СТАН МСБ І ЗАБЕЗПЕЧЕНІСТЬ РОДОВИЩАМИ РАДІОАКТИВНОЇ СИРОВИНИ

Загальні відомості

Уран є найважчим хімічним елементом земної кори. Він володіє порядковим номером 92 і атомною масою 238,07. Природі відомі три ізотопу урану з різними поширеністю і періодами напіврозпаду:

U ²³⁸ - 99,2739% - 4,51 ■ 10 ⁹ років; U ²³⁵ - 0,7205% - 7,1310 ^s років;

U ²³⁴ - 0,0056% - 2,475-10 ⁹ років.

Уран-238 і уран-235 є родоначальниками двох радіоактивних рядів.

Природний розпад ⁸ U закінчується накопиченням стабільного ізотопу ²⁰⁶ Рb, а ряд ²³⁵ U - ізотопу ²⁰⁷ Рb. Співвідношення цих ізотопів після досягнення повного періоду напіврозпаду використовується для визначення модельного віку уранових руд.

Вміст урану в земній корі - від 2-10 ^-4 до 4-10 ^-4 %>. Простежується закономірне його збільшення від порід ультраосновного хімічного складу до середніх і кислим. Зміст в них відповідно (0,5; 1,8; 3,5) -10 ^-4 % [25].

Уран відноситься до елементів змінної валентності і в хімічних сполуках може перебувати в стані U ³ +, U ⁴⁺ , U ⁵⁺ і U ^{6 +} . Іон U ³⁺ не характерний для природних умов. Він відрізняється високою відновною активністю і переходить в більш стабільну форму U ⁴⁺ . Іон U ⁵⁺ теж нестійкий в природних умовах і достовірно відомий лише в штучних судинних. Іони чотирьох- і шестивалентного урану мають восьміелектронную структуру зовнішньої оболонки і володіють літофільнимі властивостями, високою спорідненістю до кисню і зустрічаються в природі у вигляді оксидів або солей кисневих кислот. Чотирьохвалентного сполуки урану слаборозчинні, а шестивалентний уран утворює стійкий в природних умовах комплексний катіон уранільной групи (UO2) ⁺ , що забезпечує можливість його водної міграції.

Валентний стан урану в геологічних процесах багато в чому залежить від окислювально-відновного потенціалу (Eh) і кислотності-лужності середовища (pH). Уран но-різному веде себе в ендогенних і екзогенних процесах. Власне магматичні процеси завершуються утворенням порід різного складу: кислого, середнього, основного, ультраосновного, лужного, ультращелочного. Поширеність урану в них визначається, перш за все, їх хімічним складом. Висока концентрація урану відзначається в лужних і ультращелочних породах: сиенитах і лопарітовим луяврітах (10-80) -10 ^-4 %. Уран, як і торій, ізоморфно входить до складу складних силікатів і титанатів, таких як Евдіаліт, лопаріт, Ферсману і ін. В породах кислого складу зміст урану складає в середньому (3-4) -10 ^-4 %. Уран накопичується в гірській породі як домішка в акцесорних мінералах (циркон, ортит, монацит, сфен, апатит і ін.), Так і в формі "рухомого" урану в мікровключеннями і міжзернових швах.

На пізній стадії кристалізації гранітної магми, яка характеризується підвищується окислювальним потенціалом, уран переноситься і відкладається нагрітими мінералізованими водними розчинами (гідротермами), які циркулюють по системі тріщин і зон підвищеної проникності гірських порід. За даними Г.Б. Наумова, перенесення урану можливий в гідротермальних розчинах з високою концентрацією вуглекислоти до декількох десятків грамів на 1 л води [14]. Асоціація уранових мінералів з карбонатами найбільш поширена в природних умовах. Досить часто настуран асоціює також з кварцом і флюоритом, що підтверджує присутність в розчинах кремнію і фтору.

Найбільш поширеною вважається концепція про перенесення урану в формі іона уранілу (UO ₂ ) ²⁺ у вигляді ураніл-карбонатних комплексів (UO ₂ [С0 ₃ ) ₂ (Н ₂ 0) ₂ ] "або [U0 ₂ (C0 ₃ ) ₃ ] ⁴ .

