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).

Добыча урана (U) имеет большое значение для современного общества. Этот самый тяжелый металл используют в атомной промышленности в качестве топлива, из него изготавливают ядерное оружие. В мирных целях применяют для производства стекла и лакокрасочных материалов. Чистый уран в природных условиях не встречается, он входит в состав минералов и руды.

Мировые запасы

На данный момент добыча урана осуществляется на территории большого числа месторождений. В земном слое на глубине двадцати километров находится внушительное число тонн урановой руды, способной снабжать человечество топливом на множество столетий вперед. Уран добывают в 28 странах мира. Но основные мировые запасы принадлежат 10 государствам, которые делят 90% рынка.

Австралия. В этой стране находится 19 больших месторождений. Запасы U в них составляют 661 000 т (доля занимает 31,18% от всех мировых залежей).

Казахстан. Имеет 16 крупных точек добычи U. Объем залежей составляет 629 000 т, что составляет 11,81% от общей доли запасов в мире.

Россия. Доля РФ в мировой урановой промышленности равна 9,15%. Запасы U составляют 487 000 т. По прогнозам, добыча U увеличится до 830 тыс. тонн.

Канада. Запасы руды находится на отметке 468 000 т, что занимает 8,80% мирового рынка. Добыча урана составляет 9 тыс. тонн в год.

Нигер. Залежи урана в стране составляют 421 000 т, это 7,9% от общей доли мировых запасов. В 4 месторождениях добывают 4,5 тыс. тонн U в год.

ЮАР. Запасы U в стране составляют 297 000 т; что занимает около 6% доли мировых запасов. В ЮАР за год урана добывается 540 тонн.

Бразилия. Показатель страны равен 276700 тонн урановой руды. Добыча U за год составляет 198 тонн в год.

Намибия. Запасы урана в стране составляют 261 000 т. В Намибии есть четыре крупных месторождения U.

США. Общие запасы U в США составляют 207 000 т.

Китай. Показатель страны составляет 166 000 т. За год в КНДР добывается около 1,5 тыс. тонн урановой руды.

Крупнейшие мировые месторождения Урана

В России контроль над основными уранодобывающими активами осуществляет корпорация «Росатом». Она объединяет Международный горнорудный дивизион Uranium One и имеет портфель акций в США, Казахстане и Танзании.

Характеристики урановых руд

Виды урана

Природный уран состоит из взаимодействия 3 изотопов: U238, U235, U234. На радиоактивные свойства металла влияют изотопы 238 и его дочерний нуклеотид 234. Благодаря присутствию в составе U именно этих атомов, уран используют при производстве топлива для атомных электростанций и ядерного оружия. Хотя активность U235 изотопа в 21 раз слабее, он способен сохранять цепную ядерную реакцию без сторонних активных элементов.

Помимо естественных изотопов, есть еще искусственные атомы U.

Их известно не менее 23 видов. Особого внимания заслуживает изотоп U233, образуется он при облучении тория-232 нейтронами и делится под влиянием тепловых нейтронов. Эта способность делает U233 оптимальным источником энергии для ядерных реакторов.

Классификация руды

Под понятием природная урановая руда понимается минеральное образование с большой концентрацией урана. При разработке урановых месторождений, как правило, смежно получают другие радиоактивные металлы – радий и полоний. Породы, в которых содержится уран, могут различаться по своему составу. Структура пластов оказывает влияние на способ добычи ценного металла.

По условиям образования руды можно разделить на:

• эндогенные;
• экзогенные;
• метаморфогенные.

По типу минерализации урановые руды различают:

• первичные;
• окисленные;
• смешанные.

Классификация по размерам зерен:

• дисперсные (<0,015 мм);
• тонкозернистые (0,015–0,1 мм);
• мелкозернистые (0,1–3 мм);
• среднезернистые (3 до 25 мм);
• крупнозернистые (> 25 мм).

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

Классификация по химическому составу:

• карбонатная;
• железно-окисная;
• силикатная;
• сульфидная;
• каустобиолевая.

