Методы добычи урана и структура горноперерабатывающего производства. Особенности экономики добычи и переработки природного урана

Добыча урана. Уран используется в качестве топлива почти во всех энергетических ядерных реакторах (в том числе и на подвод­ном флоте). Он достаточно распространен в земной коре и в океан­ской воде (см. гл. 2). Однако экономически выгодная добыча урана возможна только в тех местах, где в результате геологических про­цессов возросла его локальная концентрация (более 0,1 % урана в руде). Богатые руды могут содержать до 4 % урана. Главные ура­новые руды - уранинит (урановая смолка черного цвета), карнотит (ярко-желтый или зеленовато-желтый минерал), отунит (зеленова­тый или желтый минерал) - содержат уран в виде его окислов.

Урановая руда добывается традиционным открытым способом в карьерах (рис. 5.25) иногда глубиной более 100 м (Казахстан, Авст­ралия, Намибия), шахтным методом (Франция, Нигер, ЮАР) или подземным выщелачиванием (США, Канада, Россия, Казахстан), приобретающим наибольшее распространение в последние годы. Промышленная технология извлечения урана из руд использует свойство растворимости окислов урана, содержащихся в руде, в водных растворах азотной, серной и соляной кислот, а также в ще­лочных растворах [5.2], [5.3], [5.42] - [5.45]. Технологические про­цессы перевода и концентрирования металлов, содержащихся в измельченной руде, в растворы и последующее селективное извле­чение металлов из этих растворов различными химическими мето­дами называются гидрометаллургическими процессами. На заводах по переработке руды (гидрометаллургических заводах или обога­тительных фабриках) конечным продуктом переработки руды яв­ляется закись-окись урана U3O8 (урановый концентрат или «жел­тый кек»). В промышленной технологии урана закись-окись урана имеет важное значение как промежуточный продукт для получе­ния двуокиси UO₂, тетрафторида UF₄ и гексафторида UF₆ урана.

Вследствие высоких требований к чистоте урана, используемого в ядерных реакторах, в производственном цикле переработки урана необходимой и обязательной ступенью являются так называемые аффинажные процессы, обеспечивающие тонкую очистку и полу­чение ядерно-чистых соединений урана. Наиболее жесткие требо­вания предъявляются к присутствию в уране таких примесей, как гафний, бор, кадмий, редкоземельные элементы (европий, гадоли­ний, самарий и др.), обладающие очень большим сечением захвата тепловых нейтронов (сотни и тысячи барн). Их содержание не должно превышать 10^-5 - 10^-6 %.

В 2003 г. за рубежом эксплуатировались девять крупных гидро­металлургических заводов мощностью более 1000 т U/год каждый. В России имеется одно крупное предприятие по добыче урана - АО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (АО «ППГХО», г. Краснокаменск, Читинская область). Оно произ­водит около 9 % мирового производства урана (в России 95 %). В структуру объединения входят горные предприятия, завод по про­изводству серной кислоты, гидрометаллургический и машино­строительный заводы, научно-исследовательское подразделение, мощная электроэнергетическая база, подразделения геологоразве­дочных и горно-строительных работ. Добывает также уголь, цеоли­ты, молибденовые и марганцевые руды.

Затраты на добычу урана. Около 60 % суммарных капиталь­ных вложений в урандобывающий и уранперерабатывающий ком­плекс относятся к разведке и добыче урановых руд (рудники, карь­еры, транспортные средства), примерно 40 % падает на гидроме­таллургический завод. Удельные капитальные вложения в гидро­металлургический завод производительностью около 2000 т руды в сутки составляет приблизительно 10 тыс. долл. на 1т руды, перера­батываемую в сутки, или приблизительно 10 тыс. дол. на 1т U₃O₈ в год. В прямых эксплутационных затратах на гидрометаллургиче­скую переработку существенную долю составляют затраты на электроэнергию, тепло, воду и металл (сталь), расходуемые при дроблении и измельчении руды. Производительность персонала на крупных предприятиях достигает 30 т руды в сутки на 1 человека.