Для чего используют урановую руду

Уран: свойства, способы добычи и обогащения, применение

Уран – тяжёлый слаборадиоактивный металл серо-стального цвета с серебристо-белым глянцем. Современное использование данного химического элемента связано напрямую с атомной энергетикой. Также он является сырьём для получения другого важного в ядерной энергетике элемента – плутония.

Процесс открытия минерала и дальнейшее исследование его уникальных в физическом отношении свойств, напрямую связано с именами множества исследователей и учёных того времени. Среди которых можно выделить:

Естественно, что свой вклад в исследование этого основополагающего элемента ядерной физики и атомной энергетики, внесло множество учёных. Именно благодаря им были открыты следующие физико-химические свойства этого элемента:

Способы добычи

Уран распространён в природе. По этому показателю он занимает 38 место среди других химических элементов. Больше всего этот радиоактивный металл сосредоточен в осадочных породах: углистых сланцах и фосфоритах. Наиболее важными для добычи минералами (всего их, имеющих промышленное значение, насчитывается 15 видов) являются:

Метод извлечения урана на поверхность зависит от глубины залегания руд, породы месторасположения, состава изотопов и ряда иных признаков.

Открытый

Один из самых распространённых способов добычи полезных ископаемых при условии размещения их недалеко от наружного слоя земного грунта.

Именно его и приходится удалять, прибегая к вскрышным буровзрывным работам и перевозке пустой породы в отвалы. Для чего используется тяжёлая техника: бульдозеры, экскаваторы, погрузчики самосвалы. В дальнейшем с использованием того же оборудования разрабатывается ураносодержащее сырьё, затем отправляемое на переработку.

Строительство карьеров – дело достаточно дорогостоящее и объёмное по своим масштабам и привлекаемым ресурсам. Кроме того, оно связано с нанесением невосполнимого экологического ущерба месту разработки и окружающей местности.

Подземный

Способ ещё более затратный по сравнению с открытым методом, так как приходится проникать внутрь недр, чтобы достичь места залегания рудного тела. Другим неблагоприятным фактором является экономическое ограничение на строительство шахт, глубиной более 2 км, что нецелесообразно в связи со значительным удорожанием стоимости добытого минерального ресурса.

Однако, несмотря на эти обстоятельства и высокий уровень опасности для работающего персонала, именно этот способ позволяет добывать наиболее качественное сырьё. Технологический цикл подземной добычи включает в себя:

Скважинное подземное выщелачивание

В связи с множеством возникающих сложностей организационного и экономического порядка, всё чаще горнодобывающие предприятия начинают прибегать к методу скважинного подземного выщелачивания (СПВ).

Проведя геологические исследования, определяется контур месторождения, по периметру которого на необходимую глубину бурятся скважины. В них закачивается серная кислота – выщелачивающий реагент. Полученный раствор выкачивают уже через откачные скважины, пробуренные внутри контура.

Извлекаемую пульпу прогоняют через специальные сорбционные колонны, где урановые соли остаются на смоляных поверхностях. В дальнейшем эту смесь подвергают многократной очистке до получения сначала необходимой концентрации раствора, а затем – и до формирования закиси-окиси урана.

Обогащение урана

Добытая урановая руда содержит в своём составе 0,72% изотопов урана-235 ( 235 U). Остальную часть составляют:

Причины

Самостоятельно поддерживать ядерную реакцию способен только нуклид 235 U. Мало того, чтобы цепная реакция происходила стабильно – не важно: в ядерном реакторе или в атомном оружии – необходимо достичь его определённой концентрации, тем самым обеспечив высокую вероятность встречи нейтронов с атомами.

Именно для этого и проводится обогащение, то есть увеличение доли урана-235 в минерале. Однако, требуемый уровень концентрации этого изотопа в каждой из областей применения – свой.

Степени

Практическое применение имеют три степени обогащения урана, имеющие соответствующие процентному содержанию названия:

Технологии

В основе значительного количества технологий обогащения лежат стандартные физические процессы обретения различного ускорения телами, обладающими разной массой. Именно на этом принципе основано абсолютное большинство апробированных обогатительных методов.

Существует также целый ряд лазерных технологий, пока что не получивших широкой промышленной эксплуатации.

