Где найти уран. Урановая руда: свойства, применение, добыча. Как добывают урановую руду

В сообщении посла Ирака в ООН Мохаммеда Али аль-Хакима от 9 июля говорится, что в распоряжение экстремистов ИГИЛ (Исламское государство Ирака и Леванта) . МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) поспешило заявить, что использованные Ираком ранее ядерные вещества имеют низкие токсические свойства, а потому захваченные исламистами материалы .

Источник в правительстве США, знакомый с ситуацией, сообщил агентству Reuters, что похищенный боевиками уран, вероятнее всего, не является обогащённым, поэтому едва ли может быть использован для изготовления ядерного оружия. Власти Ирака официально уведомили Организацию Объединённых Наций об этом инциденте и призвали «предотвратить угрозу его применения», сообщает РИА «Новости».

Соединения урана крайне опасны. О том, чем именно, а также о том, кто и как может производить ядерное топливо, рассказывает АиФ.ru.

Что такое уран?

Уран — химический элемент с атомным номером 92, серебристо-белый глянцеватый металл, периодической системе Менделеева обозначается символом U. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, содержится в земной коре (литосфере) и в морской воде и в чистом виде практически не встречается. Из изотопов урана изготавливают ядерное топливо.

Уран — тяжёлый, серебристо-белый глянцеватый металл. Фото: Commons.wikimedia.org / Original uploader was Zxctypo at en.wikipedia.

Радиоактивность урана

В 1938 году немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман облучили ядро урана нейтронами и сделали открытие: захватывая свободный нейтрон, ядро изотопа урана делится и выделяет огромную энергию за счёт кинетической энергии осколков и излучения. В 1939-1940 годах Юлий Харитон и Яков Зельдович впервые теоретически объяснили, что при небольшом обогащении природного урана ураном-235 можно создать условия для непрерывного деления атомных ядер, то есть придать процессу цепной характер.

Что такое обогащённый уран?

Обогащённый уран — это уран, который получают при помощи технологического процесса увеличения доли изотопа 235U в уране. В результате природный уран разделяют на обогащённый уран и обеднённый. После извлечения 235U и 234U из природного урана оставшийся материал (уран-238) носит название «обеднённый уран», так как он обеднён 235-м изотопом. По некоторым данным, в США хранится около 560 000 тонн обеднённого гексафторида урана (UF6). Обеднённый уран в два раза менее радиоактивен, чем природный, в основном за счёт удаления из него 234U. Из-за того что основное использование урана — производство энергии, обеднённый уран — малополезный продукт с низкой экономической ценностью.

В ядерной энергетике используют только обогащённый уран. Наибольшее применение имеет изотоп урана 235U, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используют как топливо в ядерных реакторах и в ядерном оружии. Выделение изотопа U235 из природного урана — сложная технология, осуществлять которую под силу не многим странам. Обогащение урана позволяет производить атомное ядерное оружие — однофазные или одноступенчатые взрывные устройства, в которых основной выход энергии происходит от ядерной реакции деления тяжёлых ядер с образованием более лёгких элементов.

Уран-233, искусственно получаемый в реакторах из тория (торий-232 захватывает нейтрон и превращается в торий-233, который распадается в протактиний-233 и затем в уран-233), может в будущем стать распространённым ядерным топливом для атомных электростанций (уже сейчас существуют реакторы, использующие этот нуклид в качестве топлива, например KAMINI в Индии) и производства атомных бомб (критическая масса около 16 кг).

Сердечник снаряда калибра 30 мм (пушки GAU-8 самолёта A-10) диаметром около 20 мм из обеднённого урана. Фото: Commons.wikimedia.org / Original uploader was Nrcprm2026 at en.wikipedia

В каких странах производят обогащённый уран?

• Франция
• Германия
• Голландия
• Англия
• Япония
• Россия
• Китай
• Пакистан
• Бразилия

10 стран, дающих 94 % мировой добычи урана. Фото: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung

Чем опасны соединения урана?

Уран и его соединения токсичны. Особенно опасны аэрозоли урана и его соединений. Для аэрозолей растворимых в воде соединений урана предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе 0,015 мг/м³, для нерастворимых форм урана ПДК — 0,075 мг/м³. При попадании в организм уран действует на все органы, являясь общеклеточным ядом. Уран практически необратимо, как и многие другие тяжёлые металлы, связывается с белками, прежде всего, с сульфидными группами аминокислот, нарушая их функцию. Молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов. В первую очередь поражаются почки (появляются белок и сахар в моче, олигурия). При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения и нервной системы.

