Wie wird Uranerz abgebaut? Uranerzabbau

In den letzten Jahren hat das Thema Kernenergie zunehmend an Relevanz gewonnen. Zur Erzeugung von Kernenergie wird üblicherweise ein Material wie Uran verwendet. Es ist ein chemisches Element, das zur Familie der Aktiniden gehört.

Die chemische Aktivität dieses Elements wird durch die Tatsache bestimmt, dass es nicht in freier Form vorliegt. Für seine Herstellung werden Mineralformationen namens Uranerze verwendet. Sie konzentrieren eine solche Menge an Brennstoff, dass die Gewinnung dieses chemischen Elements als wirtschaftlich sinnvoll und rentabel angesehen werden kann. An dieser Moment In den Eingeweiden unseres Planeten übersteigt der Gehalt dieses Metalls die Goldreserven 1000 Mal(cm. ). Im Allgemeinen sind die Ablagerungen dieses chemischen Elements im Boden, aquatische Umgebung und Rock werden mit mehr als geschätzt 5 Millionen Tonnen.

Im freien Zustand ist Uran ein grauweißes Metall, das durch 3 allotrope Modifikationen gekennzeichnet ist: rhombische kristalline, tetragonale und kubisch raumzentrierte Gitter. Der Siedepunkt dieses chemischen Elements beträgt 4200 °C.

Uran ist ein chemisch aktives Material. An der Luft oxidiert dieses Element langsam, löst sich leicht in Säuren, reagiert mit Wasser, interagiert jedoch nicht mit Alkalien.

Uranerze werden in Russland üblicherweise nach verschiedenen Kriterien klassifiziert. Am häufigsten unterscheiden sie sich in Bezug auf die Ausbildung. Ja, das gibt es endogene, exogene und metamorphogene Erze. Im ersten Fall handelt es sich um Mineralformationen, die unter dem Einfluss hoher Temperaturen, Feuchtigkeit und Pegmatitschmelzen entstehen. Unter Oberflächenbedingungen treten exogene Uranmineralformationen auf. Sie können sich direkt auf der Erdoberfläche bilden. Dies geschieht aufgrund der Zirkulation Grundwasser und Sedimentansammlung. Metamorphogene Mineralformationen entstehen durch die Umverteilung des zunächst dispergierten Urans.

Je nach Urangehalt können diese natürlichen Formationen sein:

superreich (über 0,3 %);
reich (von 0,1 bis 0,3 %);
Privatpersonen (von 0,05 bis 0,1 %);
schlecht (von 0,03 bis 0,05 %);
außerbilanzielle (von 0,01 bis 0,03 %).

Moderne Verwendungen von Uran

Heutzutage wird Uran am häufigsten als Brennstoff verwendet Raketentriebwerke und Kernreaktoren. Aufgrund der Eigenschaften dieses Materials soll es auch die Schlagkraft einer Atomwaffe erhöhen. Dieses chemische Element hat auch in der Malerei Verwendung gefunden. Es wird aktiv als gelbes, grünes, braunes und schwarzes Pigment verwendet. Uran wird auch zur Herstellung von Kernen für panzerbrechende Projektile verwendet.

Uranerzabbau in Russland: Was wird dafür benötigt?

Produktion radioaktive Erze durchgeführt durch drei Haupttechnologien. Wenn Erzvorkommen möglichst nahe an der Erdoberfläche konzentriert sind, ist es üblich, für deren Gewinnung die Tagebautechnik einzusetzen. Dabei kommen Bulldozer und Bagger zum Einsatz, die Löcher graben große Größe und laden Sie die resultierenden Mineralien in Muldenkipper. Anschließend wird es an den Verarbeitungskomplex gesendet.

