Cykl paliwa jądrowego: O współczesnym uranie. Wytrącanie „żółtego placka” pochodzącego z handlu regeneruje placek uranowy
Przemysł uranowy Kazachstanu pod względem wpływów do budżetu kraju ustępuje chyba jedynie wydobyciu ropy naftowej. W tej branży pracuje ponad 25 tysięcy osób, jednak ze względu na bezpieczeństwo obiektów goście w kopalniach uranu są zjawiskiem niezwykle rzadkim.
Dziś zobaczymy, jak działa przedsiębiorstwo wydobywcze Ortalyk, zlokalizowane w dystrykcie Suzak w regionie południowego Kazachstanu
Zmiana pracy pracowników Ortalyk Mining Enterprise LLP rozpoczyna się od obowiązkowych badań lekarskich
Pracownikom przedsiębiorstwa wydobywającego uran poddaje się pomiary ciśnienia krwi i temperatury, a także bada się je alkomatem. Chociaż zdaniem lekarza w placówce obowiązuje całkowity zakaz spożywania alkoholu i nie było ani jednego przypadku, w którym ostatnie badanie „nie wyszło”
Po badaniu lekarskim – śniadanie w stołówce kopalnianej
Specyfika produkcji stwarza dodatkowe wymogi bezpieczeństwa – pracownicy zakładają odzież roboczą w wydzielonej szatni, wychodzenie na teren obozu zmianowego i do strefy czystej kopalni jest zabronione.
Majster zmiany wydaje polecenie – zadanie określające treść, miejsce pracy, godzinę rozpoczęcia i zakończenia, warunki bezpiecznego wykonania, niezbędne środki bezpieczeństwa
Jednym ze środków bezpieczeństwa jest noszenie masek oddechowych w warsztatach. Wynika to z faktu, że do produkcji uranu wykorzystuje się takie odczynniki jak kwas siarkowy i azotan amonu
Wydobycie uranu jest w pełni zautomatyzowane. W sterowni możesz śledzić wszystkie procesy zachodzące w obiekcie
Wydobycie uranu w Ortalyku, podobnie jak we wszystkich innych przedsiębiorstwach w Kazachstanie, odbywa się metodą ługowania z odwiertów podziemnych. Wybrano tę metodę, ponieważ jest ona najbardziej przyjazna dla środowiska. Tło promieniowania na polach nie odbiega od tła promieniowania w dużych miastach
Zasada metody podziemnego ługowania jest następująca: 2% roztwór kwasu siarkowego wpompowuje się pod ziemię do warstw zawierających uran, które wchodząc w interakcję ze skałami rozpuszczają uran, a następnie ten wzbogacony w uran roztwór wypompowuje się na powierzchnię. Nad każdą studnią znajduje się panel sterowania pompą
W tym pomieszczeniu na terenie składowiska ze studniami znajduje się zespół dystrybucji roztworu
Pracownicy otrzymują okulary i czapki, które chronią ich przed niesamowitym upałem.
Rurami tymi do studni pompowany jest roztwór kwasu siarkowego. Podobnie wyglądają studnie pompujące uran z ziemi.
Następnie roztwór z uranem przesyłany jest rurami do warsztatu w celu przetworzenia produktywnych roztworów (cykl sorpcyjno-regeneracyjny).
Dzięki tej metodzie wydobycia w Ortalyk zużywa się około 15 ton kwasu siarkowego na godzinę
W produkcji uranu wszystkie procesy są zautomatyzowane, ale możliwa jest również kontrola ręczna
Warsztat ten otrzymuje roztwór uranu – komercyjny desorbat uranu
Roztwór reaguje z solą węglanu amonu, otrzymując koncentrat naturalnego uranu - „żółty placek”
Sprawdzenie odczytów filtra ciśnieniowego
Produktem końcowym przedsiębiorstwa jest produkt końcowy przedsiębiorstwa, który jest pakowany w specjalne pojemniki. Właściwie uran w tym związku wynosi około 45-50%. W tym roku planowane jest wydobycie 2000 ton uranu. Samo pole zaprojektowano na 25 lat eksploatacji.
Pompy głębinowe praktycznie nie wymagają napraw, wytrzymują około 30 tysięcy godzin pracy. Konieczne jest jednak ciągłe sprawdzanie i, jeśli to konieczne, wymiana wirników.