У верхніх частинах земної кори під впливом атмосфери, поверхневих вод і біологічних факторів розвивається зона гіпергенезу. У окисної обстановці чeтирeхвалeнтниe сполуки урану стають нестійкими, і уран як елемент змінної валентності відносно легко переходить в легкорозчинний іон уранілу (UO ₂ ) ²⁺ і може мігрувати в поверхневих водах на значні відстані. Збагачені киснем поверхневі води дуже сприятливі для цього. Інтенсивність процесів міграції визначається кліматом і фізико-хімічними параметрами приповерхневих вод: кислотно-лужними властивостями (pH) і окислювально-відновним потенціалом (Eh).

У вигляді легкорозчинних комплексних сполук уран вилуговується з корінних родовищ і гірських порід і надходить в поверхневі водні розчини. Осадження урану в зоні гіпергенезу відбувається на геохімічних бар'єри, в зонах переходу від окисної до відновної обстановці при зміні кислотно-лужного середовища. Залежно від умов міграції урану виділяють геохімічні бар'єри різних типів: відновлювальні, восстановительно- сорбційні, нейтралізаційних (кислотно-лужні).

Уран сорбируется органічною речовиною (торф, гумус, що розкладаються тварини та органічні залишки), вуглеводнями, фосфатами, глауконитом, глинами, гідроксиду заліза та іншими поверхневими продуктами, створюючи основу для Седіментогенниє рудоутворення.

В процесі пластової фільтрації урансодержащих вод на відновлювальних бар'єри формуються великі уранові поклади, приурочені до зон пластового окислення з чітко вираженою окислювально-відновної зональностью.

При метаморфизме відзначається зменшення вмісту урану зі збільшенням ступеня метаморфізму. За А.А. Смислових, породи зеленосланцевой фації містять урану 2,8-10 ^-4 %, амфиболитовой - 1,6-10 ^-4 %, а гранулитовой - (0,4-1,0) -10 ^-4 %. Це пов'язується з поступовим виносом урану при наростанні метаморфізму [46].

У природі відомо більше ста уранових і урансодержащих мінералів. Найбільше практичне значення мають такі мінерали: уранініт, настуран (уранова смілка), уранова чернь, Браннер. Коффіна, Отенія, Торберн, Цейнера, карнотіт (табл. 1.2.1).

Мінерали урану можна розділити на дві групи:

• • власні мінерали урану, в яких уран закономірно входить в кристалічну решітку і є постійним елементом молекули хімічної сполуки: а) мінерали чотирьохвалентного урану; б) мінерали уранила;
• • урансодержащие мінерали, в яких уран ізоморфно входить в кристалічну решітку.

Всі мінерали урану відносяться до наступних класів хімічних сполук: оксиди, гідроксиди, титаніту, силікати, сульфати, карбонати, арсенати, фосфати і молібдати , в яких уран входить у вигляді простого іона чотирьохвалентного урану або комплексного іона - уранила.

Особливе значення при оцінці технологічних властивостей руд має їх хімічний склад і склад порід, що вміщають, що зумовлюють вибір способу гідрометалургійної переробки.

Основний показник якості руд - вміст у них урану. За його змістом (в%) виділяються п'ять сортів руд: дуже багаті (> 1), багаті (1-0,5), середні (0,5-0,25), рядові (0,25-0,1), бідні (<0,1).

При оцінці технологічних властивостей уранових руд обов'язково повинні враховуватися їх мінеральний склад і концентрація інших корисних компонентів, форма їх знаходження і можливість попутного видобутку.

Таблиця 1.2.1

Уранові і урансодержащие мінерали

Закінчення табл. 1.2.1

Примітка. Найбільш важливі уранові мінерали виділені напівжирним шрифтом.