Wenn diese Mineralformation tief liegt, ist es üblich, die Technologie des Untertagebergbaus einzusetzen, bei der ein Bergwerk mit einer Tiefe von bis zu 2 Kilometern angelegt wird. Die dritte Technologie unterscheidet sich deutlich von den vorherigen. Bei der Bodenlaugung zur Erschließung von Uranlagerstätten werden Brunnen gebohrt, durch die Schwefelsäure in die Lagerstätten gepumpt wird. Als nächstes wird ein weiterer Brunnen gebohrt, der notwendig ist, um die resultierende Lösung an die Erdoberfläche zu pumpen. Anschließend durchläuft es einen Sorptionsprozess, der es ermöglicht, die Salze dieses Metalls auf einem speziellen Harz zu sammeln. Die letzte Stufe der SPV-Technologie ist die zyklische Behandlung des Harzes mit Schwefelsäure. Dank dieser Technologie wird die Konzentration dieses Metalls maximal.

Uranerzvorkommen in Russland

Russland gilt als einer der weltweit führenden Hersteller von Uranerzen. In den letzten Jahrzehnten gehörte Russland bei diesem Indikator durchweg zu den sieben führenden Ländern.

Am meisten große Einlagen Diese natürlichen Mineralformationen sind:

Die größten Uranvorkommen der Welt – führende Länder

Australien gilt als weltweit führend im Uranbergbau. Mehr als 30 % aller Weltreserven sind in diesem Staat konzentriert. Die größten australischen Vorkommen sind Olympic Dam, Beverly, Ranger und Honemoon.

Australiens Hauptkonkurrent ist Kasachstan, das über fast 12 % der weltweiten Treibstoffreserven verfügt. Kanada und Südafrika verfügen jeweils über 11 % der weltweiten Uranreserven, Namibia – 8 %, Brasilien – 7 %. Russland schließt die Top 7 mit 5 % ab. Auf der Spitzenliste stehen auch Länder wie Namibia, die Ukraine und China.

Die weltweit größten Uranlagerstätten sind:

Feld	Ein Land	Beginnen Sie mit der Verarbeitung
Olympia-Staudamm	Australien	1988
Rossing	Namibia	1976
McArthur River	Kanada	1999
Inkai	Kasachstan	2007
Herrschaft	Südafrika	2007
Ranger	Australien	1980
Kharasan	Kasachstan	2008

Reserven und Produktionsmengen von Uranerz in Russland

Die erkundeten Uranreserven in unserem Land werden auf mehr als 400.000 Tonnen geschätzt. Gleichzeitig belaufen sich die prognostizierten Ressourcen auf mehr als 830.000 Tonnen. Im Jahr 2017 gibt es in Russland 16 Uranlagerstätten. Darüber hinaus sind 15 von ihnen in Transbaikalien konzentriert. Als wichtigste Uranerzlagerstätte gilt das Erzfeld Streltsovskoe. In den meisten heimischen Lagerstätten erfolgt die Förderung im Schachtverfahren.

Uran wurde bereits im 18. Jahrhundert entdeckt. Im Jahr 1789 gelang es dem deutschen Wissenschaftler Martin Klaproth, aus Erz metallähnliches Uran herzustellen. Interessanterweise ist dieser Wissenschaftler auch der Entdecker von Titan und Zirkonium.
Uranverbindungen werden im Bereich der Fotografie aktiv eingesetzt. Dieses Element wird zum Färben von Positiven und zum Verstärken von Negativen verwendet.
Der Hauptunterschied zwischen Uran und anderen chemischen Elementen ist seine natürliche Radioaktivität. Uranatome neigen dazu, sich im Laufe der Zeit unabhängig voneinander zu verändern. Gleichzeitig senden sie Strahlen aus, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Diese Strahlen werden in drei Typen unterteilt: Gamma-, Beta- und Alphastrahlung (siehe).

Uranerz ist eine natürliche Mineralformation, die solche Mengen an Uran enthält, dass der Abbau wirtschaftlich rentabel ist.

