su samo u nekoliko zemalja, poput Francuske i Ujedinjenog Kraljevstva.
Obujam proizvodnje.
Do sredine 1980-ih, kako su se izjalovile nade u brzi rast nuklearne energije, proizvodnja urana je naglo pala. Izgradnja mnogih novih reaktora je obustavljena, a rezerve uranovog goriva počele su se akumulirati u postojećim poduzećima. S raspadom Sovjetskog Saveza, opskrba urana na Zapadu dodatno se povećala.