Руда разделяется по способу обработки:

• содовый раствор, применяют в том случае, если в химическом составе руды присутствует карбонат;
• кислота используется для силикатных пород;
• метод доменной плавки применяют, если железо-окисная по своему составу.

• бедную (< 0,1%);
• рядовую (0,25–0,1%);
• среднюю (0,5–0,25%);
• богатую (1–0,5%);
• очень богатую (>1% U).

Добывать уран имеет смысл, если его содержание в слое земли составляет не менее 0,5%. Если урана в слое породы менее 0,015%, его добыча осуществляется в качестве побочного продукта.

Способы добычи урановой руды

Известно три основных способа добычи урана:

• открытый (или карьерный);
• шахтный (подземный);
• выщелачивающий.

Все эти способы зависят от многих факторов. Например, от глубины залежей породы, составу изотопов и т. д.

Применим в том случае, когда порода находится неглубоко и чтобы ее добыть, достаточно вооружиться спецтехникой:

• самосвалами;
• бульдозерами;
• погрузчиками.

Карьерный способ добычи урана используется уже довольно давно. Из плюсов данного метода – минимальный риск облучения горняков. Но существенным минусом открытого способа является невосполнимый экологический урон участку земли, который находится в разработке.

Шахтный способ добычи более затратный, с материальной точки зрения. Для извлечения урана бурят шахты, глубиной до двух километров, если добычу производить глубже этой отметки, топливо получится очень дорогое. В любом случае горнодобывающие компании обязаны снарядить шахтеров всем сопутствующим оборудованием, защитой от радиации. И Установить необходимые вентиляционные системы, способствующие выведению радона и снабжающие шахту свежим воздухом. На руднике металл извлекается из горного массива буровзрывным способом.

Выщелачивающий метод добычи урана считается оптимальным. В горной породе пробуриваются скважины, через которые закачивается раствор – выщелачивающий реагент, обладающий особым химическим составом. Он растворяется в недрах рудных залежей и насыщается соединениями ценного металла.

Выводы

Добыча урана при помощи подземного выщелачивания наносит ощутимо меньше вреда экологии, чем методы, изложенные выше. Со временем на разрабатываемом участке земли происходят процессы рекультивации. Применение данного метода сможет снизить экономические затраты. Но у него есть свои ограничения. Его не используют только в песчанике и ниже уровня грунтовых вод.

Видео: Добыча урана

Урановая руда представляет собой природное минеральное образование, в котором урана содержится такое количество, что добывать его экономически выгодно.

По количеству урана минеральные руды бывают:

• супербогатые. Такие руды содержат 0,3% U, а самой руды в таких месторождениях свыше 50 тысяч тонн
• богатые, содержащие от 0,1 до 0,3%.
• рядовые, имеют в своем составе 0,05-0,10%
• убогие. В таких рудах имеется 0,03-0,05% урана
• забалансовые, в которых присутствует лишь 0,01-0,03%.

Больше всего урана присутствует в кислых породах, в которых много кремния. К самым важным урановым рудам можно отнести урановую смолку (уранинит) и карнотит.

Таблица 1. Список минералов урана

Добыча урана

Уран добывают тремя способами:

• открытый метод подходит в тех случаях, когда руда залегает в непосредственно близости к поверхности земли. Для добычи необходимо вырыть глубокую и широкую яму при помощи бульдозеров, а потом погрузить экскаваторами добытую руду в самосвалы, которые доставят породу в перерабатывающий комплекс
• подземная добыча применяется, если руда залегает на значительной глубине. Такой метод существенно дороже предыдущего. Он применяется только в тех случаях, если доказана высокая концентрация урана в породе. Для реализации этого метода необходимо пробурить вертикальную шахту, от которой отвести горизонтальные выработки. Урановые шахты могут располагать на глубине два километра. Шахтеры добывают руду, с помощью грузовых лифтов доставляют ее наверх, после чего она отправляется на переработку
• скважинное подземное выщелачивание (СПВ). Для добычи этим методом необходимо пробурить 6 скважин по углам шестиугольника. По этим скважинам в урановые месторождения закачивается серная кислота. В центре всей конструкции бурится еще одна скважина, через которую происходит выкачка раствора, насыщенного солями урана. Далее раствор подвергают сорбированию несколько раз. Конечным продуктом является окись урана.