Mineralerze sind je nach Uranmenge:

superreich. Solche Erze enthalten 0,3 % U und die Erzmenge in solchen Lagerstätten übersteigt 50.000 Tonnen
reichhaltig, mit 0,1 bis 0,3 %.
Basis, machen 0,05-0,10 % aus
erbärmlich. Solche Erze enthalten 0,03–0,05 % Uran
außerbilanzielle Bilanz, in der nur 0,01-0,03 % vorhanden sind.

Das meiste Uran kommt in sauren Gesteinen vor, die viel Silizium enthalten. Zu den wichtigsten Uranerzen zählen Uran-Teer (Uraninit) und Carnotit.

Tabelle 1. Liste der Uranmineralien

Uranabbau

Uran wird auf drei Arten abgebaut:

Die offene Methode eignet sich in Fällen, in denen das Erz nahe der Erdoberfläche liegt. Zum Abbau müssen Sie mit Bulldozern ein tiefes und breites Loch graben und dann das geförderte Erz mit Baggern auf Muldenkipper laden, die das Gestein zum Verarbeitungskomplex liefern
Untertagebergbau wird eingesetzt, wenn das Erz in großer Tiefe liegt. Diese Methode ist deutlich teurer als die vorherige. Es kommt nur dann zum Einsatz, wenn eine hohe Urankonzentration im Gestein nachgewiesen wurde. Um diese Methode umzusetzen, ist es notwendig, einen vertikalen Schacht zu bohren, von dem aus horizontale Arbeiten entnommen werden. Uranminen können in einer Tiefe von zwei Kilometern liegen. Bergleute fördern das Erz, befördern es mit Lastenaufzügen nach oben und schicken es anschließend zur Verarbeitung
Bohrloch-In-situ-Laugung (ISL). Um mit dieser Methode zu extrahieren, müssen an den Ecken des Sechsecks 6 Löcher gebohrt werden. Durch diese Bohrungen wird Schwefelsäure in Uranlagerstätten gepumpt. In der Mitte des gesamten Bauwerks wird ein weiterer Brunnen gebohrt, durch den eine mit Uransalzen gesättigte Lösung abgepumpt wird. Anschließend wird die Lösung mehrmals einer Sorption unterzogen. Das Endprodukt ist Uranoxid.

Uranminen

Nach neuesten Daten gibt es auf unserem Planeten 440 kommerzielle Reaktoren, die jährlich 67.000 Tonnen Uran benötigen.
Der weltweite Uranabbau konzentriert sich auf die drei Länder Australien, Kasachstan und Russland. Australien enthält 31 % des weltweiten Urans, Kasachstan – 12 %, Russland und Kanada – jeweils 9 %. Der Uranabbau in Russland wird hauptsächlich in der Republik Sacha in Jakutien betrieben. Insgesamt in Russische Föderation Es gibt 550.000 Tonnen Uranvorkommen. Neben Jakutien gibt es Uranvorkommen in Transbaikalien und Burjatien.
Interessant ist, dass die weltweiten Reserven in Ländern liegen, die nichts mit Kernenergie zu tun haben. Beispielsweise wird Uran in Niger von französischen Unternehmen für den Eigenbedarf abgebaut. Aber in den USA, China, Indien, Frankreich, Japan, Südkorea Es herrscht akuter Uranmangel. Aus diesem Grund gibt es heute Feindseligkeiten zwischen Ländern um die Kontrolle von Uranerzvorkommen. Die schlimmste Situation ist in Afrika zu beobachten. Sie zünden dort wegen Uran. Bürgerkriege, und viele Menschen sterben.

Derzeit wird Kernenergie in relativ großem Umfang genutzt. Für die Herstellung wurden im letzten Jahrhundert überwiegend radioaktive Stoffe verwendet Atomwaffen, das Größte haben zerstörerische Kraft, dann hat sich in unserer Zeit die Situation geändert. In Kernkraftwerken wird Kernenergie in Strom umgewandelt und für völlig friedliche Zwecke genutzt. Es entstehen auch Nuklearmotoren, die beispielsweise in U-Booten eingesetzt werden.