Применение урана в мирных целях

• Небольшая добавка урана придаёт красивую жёлто-зелёную окраску стеклу.
• Уран натрия используется как жёлтый пигмент в живописи.
• Соединения урана применялись как краски для живописи по фарфору и для керамических глазурей и эмалей (окрашивают в цвета: жёлтый, бурый, зелёный и чёрный, в зависимости от степени окисления).
• В начале XX века уранилнитрат широко применялся для усиления негативов и окрашивания (тонирования) позитивов (фотографических отпечатков) в бурый цвет.
• Сплавы железа и обеднённого урана (уран-238) применяются как мощные магнитострикционные материалы.

Изотоп — разновидности атомов химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа.

Элемент III группы таблицы Менделеева, принадлежащий к актиноидам; тяжёлый слаборадиоактивный металл. Торий имеет ряд областей применения, в которых подчас играет незаменимую роль. Положение этого металла в периодической системе элементов и структура ядра предопределили его применение в области мирного использования атомной энергии.

*** Олигурия (от греч. oligos — малый и ouron — моча) — уменьшение количества отделяемой почками мочи.

В нормальных условиях радиоактивный элемент уран – это металл, имеющий большую атомную (молекулярную) массу – 238,02891 г/моль. По этому показателю он занимает второе место, т.к. тяжелее него только плутоний. Получение урана связано с последовательным выполнением целого ряда технологических операций:

• концентрирование породы, её дробление и осаждение тяжелых фракций в воде
• выщелачивание концентрата или кислородная продувка
• перевод урана в твёрдое состояние (оксид либо тетрафторид UF 4)
• получение уранилнитрата UO 2 (NO 3) 2 путем растворения сырья в азотной кислоте
• кристаллизация и прокаливание до получения оксида UO 3
• восстановление водородом до получения UO 2
• получение тетрафторида UF 4 путем добавления газообразного фтористого водорода
• восстановление металлического урана при помощи магния или кальция

Минералы урана

Наиболее распространенные минералы U:

• Настуран (уранинит) – самый известный оксид, который называют «тяжелой водой»
• Карнотит
• Тюямунит
• Торбернит
• Самарскит
• Браннерит
• Казолит
• Клевеит

Производство урана

По данным российской компании Росатом, входящей в число мировых лидеров глобального уранового рынка, всего на планете в 2014 году было добыто свыше 3 тысяч тонн урана. При этом, по словам представителей горнорудного дивизиона данной госкорпорации, объем российских запасов этого металла составляет 727,2 тысяч тонн (3-е место в мире), что гарантирует бесперебойную поставку необходимого сырья в течение многих десятилетий.

Основные химические свойства урана представлены в таблице:

Элемент U, подобно кюрию и плутонию, является искусственно получаемым элементом семейства актиноидов. Его химические свойства во многом схожи с характеристиками фольфрама, молибдена и хрома. Для урана характерна переменная валентность, а также склонность к образованию (UO 2)+2 – уранила, являющегося комплексным ионом.

Методы обогащение урана

Как известно, природный U содержит 3 изотопа:

• 238U (99,2745%)
• 235U (0,72%)
• 234U (0,0055%)

Под обогащением урана понимается увеличение в металле доли изотопа 235U – единственного, который способен на самостоятельную цепную ядерную реакцию.

Чтобы понять, как обогащают уран, необходимо учитывать степень его обогащения:

• содержание 0,72% – может использоваться в некоторых энергетических реакторах
• 2-5% – применяется в большинстве энергетических реакторов
• до 20% (низкообогащенный) – для экспериментальных реакторов
• более 20% (высокообогащенный или оружейный) – ядерные реакторы, оружие.

Как обогащают уран? Существует множество методов обогащения урана, но наиболее применимыми являются следующие:

• электромагнитный – разгон элементарных частиц в специальном ускорителе и их закручивание в магнитном поле
• аэродинамический – продувка газообразного урана через специальные сопла
• газовое центрифугирование – находящийся в центрифуге урановый газ движется и по инерции отталкивает тяжелые молекулы к стенкам центрифуги
• газодиффузионный метод обогащения урана – «просеивание» легких изотопов урана через мелкие поры специальных мембран

Основная сфера применения урана – топливо для ядерных реакторов, реакторов атомных электростанций, ядерных силовых установок. Кроме этого, изотоп 235U используется в ядерном оружии, в то время как необогащенный металл с высокой долей 238U позволяет получать вторичное ядерное топливо – плутоний.