Урановые рудники

По последним данным на нашей планете насчитывается 440 реакторов коммерческого назначения, которым необходимо 67 тыс. тонн урана ежегодно.
Добыча урана в мире сосредоточена в трех государствах Австралии, Казахстане и России. На территории Австралии расположен 31% мирового урана, в Казахстане - 12%, в России и Канаде - по 9%. Добыча урана в России ведется главным образом на территории Республики Саха в Якутии. Всего в Российской Федерации имеется 550 тысяч тонн залежей урана. Кроме Якутии месторождения урана есть на Забайкалье и в Бурятии.
Интересно, что мировые запасы расположены в таких государствах, которые к атомной энергетике не имеют никакого отношения. К примеру, уран на территории Нигера добывают французские компании для собственных нужд. А вот в США, Китае, Индии, Франции, Японии, Южной Корее остро ощущается недостаток уран. По этому сегодня происходят военные действия между странами за контроль над залежами урановой руды. Самое жесткое положение наблюдается в Африке. Там из-за урана разжигаются гражданские войны, и гибнет много людей.

Уран - химический элемент семейства актиноидов с атомным номером 92. Является важнейшим ядерным топливом. Его концентрация в земной коре составляет около 2 частей на миллион. К важным урановым минералам относятся окись урана (U 3 O 8), уранинит (UO 2), карнотит (уранил-ванадат калия), отенит (уранил-фосфат калия) и торбернит (водный фосфат меди и уранила). Эти и другие урановые руды являются источниками ядерного топлива и содержат во много раз больше энергии, чем все известные извлекаемые месторождения ископаемого топлива. 1 кг урана 92 U дает столько же энергии, сколько 3 млн кг угля.

История открытия

Химический элемент уран - плотный, твердый металл серебристо-белого цвета. Он пластичный, ковкий и поддается полировке. В воздухе метал окисляется и в измельченном состоянии загорается. Относительно плохо проводит электричество. Электронная формула урана - 7s2 6d1 5f3.

Хотя элемент был обнаружен в 1789 г. немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, который назвал его в честь недавно открытой планеты Уран, сам металл был изолирован в 1841 г. французским химиком Эженом-Мельхиором Пелиго путем восстановления из тетрахлорида урана (UCl 4) калием.

Радиоактивность

Создание периодической системы российским химиком Дмитрием Менделеевым в 1869 году сосредоточило внимание на уране как на самом тяжелом из известных элементов, которым он оставался до открытия нептуния в 1940 г. В 1896-м французский физик Анри Беккерель обнаружил в нем явление радиоактивности. Это свойство позже было найдено во многих других веществах. Теперь известно, что радиоактивный во всех его изотопах уран состоит из смеси 238 U (99,27 %, период полураспада - 4 510 000 000 лет), 235 U (0,72 %, период полураспада - 713 000 000 лет) и 234 U (0,006 %, период полураспада - 247 000 лет). Это позволяет, например, определять возраст горных пород и минералов для изучения геологических процессов и возраста Земли. Для этого в них измеряется количество свинца, который является конечным продуктом радиоактивного распада урана. При этом 238 U является исходным элементом, а 234 U - один из продуктов. 235 U порождает ряд распада актиния.

Открытие цепной реакции

Химический элемент уран стал предметом широкого интереса и интенсивного изучения после того, как немецкие химики Отто Хан и Фриц Штрассман в конце 1938 г. при его бомбардировке медленными нейтронами обнаружили в нем ядерное деление. В начале 1939 г. американский физик итальянского происхождения Энрико Ферми предположил, что среди продуктов расщепления атома могут быть элементарные частицы, способные породить цепную реакцию. В 1939 г. американские физики Лео Сциллард и Герберт Андерсон, а также французский химик Фредерик Жолио-Кюри и их коллеги подтвердили это предсказание. Последующие исследования показали, что в среднем при делении атома высвобождается 2,5 нейтрона. Эти открытия привели к первой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции (02.12.1942), первой атомной бомбе (16.07.1945), первому ее использованию в ходе военных действий (06.08.1945), первой атомной подводной лодке (1955) и первой полномасштабной атомной электростанции (1957).