Równolegle z bezpośrednim wydobyciem uranu laboratorium prowadzi badania pozwalające na najbardziej efektywne zagospodarowanie złoża.
Według przyjętych norm w roztworze odesłanym pod powierzchnię po przetworzeniu nie powinno pozostać więcej niż 3 miligramy uranu na litr, jednak według wyników próbek straty nie przekroczyły 1,2 miligrama.
Po zakończeniu zmiany pracownicy mają obowiązek sprawdzić swoją dawkę promieniowania.
Kiedy pojechaliśmy do przedsiębiorstwa, spodziewaliśmy się, że obóz pracowników uranu będzie wyglądał jak za starych, dobrych czasów - przyczepy, w których tłoczą się robotnicy. Zupełnie inaczej wygląda jednak obóz rotacyjny na Ortalyku – to nowoczesny kompleks budynków, w których jest wszystko, czego człowiek potrzebuje, aby odpocząć po pracy.
Po obiedzie wielu pracowników spędza czas grając w tenisa stołowego.
Obóz rotacyjny posiada także własne miniboisko do piłki nożnej
Przy niewielkim wysiłku urzędnicy MAEA pokonali biurokratyczne przeszkody i przygotowali rezolucję w sprawie irańskiego programu nuklearnego. Miękka rozdzielczość nie różni się zbytnio od poprzednich wersji i nie wspomina nawet o sankcjach. Najwyraźniej Iran będzie nadal robił „żółte ciasto”, a świat na razie przymknie na to oko.
We wtorek zwołano nadzwyczajną sesję Rady Gubernatorów MAEA, poświęconą aktualnej sytuacji wokół irańskiego programu nuklearnego, ale tempa prac nad ostateczną uchwałą trudno nazwać nadzwyczajnym.
Podczas gdy urzędnicy Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej toczyli intensywne negocjacje w sprawie brzmienia poszczególnych ustępów projektu rezolucji, Iranowi udało się powoli i w obecności inspektorów usunąć plomby z wyposażenia Centrum Jądrowego w Isfahanie i całkowicie wznowić praca.
W poniedziałek Iran częściowo wznowił prace w Centrum Jądrowym w Isfahanie nad sprzętem, na którym nie zainstalowano plomb MAEA. Rozpoczęły się dostawy koncentratu rudy uranowej, które obejmują pierwszą część procesu konwersji uranu. Po usunięciu w środę plomb z innych urządzeń Centrum Jądrowe w Isfahanie stopniowo zmierza w stronę pełnego wykorzystania swoich mocy produkcyjnych.
Firma rozpoczęła konwersję uranu - przetwarzanie rudy uranowej na gaz (sześciofluorek uranu). W zasadzie kolejnym krokiem po uzyskaniu gazu jest wyizolowanie pożądanego składnika uranowego, a to z kolei jest ostatnim krokiem do wytworzenia gotowego paliwa uranowego. Jednak według strony irańskiej oczyszczona substancja uzyskana po przetworzeniu rud zawierających uran, zwana „żółtkiem”, będzie po prostu przechowywana w specjalnych pojemnikach. Rzeczywiście: w ośrodku nuklearnym w Isfahanie nie ma wirówek gazowych do produkcji uranu.
W środę zaciekawieni inspektorzy z MAEA zainstalowali kamery wideo w zakładzie w Isfahanie, aby monitorować proces przetwarzania uranu.
Najwyraźniej inspektorzy mogą tylko oglądać telewizję, ale nikt nie może zatrzymać produkcji. Tak faktycznie wynika z tekstu rezolucji, który niewiele różni się od poprzednich ostrzeżeń skierowanych do Iranu.
W ostatecznym projekcie rezolucji, do którego Reuters dotarł w czwartek po południu, MAEA wyraża „poważne zaniepokojenie” rozpoczęciem przetwarzania uranu w elektrowni jądrowej w Isfahanie. Rada Gubernatorów MAEA w swojej rezolucji wzywa Iran do ponownego całkowitego wstrzymania pracy centrum nuklearnego. Projekt uchwały nakazuje także szefowi MAEA Mohamedowi ElBaradeiowi przygotowanie do 3 września raportu na temat irańskiego programu nuklearnego.