УРАНОВЫЕ РУДЫ (а. uranium ores; н. Uranerze; ф. minerais uraniferes, minerais d"uranium; и. minerales de urania, minerales uraniсоs) — природные минеральные образования, содержащие уран в таких концентрациях, количествах и соединениях, при которых его промышленная добыча экономически целесообразна.

Главные рудные минералы: оксиды — уранинит , урановая смолка, урановая чернь; силикаты — коффинит; титанаты — браннерит; уранилсиликаты — уранофан, бетауранотил; уранил-ванадаты — карнотит , тюямунит; уранилфосфаты — отенит , торбернит . Кроме того, уран в рудах нередко входит в состав минералов , содержащих Р, Zr, Ti, Th и TR (фторапатит, лейкоксен , монацит , циркон , ортит , торианит , давидит и др.), или находится в сорбированном состоянии в углистом веществе.

Обычно различаются урановые руды: супербогатые (более 0,3% U), богатые (0,1-0,3%), рядовые (0,05-0,10%), убогие (0,03-0,05%) и забалансовые (0,01-0,03%). К очень крупным относятся урановые месторождения с запасами (тысяч т) более 50, к крупным — от 10 до 50, к средним — от 1 до 10, к мелким — 0,2-1,0 и к очень мелким — менее 0,2.

Урановые руды разнообразны по условиям образования, характеру залегания, минеральному составу, присутствию попутных компонентов, способам разработки. К осадочным урановым рудам (экзогенным сингенетическим) относятся пластовые палеогеновые месторождения органогенно-фосфатного типа в (залежи костного детрита рыб, обогащенного U и TR) и раннепротерозойские кварцево-галечные ураноносные конгломераты районов Эллиот-Лейк в Канаде (с Th, Zr, Ti), Витватерсранд в Южной Африке (с Au) и Жакобина в Бразилии (с Au). Руды, как правило, рядовые и убогие. Среди инфильтрационных месторождений (экзогенных эпигенетических) выделяются грунтово-, пластово- и трещинно-инфильтрационные. Ведущие среди них — коффинит-черниевые месторождения пластово-инфильтрационного типа, где урановые руды залегают в проницаемых породах артезианских бассейнов и контролируются границами зон пластового окисления. Рудные залежи имеют форму роллов (удлинённо-серповидных тел) или линз . Руды преимущественно рядовые и убогие, иногда комплексные с Se, Re, Mo, V, Sc (месторождения аридных районов CCCP, штат Вайоминг в , Нигера).

Среди грунтово-инфильтрационных месторождений промышленный интерес представляют главным образом месторождения ураноугольные, где урановое и сопутствующее оруденение локализуется в кровле пластов , на контакте с окисленными песками , а также приповерхностные месторождения карнотитовых руд в "калькретах" и "гипкретах" (карбонатные и гипсовые почвенные образования речных палеодолин) в Австралии (месторождение Йилирри) и Намибии. К данной группе примыкают стратиформные уранобитумные месторождения в терригенных и карбонатных породах , где рудное вещество представлено настурансодержащими керитами и антраксолитами (месторождения пояса Гранте в США, Баната в Румынии). Эти рудные объекты совместно с инфильтрационными иногда объединяются в месторождения "песчаникового" типа (руды рядовые и убогие). Их возможными метаморфизованными аналогами являются месторождения Франсвильского рудного района в Габоне , среди них уникальное месторождение Окло . Гидротермальные месторождения (эндогенные эпигенетические средне-низкотемпературные) в основном жильные и жильно-штокверковые, реже пластообразные. Они подразделяются на собственно урановые (в т.ч. уранкарбонатных жил), молибден-урановые (часто с Pb, As, Zn и др. халькофилами), титан-урановые, фосфор-урановые (с Zr, Th). Основные рудные минералы: настуран , коффинит, браннерит (в уран-ториевых рудах), урансодержащий фторапатит (в фосфор-урановых рудах). В зонах окисления развиты вторичные уранилсиликаты, уранилфосфаты, ураниларсенаты. Руды рядовые и богатые. К этой группе относятся месторождения в вулкано-тектонических сооружениях и породах фундамента ряда районов CCCP, Рудных гор , Центрального Французского массива, районов Биверлодж и Большого Медвежьего озера в Канаде, США (Мэрисвейл), Австралии (районы Маунт-Айза и Уэстморленд). К этой же группе примыкают метасоматические месторождения типа "несогласия", выявленные в Канаде (рудные районы Раббит-Лейк , Ки-Лейк и др.) и Северной Австралии (район Аллигейтор-Ривер). Они характеризуются контролем оруденения поверхностями стратиграфического несогласия , пластообразной или пластообразно-жильной морфологией, необычно высокими содержаниями урана в рудах (0, n — n%). Главные рудные минералы: настуран, уранинит, коффинит, браннерит. В Австралии выявлено уникальное стратиформное месторождение комплексных руд Урановая промышленность .