Состояния окисления

Химический элемент уран, являясь сильным электроположительным металлом, реагирует с водой. Он растворяется в кислотах, но не в щелочах. Важными состояниями окисления являются +4 (как в оксиде UO 2 , тетрагалогенидах, таких как UCl 4 , и зеленом водном ионе U 4+) и +6 (как в оксиде UO 3 , гексафториде UF 6 и ионе уранила UO 2 2+). В водном растворе уран наиболее устойчив в составе иона уранила, обладающего линейной структурой [О = U = О] 2+ . Элемент также имеет состояния +3 и +5, но они неустойчивы. Красный U 3+ медленно окисляется в воде, которая не содержит кислорода. Цвет иона UO 2 + неизвестен, поскольку он претерпевает диспропорционирование (UO 2 + одновременно сводится к U 4+ и окисляется до UO 2 2+) даже в очень разбавленных растворах.

Ядерное топливо

При воздействии медленных нейтронов деление атома урана происходит в относительно редком изотопе 235 U. Это единственный природный расщепляющийся материал, и он должен быть отделен от изотопа 238 U. Вместе с тем после поглощения и отрицательного бета-распада уран-238 превращается в синтетический элемент плутоний, который расщепляется под действием медленных нейтронов. Поэтому природный уран можно использовать в реакторах-преобразователях и размножителях, в которых деление поддерживается редким 235 U и одновременно с трансмутацией 238 U производится плутоний. Из широко распространенного в природе изотопа тория-232 может быть синтезирован делящийся 233 U для использования в качестве ядерного топлива. Уран также важен как первичный материал, из которого получают синтетические трансурановые элементы.

Другие применения урана

Соединения химического элемента ранее использовались в качестве красителей для керамики. Гексафторид (UF 6) представляет собой твердое вещество с необычно высоким давлением паров (0,15 атм = 15 300 Па) при 25 °C. UF 6 химически очень реактивный, но, несмотря на его коррозионную природу в парообразном состоянии, UF 6 широко используется в газодиффузионных и газоцентрифужных методах получения обогащенного урана.

Металлоорганические соединения представляют собой интересную и важную группу соединений, в которых связи металл-углерод соединяют металл с органическими группами. Ураноцен является органоураническим соединением U(С 8 Н 8) 2 , в котором атом урана зажат между двумя слоями органических колец, связанными с циклооктатетраеном C 8 H 8 . Его открытие в 1968 г. открыло новую область металлоорганической химии.

Обедненный природный уран применяется в качестве средства радиационной защиты, балласта, в бронебойных снарядах и танковой броне.

Переработка

Химический элемент, хотя и очень плотный (19,1 г/см 3), является относительно слабым, невоспламеняющимся веществом. Действительно, металлические свойства урана, по-видимому, позиционируют его где-то между серебром и другими истинными металлами и неметаллами, поэтому его не используют в качестве конструкционного материала. Основная ценность урана заключается в радиоактивных свойствах его изотопов и их способности делиться. В природе почти весь (99,27 %) металл состоит из 238 U. Остальную часть составляют 235 U (0,72 %) и 234 U (0,006 %). Из этих естественных изотопов только 235 U непосредственно расщепляется нейтронным облучением. Однако при его поглощении 238 U образует 239 U, который в конечном итоге распадается на 239 Pu - делящийся материал, имеющий большое значение для атомной энергетики и ядерного оружия. Другой делящийся изотоп, 233 U, может образоваться нейтронным облучением 232 Th.