Chociaż słowo „sankcje” jest stale wymieniane na marginesie siedziby MAEA, na tej sesji nie podjęto i nie zostaną podjęte żadne decyzje karne wobec Iranu.
Faktem jest, że zaostrzenie irańskiego „kryzysu nuklearnego” doprowadziło już do gwałtownego wzrostu cen ropy naftowej, zbliżając się do 65 dolarów za baryłkę. Trudno sobie nawet wyobrazić, co stanie się z rynkiem ropy w przypadku hipotetycznego przekazania irańskiej dokumentacji Radzie Bezpieczeństwa ONZ, o czym dyskutowano na marginesie MAEA.
Teheran rozumie także daremność takiego rozwoju wydarzeń. Wczoraj rzecznik Iranu Sirus Naseri dał jasno do zrozumienia urzędnikom MAEA, że skierowanie kwestii programu nuklearnego Iranu do Rady Bezpieczeństwa ONZ byłoby „poważnym błędem w obliczeniach”.
UE i USA są tego świadome nawet bez Naseriego. Sekretarz generalny ONZ Kofi Annan wezwał kraje Unii Europejskiej do kontynuowania dialogu z Teheranem, pomimo decyzji o wznowieniu prac nad konwersją uranu w obiekcie nuklearnym w Isfahanie. Zatem teraz wszystkie strony konfliktu będą szukać wyjścia z obecnej sytuacji, które pozwoli im zachować przynajmniej pozory pomyślnego wyniku, zaś irańscy specjaliści, w świetle obiektywów kamer wideo MAEA, będą kontynuować drogę do wzbogacania uranu.
W zależności od metody desorpcji uranu z anionitów, przedsiębiorstwa IPS stosują różne metody jego zatężania i oddzielania od desorbatów handlowych. W przypadku desorpcji roztworami soli uran wytrąca się najczęściej wodnymi roztworami amoniaku w postaci poliuranianów amonu lub, w przypadku stosowania roztworów sody kaustycznej, w postaci poliuranianów sodu. Wytrącone poliurany są wyciskane na prasach filtracyjnych, a placek transportowany jest do zakładu hydrometalurgicznego w celu dalszej rafinacji. W celu oczyszczenia uranu z zanieczyszczeń można przeprowadzić jego wytrącanie frakcyjne, najpierw wytrącając żelazo i niektóre inne zanieczyszczenia przy pH = 3,6-3,8, a po sklarowaniu ługu macierzystego wytrącając poliuraniany przy pH = 6,5-8,0. Zawartość uranu w otrzymanych koncentratach chemicznych, w zależności od ich czystości, może wynosić od 40 do 64%. Do przygotowania roztworów desorbujących stosuje się wytrącające się roztwory macierzyste poliuranianów.
W niektórych przypadkach placek poliuranianowy rozpuszcza się w mocnym kwasie siarkowym i stężony roztwór uranu przesyła się do przetworzenia do GMZ.
Czasami uran wyodrębnia się z zakwaszonych desorbatów chlorkowych w postaci nadtlenku.
Pomimo prostoty i wydajności hydrolitycznej metody ekstrakcji uranu, ma ona poważną wadę - gromadzenie się niezrównoważonej objętości roztworów azotanów lub chlorków, które należy zrzucić do podziemnych poziomów wraz z krążącymi, zużytymi roztworami produktywnymi.
Metoda desorpcji uranu za pomocą kwasu siarkowego nie ma tej wady, ponieważ uran z komercyjnych desorbatów można zatężyć metodą sorpcyjną lub ekstrakcyjną i wyodrębnić w postaci bogatych desorbatów sodowych lub reekstrahowanych o stężeniu uranu 80...100 g/l, a oczyszczone roztwory kwasu siarkowego można zawrócić do desorpcji lub wykorzystać do ługowania rudy.
Do zatężania i oddzielania uranu od desorbatów kwasu siarkowego i azotanów można zastosować proces elektrodializy z membranami jonowymi. Ustalono, że stopień odzysku odczynników – kwasu siarkowego, azotowego, soli azotanowych – w procesie elektrodializy może sięgać 70...80%, a uran uwalnia się w postaci bogatych koncentratów (uwodniony dwutlenek uranu). Izolacja uranu z desorbatów węglanowo-wodorowęglanowych może być przeprowadzona poprzez termiczny rozkład soli węglanu amonu w temperaturze 90...100°C lub 12O...13O°C z wychwytem gazów odlotowych i wytrąceniem uranu w procesie w postaci mieszaniny monowęglanu uranylu, uranu i diuranianu amonu. Gdy powstały osad kalcynuje się w GMZ, powstaje mieszanina dwu- i trójtlenku uranu.
