Ciclul combustibilului nuclear: Despre uraniul modern. Precipitarea „tortei galbene” din comerț regenerează prăjitura cu uraniu
Industria uraniului din Kazahstan, în ceea ce privește veniturile la bugetul țării, este poate a doua după producția de petrol. Peste 25 de mii de oameni lucrează în această industrie, însă, datorită securității instalațiilor, oaspeții de la minele de uraniu sunt un eveniment extrem de rar.
Astăzi vom vedea cum funcționează întreprinderea minieră Ortalyk, situată în districtul Suzak din regiunea Kazahstanului de Sud
Schimbul de muncă al angajaților Ortalyk Mining Enterprise LLP începe cu un examen medical obligatoriu
Lucrătorilor dintr-o întreprindere minieră de uraniu li se măsoară tensiunea arterială și temperatura și sunt testați și cu un aparat etilotest. Deși, potrivit medicului, alcoolul este strict interzis în unitate și nu a existat niciun caz în care ultimul test a fost „eșuat”
După examenul medical - micul dejun la cantina minei
Specificul producției creează cerințe suplimentare de siguranță - angajații își îmbracă hainele de lucru într-un vestiar separat, iar zona curată a minei este interzisă.
Maistrul de tură emite o comandă - sarcină care definește conținutul, locul de muncă, orele de începere și de sfârșit, condițiile de execuție în siguranță, măsurile de siguranță necesare
Una dintre măsurile de siguranță este purtarea aparatelor respiratorii în ateliere. Acest lucru se datorează faptului că în producția de uraniu se folosesc reactivi precum acidul sulfuric și azotat de amoniu.
Exploatarea uraniului este complet automatizată. În camera de control puteți urmări toate procesele care au loc la instalație
Exploatarea uraniului de la Ortalyk, la fel ca la toate celelalte întreprinderi din Kazahstan, se desfășoară prin leșierea forajelor subterane. Această metodă a fost aleasă deoarece este cea mai prietenoasă cu mediul. Fondul de radiații din câmpuri nu diferă de fondul de radiații din orașele mari
Principiul metodei de leșiere subterană este următorul: o soluție de 2% de acid sulfuric este pompată sub pământ în straturi purtătoare de uraniu, care, interacționând cu rocile, dizolvă uraniul, apoi această soluție îmbogățită cu uraniu este pompată la suprafață. Deasupra fiecărei puțuri există un panou de control al pompei
În această încăpere de pe teritoriul depozitului cu puțuri se află o unitate de distribuție a soluției
Angajaților li se oferă ochelari și pălării pentru a-i proteja de căldura incredibilă.
O soluție de acid sulfuric este pompată în puțuri prin aceste conducte. Puțurile de pompare care pompează uraniul din pământ arată similar.
Apoi soluția cu uraniu este trimisă prin conducte la atelier pentru prelucrarea soluțiilor productive (ciclu de sorbție-regenerare).
Cu această metodă de exploatare, la Ortalyk se folosesc aproximativ 15 tone de acid sulfuric pe oră
În producția de uraniu, toate procesele sunt automatizate, dar este posibil și controlul manual
Acest atelier primește o soluție de uraniu - desorbat de uraniu comercial
Soluția reacționează cu sarea de carbonat de amoniu pentru a obține un concentrat de uraniu natural - „tortă galbenă”
Verificarea citirilor filtrului de presiune
Yellowcake sau concentratul natural de uraniu este produsul final al întreprinderii, care este ambalat în recipiente speciale. De fapt, uraniul din acest compus este de aproximativ 45-50%. Anul acesta este planificată extragerea a 2.000 de tone de uraniu. Câmpul în sine este proiectat pentru 25 de ani de funcționare.
Pompele submersibile nu necesită aproape nicio reparație, acestea durează aproximativ 30 de mii de ore de funcționare. Cu toate acestea, este necesar să se inspecteze constant și, dacă este necesar, să se schimbe rotoarele.
În paralel cu extracția directă a uraniului, laboratorul efectuează cercetări care permit dezvoltarea cât mai eficientă a zăcământului.