Кристаллические формы

Характеристики урана обусловливают его реакцию с кислородом и азотом даже в нормальных условиях. При более высоких температурах он вступает в реакцию с широким спектром легирующих металлов, образуя интерметаллические соединения. Образование твердых растворов с другими металлами происходит редко из-за особых кристаллических структур, образованных атомами элемента. Между комнатной температурой и температурой плавления 1132 °C металлический уран существует в 3 кристаллических формах, известных как альфа (α), бета (β) и гамма (γ). Трансформация из α- в β-состояние происходит при 668 °C и от β до γ - при 775 °C. γ-уран имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую структуру, а β - тетрагональную. α-фаза состоит из слоев атомов в высокосимметричной орторомбической структуре. Эта анизотропная искаженная структура препятствует атомам легирующих металлов заменять атомы урана или занимать пространство между ними в кристаллической решетке. Обнаружено, что твердые растворы образуют только молибден и ниобий.

Руды

Земная кора содержит около 2 частей урана на миллион, что говорит о его широком распространении в природе. По оценкам, океаны содержат 4,5 × 10 9 т этого химического элемента. Уран является важной составляющей более чем 150 различных минералов и второстепенным компонентом еще 50. Первичные минералы, обнаруженные в магматических гидротермальных жилах и в пегматитах, включают уранинит и его разновидность настуран. В этих рудах элемент встречается в форме диоксида, который вследствие окисления может варьироваться от UO 2 до UO 2,67 . Другой экономически значимой продукцией урановых рудников являются аутунит (гидратированный уранилфосфат кальция), тобернит (гидратированный уранилфосфат меди), коффинит (черный гидратированный силикат урана) и карнотит (гидратированный уранил-ванадат калия).

По оценкам, более 90 % известных недорогих запасов урана приходится на Австралию, Казахстан, Канаду, Россию, Южную Африку, Нигер, Намибию, Бразилию, КНР, Монголию и Узбекистан. Большие месторождения находятся в конгломератных скальных образованиях озера Эллиот, расположенного к северу от озера Гурон в Онтарио, Канада, и в южноафриканском золотом прииске Витватерсранде. Песчаные образования на плато Колорадо и в Вайомингском бассейне западной части США также содержатся значительные запасы урана.

Добыча

Урановые руды встречаются как в приповерхностных, так и глубоких (300-1200 м) отложениях. Под землей мощность пласта достигает 30 м. Как и в случае с рудами других металлов, добыча урана на поверхности производится крупным землеройным оборудованием, а разработка глубоких отложений - традиционными методами вертикальных и наклонных шахт. Мировое производство уранового концентрата в 2013 г. составило 70 тыс. т. Наиболее продуктивные урановые рудники расположены в Казахстане (32 % всей добычи), Канаде, Австралии, Нигере, Намибии, Узбекистане и России.

Урановые руды обычно включают лишь небольшое количество ураносодержащих минералов, и они не поддаются плавке прямыми пирометаллургическими методами. Вместо этого для извлечения и очистки урана должны использоваться гидрометаллургические процедуры. Повышение концентрации значительно снижает нагрузку на контуры обработки, но ни один из обычных способов обогащения, обычно используемых для переработки полезных ископаемых, например гравитационный, флотация, электростатический и даже ручная сортировка, неприменимы. За немногими исключениями эти методы приводят к значительной потере урана.

Обжиг

Гидрометаллургической обработке урановых руд часто предшествует высокотемпературная стадия кальцинирования. Обжиг обезвоживает глину, удаляет углеродистые материалы, окисляет соединения серы до безобидных сульфатов и окисляет любые другие восстановители, которые могут мешать последующей обработке.

Выщелачивание

Из обожженных руд уран извлекается как кислотными, так и щелочными водными растворами. Для успешного функционирования всех систем выщелачивания химический элемент должен либо первоначально присутствовать в более стабильной 6-валентной форме, либо окисляться до этого состояния в процессе обработки.