У природі, крім власне уранових, існують і урансодержащие мінерали торію, цирконію, рідкісних земель. Вони істотно розрізняються за технологічними властивостями. Найбільш легко уран витягується з власних мінералів: карбонатів і сульфатів, фосфатів, арсенатів і молибдатов. Це, як правило, вторинні матеріали зони гіпергенезу, в яких уран присутній в шестивалентній формі і легко переходить в розчин при обробці слабкими розчинами кислот або соди. Добре витягується уран з руд, представлених урановими мінералами: настураном і урановими чорний. Більш стійкими до процесів вилуговування є Коффіна і особливо Браннер. Дуже важко уран витягується з урансодержащих мінералів. Тому при оцінці руд слід враховувати їх мінеральний склад. У природі відомо велике число власне уранових родовищ з комплексом супутніх рудних мінералів (табл. 1.2.2).

Таблиця 1.2.2

Типи комплексних уранових руд і їх мінеральний склад

Таблиця 1.2.3

Мінерально-сировинна ваза урану Російської Федерації за станом на 01.01.2007 р (по Г.А. Машковцева)

Таблиця 1.2.4

Використання МСБ урану Російської Федерації в 2007 р

Росія володіє великими прогнозними ресурсами урану, які оцінюються більш ніж в 2,5 млн т, або 14,8% світових. Велика їх частина прогнозується в чотирьох урановорудних районах: Стрельцовской і Східно-Забайкальському в Читинській області, Вітімське в Республіці Бурятія і Ельконского в Республіці Саха (Якутія) (табл. 1.2.3 та 1.2.4).

У родовищах Росії міститься майже 550 тис. Т запасів урану, або трохи менше 10% його світових запасів, причому близько 63% зосереджено в Республіці Саха (Якутія) (рис. 1.2.1).

Мал. 1.2.1. Основні родовища уранових руд і розподіл балансових запасів урану по суб'єктах РФ, тис. Т

Уранові руди Росії біднішими зарубіжних. У експлуатованих підземним способом російських родовищах руди містять всього 0,18% урану, в той час як на канадських підземних рудниках відпрацьовуються руди з вмістом урану до 1%. Способом свердловинного підземного вилуговування в Росії розробляються родовища, руди яких містять всього 0,04-0,05% урану, тоді як на аналогічних родовищах Казахстану вміст урану в рудах становить 0,06-0,08%, і при цьому вони дуже великі по запасам, які перевищують 100 тис. т урану. У рудах нігерійського родовища Акута вміст урану досягає 0,43%, в австралійських об'єктах - в середньому 0,15%.

Державним балансом РФ враховані запаси 50 родовищ урану, з яких в тринадцяти запаси тільки позабалансові (табл. 1.2.5).

У нерозподіленого фонду надр залишаються 22 родовища; за якістю руд вони співвідносяться з ліцензованими об'єктами.

Основні родовища урану РФ

Таблиця 1.2.5

У Стрельцовской рудному районі ВАТ "Приаргунск гірничо-хімічне об'єднання" (ВАТ "ПГХО") продовжувало роботи з відновлення видобутку на раніше законсервованих родовищах Мало-Тулукуевское і Ювілейне і вело освоєння Аріунского і жерловой родовищ. ВАТ "Росбурсервіс" готує до введення в експлуатацію родовище Оловское в Читинській області і дві ділянки Південного родовища в Республіці Саха (Якутія).

Приросту запасів в результаті геологорозвідувальних робіт в 2007 р ніхто не почув, однак на облік в Державному балансі запасів корисних копалин поставлені 20 нових уранових об'єктів, в тому числі великі Південне і Північне родовища в Республіці Саха (Якутія). В результаті розвідані запаси Росії збільшилися більш ніж на 73,1%, попередньо оцінені майже у вісім разів. Дванадцять з знову поставлених на баланс об'єктів знаходяться в розподіленому фонді надр.

Ріс.1.2.2. Динаміка руху запасів урану в 1997-2007 рр., Тис. Т

Мал. 1.2.3. Динаміка виробництва уранового концентрату (в перерахунку на уран) і приросту запасів урану в результаті ГРР в 1997-2007 рр., Тис. Т

По видобуванню уранових руд і виробництва концентратів Росія в 2007 р вийшла на четверте місце в світі, обігнавши Намібію; в порівнянні з 2006 р кількість видобутого урану зросла на 10,9% (рис. 1.2.2-1.2.3).