Применение

Ядерное топливо

Основным направлением использования всех видов изотопов металлического урана является атомная энергетика. Именно в ядерных реакторах происходит регулируемая цепная реакция, позволяющая вырабатывать гигантские электрические мощности. Причём применение находит как низкообогащённый, так и высокообогащённый уран (в реакторах на быстрых нейтронах).

Геология

Геохронологическое использование урана (уран-свинцовый метод радиоизотопного датирования) даёт возможность определять возраст геологических пород и минералов. Это открывает широкие перспективы для исследования протекания геологических процессов в недрах нашей планеты.

Другие сферы

Также, некоторые соединения урана входят в состав красителей. Они (соединения) в своё время использовались в фотографии для улучшения световых показателей негативов и позитивов.

Месторождения в России и мире

Список крупнейших мировых ураносодержащих месторождений по странам мира:

Мировые запасы

Планетарные запасы урана оцениваются по-разному. Согласно данным Всемирной ядерной ассоциации в 2017 году они составляли 6,1426 млн. тонн.

В других источниках указывается цифра в 5,5 млн. тонн. Хотя, при этом оговаривается, что разведанные запасы составляют 3,3 млн. тонн, а 2,2 – предполагаемые. Ещё не обнаруженные залежи оцениваются в 10,2 млн. тонн. В процентном соотношении урановые запасы размещены следующим образом по странам и континентам:

Страны, добывающие уран

Топ мировых стран-добытчиков (всего их насчитывается 14) ядерного топлива в 2018 году:

Источник

Для чего используют урановую руду

Этот элемент был открыт на территории Германской империи в 1789 году. Он назван в честь планеты Уран, которая была обнаружена на 8 лет раньше. Однако радиоактивность урана была открыта лишь в 1896 году.

Уран — последний элемент в таблице Менделеева. Он ещё и самый тяжёлый элемент, существующий в естественном виде на Земле. Именно при расщеплении его атома получается электричество.

Электричество, которое производится из урана, является альтернативой горючим ископаемым, таким как нефть и уголь. Сегодня 16% электричества в мире получается из урана.

Уран и производство электричества

Символ урана в периодической таблице — U. Уран состоит в основном из двух изотопов — 235U и 238U. Уран на 99,7 % состоит из изотопа 238U и только оставшиеся 0,7 % — это изотоп 235U.

Именно изотоп 235U, который составляет столь малый процент урана, позволяет получить энергию посредством расщепления ядра атома. Для производства электричества концентрация изотопа 235U должна составлять 3–4 %. Поэтому химики обогащают уран.

Обогащение урана можно провести двумя способами: с помощью ультрацентрифугирования или газовой диффузии. Оба метода разделяют изотопы и в результате концентрация 235U повышается.

Ядерная энергия считается чистой, потому что она не выделяет парниковые газы и её отходы достаточно малы. Другим преимуществом этой энергии то, что её легко транспортировать и она не требует много места для хранения.

Обогащённый уран прессуют в таблетки размером 1х1 см. Энергоотдача такой таблетки очень высока: две таблетки способны обеспечить энергией семью из 4 человек на 1 месяц.

Таким образом, уран является отличной альтернативой нефти и углю: чтобы произвести столько же электроэнергии, сколько производит 1 килограмм урана, потребуется 10 тонн нефти и 20 тонн угля. Это помимо негативных эффектов, которые последние оказывают на окружающую среду. К тому же нефть и уголь требуют много места.

Недостатки ядерной энергии

Одним из основных недостатков является риск аварий и их последствия для окружающей среды. Зоны, заражённые радиоактивностью урана, становятся непригодными для жилья.

Нахождение и применение урана

После того, как урановую руду извлекают из земли, её измельчают, перерабатывают и делают небольшие урановые таблетки. Таблетки урана подвергаются высоким температурам, чтобы они стали более прочными.

После того как топливо закладывается в реактор, начинается процесс ядерного деления. Деление происходит в результате бомбардировки нейтронами атомного ядра урана.

Когда нейтрон сталкивается с атомом урана, последний расщепляется на два других атома. Происходит выделение большого количества энергии и других нейтронов. Они сталкиваются с атомами и порождают цепную реакцию.

Выделяемая энергия становится теплотой, которая нагревает воду в реакторе. Пар от горячей воды активирует турбины, а те, в свою очередь, запускают электрогенераторы. Такие генераторы и производят электроэнергию.

Характеристики урана

Ядерная (атомная) энергетика России

В России функционируют 10 атомных электростанций.