Conform standardelor acceptate, nu ar trebui să rămână mai mult de 3 miligrame de uraniu pe litru în soluția trimisă înapoi la suprafață după procesare, dar conform rezultatelor probei, pierderile nu au depășit 1,2 miligrame.
După terminarea schimbului de muncă, angajații trebuie să li se verifice doza de radiații.
Când am mers la întreprindere, ne așteptam ca tabăra de muncitori ai uraniului să arate ca vremurile bune - remorci în care se înghesuie muncitorii. Cu toate acestea, tabăra de rotație de la Ortalyk arată complet diferit - este un complex modern de clădiri care are tot ce are nevoie pentru a se relaxa după muncă.
După cină, mulți muncitori petrec timp jucând tenis de masă.
Tabăra de rotație are și propriul teren de minifotbal
Cu puțin efort, oficialii AIEA au ieșit din obstacole birocratice și au elaborat o rezoluție privind programul nuclear al Iranului. Rezoluția soft nu este mult diferită de versiunile anterioare și nici măcar nu vorbește despre sancțiuni. Aparent, Iranul va continua să facă „tort galben”, iar lumea va închide ochii la asta deocamdată.
O sesiune de urgență a Consiliului guvernatorilor AIEA, dedicată situației actuale din jurul programului nuclear al Iranului, a fost convocată marți, dar ritmul redactării rezoluției finale cu greu poate fi numit extraordinar.
În timp ce oficialii Agenției Internaționale pentru Energie Atomică erau angajați în negocieri intense cu privire la formularea unor paragrafe specifice din proiectul de rezoluție, Iranul a reușit, încet și în prezența inspectorilor, să îndepărteze sigiliile de pe echipamentele Centrului Nuclear Isfahan și să reia complet muncă.
Luni, Iranul a reluat parțial lucrările la Centrul Nuclear din Isfahan la echipamentele în care nu au fost instalate sigiliile AIEA. A început furnizarea de concentrat de minereu de uraniu, care include prima parte a procesului de conversie a uraniului. După îndepărtarea sigiliilor de pe alte echipamente, miercuri, Centrul Nuclear din Isfahan se îndreaptă treptat către utilizarea deplină a capacității sale.
Întreprinderea a început conversia uraniului - procesarea minereului de uraniu în gaz (hexafluorură de uraniu). În principiu, următorul pas după obținerea gazului este izolarea componentului de uraniu necesar, iar acesta, la rândul său, este ultimul pas pentru a crea combustibil de uraniu finit. Dar, potrivit părții iraniene, substanța purificată obținută după procesarea minereurilor care conțin uraniu, cunoscută sub numele de „yellowcake”, va fi pur și simplu depozitată în recipiente speciale. Într-adevăr: în centrul nuclear din Isfahan nu există centrifuge cu gaz pentru producția de uraniu.
Miercuri, inspectori curioși de la AIEA au instalat camere video la uzina din Isfahan pentru a monitoriza procesul de prelucrare a uraniului.
Aparent, în timp ce inspectorii pot doar să se uite la televizor, nimeni nu poate opri producția. De fapt, aceasta este ceea ce spune textul rezoluției, care nu diferă cu mult de avertismentele anterioare adresate Iranului.
În proiectul final al rezoluției, văzut de Reuters joi după-amiază, AIEA își exprimă „îngrijorarea serioasă” cu privire la începerea procesării uraniului la centrala nucleară Isfahan. Consiliul guvernatorilor AIEA, printr-o rezoluție, solicită Iranului să oprească din nou complet activitatea centrului nuclear. Proiectul de rezoluție îi cere, de asemenea, șefului AIEA, Mohamed ElBaradei, să pregătească un raport privind programul nuclear iranian până pe 3 septembrie.
Deși cuvântul „sancțiuni” este menționat în mod constant pe marginea sediului AIEA, nu au fost luate decizii punitive împotriva Iranului în această sesiune și nu vor fi luate.