Майже 90% російського урану вилучено з надр на підземних рудниках компанії ВАТ "ПГХО" в Стрельцовской рудному районі, на п'яти родовищах: Стрілецький, Антей, Жовтневому, Ювілейному і Лучистому. Ще 4 т металу отримано з відвалів Тулукуевского родовища Стрельцовской рудного району шляхом купчастого вилуговування.

Ще 9,6% російського видобутку забезпечило ЗАТ "Далур" на Далматовском родовищі в Курганської області, яке воно розробляє методом підземного свердловинного вилуговування.

На Хіагдінском родовищі в Республіці Бурятія компанія ВАТ "Хіагда" веде дослідно-промислову відпрацювання способом підземного свердловинного вилуговування; в 2007 р нею отримано 27 т урану.

Мал. 1.2.4. Видобуток урану російськими компаніями в 2007 р, тис. Т

Первинна переробка руд Стрельцовской рудного району з отриманням уранових концентратів проводиться на збагачувальній фабриці ВАТ "ПГХО" в м Краснокаменську. У 2007 р тут перероблено 89,6% видобутих в Росії руд. Решта урану міститься в продуктивних розчинах, одержуваних безпосередньо в ході вилуговування уранових руд. Уранові концентрати і продуктивні розчини надходять на подальшу переробку на підприємства державної корпорації ВАТ "Урановий холдинг Атомредметзолото" (ВАТ "Атомредметзолото"), до складу якої після завершення реорганізації російської уранової галузі в 2007 р увійшли всі урандобиваюшіе компанії країни.

Єдиним споживачем продуктів переробки уранових руд в Росії є корпорація ВАТ "ТВЕЛ", яка раніше володіла всіма російськими гірничодобувними підприємствами, а нині об'єднує тільки підприємства з виробництва палива для АЕС. До її складу входять Машинобудівний завод в м Електросталь Московської області. Новосибірський завод хімконцентратів і Чепецкий механічний завод в Удмуртської Республіці. Вартість реакторного палива, виробленого компанією в 2007 р, досягла 36,9 млрд руб., Що на 8,4 млрд руб. більше, ніж у 2006 р

Росія є найбільшим експортером ядерного палива. У 2007 р вона забезпечила приблизно 17% поставок його на світовий ринок. Весь експорт здійснює компанія ВАТ "ТВЕЛ". У 2007 р продажу палива зросли в порівнянні з 2006 р майже на 50% (у грошовому вираженні) завдяки тому, що протягом цього року вступив в дію ряд нових контрактів, укладених компанією на поставку палива для реакторів російського і західного зразка. Паливо було продано в 14 країн світу, де працюють 74 енергетичних і 30 дослідницьких реакторів, в тому числі в Україні, де діє 15 реакторів, Словаччину (5 реакторів), Угорщину (4), Чехію (4), Болгарію (2), Фінляндію (2), Китай (2), а також в Вірменію, Литву, Іран, де є по одній АЕС (рис. 1.2.4-1.2.5).

Мал. 1.2.5. Динаміка виробництва реакторного палива корпорацією "ТВЕЛ" і його експорту в 1998-2007 рр., Млрд руб.

Відповідно до російсько-американським договором "ВЗУ-НОУ", який діє з 1995 р, на Сибірському хімічному комбінаті компанії ВАТ "ТВЕЛ" в м Томську в 2007 р тривала переробка високозбагаченого урану, отриманого при демонтажі російських ядерних боєголовок. Високозбагачений уран (ВЗУ), який містить 90% U ²³ , розбавляється тут до стану низькозбагаченого урану (НОУ) з вмістом LT '3,5-4,5%. Для розведення використовується збіднений уран з хвостів виробництва ядерного палива.

Отриманий в результаті низькозбагачений уран поставляється в США і країни Західної Європи. В обмін Росія отримує від США еквівалентну кількість гексафториду урану з природним співвідношенням ізотопів, з якого на заводах корпорації ВАТ "ТВЕЛ" вирабативаегся реакторне паливо.