Innym możliwym sposobem izolowania uranu z desorbatów węgla amonowego jest wytrącanie go w postaci kryształów triwęglanu uranylu amonu przez dodanie suchego wodorowęglanu amonu. Powstałe kryształy charakteryzują się znacznie większą czystością niż konwencjonalne koncentraty chemiczne, a po przewiezieniu do GMZ, nawet bez dodatkowego oczyszczania, mogą zostać poddane rozkładowi termicznemu w celu wytworzenia trójtlenku, dwutlenku lub tlenku uranu, w zależności od kalcynacji tryb.
Opady z odzysku azotanów
W praktyce przemysłowej jako środki strącające stosuje się suchy wodorowęglan amonu, roztwór amoniaku i roztwór wodorotlenku sodu.
Kryształy triwęglanu uranylu amonu (AUTC) po osadzeniu za pomocą wodorowęglanu amonu mają wysoką wilgotność (30-40%), zawartość uranu w mokrych kryształach waha się od 25 do 45%.
Osad jest filtrowany stosunkowo powoli ze względu na tworzenie się bardzo małych kryształów AUTK.
Ważną rolę w wysoleniu kryształów AUTK odgrywa resztkowe stężenie wodorowęglanu amonu, które musi być utrzymywane w granicach 20-40 g/l. W tym przypadku zawartość uranu w roztworze kształtuje się na poziomie 11,5 g/l.
W procesie chłodzenia uranu z roztworów kwasu azotowego wodorowęglanem amonu lub amoniakiem do pH + 24 roztwory są przezroczyste i stabilne. Przy dalszej neutralizacji do pH + 5-6 obserwuje się wytrącanie uranu, a wraz ze wzrostem czasu osiadania wzrasta kompletność wytrącania uranu.
Przy pH = 7,17,5 kompletność wyodrębnienia kryształów AUTK jest największa: zawartość uranu w ługu macierzystym węglanowym wynosi 0,61-0,84 g/l.
Wytrącając koncentrat chemiczny amoniakiem o pH większym niż 7,6, można obniżyć zawartość uranu w roztworze macierzystym do wartości poniżej 0,1 g/l, niezależnie od początkowej zawartości uranu.
Wytrącając uran zasadą, można otrzymać koncentrat chemiczny w postaci diuranianu sodu o zawartości uranu w mokrym osadzie 26-45%. Stężenie resztkowe uranu w roztworze macierzystym wynosi 0,005-0,008 g/l w temperaturze osadzania 3045°C i wzrasta do 0,036-0,078 g/l w temperaturze 70°C. Wilgotność koncentratu chemicznego waha się w granicach 30%. Szybkość filtracji jest niska i praktycznie nie zależy od temperatury osadzania koncentratu chemicznego.
Zastosowanie bardziej stężonych roztworów alkalicznych zmniejszy rozcieńczenie oryginalnych regeneratów.
Koncentrat chemiczny wytrącony wodorowęglanem amonu, w porównaniu do wytrąconych zasad, charakteryzuje się wyższą szybkością klarowania (15+20 razy) i wyższą szybkością filtracji (10+15 razy). Wadą strącania wodorowęglanem amonu jest jego wysokie zużycie jednostkowe (30+35 kg/kg uranu).
Prowadzone są badania nad bezodczynnikowym wytrącaniem kryształów z komercyjnych odzysku azotanów. Po odparowaniu komercyjnych regeneratów otrzymuje się roztwory przesycone, z których po ochłodzeniu wytrącają się kryształy. Aby zwiększyć szybkość i kompletność osadzania, konieczne jest dodanie kryształów otrzymanych w wyniku desorpcji uranu roztworami zawierającymi azotany do odparowanego handlowego regeneratu jako „zarodka”.