Кислотное выщелачивание обычно проводят путем перемешивания смеси руды и выщелачивателя в течение 4-48 ч при температуре окружающей среды. За исключением особых обстоятельств используется серная кислота. Ее подают в количествах, достаточных для получения конечного щелока при рН 1,5. Схемы выщелачивания серной кислоты обычно используют либо диоксид марганца, либо хлорат для окисления четырехвалентного U 4+ до 6-валентного уранила (UO 2 2+). Как правило, для окисления U 4+ достаточно примерно 5 кг двуокиси марганца или 1,5 кг хлората натрия на тонну. В любом случае окисленный уран реагирует с серной кислотой с образованием уранилсульфатного комплексного аниона 4- .

Руда, содержащая значительное количество основных минералов, таких как кальцит или доломит, выщелачивается 0,5-1-молярным раствором карбоната натрия. Хотя были изучены и протестированы различные реагенты, основным окислителем урана является кислород. Обычно руда выщелачиваются на воздухе при атмосферном давлении и при температуре 75-80 °C в течение периода времени, который зависит от конкретного химического состава. Щелочь реагирует с ураном с образованием легкорастворимого комплексного иона 4- .

Перед дальнейшей обработкой растворы, образующиеся в результате кислотного или карбонатного выщелачивания, должны быть осветлены. Крупномасштабное разделение глин и других рудных шламов осуществляется за счет использования эффективных хлопьеобразующих агентов, в том числе полиакриламидов, гуаровой смолы и животного клея.

Экстракция

Сложные ионы 4- и 4- могут быть сорбированы из их соответствующих выщелачивающих растворов ионообменных смол. Эти специальные смолы, характеризующиеся кинетикой их сорбции и элюирования, размером частиц, стабильностью и гидравлическими свойствами, могут использоваться в различных технологиях обработки, например в неподвижном и подвижном слое, методом ионообменной смолы в пульпе корзинного и непрерывного типа. Обычно для элюирования сорбированного урана используют растворы хлорида натрия и аммиака или нитратов.

Уран можно выделить из кислых рудных щелоков путем экстракции растворителем. В промышленности используются алкилфосфорные кислоты, а также вторичные и третичные алкиламины. Как правило, экстракция растворителем предпочтительна по сравнению с ионообменными методами для кислотных фильтратов, содержащих более 1 г/л урана. Однако этот метод не применяется при карбонатном выщелачивании.

Затем уран очищают, растворяя в азотной кислоте с образованием уранилнитрата, экстрагируют, кристаллизуют и прокаливают с образованием трехокиси UO 3 . Восстановленный диоксид UO2 реагирует с фтористым водородом с образованием тетафторида UF4, из которого металлический уран восстанавливается магнием или кальцием при температуре 1300 °C.

Тетрафторид можно фторировать при температуре 350 °C до образования гексафторида UF 6 , используемого для отделения обогащенного урана-235 методом газовой диффузии, газового центрифугирования или жидкой термодиффузии.

В поисках боле дешевого источника энергии, который бы не наносил вреда окружающей среде, мировое научное общество уделило внимание сфере ядерной энергетики. На сегодняшний день количество ядерных реакторов, которые возводятся для выработки энергии, исчисляется сотнями. В качестве сырья для выработки атомной энергии применяется урановая руда. Она содержит в себе вещества, которые относятся к семейству актинидов. По некоторым подсчетам в земле содержится в 1000 раз больше урановой руды, чем золота. Для получения топлива для атомных электростанций проводится ее переработка.

Характеристики урановых руд

Руда урана в свободном виде представлена серо-белым металлом, который может иметь довольно большое количество различных примесей. Стоит учитывать, что непосредственно сам очищенный уран считается химически активным веществом. Рассматривая физико-механические и химические свойства урана, отметим нижеприведенные моменты:

1. Температура кипения этого химического элемента составляет 4 200 градусов Цельсия, что существенно усложняет процесс его переработки.
2. На воздухе уран окисляется, может растворятся в кислотах и реагировать на воздействие воды. Однако, данный химический элемент не взаимодействует со щелочами, что можно назвать его особенностью.
3. При определенном воздействии вещество становится источником довольно большого количества энергии. При этом образуется относительно небольшое количество отработки, с утилизацией которой на сегодняшний день возникает довольно много проблем.