В 80-х гг. рентабельными для отработки были урановые руды стоимостью добычи менее 80 долларов/кг урана. Суммарные запасы и ресурсы урана, включая потенциальные, в промышленно развитых капиталистических и развивающихся странах оцениваются в 14 млн. т (без попутного урана). Основные запасы урановых руд (тысяч т) в этих странах сосредоточены в Австралии (465), Канаде (180), ЮАР, Нигере , Бразилии, США (133) и Намибии. Примерно 31% общих запасов приходится на месторождения типа "несогласия", 25% — "песчаникового" типа, 16% — на ураноносные конгломераты, 14% — "порфирового" типа и др.

Мировое ежегодное производство урановых концентратов в этих странах в 1988 составляло 37,4 тысяч т урана при средней стоимости 30 долларов за кг (начало 1989).

Самая страшная на планете

Характеристики урановых руд

Урановыми рудами называют природные образования, содержащие метал в значительной концентрации. Часто совместно с ураном в руде находятся другие радиоактивные элементы, такие как полоний и радий.

• крупнозернистые – в поперечнике свыше 25 мм;
• среднезернистые – от 3 до 25 мм;
• мелкозернистые – от 0,1 до 3 мм;
• тонкозернистые – от 0,015 до 0,1 мм;
• дисперсные – менее 0,015 мм.

От размеров зерен зависит, каким способом будет осуществляться обогащение.

Урановая руда классифицируется по содержанию примесей;

• уран-молибденовые;
• уран-кобальт-никель-висмут;
• уран-ванадиевые;
• моноруда.

По химическому составу различают руду:

• силикатную;
• карбонатную;
• сульфидную;
• железо-окисную;
• каустобиолиевую.

По химическому составу определяют, каким способом порода будет перерабатываться. Например:

• из карбонатных руд уран выделяется содовым раствором;
• из силикатных – кислотой;
• из железо-окисных – путем доменной плавки.

Руда классифицируется по содержанию урана:

• очень богатая – содержит свыше 1% металла;
• богатая – от 1 до 0,5%;
• средняя – от 0,5 до 0,25%;
• рядовая – от 0,25 до 0,1%;
• бедная – менее 0,1%.

Из породы, которая содержит уран в пределах 0,01 – 0,015%, металл извлекается как побочный продукт.

Месторождения урана в России

• Жерловое – расположено в Читинской области, запасы оцениваются в 4137 тыс. т. По содержанию металла – молибденовые – 0,082% урана и 0,227% молибдена. Чистого урана лишь 3485 т;
• Аргунское – расположено в Читинской обрасти. Запасы руды категории С1– 13025 тыс. т, из них урана – 27957 т, категории С2 – 7990 тыс., из них 9481 т чистого урана. Это самое крупное месторождение. Оно дает 93% от общероссийского объема добычи;
• Источное, Дыбрынское, Количкановское, Кореткондинское – месторождения, расположенные в Республике Бурятия. В этом районе разведданных запасов порядка 17,7 тыс т, а прогнозные ресурсы – 12,2 тыс т;
• Хиагдинское – расположено в Бурятии. Запасы урановой руды – 11,3 тыс т.

По оценкам специалистов, в России самые перспективные месторождения сегодня находятся на этапе разработки:

• Эльконское – расположено в Якутии, по прогнозам там 346 тыс. т руды;
• Малиновское – в Западной Сибири;
• Витимское и Алданское – в Восточной Сибири;
• Дальневосточное – расположено на побережье Охотского моря;
• В Карелии возле Онежского и Ладожского озер.

Общие запасы урана в России оцениваются в 800 тыс. т.