Cert este că agravarea „crizei nucleare” iraniene a dus deja la o creștere bruscă a prețului petrolului, apropiindu-se de 65 de dolari pe baril. Este greu de imaginat ce se va întâmpla cu piața petrolului în cazul unui ipotetic transfer al dosarului iranian către Consiliul de Securitate al ONU, așa cum s-a discutat în marginea AIEA.
Teheranul înțelege și inutilitatea unei astfel de evoluții a evenimentelor. Ieri, purtătorul de cuvânt al Iranului, Sirus Naseri, le-a spus oficial oficialilor AIEA că trimiterea problemei programului său nuclear la Consiliul de Securitate al ONU ar fi o „greșeală majoră de calcul”.
UE și SUA sunt conștiente de acest lucru chiar și fără Naseri. Secretarul general al ONU, Kofi Annan, a cerut țărilor Uniunii Europene să continue dialogul cu Teheranul, în ciuda deciziei de a relua lucrările de conversie a uraniului la instalația nucleară din Isfahan. Așa că acum toate părțile implicate în conflict vor căuta o cale de ieșire din situația actuală care să le permită să mențină cel puțin aspectul unui rezultat de succes, în timp ce specialiștii iranieni, în lumina lentilelor camerelor video AIEA, vor continuă calea către îmbogățirea uraniului.
În funcție de metoda de desorbție a uraniului din schimbătoarele de anioni, întreprinderile IPS folosesc diferite metode pentru concentrarea și separarea acestuia de desorbații comerciali. În cazul desorbției cu soluții saline, uraniul se precipită de obicei cu soluții apoase de amoniac sub formă de poliuranați de amoniu sau, în cazul utilizării soluțiilor de sodă caustică, sub formă de poliuranați de sodiu. Precipitatele de poliuranat sunt stoarse pe filtru presă, iar turta este transportată la instalația hidrometalurgică pentru rafinare ulterioară. Pentru purificarea uraniului de impurități, precipitarea acestuia poate fi efectuată fracționat, precipitând mai întâi fierul și alte impurități la pH = 3,6-3,8, iar după limpezirea lichidului mamă, precipitând poliuranați la pH = 6,5-8,0. Conținutul de uraniu din concentratele chimice rezultate, în funcție de puritatea acestora, poate varia de la 40 la 64%. Lichiorurile mamă de precipitare cu poliuranat sunt utilizate pentru prepararea soluțiilor de desorbție.
În unele cazuri, turta de poliuranat este dizolvată în acid sulfuric puternic și soluția concentrată în uraniu este trimisă pentru prelucrare la GMZ.
Uneori, uraniul este izolat din desorbații de cloruri acidificate sub formă de peroxid.
În ciuda simplității și eficienței metodei hidrolitice de extracție a uraniului, aceasta are un dezavantaj serios - acumularea unui volum dezechilibrat de soluții de nitrat sau clorură, care trebuie aruncate în orizonturi subterane împreună cu soluțiile productive circulante, uzate.
Metoda de desorbție a uraniului cu acid sulfuric nu prezintă acest dezavantaj, deoarece uraniul din desorbații comerciali poate fi concentrat prin metoda de sorbție sau extracție și izolat sub formă de desorbate sau re-extracte bogate de sodă cu o concentrație de uraniu de 80...100. g/l, iar soluțiile purificate de acid sulfuric pot fi returnate pentru desorbție sau utilizate pentru leșierea minereului.
Pentru concentrarea și separarea uraniului de acidul sulfuric și desorbații de nitrați, se poate folosi procesul de electrodializă cu membrane ionice. S-a stabilit că gradul de recuperare a reactivilor - acizi sulfuric și azotic, săruri nitrați - în procesul de electrodializă poate ajunge la 70...80%, iar uraniul este eliberat sub formă de concentrate bogate (dioxid de uraniu hidratat). Izolarea uraniului din desorbații de carbonat-bicarbonat se poate realiza prin descompunerea termică a sărurilor de carbonat de amoniu la o temperatură de 90...100°C sau 12O...13O°C cu captarea gazelor reziduale și precipitarea uraniului în forma unui amestec de monocarbonat de uranil, uranat și diuranat de amoniu. Când depozitul rezultat este calcinat într-un GMZ, se formează un amestec de di- și trioxid de uraniu.