Стоит учитывать, что уран многие относят к редкому химическому элементу, так как его концентрация в земной коре составляет 0,002%. При столь относительно невысокой концентрации этого химического элемента, альтернативного вещества пока найдено не было. Конечно, пока запасов достаточно для непрерывной добычи урана и питания атомных электростанций или двигателей.

Месторождения урана

Не сложно догадаться, что при столь относительно небольших запасах рассматриваемого вещества в недрах земли и постоянном росте потребности в материале, его стоимость повышается. За последнее время было открыто довольно большое количество месторождений урана, лидером по его добычи принято считать Австралию. Проведенные исследования указывают на то, что на территории этой страны сконцентрировано более 30% всех запасов. Наиболее крупными месторождениями считаются:

1. Биверли;
2. Олимпик Дам;
3. Рейнджер.

Интересным моментом является то, что главным конкурентом Австралии в сфере добычи руды урана принято считать Казахстан. На территории этой страны сконцентрировано боле 12% мировых запасов. Несмотря на достаточно большую площадь, в России только 5% мировых запасов.

По некоторой информации, запасы России составляют 400 тысяч тонн урана. На конец 2017 года была открыто и разработано 16 месторождений. Интересно, что 15 из них сосредоточено в Забайкалье. Больше всего урановой руды сосредоточено на Стрельцовском рудном поле.

Как ранее было отмечено, урановая руда применяется в качестве топлива, что и определяет ведение постоянных поисков его месторождений. На сегодняшний день уран часто применяется как топливо для ракетных двигателей. При производстве ядерного оружия этот элемент используется для повышения его мощности. Некоторые производители используют его для производства пигментов, которые используются в живописи.

Добыча урановых руд

Добыча урановой руды налажена во многих странах. Стоит учитывать, что сегодня для добычи руды могут применяться три технологии:

1. При близком расположении урана к поверхности земли применяется открытия технология. Она довольно проста и не требует больших затрат. Для поднятия сырья применяются экскаваторы и другая подобная спецтехника. После поднятия и погрузки в самосвалы она доставляется на перерабатывающие заводы. Отметим, что у данной технологии есть довольно большое количество недостатков, но из-за простоты добычи она получила широкое распространение. В процессе разработки месторождений получаются карьеры, площадь которых может достигать несколько квадратных километров. Стоит учитывать, что подобный способ добычи руды наносит непоправимый вред окружающей среде. Поверхностной добычей урана занимается довольно большое количество крупных горных компаний.
2. При глубоком расположении руды в толще земли проводится создание шахт. Технология достаточно сложна в исполнении, предусматривает также механическую добычу материала. Существует достаточно большое количество шахт, в которых проводится добыча урановой и другой руды. Подобный метод добычи породы связан с достаточно большими рисками, так как в толще земли могут находится карманы газа или подводные реки. Обрушение сводов может привести к консервированию шахты, гибели рабочих и повреждению дорогостоящего оборудования. Однако, в случае глубокого залегания рассматриваемой породы по-другому провести ее извлечение практически невозможно.
3. Третий метод заключается в образовании скважин, в которые закачивается серная кислота. Вблизи ранее проделанной скважины создается вторая, которая предназначена для поднятия уже полученного раствора. После завершения процесса сорбции устанавливается оборудование, способное поднимать на поверхность вещества, напоминающие смолы. После поднятия полученной смолы на поверхность проводится ее обработка и выделение урана.

Подземно-скважинное выщелачивание

В последнее время все больше стали применять третий метод добычи урана. Это связано с тем, что он позволяет добиться высокой концентрации требуемого вещества при минимальном содержании загрязняющих химических элементов. Однако, подобная технология требует проведения точных геологических исследований, так как бурение скважин должно проводиться над месторождением рассматриваемого химического вещества. В противном случае, при добавлении кислоты на процесс сорбции при малой концентрации урана потребуется довольно много времени.

На территории России в большинстве случаев добыча урана проводится путем его механического извлечения. Кроме этого, добычей сырья для производства атомного топлива занимаются в Китае и Украине.