Czytając ponownie to, co nazwałem „Cykl paliwa jądrowego”, ze sporą dozą bezczelności, poczułem, że czegoś wyraźnie brakuje. Wydaje mi się, że potrzebujemy małej notatki, aby dać pogląd na to, jak wygląda „ścieżka pracy” uranu dzisiaj, kiedy istnieją jasno nakreślone plany całkowitego pokonania zamkniętego cyklu paliwa jądrowego, a praktyka w 90% pozostaje samo, czym stało się gdzieś w latach 70-80 ubiegłego wieku. Spróbuję więc stworzyć taki artykuł - wygodnie będzie wrócić, jeśli nagle o czymś zapomnisz.
Jak wiadomo, wszystkie elektrownie jądrowe działają na uranie. Mimo że jest najcięższym z „cudownych”, uran jest nadal pierwiastkiem chemicznym i zgodnie z przypuszczeniem jest zawarty w skorupie ziemskiej w postaci różnych rud. Jest zawarty w składzie tych rud w postaci różnych tlenków i soli; różne są także skały macierzyste: węglany, krzemiany, siarczki. Czasami wygląda to pięknie, a nawet imponująco.
Ruda uranu, fot. staticflickr.com
Oto jak uran świeci w świetle ultrafioletowym:
Uran w ultrafiolecie, fot. Seasons-goda.rf
A to na przykład uraninit przeplatany rodzimym złotem.
Uraninit przeplatany rodzimym złotem, fot. dakotamatrix.com
Znanych jest ponad sto minerałów zawierających uran, ale tylko 12 z nich ma znaczenie praktyczne. Rudy dzieli się na kategorie: od ubogich (o zawartości uranu poniżej 0,1%) do bogatych (o zawartości uranu powyżej 1%). W Kanadzie występują rudy o zawartości uranu 14–18% - nawet nie wiem, jak to się nazywa. Super-super bogaty? A rudy z Konga Belgijskiego, które w 60% zapewniły realizację Projektu Manhattan, to rudy „Rockefellera”?..
Na początku projektu nuklearnego istniały płytkie rudy uranu - 150-300 metrów, ale teraz prawie wszystkie takie kamieniołomy zostały opracowane, a aby uzyskać rudę, trzeba zejść na głębokość kilometra lub nawet większą. Oto pierwsze zadania: wydobyć z takiej głębokości i oczyścić ją ze skał płonnych.
Jeśli mamy do czynienia z mocnymi skałami, w których wyraźnie widoczne są żyły rudy, będziemy budować kopalnie, rozdrabniać rudę specjalnymi maszynami (promieniowanie, wiadomo, era pracy ręcznej już minęła) i wyciągać ją. W Rosji jest to pole Priargunskoye w regionie Chitinchka. Tańszą, bardziej „zaawansowaną” i mniej szkodliwą dla środowiska metodą jest tzw. „technologia ISR” (ługowanie z odwiertów podziemnych). Z grubsza: wiercimy otwór w środku na wymaganą głębokość i jeszcze kilka po bokach. Do studni centralnej pompujemy kwas siarkowy, który wypłukuje uran ze skały, a powstały roztwór wypompowuje się na powierzchnię studniami bocznymi. Oto na przykład, jak wyglądają kopalnie uranu w złożach Khiagda (Buryacja) i Dalur (region Kurgan):
Kopalnie uranu na złożach Chiagda (Buryacja) i Dalur (obwód Kurgan), Fot. armz.ru
Praca ludzi kończy się na etapie wiercenia, wszystkie inne prace wykonują mechanizmy i pompy. Utrzymanie niezbędnego ciśnienia to cała sprawa. Na powierzchni nie ma „ran”, nie ma hałd rudy, a na głębokości ponad kilometra nie ma kwasu siarkowego - nie szkodzi nawet wodom gruntowym. Metoda PSV jest jednak na tyle ciekawa, że warto wrócić do rozmowy na jej temat ze szczegółami.