O altă modalitate posibilă de a izola uraniul din desorbații de carbon de amoniu este precipitarea acestuia sub formă de cristale de tricarbonat de amoniu uranil prin adăugarea de bicarbonat de amoniu uscat. Cristalele rezultate sunt caracterizate printr-o puritate semnificativ mai mare decât concentratele chimice convenționale, iar după transportul la GMZ, chiar și fără o curățare suplimentară, pot fi supuse la descompunere termică pentru a produce trioxid, dioxid sau oxid de uraniu, în funcție de calcinare. modul.
Precipitații din recuperarea nitraților
Bicarbonatul de amoniu uscat, soluția de amoniac și soluția de hidroxid de sodiu sunt utilizate ca precipitanți în practica industrială.
Când sunt depuse cu bicarbonat de amoniu, cristalele de tricarbonat de amoniu uranil (AUTC) au umiditate ridicată (30-40%), conținutul de uraniu în cristalele umede variază de la 25 la 45%.
Precipitatul este filtrat relativ lent datorită formării de cristale AUTK foarte mici.
Un rol important în sărarea cristalelor AUTK îl joacă concentrația reziduală de bicarbonat de amoniu, care trebuie menținută la 20-40 g/l. În acest caz, conținutul de uraniu din soluție este la nivelul de 11,5 g/l.
În procesul de răcire a uraniului din soluții de acid azotic cu bicarbonat de amoniu sau amoniac la pH + 24, soluțiile sunt transparente și stabile. Odată cu neutralizarea ulterioară la pH+5-6, se observă precipitarea uraniului, iar odată cu creșterea timpului de decantare, completitatea precipitațiilor de uraniu crește.
La pH = 7,17,5, completitatea izolării cristalelor AUTK este cea mai mare: conținutul de uraniu din lichidul mamă carbonat este de 0,61-0,84 g/l.
La precipitarea concentratului chimic cu amoniac la un pH mai mare de 7,6, este posibil să se reducă conținutul de uraniu din lichidul mamă la mai puțin de 0,1 g/l, indiferent de conținutul inițial de uraniu.
Prin precipitarea uraniului cu alcalii se poate obține un concentrat chimic sub formă de diuranat de sodiu cu un conținut de uraniu în sedimentul umed de 26-45%. Concentrația reziduală de uraniu în lichidul mamă este de 0,005-0,008 g/l la o temperatură de depunere de 3045 °C și crește la 0,036-0,078 g/l la o temperatură de 70 °C. Umiditatea concentratului chimic fluctuează în 30%. Rata de filtrare este scăzută și practic nu depinde de temperatura de depunere a concentratului chimic.
Utilizarea unor soluții alcaline mai concentrate va reduce diluția regenerelor originale.
Concentratul chimic precipitat cu bicarbonat de amoniu, comparativ cu alcaliul precipitat, are o viteză de limpezire mai mare (de 15+20 ori) și o viteză de filtrare mai mare (de 10+15 ori). Dezavantajul precipitațiilor cu bicarbonat de amoniu este consumul specific ridicat (30+35 kg/kg uraniu).
Există studii privind precipitarea fără reactivi a cristalelor din recuperările comerciale de nitrați. Când regenerele comerciale sunt evaporate, se obțin soluții suprasaturate, din care cristalele precipită la răcire. Pentru a crește viteza și completitudinea depunerii, este necesar să adăugați cristale obținute din desorbția uraniului cu soluții care conțin nitrați la regenerarea comercială evaporată ca „sămânță”.
Recitind ceea ce am numit „Ciclul combustibilului nuclear” cu destulă obrăznicie, am simțit că ceva lipsește în mod clar. Mi se pare că avem nevoie de o mică notă pentru a oferi o imagine de ansamblu asupra a ceea ce arată „calea muncii” a uraniului astăzi, când există planuri clar conturate pentru cucerirea completă a ciclului închis al combustibilului nuclear, iar practica rămâne în proporție de 90% la fel, ceea ce a devenit undeva prin anii 70-80 ai secolului trecut. Așa că voi încerca să fac un articol ca acesta - va fi convenabil să reveniți dacă uitați ceva brusc.