Как осуществляется добыча урановых руд

Урановые месторождения в России разрабатываются двумя способами:

• открытым;
• подземным.

Добыча урана открытым способом осуществляется в том случае, когда пласты полезной породы залегают неглубоко под землей.

Для выемки руд используют машинную технику:

• бульдозеры – для вскрытия породы;
• ковшевые погрузчики;
• самосвалы для транспортировки.

Обязательным условием разработки месторождений открытым способом в России является последующее его закрытие. Осуществляется оно покрывающими пластами, а на восстановленной поверхности проводят рекультивацию.

Открытый способ более безопасный и дешевый. Считается, что уровень радиации при такой разработке значительно ниже. Но и качество руды также невысокое.

Основной проблемой подземного способа добычи является выбросы радона – радиоактивного газа. Он может быстро распространяться и создавать высокие концентрации в атмосфере рудника. Один атом радона живет 5 суток. Основная задача при проектировании шахты – обеспечить эффективную систему вентиляции. Чтобы атомы газа не скапливались, а поднимались на поверхность. Часто вентиляционные системы и трубы используются не для подачи в шахту кислорода, а для выведения радона. Воздух при этом подается искусственным способом. Шахта предприятия ППГХО в России потребляет 1410 м 3 воздуха в минуту. Вентиляционные установки работают непрерывно, даже когда шахта не эксплуатируется.

Метод подземного выщелачивания – современная прогрессивная технология. Ее использование наносит наименьший урон по экологии региона. Суть способа заключается в следующем:

• бурится скважина;
• в нее закачивается щелочной состав;
• после взаимодействия с урановой породой происходит выщелачивание металла;
• насыщенный ураном химический состав выкачивается на поверхность.

Несмотря на весомые преимущества, использовать этот способ можно только в песчанике и ниже уровня подземных вод.

Ситуация в мире

Сегодня добыча урана осуществляется только в 28 странах мира. При этом 90% месторождений расположены в 10 странах, которые являются лидерами по объемам добычи.

На первом месте Австралия

Основные показатели:

• доказанные запасы – 661 000 т (31,18% от общемировых запасов);
• месторождения – 19 крупных. Самые известные:
  • Олимпик Дам – добывается 3 000 т в год;
  • Биверли – одна тысяча тонн в год;
  • Хонемун – 900 т.
• себестоимость добычи – 40 долларов за один килограмм;
• крупнейшие добывающие компании:
  • Paladin Energy;
  • Rio Tinto;
  • BHP Billiton.

Второе место по объемам добычи у Казахстана

Основные данные:

• доказанные запасы – 629 000 т (11,81% от общемировых запасов);
• месторождения – 16 крупных. Самые известные:
  • Корсан;
  • Ирколь;
  • Буденовское;
  • Западные Мынкудук;
  • Южный Инкай;
• себестоимость добычи – 40 долларов за кг;
• объем производства – 22574 тонны в год;
• добывающая компания – Казатомпром (производит 15,77% от общемирового объема).

Третье место у России

Показатели:

Четвертое место – Канада

Показатели:

• доказанные запасы – 468 000 т (8,80% от общемировых запасов);

• месторождения – 18 крупных. Самые известные:
  1. МакАртур-Ривер;
  2. Уотербери;
• себестоимость добычи – 34 долларов за один килограмм;
• объем производства – 9332 т в год;
• добывающая компания – Cameco (производит 9144 т урана в год).

Пятое место – Нигер

• доказанные запасы – 421 000 т (7,9% от общемировых запасов);
• месторождения:
  • Имурарен;
  • Арлит;
  • Мадауэла;
  • Азелит;
• себестоимость добычи – 35 долларов за один килограмм;
• объем производства – 4528 т в год.

Вторая пятерка стран по объемам запасов урана выглядит следующим образом:

• ЮАР – 297 000 т;
• Бразилия – 276 000 т;
• Намибия – 261 000 т;
• США – 207 000 т;
• Китай – 166 000 т.

По прогнозам специалистов до 2025 года в мире будет увеличиваться количество атомных станций. Этот рост будет провоцировать больший спрос на уран – увеличение на 44% (80–100 тыс. т). Поэтому во всем мире ведется тенденция к использованию вторичных источников урана:

• золото;
• фосфаты;
• медь;
• лигнитсодержащие породы.