Основные залежи урана в России находятся рядом с городом Краснокаменском. Там же находятся основные горно-химическое объединения и крупнейшее уранодобывающее предприятие.

По объёму добытого урана Россия занимает 5 место. А вот по запасам урана — 3 место.

Уран в мире

Самые большие запасы урана находятся в Австралии. Затем идут Казахстан, Россия, Канада, ЮАР, Нигер и Бразилия.

Что касается производства электроэнергии с помощью атомных электростанций, то Канада, Казахстан и Австралия занимают лидирующие позиции. Эти три страны вместе производят более чем половину ядерной энергии в мире.

Смотрите таблицу с данными по производству и запасам урана каждой из перечисленных стран.

Уран и ядерные бомбы

Для производства электроэнергии уран обогащают для того, чтобы содержание изотопа 235U составило 3 или 4 %.

Для производства же атомной бомбы его содержание должно быть 90 %.

Бомба, сброшенная США на Хиросиму (город в Японии) в конце Второй мировой войны, называлась «Малыш» (от англ. Little boy). Она содержала 64 кг обогащённого урана. Разрушительная сила этой бомбы была равна 15 000 тоннам тротилового эквивалента.

«Малыш» произвёл тепловую волну, температура которой достигла 4000 градусов, а её скорость равнялась 440 метрам в секунду.

Взрыв стал причиной гибели 80 000 человек. Тысячи людей подверглись радиации.

Источник

Урановая руда: свойства, способы добычи, применение

В последнее время наиболее актуальна тема атомной энергии, для производства которой используется химический элемент под названием уран. В свободном виде уран в природных условиях не существует, только в составе минералов и руды. Его производят с использованием минеральных образований — урановых руд, добыча которых экономически выгодна.

Свойства урана

Химический элемент уран представляет собой твердый серебристо-белый металл, имеющий много различных примесей. Наиболее важные его свойства следующие:

Следует учитывать, что уран относится к достаточно редкому химическому элементу с небольшой концентрацией его в земной коре. Однако его содержание в земных недрах больше по сравнению с золотом и серебром, и почти одинаково со свинцом и цинком. Следует учитывать, что в месторождениях концентрируется лишь малая часть урана, наибольшая есть в горных породах, почве, воде.

Несмотря на невысокую концентрацию данного химического элемента, резервов залежей достаточно для дальнейшей добычи урана, поскольку альтернативное вещество пока что не обнаружено.

Урановая руда: характеристики и классификации

Урановыми рудами считают полезное ископаемое минерального происхождения с содержанием урана и его концентрированных соединений, при которых можно их использовать в промышленности, что целесообразно с экономической стороны.

Подобные минеральные образования классифицируются по различным признакам:

В зависимости классификации урановой руды определяется способ выборки из нее химического элемента.

Различия по насыщенности

В соответствии с процентом содержания урана природные минеральные образования распределяются на следующие подвиды:

Следует учитывать, что чем выше содержание урана в единице руды, тем дешевле обходится его добыча.

Виды урановых руд

Основные виды урановых руд следующие:

Способы добывания урана

Существует три способа добывания урана, выбор конкретного зависит от состава руды и глубины залегания минерального образования:

В последнее время более востребован третий способ добычи урана, поскольку он помогает получить высокую концентрацию необходимого вещества с небольшим содержанием загрязняющих химических элементов и уменьшением экономических затрат. Таким образом, это наиболее чистый способ добычи с экологической точки зрения и безопасности работников добывающего предприятия.

Добыча урановой руды

Добыча урановой руды производится разными способами, в зависимости от глубины расположения руды.

В России — что для этого необходимо

Российская Федерация — один из мировых лидеров по добыче урановых руд, и держится в первой десятке рейтинга. На территории России располагается не менее десятой части урановых месторождений Земли.

По статистике, в Российской Федерации перспективные месторождения в настоящее время находятся на этапе разработки. По прогнозам, добыча урана на территории России будет постоянно увеличиваться. Согласно программе развития, в 2025 году наша страна будет добывать 20 000 тонн в год и по этому показателю поднимется в рейтинге. Для этого планируется обеспечить добычу урановых руд на нескольких новых добывающих предприятиях в стране.

Гарантией развития атомной отрасли в Российской Федерации служит стабильное сырьевое обеспечение. Собственное производство урана в России позволит обеспечить надежность поставок и конкурентоспособную себестоимость продукции.