Toate centralele nucleare, după cum se știe, funcționează cu uraniu. Chiar dacă este cel mai greu dintre cele „miraculoase”, uraniul este încă un element chimic și, așa cum se presupune că este un element chimic, este conținut în scoarța terestră ca parte dintr-o varietate de minereuri. Este inclus în compoziția acestor minereuri sub formă de o varietate de oxizi și săruri, de asemenea, rocile gazdă sunt diferite: carbonați, silicați, sulfuri. Uneori arată frumos și chiar impresionant.
Minereu de uraniu, Foto: staticflickr.com
Iată cum strălucește uraniul în lumina ultravioletă:
Uraniu în ultraviolete, Foto: seasons-goda.rf
Și acesta, de exemplu, este uraninit întretăiat cu aur nativ.
Uraninit presărat cu aur nativ, Foto: dakotamatrix.com
Sunt cunoscute peste o sută de minerale care conțin uraniu, dar doar 12 dintre ele sunt de interes practic. Minereurile sunt împărțite în categorii: de la sărace (cu un conținut de uraniu mai mic de 0,1%) la bogat (cu un conținut de uraniu mai mare de 1%). În Canada există minereuri cu un conținut de uraniu de 14-18% - nici măcar nu știu cum se numește. Super-super bogat? Și minereurile din Congo Belgian, care au asigurat implementarea Proiectului Manhattan cu 60%, sunt minereuri „Rockefeller”?...
În zorii proiectului nuclear, existau minereuri de uraniu puțin adânci - 150-300 de metri, dar acum aproape toate astfel de cariere au fost lucrate, iar pentru minereu trebuie să mergeți la adâncimi de un kilometru sau chiar mai mult. Iată primele sarcini: extragerea dintr-o asemenea adâncime și curățarea ei de roca sterilă.
Dacă avem de-a face cu roci puternice în care filoanele de minereu sunt clar vizibile, vom construi mine, vom toca minereul cu mașini speciale (radiația, știți, epoca muncii manuale a trecut) și îl vom trage în sus. În Rusia, acesta este câmpul Priargunskoye din regiunea Chitinchka. O metodă mai ieftină, mai „avansată”, mai puțin dăunătoare pentru mediu, este așa-numita „tehnologie ISR” (leșierea forajelor subterane). Aproximativ: găurim o gaură în centru până la adâncimea necesară și încă câteva pe laterale. Pompăm acid sulfuric în puțul central, acesta extrage uraniul din rocă, iar soluția rezultată este pompată la suprafață prin puțuri laterale. Iată, de exemplu, cum arată minele de uraniu la zăcămintele Khiagda (Buriația) și Dalur (regiunea Kurgan):
Minele de uraniu de la zăcămintele Khiagda (Buriația) și Dalur (regiunea Kurgan), Foto: armz.ru
Munca oamenilor se termină în etapa de foraj; toate celelalte lucrări sunt efectuate prin mecanisme și pompe. Menținerea presiunii necesare este întreaga preocupare. Nu există „răni” la suprafață, nu există haldele de minereu și acid sulfuric la o adâncime de mai mult de un kilometru - nici un rău chiar și apelor subterane. Cu toate acestea, metoda PSV este atât de interesantă încât merită să revenim la conversația despre ea cu mai multe detalii.