Das wichtigste radioaktive Material zur Erzeugung von Kernenergie ist Uranus. Dieses chemische Element gehört zur Familie der Aktiniden. Uran wurde 1789 vom deutschen Chemiker Martin Heinrich Klaproth bei der Untersuchung von Pechblende entdeckt, das heute auch „Uranpech“ genannt wird. Ein neues chemisches Element wurde nach einem kürzlich entdeckten Planeten benannt. Sonnensystem. Die radioaktiven Eigenschaften von Uran wurden erst Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt.

Uran ist in der Sedimenthülle und in der Granitschicht enthalten. Dies ist ein eher seltenes chemisches Element: sein Inhalt in Erdkruste 0,002 %. Außerdem in Kleinmengen Uran ist im Meerwasser enthalten (10 - 9 g/l). Aufgrund seiner chemischen Aktivität kommt Uran nur in Verbindungen und nicht in freier Form auf der Erde vor.

Uranerze sind natürliche Mineralformationen, die Uran oder seine Verbindungen in Mengen enthalten, in denen seine Verwendung möglich und wirtschaftlich sinnvoll ist. Uranerze dienen auch als Rohstoffe für die Produktion anderer radioaktive Elemente, wie Radium und Polonium.

Heutzutage sind etwa 100 verschiedene Uranmineralien bekannt, von denen 12 in der Industrie aktiv zur Herstellung radioaktiver Stoffe eingesetzt werden. Die wichtigsten Mineralien sind Uranoxide (Uranit und seine Sorten Pechblende und Uranschwarz), seine Silikate (Sargnit), Titanite (Davidit und Brannerit) sowie wasserhaltige Phosphate und Uranglimmer.

Uranerze werden nach verschiedenen Kriterien klassifiziert. Sie zeichnen sich insbesondere durch ihre Ausbildungsbedingungen aus. Eine dieser Arten sind die sogenannten endogenen Erze, die unter dem Einfluss hoher Temperaturen sowie aus Pegmatitschmelzen und wässrigen Lösungen abgelagert wurden. Endogene Erze sind charakteristisch für gefaltete Gebiete und aktivierte Plattformen. Exogene Erze entstehen in oberflächennahen Bedingungen und sogar auf der Erdoberfläche während des Akkumulationsprozesses (syngenetische Erze) oder als Folge davon (epigenetische Erze). Sie kommen überwiegend auf der Oberfläche junger Plattformen vor. Metamorphogene Erze, die bei der Umverteilung von primär dispergiertem Uran während der Metamorphose sedimentärer Schichten entstanden sind. Metamorphogene Erze sind charakteristisch für antike Plattformen.

Darüber hinaus werden Uranerze in natürliche Typen und technologische Qualitäten unterteilt. Je nach Art der Uranmineralisierung werden unterschieden: primäre Uranerze – (U 4 + -Gehalt von mindestens 75 % der Gesamtmenge), oxidierte Uranerze (enthalten hauptsächlich U 6 +) und gemischte Uranerze, in denen U 4 + und U 6 + kommen in etwa gleichen Anteilen vor. Die Technologie ihrer Verarbeitung hängt vom Oxidationsgrad des Urans ab. Basierend auf dem Grad der Ungleichmäßigkeit des U-Gehalts in der Brockenfraktion des Gesteins („Kontrast“) werden stark kontrastierende, kontrastierende, schwach kontrastierende und nicht kontrastierende Uranerze unterschieden. Dieser Parameter bestimmt die Möglichkeit und Durchführbarkeit der Anreicherung von Uranerzen.