Запасы и объемы добычи урановой руды в России

Поскольку уран считается стратегическим сырьем, за его рудами ведется настоящая охота. Несмотря на то, что Россия находится в списке лидирующих стран по добыче руды, ощущается дефицит, который покрывается за счет ранее накопленных запасов. Некоторые эксперты утверждают, что накопленные запасы исчерпаются в течение 10–15 лет. Другие исследователи считают, что запасов урана в России хватит на более чем 50 лет. Однако всеми признается необходимость увеличения добычи урановой руды, чтобы обеспечить потребности развития атомной промышленности в стране.

Запасов урана на территории России насчитывается около 400 тысяч тонн. При этом прогнозируемый показатель ресурсов указывает на увеличение более чем в 2 раза. По статистическим данным, на территории Российской Федерации располагается 16 урановых месторождений, большинство из которых расположено в Забайкалье. В большинстве случаев на территории России добыча производится шахтным способом.

Добыча урана в мире

В настоящее время добыча урана ведется на территории 28 стран мира. Большинство месторождений расположены в 10 лидирующих по объемам добычи странах, а именно:

Применение урана

Сейчас уран используется в разных отраслях промышленности:

Таким образом, урановая руда применяется достаточно широко, что и обусловливает постоянные поиски его месторождений.

Источник

Радиоактивная руда урана: виды, добыча и запасы (список стран), применение

В конце XVIII века химик Мартин Клапорт положил начало изучению урана. Обнаруженная «смоляная обманка» — урановая руда — поспособствовала извлечению элемента в окисленном виде. В XIX веке было отмечено, что соли урана испускают невидимое излучение. Радиоактивный поток смог засветить пластинку фотоаппарата в темноте. До следующего столетия уран не был задействован в промышленности, но после разработки теории радиоактивного распада ученые обнаружили пользу, которую можно извлекать из металла.

Что такое урановая руда

Урановая руда — это минеральное образование, содержащее уран в таком количестве, что его выгодно и целесообразно добывать и извлекать. Основные радиоактивные руды носят названия настуран и карнотит. Элемент также может быть обнаружен в редкоземельных минералах — цирконе, ортите, титаните, ксенотиме, монаците.

Помимо урана в рудниках часто добывают сопутствующие ценные компоненты. Например, в Якутии, в Куранахском месторождении титаномагнетитовых руд параллельно ведется добыча золота.

Самая богатая руда на уран — настуран. Она содержит до 80% полезного металла. Цвет урановой смоляной руды серо-черный, блеск — металлический. Под ультрафиолетовыми лучами она обретает желтые, оранжевые, зеленые оттенки радиоактивного компонента, которые отчетливо видны на фоне темной породы.

Урановая руда выглядит в природе непримечательно, но благодаря способности люминесцировать (светиться под ультрафиолетом), ее можно обнаружить среди похожих серо-черных пород.

Классификация урановых руд

В России и в мире урановые руды классифицируют по нескольким признакам. Важную роль играют происхождение и концентрации.

Наиболее распространенное разделение построено на генетических признаках. Выделяют полезные ископаемые эндогенного (глубинного), экзогенного (в приповерхностных условиях) и метаморфического происхождения:

Не менее важную роль при добыче и обогащении играет классификация по концентрационному признаку. По содержанию урана в породе отмечают:

По составу вмещающих пород руды подразделяются на силикатные, карбонатные, сульфидные, каустобиолитовые, железоокисные.

Посмотрите о видах и минералогии урана:

Месторождения и способы добычи минерала

Залежи урановой руды обнаруживают методом аэрогаммасъемки. Самый тяжелый элемент таблицы Менделеева — слаборадиоактивный. Его атомы испускают лучи альфа, бета и гамма-излучения, способствующие определению элемента в руде. После поиска осуществляется этап разведки с последующим бурением, оценкой содержания полезного компонента, выбором способа добычи и схемы переработки материала.

Уран может образовываться в водной среде, накапливаться в живых организмах, горных породах и грунтах. В связи с разнообразием условий залегания разработано несколько способов его рациональной добычи.

Если породы, содержащие урановую минерализацию, залегают в приповерхностных условиях, то чаще всего прибегают к открытому методу. Для добычи из карьера используется горнодобывающая техника (бульдозеры, самосвалы), которая позволяет извлекать породы из недр земли и транспортировать на перерабатывающий завод.