Luăm în considerare cazul exploatării minereului de uraniu din mine. Bucăți mari de rocă: 1) sortate după gradul de radioactivitate; 2) zdrobit până la o stare fină; 3) plasate în autoclave, unde uraniul este levigat la temperaturi și presiuni ridicate cu soluții de acid sulfuric sau azotic sau carbonat de sodiu. În același timp, uraniul trece în aceste soluții minunate, iar roca sterilă precipită literalmente. Urmează etapa nr. 4: uraniul din soluții este precipitat cu porțiuni de reactivi chimici noi, rezultând compuși aproape puri ai uraniului și acești reactivi. Dar ce ar trebui să facă reactivii în reactor, vă întrebați? Nimic. În consecință, sunt de prisos și în această sărbătoare periodică, motiv pentru care este necesară etapa nr. 5: rafinarea cu bicarbonat de amoniu. Este un nume uluitor, dar cineva face exact asta!.. Și acum rămâne etapa nr. 6 - sedimentele uscate și curate de săruri de uraniu obținute după rafinare se calcinează la temperaturi de la 240 la 850 de grade pentru a obține turtă galbenă, pe scară largă. cunoscut în cercuri înguste (cunoscut și sub numele de oxid de uraniu, cunoscut și sub numele de U3O8). Iată-l, dragă.
Yellowcake, Foto: fresher.ru
Deși culoarea, desigur, nu este întotdeauna atât de veselă, poate fi și mult mai modestă.
Tort galben, Foto: http://umma.ua/
Permiteți-mi să vă atrag atenția asupra faptului că toate cele șase etape descrise se desfășoară direct în apropierea minelor. Orice mină de uraniu este un loc în care se concentrează producția chimică.
Yellowcake este convenabil deoarece este foarte stabil, are radioactivitate scăzută - prin urmare, este potrivit pentru transport. Și o duc mai aproape de centrifuge pentru a efectua ultima procedură chimică - transformând-o din oxid de uraniu în fluorură de uraniu. Oamenii de știință nucleari numesc acest proces conversie a uraniului și, fără el, pur și simplu nu există nicio cale. Fluorura de uraniu este convenabilă, deoarece atunci când este încălzită la 53 de grade, nu se topește, ci se transformă imediat în gaz, care este trimis pentru îmbogățire cu ajutorul centrifugelor. Îmbogățirea este o creștere a concentrației de uraniu-235 de la valoarea naturală de 0,7% la 4% necesar (în medie, de fapt, de la 2,6% la 4,8% pentru diferite tipuri de reactoare nucleare). Dacă cineva a ratat deja apariția complexelor noastre de îmbogățire (și le avem în patru locuri: UEKhK - Uzina electrochimică Ural din Novouralsk, regiunea Sverdlovsk; SKhK - Uzina chimică siberiană din Seversk, regiunea Tomsk; AEKhK - Uzina electrochimică Angarsk; EKhZ - Uzină electrochimică din Zelenogorsk, teritoriul Krasnoyarsk), apoi aici:
Complex de îmbogățire, Foto: http://atomicexpert.com/
De la centrifuge, desigur, ieșirea este același gaz, aceeași fluorură de uraniu, doar că acum conține mai mult uraniu-235. Gazul nu poate fi introdus în reactor - în consecință, fluorura trebuie transformată înapoi în oxid de uraniu (mai precis, în dioxid, UO2), iar aceasta este deja o pulbere.
Folosind metalurgia pulberilor, pulberea de dioxid de uraniu este transformată în pelete de combustibil cu un diametru de aproximativ 1 cm și o grosime de 1 până la 1,5 cm. mult după VVER-uri moderne. Acest tub, umplut cu 1,5 kg de pelete de uraniu, este aceeași tijă de combustibil: un element de combustibil. Iata-le, frumoase:
Această lucrare are loc în Rusia, la Uzina de Construcție de Mașini din orașul Elektrostal, Regiunea Moscova și la Uzina de Concentrate Chimice Novosibirsk. Zirconiul este turnat în Glazov, Republica Udmurt, la Uzina Mecanică Chepetsk. Elementele de combustibil sunt combinate structural în ansambluri de combustibil - ansambluri de combustibil. Arata asa:
FA – ansambluri combustibile, Foto: atomic-energy.ru
Secțiunea transversală, după cum puteți vedea, este hexagonal-fagure, iar acesta este un design sovietic-rus. Dar TVS-„pătratul” designului occidental:
TVS-„pătrat”, Foto: http://nuclear.ru/
Mi-am petrecut o parte din copilărie în stupina bunicului meu, așa că sunt destul de părtinitoare - îmi plac mai mult „fagurii” noștri.