Rozważamy przypadek wydobycia rudy uranu z kopalń. Duże kawałki skały: 1) sortowane według stopnia radioaktywności; 2) rozdrobnione do stanu drobnego; 3) umieszczane w autoklawach, gdzie uran ługuje się w wysokich temperaturach i ciśnieniach roztworami kwasu siarkowego, azotowego lub węglanu sodu. Jednocześnie uran przechodzi do tych cudownych roztworów, a skała płonna dosłownie się wytrąca. Następnie następuje etap nr 4: uran z roztworów wytrąca się porcjami nowych odczynników chemicznych, w wyniku czego powstają prawie czyste związki uranu i tych odczynników. Ale co powinny robić odczynniki w reaktorze, pytasz? Nic. W związku z tym są one również zbędne w tym okresowym święcie, dlatego konieczny jest etap nr 5: rafinacja przy użyciu wodorowęglanu amonu. To nazwa powalająca, ale ktoś właśnie to robi!.. I teraz pozostaje etap nr 6 - otrzymane po rafinacji suche, czyste osady soli uranu kalcynuje się w temperaturach od 240 do 850 stopni w celu uzyskania makucha, szeroko stosowanego znany w wąskich kręgach (znany również jako tlenek uranu, znany również jako U3O8). Oto on, kochanie.
Żółte ciasto, Zdjęcie: Fresher.ru
Choć kolor oczywiście nie zawsze jest taki wesoły, może być też dużo skromniejszy.
Żółty tort, Foto: http://umma.ua/
Zwrócę uwagę na fakt, że wszystkie sześć opisanych etapów odbywa się bezpośrednio przy kopalniach. Każda kopalnia uranu jest miejscem koncentracji produkcji chemicznej.
Ciasto żółte jest wygodne, ponieważ jest bardzo stabilne, ma niską radioaktywność - dlatego nadaje się do transportu. I przybliżają go do wirówek, aby przeprowadzić ostatnią procedurę chemiczną - konwersję z tlenku uranu na fluorek uranu. Naukowcy nuklearni nazywają ten proces konwersją uranu, a bez niego po prostu nie ma mowy. Fluorek uranu jest wygodny, ponieważ po podgrzaniu do 53 stopni nie topi się, ale natychmiast zamienia się w gaz, który jest wysyłany do wzbogacania za pomocą wirówek. Wzbogacanie to wzrost stężenia uranu-235 z naturalnej wartości 0,7% do wymaganych 4% (w rzeczywistości średnio z 2,6% do 4,8% dla różnych typów reaktorów jądrowych). Jeśli ktoś już przeoczył pojawienie się naszych kompleksów wzbogacających (a mamy je w czterech miejscach: UEKhK - Uralskie Zakłady Elektrochemiczne w Nowouralsku w obwodzie swierdłowskim; SKhK - Syberyjskie Zakłady Chemiczne w Seversku w obwodzie tomskim; AEKhK - Angarskie Zakłady Elektrochemiczne; EKhZ - Zakład Elektrochemiczny w Zelenogorsku na terytorium Krasnojarska), to proszę bardzo:
Kompleks wzbogacający, Foto: http://atomicexpert.com/
Z wirówek wychodzi oczywiście ten sam gaz, ten sam fluorek uranu, tyle że teraz zawiera więcej uranu-235. Do reaktora nie można wtłoczyć gazu - w związku z tym fluor należy ponownie przekształcić w tlenek uranu (a dokładniej w dwutlenek, UO2), a to już jest proszek.
Za pomocą metalurgii proszków proszek dwutlenku uranu przekształca się w granulki paliwowe o średnicy około 1 cm i grubości od 1 do 1,5 cm. Peletki ostrożnie umieszcza się w cienkościennych rurkach wykonanych ze stopu cyrkonu i 1% niobu o długości 3,5 metra. długo dla współczesnych VVER. Ta rura wypełniona 1,5 kg granulek uranu jest tym samym prętem paliwowym: elementem paliwowym. Oto one, piękne:
Praca ta odbywa się w Rosji w Zakładzie Budowy Maszyn w mieście Elektrostal w obwodzie moskiewskim oraz w Nowosybirskiej Fabryce Koncentratów Chemicznych. Cyrkon jest odlewany w Glazowie w Republice Udmurckiej, w Zakładach Mechanicznych w Czepetsku. Pręty paliwowe są strukturalnie łączone w zespoły paliwowe - zespoły paliwowe. Wyglądają tak:
FA – zespoły paliwowe, Zdjęcie: atomic-energy.ru
Przekrój, jak widać, jest sześciokątny o strukturze plastra miodu i jest to konstrukcja radziecko-rosyjska. Ale TVS - „kwadrat” zachodniego projektu:
TVS-"kwadrat", fot.: http://nuklear.ru/
Część dzieciństwa spędziłam w pasiece mojego dziadka, więc jestem dość stronnicza – bardziej podobają mi się nasze „plastry miodu”.