Видео: Как добывают уран

Особенностью разработки урановых месторождений является возможность применения для них как обычных горных способов добычи (открытый и подземный), так и способов подземного (скважинное, блочное) и кучного выщелачивания. Распространённость в мире различных способов добычи урана: подземный 37%, открытый 24%, попутная добыча 18%, скважинное подземное выщелачивание 12%, неопределён 7%.

При добыче и производстве урана предпринимаются различные меры предосторожности для защиты здоровья персонала:

• - Тщательно контролируется уровень запылённости, чтобы минимизировать попадание в организм у- или а-излучающих веществ. Пыль является главным источником радиоактивного облучения. Она обычно даёт вклад в 4 мЗв/год в ежегодную дозу, получаемую персоналом.
• - Ограничивается внешнее радиоактивное облучение персонала в шахтах, на заводах и местах размещения отходов. На практике уровень внешнего облучения от руды и отходов обычно настолько низок, что он практически не влияет на увеличение допустимой ежегодной дозы.
• - Естественная вентиляция открытых месторождений уменьшает уровень экспозиции от радона и его дочерних изотопов. Уровень облучения от радона не превышает 1% от уровня, допустимого для непрерывного облучения персонала. Подземные рудники оборудуются системами вентиляции для достижения того же уровня. На Австралийских и Канадских подземных рудниках средняя доза облучения составляет ~з мЗв/год.
• - Существуют строгие гигиенические нормы на работу персонала с концентратом оксида урана, поскольку он химически токсичен, подобно оксиду свинца. На практике предпринимаются предосторожности, защищающие органы дыхания от попадания токсинов, аналогичные тем, которые используются при работах на свинцовых плавильных печах.

Остановимся на основных методах добычи уранового сырья несколько подробнее.

Шахтный способ добычи урана - один из основных способов производства урана. Организация работ аналогична методам горнодобывающей промышленности других металлов, но есть и отличия. Урановые руды залегают чаще всего в виде узких пластов, что приводит к образованию рудника в виде разветвлённых штреков. Так как разработка урановой руды ведётся на одном горизонте с образованием штреков и очистных блоков, расположенных вблизи от основной откаточной выработки, то образование пыли в значительной мере локализовано. Отсутствие циркуляции воздуха от одного блока к другому не вызывает их взаимного загрязнения, а образование пыли в урановых рудниках не велико.

При эксплуатации подземных урановых рудников шахтные воды рудника постоянно откачиваются и направляются на гидрометаллургический завод в систему замкнутого технологического водооборота. Мощная вентиляция не позволяет концентрироваться радону в воздухе. Если после окончания рабочей смены вентиляция выключается, то атмосферные концентрации радона и его дочерних продуктов резко возрастают, и поэтому перед началом следующей смены необходимо снижать эти концентрации до предельно допустимых

Основная опасность для шахтёров урановых рудников исходит от вдыхания воздуха, содержащего радон, выделившийся из руды. В урановых рудах, кроме урана, содержатся все другие члены радиоактивного ряда, в котором он является материнским нуклидом. Наибольшую опасность для здоровья горняков представляют следующие элементы этого семейства: 222 Rn, 21t *Pb, 211 Bi и 21 «Ро. Содержание радона в атмосфере рудника определяется скоростью эманирования, скоростью вентиляции и периодом полураспада радона. Непосредственные дочерние продукты распада радона имеют малый период полураспада и быстро накапливаются в атмосфере, даже если радон поступает в шахту без дочерних продуктов.

Ввиду того, что относительная вредность дочерних продуктов радона больше, чем вредность самого радона, контроль за радиоактивным загрязнением воздуха в урановых рудниках может осуществляться по продуктам его распада. В качестве допустимого рабочего уровня содержания дочерних продуктов распада радона в рудничной атмосфере предлагается величина «скрытой энергии», равная 1,з*ю5 МэВ/л воздуха.

Популярным способом добычи урана являются открытые карьеры (некоторые из них глубиной до 500 м). Считается, что радиационная опасность таких карьеров для шахтёров значительно меньше, чем подземных шахт. Однако, для окружающей среды открытая добыча урана может представлять серьёзную опасность из-за пылеуноса. Изменения ландшафтов, нарушение растительного покрова, неблагоприятные воздействия на местную фауну - неизбежные последствия открытых разработок. Трудной задачей является засыпка карьера отработанной породой и рекультивация после окончания горнодобывающих работ.