Подземная технология актуальна, если металл обнаружен на глубине менее 2 км. В данном случае выкапывается шахта, из которой вывозят породы с повышенным содержанием урана. Концентрат отправляется на дальнейшее обогащение, а пустая порода — на отвалы. Шахтный способ — наиболее выгодный с точки зрения экономики, но несет большую угрозу экологии, разрушая почвенный слой и оставляя дыры в недрах.

Третий метод добычи радиоактивных руд урана считается наиболее перспективным. Изначально производится бурение двух скважин, в одну из которых закачивается серная кислота, а из другой — откачивается полученный выщелоченный раствор. Из раствора извлекается соль металла с помощью смолы, которая в дальнейшем снова обрабатывается серной кислотой с целью достижения максимальной концентрации полезного компонента.

Получение урана из пород

Извлечение урана из руды производится в несколько этапов:

Гексафторид необходим для отделения изотопов. В настоящее время известно три вида урана, два из которых радиоактивны. Уран-238 имеет наибольшее распространение и составляет до 99% от всей добычи металла.

Изотоп под номером 235 в природе встречается реже, но играет важную роль в промышленности. Интерес к данной разновидности в сфере атомной энергетики вызван его способностью к поддержанию цепной реакции.

Запасы и объемы урановой руды по России и в мире

Содержание урана на планете оценивается в более чем 5 миллионов тонн. География ценного сырья обширна, так как оно обнаружено на всех материках, кроме Антарктиды, которая не полностью изучена. В таблице приведен список 6 стран-лидеров, богатых урановыми рудами (информация на 2017 год):

На карте распространения запасов урановых руд наибольшие концентрации металла выделяют на трех материках — в Австралии, Северной Америке, Евразии. Выводы можно сделать по условным обозначениям. Наиболее богатые территории обозначаются на карте обычно более насыщенным цветом.

Важную роль в мировой промышленности и экономике играют Китай, Нигер, Украина, Узбекистан. В Украине насчитывается около 115000 тонн урана, сконцентрированного в шахте «Смолинская», Ватутинском и Желтоводском месторождениях.

Изменение в рейтинге в стран-производителей урана с 1970 по 2018 год:

Свойства и применения урана

Уран — металл из таблицы химических элементов, который относится к семейству актинидов. Название радиоактивному элементу было дано в честь планеты.

Цвет металла — серо-белый в свободном состоянии, однако встретить его в природе в подобном виде невозможно из-за химической активности. У элемента выделено три модификации кристаллических решеток — объемно центрическая, ромбическая, тетрагональная.

Физико-химические свойства

Уран относится к классу парамагнетиков, то есть является слабомагнитным элементом. Он без труда поддается обработке, вскипает при температуре в 4200 градусов. Химические особенности элемента делают его легко растворимым в кислотах. Уран медленно окисляется на воздухе, не реагирует со щелочами, но при этом взаимодействует с водой.

Сферы применения урана

В современной промышленности уран нашел множество способов применения. Его активно используют в атомной энергетике для получения энергии. Радиоактивный металл служит основным сырьем на атомных электростанциях, где при расщеплении его атомов получается электричество.

Металл давно устоялся в художестве и фотографии. Из него получают пигменты желтых, бурых, зеленых, черных красок. Элемент позволяет улучшать фотографии, а также зачастую служит основой для создания цветных стекол.

Сколько стоит урановая руда

Урановые руды всегда являлись стратегически важным сырьем, но после катастрофических событий на атомной станции «Фукусима» его цена на рынке заметно упала. В настоящее время 1 кг сырья стоит примерно 2500 рублей. Но купить радиоактивный элемент в свободном доступе нельзя. Его могут приобретать только владельцы предприятий, занимающихся атомной энергетикой.

Активная добыча урана карьерным, шахтным и скважинным методами позволяет получать урановую руду, пригодную для дальнейшего обогащения и использования. Сейчас уран играет важную роль в мировой промышленности. Он позволяет успешно функционировать и развиваться ядерной энергетике, без которой затруднительно обеспечить полеты в космос.

Посмотрите интересное видео о свойствах урана и экспериментах с ним:

Рассказывайте об известных Вам фактах об уране и его рудах в комментариях. Не забывайте делиться интересной статьей с друзьями в социальных сетях.

Источник