Acum, uraniul sub formă de tablete, care sunt plasate în bare de combustibil, care sunt combinate în ansambluri de combustibil, poate fi plasat în „aragaz” - în miezul unui reactor al unei centrale nucleare. În următoarele 18 luni, numită de obicei „compania de combustibil”, uraniul „arde”, transformându-se treptat în combustibil uzat. Iată o imagine cu cum arată reactorul înainte de începerea campaniei de combustibil:
Reactor, Foto: http://publicatom.ru/
Mi se pare că o astfel de istorie a uraniului cu imagini a fost necesară încă de la începutul poveștii despre ciclul combustibilului nuclear. Vă rog să nu mă certați prea mult pentru că nu am reușit în primul rând - sunt un blogger bătrân doar la vârsta, iar în tinerețe, greșelile sunt comune. Propun ca această notă să fie considerată „Nr 0” în ciclul poveștilor despre combustibilul nuclear!
Conținutul articolului
INDUSTRIA URANIUULUI. Uraniul este principala sursă de energie a energiei nucleare, generând aproximativ 20% din electricitatea mondială. Industria uraniului acoperă toate etapele producției de uraniu, inclusiv explorarea, dezvoltarea și valorificarea minereului. Procesarea uraniului în combustibil pentru reactoare poate fi considerată o ramură naturală a industriei uraniului.
Resurse.
Resursele de uraniu suficient de fiabile explorate la nivel mondial, care ar putea fi izolate din minereu la un cost de cel mult 100 USD pe kilogram, sunt estimate la aproximativ 3,3 miliarde kg de U 3 O 8 . Aproximativ 20% din aceasta (aproximativ 0,7 miliarde kg U 3 O 8, cm. Figura) cade pe Australia, urmată de SUA (aprox. 0,45 miliarde kg U 3 O 8). Africa de Sud și Canada au resurse semnificative pentru producția de uraniu.
Producția de uraniu.
Principalele etape ale producției de uraniu sunt extracția minereului prin exploatare subterană sau în cariere deschise, îmbogățirea (sortarea) minereului și extracția uraniului din minereu prin levigare. La mină, minereul de uraniu este extras din masa de rocă folosind o metodă de forare-explozivă, minereul zdrobit este sortat și zdrobit, apoi transferat într-o soluție acidă puternică (sulfuric) sau o soluție alcalină (carbonat de sodiu, care este cel mai de preferat). în cazul minereurilor carbonatice). O soluție care conține uraniu este separată de particulele nedizolvate, concentrată și purificată prin sorbție pe rășini schimbătoare de ioni sau extracție cu solvenți organici. Concentratul, de obicei sub formă de oxid de U 3 O 8 numit turtă galbenă, este apoi precipitat din soluție, uscat și plasat în recipiente de oțel cu o capacitate de cca. 1000 l.
Leșierea in situ este din ce în ce mai utilizată pentru extragerea uraniului din minereurile sedimentare poroase. Soluția alcalină sau acidă este condusă continuu prin puțuri forate în corpul de minereu. Această soluție, cu uraniul transferat în ea, este concentrată și purificată, iar apoi se obține din ea turtă galbenă prin precipitare.
Procesarea uraniului în combustibil nuclear.
Concentratul natural de uraniu — yellowcake — este o materie primă în ciclul combustibilului nuclear. Pentru a transforma uraniul natural în combustibil care îndeplinește cerințele unui reactor nuclear, sunt necesare încă trei etape: conversia în UF 6, îmbogățirea uraniului și producerea de elemente de combustibil (elemente de combustibil).
Conversie în UF6.