Teraz uran w postaci tabletek, który umieszcza się w prętach paliwowych, z których łączy się w zespoły paliwowe, można umieścić w „piecu” – w rdzeniu reaktora elektrowni jądrowej. W ciągu następnych 18 miesięcy, które zwykle nazywa się „firmą paliwową”, uran „spala się”, stopniowo zamieniając się w wypalone paliwo. Oto zdjęcie jak wygląda reaktor przed rozpoczęciem kampanii paliwowej:
Reaktor, fot.: http://publicatom.ru/
Wydaje mi się, że taka historia uranu ze zdjęciami była potrzebna już od samego początku opowieści o cyklu paliwa jądrowego. Proszę, nie karz mnie zbytnio za to, że w ogóle mi się nie udało - jestem starą blogerką tylko wiekiem, a w młodości błędy są powszechne. Proponuję, aby tę notatkę uznać za „nr 0” w cyklu opowieści o paliwie nuklearnym!
Treść artykułu
PRZEMYSŁ URANOWY. Uran jest głównym źródłem energii w energetyce jądrowej, wytwarzającym około 20% światowej energii elektrycznej. Przemysł uranowy obejmuje wszystkie etapy produkcji uranu, w tym poszukiwania, zagospodarowanie i wzbogacanie rud. Przerób uranu na paliwo reaktorowe można uznać za naturalną gałąź przemysłu uranowego.
Zasoby.
Wystarczająco zbadane na całym świecie zasoby uranu, który można wyizolować z rudy kosztem nie większym niż 100 dolarów za kilogram, szacuje się na około 3,3 miliarda kg U 3 O 8 . Z tego około 20% (ok. 0,7 miliarda kg U 3 O 8, cm. Ryc.) przypada na Australię, a następnie na Stany Zjednoczone (ok. 0,45 miliarda kg U 3 O 8). Republika Południowej Afryki i Kanada posiadają znaczne zasoby do produkcji uranu.
Produkcja uranu.
Główne etapy produkcji uranu to wydobycie rudy metodą podziemną lub odkrywkową, wzbogacanie (sortowanie) rudy oraz ekstrakcja uranu z rudy poprzez ługowanie. W kopalni rudę uranową wydobywa się z górotworu metodą wiertniczo-wybuchową, rozdrobnioną rudę sortuje się i kruszy, a następnie przenosi do roztworu mocnego kwasu (siarki) lub roztworu zasadowego (najkorzystniej węglan sodu). w przypadku rud węglanowych). Roztwór zawierający uran oddziela się od nierozpuszczonych cząstek, zatęża i oczyszcza poprzez sorpcję na żywicach jonowymiennych lub ekstrakcję rozpuszczalnikami organicznymi. Koncentrat, zwykle w postaci tlenku U 3 O 8 zwanego żółtym placekiem, następnie wytrąca się z roztworu, suszy i umieszcza w stalowych pojemnikach o pojemności ok. 1000 l.
Do ekstrakcji uranu z porowatych rud osadowych coraz częściej stosuje się ługowanie in situ. Roztwór zasadowy lub kwaśny jest w sposób ciągły wprowadzany przez odwierty wywiercone w złożu rudy. Roztwór ten wraz z przeniesionym do niego uranem zatęża się i oczyszcza, a następnie przez wytrącanie otrzymuje się z niego placek żółty.
Przetwarzanie uranu na paliwo jądrowe.
Naturalny koncentrat uranu – ciastko żółte – jest surowcem w jądrowym cyklu paliwowym. Aby przekształcić uran naturalny w paliwo spełniające wymagania reaktora jądrowego, potrzebne są jeszcze trzy etapy: konwersja do UF 6, wzbogacanie uranu i produkcja elementów paliwowych (elementów paliwowych).
Konwersja do UF6.