Експорт низькозбагаченого урану, а також урансодержащих матеріалів і виробів здійснює компанія ВАТ "Техснабекспорт". Російську уранову продукцію купують більше 500 компаній в більш ніж 50 країнах Північної і Південної Америки, Європейського Союзу, Південно-Східної Азії і Африки.

Крім експорту, компанія ВАТ "Техснабекспорт" надає послуги зі збагачення урану з природним співвідношенням ізотопів до необхідного вмісту U ²³⁵ . Частка компанії на світовому ринку цих послуг становить близько 40%. На чотирьох підприємствах компанії: в рр. Новоуральске Свердловської області, Зеленогорську Красноярського краю, Ссверске Томської області і Ангарську Іркутської області застосовується технологія центрифугування, яка є однією з найбільш досконалих у світі і обеспечіваег найвищу ефективність збагачення.

Кількість ядерних матеріалів, що експортуються з Росії, постійно зростає. Виручка компанії від реалізації уранової продукції і послуг зі збагачення в 2007 р зросла але порівняно з 2006 р більш ніж на 7,4 млрд руб., А щодо 2002 року - майже в чотири рази.

Розвиток світової атомної енергетики і зменшення кількості складованих запасів урану в останні роки стимулювали підвищення цін на природний уран і продукти його переробки. Зростання цін на урановий концентрат, що почався в 2001 році, особливо активно відбувався в 2006-2007 рр. Це позначилося на збільшенні цін і на інші уранові продукти, в тому числі і на гексафторид урану (рис. 1.2.6-1.2.7).

Мал. 1.2.6. Динаміка доходів компанії ВАТ "Техснабекспорт" від експорту ядерних матеріалів та надання послуг зі збагачення урану в 2002-2007 рр., Млн руб.

Мал. 1.2.7. Середньорічні ціни на урановий концентрат (дол. / Фунт UjO $) і гексафторид урану (дол. / Кг UF ₆ ) в 1997-2008 рр.

Ядерне паливо, яке виробляє ВАТ "ТВЕЛ", повністю задовольняє внутрішній попит. У 2007 р потреба Росії в урані залишалася на рівні 2006 р, склавши близько 20 тис. Т. Однак необхідність виконання експортних зобов'язань країни щодо забезпечення поставок палива для зарубіжних АЕС, побудованих і споруджуваних за російськими проектами, а також очікуване збільшення внутрішнього споживання в зв'язку з введенням в дію нових вітчизняних АЕС в найближчій перспективі призведуть до того, що потреба в урані в країні буде збільшуватися (рис. 1.2.8).

Мал. 1.2.8. Структура потреб Росії в урановій сировині в 2007 р,%

Попит на уран в Росії менш ніж на 20% задовольняється за рахунок видобутку на вітчизняних родовищах. Відсутня кількість компенсується поставками з державних резервів, однак інтенсивне використання скоротило їх настільки, що залишився кількості вистачить не більше ніж на 10-15 років. Додатковим джерелом урану в даний час є давальницька сировина, що отримується з України, а також гексафторид з природним співвідношенням ізотопів, що поставляється з США за договором ВЗУ-НОУ в обмін на низькозбагачений уран.

Вирішенню завдання забезпечення російської атомної галузі природним ураном може сприяти розробка уранових родовищ за трьома варіантами:

• 1. Видобуток металу за кордоном. У Казахстані в 2007 р спільне підприємство компанії ВАТ "Атомредме полотен" і казахстанської компанії НАК "каза- томпром" видобуло 114 т урану на приналежному їй родовищі Зарічне. Сировина було перероблено в Росії. Подібні проекти компанія ВАТ "Атомредметзолото" реалізує в Україні, Узбекистані, Намібії, ПАР, Австралії, Канаді, Монголії.
• 2. Розробка дорогих і наполегливих руд Елькон.
• 3. Відкриття нових великих родовищ в межах східної околиці Західно-Сибірської плити.