Pentru a transforma oxidul de uraniu U 3 O 8 în hexafluorură de uraniu UF 6, turta galbenă este de obicei redusă cu amoniac anhidru la UO 2, din care UF 4 este apoi obținut folosind acid fluorhidric. În ultima etapă, acționând asupra UF 4 cu fluor pur, se obține UF 6 - un produs solid care se sublimează la temperatura camerei și la presiune normală și se topește la presiune ridicată. Cei mai mari cinci producători de uraniu (Canada, Rusia, Niger, Kazahstan și Uzbekistan) pot produce împreună 65.000 de tone de UF 6 pe an.
Îmbogățirea cu uraniu.
În următoarea etapă a ciclului combustibilului nuclear, conținutul de U-235 în UF 6 crește. Uraniul natural este format din trei izotopi: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) și U-234 (0,01%). O reacție de fisiune într-un reactor nuclear necesită un conținut mai mare de izotop U-235. Îmbogățirea uraniului se realizează prin două metode principale de separare a izotopilor: metoda difuziei gazului și metoda centrifugării gazelor. (Energia cheltuită în îmbogățirea uraniului este măsurată în unități de lucru de separare, SWU.)
Prin metoda difuziei gazului, hexafluorură de uraniu solidă UF 6 este transformată în stare gazoasă prin scăderea presiunii, apoi pompată prin tuburi poroase dintr-un aliaj special, prin pereții cărora gazul poate difuza. Deoarece atomii de U-235 au o masă mai mică decât atomii de U-238, ei difuzează mai ușor și mai rapid. În timpul procesului de difuzie, gazul este îmbogățit în izotopul U-235, iar gazul trecut prin tuburi este epuizat. Gazul îmbogățit este trecut din nou prin tuburi, iar procesul continuă până când conținutul de izotop U-235 din probă atinge nivelul (3-5%) necesar pentru funcționarea unui reactor nuclear. (Uraniul de calitate pentru arme necesită îmbogățire la niveluri mai mari de 90% U-235.) Doar 0,2–0,3% din izotopul U-235 rămâne în deșeurile de îmbogățire. Metoda de difuzie a gazelor se caracterizează printr-o intensitate energetică ridicată. Fabricile bazate pe această metodă sunt disponibile numai în SUA, Franța și China.
În Rusia, Marea Britanie, Germania, Țările de Jos și Japonia se folosește metoda de centrifugare, în care gazul UF 6 este rotit foarte rapid. Datorită diferenței de masă a atomilor și deci a forțelor centrifuge care acționează asupra atomilor, gazul din apropierea axei de rotație a fluxului este îmbogățit în izotopul ușor U-235. Gazul îmbogățit este colectat și extras.
Fabricarea barelor de combustibil.
UF 6 îmbogățit ajunge la fabrică în containere de oțel de 2,5 tone. Din acesta, se obține UO 2 F 2 prin hidroliză, care este apoi tratată cu hidroxid de amoniu. Diuranatul de amoniu precipitat este filtrat și ars pentru a produce dioxid de uraniu UO2, care este presat și sinterizat în pelete ceramice mici. Tabletele sunt plasate în tuburi din aliaj de zirconiu (Zircaloy) și se obțin bare de combustibil, așa-numitele. elemente de combustibil (elemente de combustibil), care combină aproximativ 200 de bucăți în ansambluri complete de combustibil, gata de utilizare la centralele nucleare.
Combustibilul nuclear uzat este foarte radioactiv și necesită precauții speciale în timpul depozitării și eliminării. În principiu, poate fi reprocesat prin separarea produselor de fisiune de uraniul și plutoniul rămase, care pot fi reutilizate ca combustibil nuclear. Dar o astfel de procesare este costisitoare și facilitățile comerciale sunt disponibile doar în câteva țări, cum ar fi Franța și Marea Britanie.
Volumul producției.
La mijlocul anilor 1980, pe măsură ce speranțele de creștere rapidă a energiei nucleare au eșuat, producția de uraniu a scăzut brusc. Construcția multor reactoare noi a fost suspendată, iar rezervele de combustibil de uraniu au început să se acumuleze la întreprinderile existente. Odată cu prăbușirea Uniunii Sovietice, aprovizionarea cu uraniu în Occident a crescut și mai mult.
