1.1Основные способы добычи урана

Со времени своего открытия в 1789 г. и до начала XX века уран использовался в качестве красителя и покрытия для керамики и стекла. В период между началом XX века и 30-ми гг. он рассматривался в качестве отхода при производстве радия (который использовался при производстве различных инструментов и люминесцентного покрытия для часов, а также в медицинских целях). Крупномасшабная добычи урана началась только после открытия деления ядер в 1938 г. Хотя он встречается в природе в небольших количествах, уран добывается в шахтах, где его концентрация составляет от 0,1 до 0,5 процентов руды. В редких случаях она превышает 10 процентов.

Существует четыре основных метода добычи:

• — Открытый (карьерный). Иногда включает способ кучного выщелачивания;
• — Подземный (шахтный). Иногда включает способы подземного и кучного выщелачивания;
• — Метод скаженного подземного выщелачивания.

В этом случае водный раствор реагентов под большим давлением закачивается под землю с целью растворить содержащийся в руде уран. На поверхность земли выкачивается раствор различных солей урана, извлечь их которого металл химическим способом в фабричных условиях уже не представляет труда.

— Способ растворения отходов. Данный метод предусматривает добычу урана как сопутствующего продукта, содержащегося в крайне бедных рудах, которые образуются в результате добычи золота или фосфатов. Этот процесс предусматривает многократное прокачивание растворителя (серной кислоты или карбоната аммония) через руду с целью извлечения урана до тех пор, пока его концентрация в растворе не станет достаточно высокой.

Шахты

Долгое время шахтный метод добычи урановой руды был основным. Урановые шахты принципиально не отличаются от других типов шахт, разве что более сильной вентиляцией и повышенной степенью охраны труда. На руднике урановую руду извлекают из горного массива буро-взрывным способом.

Карьеры

Довольно часто (особенно в прошлом) уран добывали открытым способом в карьерах. Примером может служить рудник Актау (Казахстан). Карьер размером 17 на 3 км обеспечивает его производительность 650 тонн урана в год. Такие карьеры наносят существенный урон окружающей среде — их рекультивация практически невозможна.

Подземное выщелачивание

В современной промышленности в силу отсутствия богатых урановых руд (исключения составляют канадские месторождения несогласия, где концентрация урана доходит до 30%и австралийских с содержанием урана до 3%) используется способ подземного выщелачивания руд. Это — один из самых рентабельных и экологически чистых способов добычи не требует ни карьеров, ни шахт.

Предварительная подготовка идёт непосредственно под землёй. Способ применим в тяжелых климатических условиях и вечной мерзлоты. Технология абсолютно закрытая, герметичная. Недра практически не разрушаются и даже полностью восстанавливаются в течение нескольких лет.

Подземное скважинное выщелачивание — способ разработки рудных месторождений без поднятия руды на поверхность путем избирательного перевода ионов природного урана в продуктивный раствор непосредственно в недрах. Данный метод осуществляется бурением скважин через урановорудные тела, подачей раствора в урановорудные тела, подъемом урансодержащих растворов на поверхность и извлечением из них урана на сорбционных ионообменных установках, добавлением кислоты в маточные растворы и закачкой их снова в недра.

Вся площадь месторождения «прокалывается» скважинами (колоннами). В одну скважину закачивается серная кислота (1−2% раствор), иногда с добавлением солей трёхвалентного железа (для окисления урана U (IV) до U (VI)), хотя руды часто содержат железо и пиролюзит, которые облегчают окисление). Идёт процесс выщелачивания урана. Через другую скважину продуктивный раствор с помощью насоса извлекается наверх. Далее он непосредственно поступает на сорбционное, гидрометаллургическое извлечение и одновременное концентрирование урана.

Метод подземного скважинного выщелачивания является наиболее привлекательным способом добычи урана с точки зрения упрощенности технологических операций. При данном методе не происходит изменения геологического состояния недр, так как не производится выемка горнорудной массы.

Общая поверхность земли, занимаемая полигоном подземного выщелачивания и перерабатывающим цехом для получения 500 метрических тонн U/год U3 O8, в 3−4 раза меньше площади, занимаемой типичным гидрометаллургическим заводом на эту же производительность. В процессе скважинного выщелачивания в подвижное состояние в недрах переходит и выводится на поверхность менее 5% радиоактивных элементов по сравнению со 100% при традиционных способах добычи урана. Серная кислота при контакте с породой превращается в гипс, поэтому при данной технологии не остаётся в земле элементов, которых там нет. И если и бывают какие-то размывы, то они быстро устраняются, т.к. при утечках технология не работает. Здесь отпадает необходимость строительства хвостохранилищ для хранения отходов с высоким уровнем радиации.

Есть маленькие пескоотстойники, которые после завершения добычи легко рекультивировать.

Отметим, что часто природная гидрогеохимическая среда на урановых месторождениях обладает способностью к самовосстановлению от техногенного воздействия. За счет постепенного восстановления естественных окислительно-восстановительных условий происходит хоть и медленный, но необратимый процесс рекультивации подземных вод рудовмещающих водоносных горизонтов. Возможна интенсификация этого процесса, ускоряющий рекультивацию в десятки раз.

Добыча урана из морской воды

Уран из морской воды по приемлемым ценам является окончательной гарантией доступности урана для любой страны с доступом к океану. Из-за большого количества урана в морской воде (4 миллиардов тонн, что в 800 раз больше, чем в ресурсах на суше, извлекаемых по цене в 130 $/кг или меньше) технология извлечения урана из морской воды активно разрабатывается. Основной проблемой является очень низкая концентрация урана — 3 части на миллиард. Поэтому стоимость извлечения будет высокой, пока не будет повышена эффективность всех процессов, включая организацию больших потоков воды без затрат энергии на её прокачку. В 1987 г. В Японии работала установка, в которой использовался адсорбент из порошка гидратированной окиси в кипящем слое. Было извлечено 15,5 кг урана. Другой, более эффективный адсорбент, состоит из очень мелкого порошка амидоксима, внедренного в тонкие волокна поддерживающего материала, типа полиэтилена с диоксидом кремния. Адсорбент изготавливается в форме сети или матов (т.е. представляет собой адсорбционно-активный фильтр). Поскольку в такой структуре много пустот, морская вода может проходить через него с небольшой потерей напора. На базе таких фильтров можно построить заякоренные адсорбционные системы, использующие быстрые природные морские течения. Быстрое течение повышает скорость адсорбции. В последнем испытании блоки, содержащие волокнистые амидоксимовые адсорбенты, помещенные в море на различных глубинах, позволили извлечь 1 кг урана на тонну адсорбента за 20 суток, и 2 кг на тонну за 60 суток.