Существуют правила и законы, определяющие меры по охране окружающей среды, оговаривают такие требования, как предварительные

оценки воздействия на окружающую среду; постепенное проведение программы восстановления, включая восстановление ландшафтов и лесных массивов, посадка эндогенной флоры, восстановление эндогенной дикой природы; а также проверки соответствия состояния окружающей среды существующим нормам.

Рис. 4. Добыча урана методом подземного выщелачивания.

Добыча растворением

(выщелачивание на месте залегания) включает в себя введение щёлочной или кислой жидкости (например, серной кислоты) через скважины в залежи урановой руды, и выкачивание обратно. Этот способ не требует удаления руды с места добычи, но может использоваться только там, где месторождения урана расположены в водоносном слое в водопроницаемой породе и не слишком глубоко (-200 м).

Преимущества этой технологии - уменьшенный риск несчастных случаев и облучения для персонала, низкая стоимость, не требуется много места для складирования отходов. Главные недостатки - риск отклонения выщелачивающих жидкостей от месторождения урана и последующего загрязнения грунтовой воды, и невозможность восстановления естественных условий в зоне выщелачивания после окончания операций. Возникшая загрязненная смесь или перемещается в водохранилища, или отправляется в глубокие ликвидационные колодцы.

Выщелачивание - извлечение одного или нескольких компонентов из руд, концентратов, отходов производства водным раствором, содержащим щелочь, кислоту или другой реагент, а также с использованием определенных видов бактерий; частный случай экстрагирования из твёрдой фазы. Обычно выщелачивание сопровождается химической реакцией, в результате которой извлекаемый компонент переходит из формы, не растворимой в воде, в растворимую.

Подземное выщелачивание - выщелачивание на месте залегания урановых руд. Оно включает впрыскивание серной кислоты в массу руды и исключает проблему хранения хвостов, но при неблагоприятных условиях может вызвать загрязнение подземных вод.

Выщелачивание основано на способности извлекаемого вещества растворяться лучше, чем остальные. Растворители - раствор аммиака, кислот, щелочей, хлоридов металлов или хлора, сульфатов и т.п. Выщелачивание может сопровождаться окислением извлекаемого материала с целью перевода труднорастворимых соединений в легкорастворимые (окислительное выщелачивание). В качестве окислителя применяют газы (воздух, кислород), жидкие и твёрдые неорганические вещества (HN0 3 , Мп0 2 , КМп0 4 и др.), бактерии (бактериальное выщелачивание).

Скважинное подземное выщелачивание применяется при отработке пластовых месторождений. Условиями его применимости являются высокая проницаемость и обводнённость рудовмещающей среды. При использовании этого способа месторождение разделяется на полигоны, последовательно разбуриваемые системами закачных и откачных скважин, причём на одну закачную приходится две-три или более откачных. Время выщелачивания урана из пород на каждом полигоне составляет 1^-3 года. В зависимости от состава используемых рабочих растворов выделяют кислотную схему выщелачивания урана (растворы серной кислоты) и карбонатную схему (растворы карбонатов-бикарбонатов натрия и аммония).

Подземное выщелачивание состоит в подаче выщелачивающего раствора под землю непосредственно в рудное тело или в слой специально подготовленной руды и выкачивании раствора, просочившегося через слой руды, на поверхность. Известны два основных варианта подземного выщелачивания - скважинный (бесшахтный) и шахтный (блочный). В подземных рудниках используются старые или специально созданные шахты, подготовленные подземные камеры с обрушенной рудой, а для сбора продукционного раствора - штольни или штреки.

Подземное выщелачивание, применяемое обычно при глубине залегания рудного тела не более боо м, позволяет вовлечь в горнорудную промышленность бедные урановые руды, резко сократить объёмы капитальных вложений и сроки строительства предприятий, повысить в несколько раз производительность труда, значительно уменьшить вредное воздействие на природу (не нарушать ландшафт, резко снизить количества твёрдых отходов и вредных веществ, выносимых на поверхность земли, сравнительно просто восстанавливать отработанные участки).

Подземное скважинное выщелачивание является способом разработки рудных месторождений без поднятия руды на поверхность путём избирательного перевода ионов природного урана в продуктивный раствор непосредственно в недрах. Данный метод осуществляется бурением скважин через урановорудные тела, подачей раствора в урановорудные тела, подъёма урансодержащих растворов на поверхность и извлечением из них урана на сорбционных ионообменных установках, добавлением кислоты в маточные растворы и закачкой их снова в недра. При скважинном выщелачивании не происходит изменения геологического состояния недр, так как не производится выемка горнорудной массы.