Aby przekształcić tlenek uranu U 3 O 8 w sześciofluorek uranu UF 6, placek żółty zwykle redukuje się bezwodnym amoniakiem do UO 2, z którego następnie otrzymuje się UF 4 za pomocą kwasu fluorowodorowego. W ostatnim etapie, działając na UF 4 z czystym fluorem, otrzymuje się UF 6 - produkt stały, który sublimuje w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem, a topi się pod podwyższonym ciśnieniem. Pięciu największych producentów uranu (Kanada, Rosja, Niger, Kazachstan i Uzbekistan) może łącznie wyprodukować 65 000 ton UF 6 rocznie.
Wzbogacanie uranu.
W kolejnym etapie cyklu paliwa jądrowego wzrasta zawartość U-235 w UF 6. Uran naturalny składa się z trzech izotopów: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) i U-234 (0,01%). Reakcja rozszczepienia w reaktorze jądrowym wymaga wyższej zawartości izotopu U-235. Wzbogacanie uranu odbywa się dwiema głównymi metodami separacji izotopów: metodą dyfuzji gazu i metodą wirowania gazu. (Energię zużywaną podczas wzbogacania uranu mierzy się w jednostkach pracy separacji, SWU.)
Metodą dyfuzji gazowej stały sześciofluorek uranu UF 6 pod wpływem obniżenia ciśnienia przechodzi w stan gazowy, a następnie pompowany jest przez porowate rurki wykonane ze specjalnego stopu, przez których ścianki może dyfundować gaz. Ponieważ atomy U-235 mają mniejszą masę niż atomy U-238, dyfundują łatwiej i szybciej. W procesie dyfuzji gaz wzbogaca się w izotop U-235, a gaz przechodzący przez rurki ulega wyczerpaniu. Wzbogacony gaz ponownie przepuszcza się przez rurki i proces trwa do momentu, gdy zawartość izotopu U-235 w próbce osiągnie poziom (3–5%) wymagany do pracy reaktora jądrowego. (Uran do celów wojskowych wymaga wzbogacenia do poziomu większego niż 90% U-235.) Tylko 0,2–0,3% izotopu U-235 pozostaje w odpadach ze wzbogacania. Metoda dyfuzji gazowej charakteryzuje się dużą energochłonnością. Fabryki oparte na tej metodzie dostępne są jedynie w USA, Francji i Chinach.
W Rosji, Wielkiej Brytanii, Niemczech, Holandii i Japonii stosowana jest metoda wirowania, w której gaz UF 6 jest bardzo szybko obracany. Ze względu na różnicę w masie atomów, a co za tym idzie w siłach odśrodkowych działających na atomy, gaz w pobliżu osi obrotu przepływu jest wzbogacony w lekki izotop U-235. Wzbogacony gaz jest zbierany i ekstrahowany.
Produkcja prętów paliwowych.
Wzbogacony UF 6 dociera do zakładu w 2,5-tonowych stalowych kontenerach. Z niego przez hydrolizę otrzymuje się UO 2 F 2, które następnie traktuje się wodorotlenkiem amonu. Wytrącony diuranian amonu jest filtrowany i spalany w celu wytworzenia dwutlenku uranu UO 2 , który jest prasowany i spiekany w małe granulki ceramiczne. Tabletki umieszcza się w rurkach wykonanych ze stopu cyrkonu (Zircaloy) i uzyskuje się pręty paliwowe, tzw. elementy paliwowe (elementy paliwowe), które składają się z około 200 sztuk w kompletne zespoły paliwowe, gotowe do wykorzystania w elektrowniach jądrowych.
Wypalone paliwo jądrowe jest wysoce radioaktywne i wymaga specjalnych środków ostrożności podczas przechowywania i usuwania. Zasadniczo można go ponownie przetworzyć, oddzielając produkty rozszczepienia od pozostałego uranu i plutonu, które można ponownie wykorzystać jako paliwo jądrowe. Jednak takie przetwarzanie jest drogie, a obiekty komercyjne są dostępne tylko w kilku krajach, takich jak Francja i Wielka Brytania.
Wielkość produkcji.
W połowie lat 80., gdy zawiodły nadzieje na szybki rozwój energetyki jądrowej, produkcja uranu gwałtownie spadła. Wstrzymano budowę wielu nowych reaktorów, a w istniejących przedsiębiorstwach zaczęto gromadzić zapasy paliwa uranowego. Wraz z upadkiem Związku Radzieckiego podaż uranu na Zachodzie jeszcze bardziej wzrosła.