В процессе скважинного выщелачивания в подвижное состояние в недрах переходит и выводится на поверхность менее 5% радиоактивности, по сравнению со 100% при традиционных способах добычи урана. Отпадает необходимость строительства хвостохранилищ для хранения отходов с высоким уровнем радиации. Природная гидрогеохимическая среда на урановых месторождениях обычно способна к самовосстановлению от техногенного воздействия. За счёт постепенного восстановления естественных окислительно-восстановительных условий происходит медленный, но необратимый процесс рекультивации подземных вод рудовмещающих водоносных горизонтов. Существуют методы значительной интенсификации этого процесса, ускоряющий рекультивацию в десятки раз.

Тем не менее, метод скважинного выщелачивания является достаточно опасным с экологической точки зрения способом добычи. Выщелачивающий уран-содержащий раствор может вытечь из рудного тела зоны через разломы в горной породе или разрывы в гидроизолирующих слоях с последующим распространением по водоносному слою. Это может привести к загрязнению грунтовой воды на больших расстояниях от рудника. Помимо урановых выщелачивающие растворы растворяют и другие минералы, в результате чего подвижным становится не только уран, но и элементы: радий, мышьяк, ванадий, молибден, кадмий, никель, свинец и др., причём они концентрируются в тысячу раз. Минералы осаждаются из раствора в процессе подземного выщелачивания, образуя кальцит, гипс и другие минералы. Возникшие осадки могут уменьшить или даже полностью блокировать поток раствора через урансодержащие области, приводя к непредсказуемым результатам или преждевременному закрытию рудника.

Скважинное выщелачивание производит большие количества сточных вод и растворов, от которых нужно избавиться экологически приемлемым способом. К ним относятся промывные воды и жидкие отходы от урановой обогатительной фабрики. Эти жидкости смешивают и повторно закачивают в ту же самую грунтовую воду, что участвовала в добыче урана, или закачивают в глубокий водоносный слой далеко от других пользователей грунтовых вод. В этих жидких отходах находятся высокие концентрации радионуклидов и тяжёлых металлов, и область их распространения нуждается в восстановлении после закрытия рудника.

Кучное выщелачивание - процесс получения полезных компонентов растворением подготовленного (раздробленных бедных руд или хвостов обогатительной фабрики) и уложенного в специальный штабель минерального сырья, с последующим их выделением (осаждением) из циркулирующих растворов.

Кучное выщелачивание применяется для переработки руд, содержащих легкорастворимые полезные компоненты; такие руды должны быть относительно пористыми и недорогими. Иногда кучное выщелачивание используется для переработки отвалов, возникших в результате процессов предшествующей добычи. Для загрузки руды подготавливается слабо наклонная поверхность, непроницаемая для выщелачивающих растворов. Вдоль и поперек этой поверхности создаются водосборные углубления для дренажа. После загрузки руда заливается количеством выщелачивающего раствора, достаточным для того, чтобы пропитать всю её толщу. Раствор проникает между частицами руды и производит растворение полезных компонентов. Через некоторый период времени материал высушивают и извлекают корку, образованную растворившимися ценными составляющими, а обработанную рыхлую породу смывают в дренажную систему.

Выщелачивание путём просачивания используется при переработке руд, которые при дроблении измельчаются плохо и не содержат природного шлама или глины. Это довольно медленный процесс. Выщелачивание при просачивании осуществляется в баках, хорошо приспособленных для загру"зки и разгрузки. Дно бака должно быть эффективным фильтром, позволяющим производить через него закачку и откачку раствора. Баки загружаются раздробленной рудой определенной фракции крупности. Затем выщелачивающий раствор закачивается в бак и впитывается в руду. По истечении необходимого времени выдержки раствор с выщелоченными компонентами откачивается, а руда промывается для удаления остатков выщелачивающего раствора.

В процессе выщелачивания возможны выбросы пыли, радона и выщелачивающей жидкости. После завершения процесса выщелачивания, в особенности если руда содержит сульфид железа, то после её доступа к воде и воздуху может начаться непрерывное бактериальное производство кислоты в отвалах, что ведёт к самопроизвольному выщелачиванию урана в течение многих столетий с загрязнением грунтовых вод.