Nach der Größe der Aggregate und Körner der Uranmineralien werden sie unterschieden: grobkörnig (über 25 mm Durchmesser), mittelkörnig (3–25 mm), feinkörnig (0,1–3 mm), feinkörnig (0,015–0,1 mm) und dispergierte (weniger als 0,015 mm) Uranerze. Die Korngrößen von Uranmineralien bestimmen auch die Möglichkeit einer Erzanreicherung. Je nach Gehalt an nützlichen Verunreinigungen werden Uranerze unterteilt in: Uran, Uran-Molybdän, Uran-Vanadium, Uran-Kobalt-Wismut-Silber und andere.

Entsprechend der chemischen Zusammensetzung der Verunreinigungen werden Uranerze unterteilt in: Silikat (bestehen hauptsächlich aus Silikatmineralien), Karbonat (mehr als 10–15 % Karbonatmineralien), Eisenoxid (Eisen-Uranerze), Sulfid (mehr als 8– 10 % Sulfidmineralien) und Kaustobiolit, der hauptsächlich aus organischer Substanz besteht.

Die chemische Zusammensetzung von Erzen bestimmt oft, wie sie verarbeitet werden. Uran wird durch Säuren von Silikaterzen und durch Sodalösungen von Karbonaterzen getrennt. Eisenoxiderze werden im Hochofen geschmolzen. Caustobiolith-Uranerze werden manchmal durch Verbrennung angereichert.

Wie oben erwähnt, ist der Urangehalt in der Erdkruste recht gering. In Russland gibt es mehrere Uranerzvorkommen:

Zherlovoe- und Argunskoye-Felder. Sie befinden sich im Bezirk Krasnokamensky der Region Tschita. Die Reserven der Lagerstätte Zherlovoye belaufen sich auf 4.137.000 Tonnen Erz, die nur 3.485 Tonnen Uran (durchschnittlicher Gehalt 0,082 %) sowie 4.137 Tonnen Molybdän (Gehalt 0,227 %) enthalten. Die Uranreserven der Kategorie C1 in der Lagerstätte Argun belaufen sich auf 13.025.000 Tonnen Erz, 27.957 Tonnen Uran (durchschnittlicher Gehalt 0,215 %) und 3.598 Tonnen Molybdän (durchschnittlicher Gehalt 0,048 %). Die Reserven der Kategorie C2 umfassen: 7.990.000 Tonnen Erz, 9.481 Tonnen Uran (mit einem durchschnittlichen Gehalt von 0,12 %) und 3.191 Tonnen Molybdän (mit einem durchschnittlichen Gehalt von 0,0489 %). Ungefähr 93 % des gesamten russischen Urans werden hier gefördert.

5 Uranlagerstätten ( Istochnoje, Kolichkanskoje, Dybrynskoje, Namarusskoje, Koretkondinskoje) liegen auf dem Territorium der Republik Burjatien. Die gesamten erkundeten Reserven der Lagerstätten belaufen sich auf 17,7 Tausend Tonnen Uran, die prognostizierten Ressourcen werden auf weitere 12,2 Tausend Tonnen geschätzt.

Uranlagerstätte Chiagdinskoje. Die Gewinnung erfolgt mittels Bohrloch-Untergrundlaugung. Die erkundeten Reserven dieses Feldes in der Kategorie C1+C2 werden auf 11,3 Tausend Tonnen geschätzt. Die Lagerstätte befindet sich auf dem Territorium der Republik Burjatien.

Radioaktive Stoffe werden nicht nur zur Herstellung von Atomwaffen und Treibstoff verwendet. Beispielsweise wird Uran in kleinen Mengen zu Glas hinzugefügt, um ihm Farbe zu verleihen. Uran ist Bestandteil verschiedener Metalllegierungen und wird in der Fotografie und anderen Bereichen eingesetzt.

Uran ist ein chemisches Element aus der Familie der Aktiniden mit der Ordnungszahl 92. Es ist der wichtigste Kernbrennstoff. Seine Konzentration in der Erdkruste beträgt etwa 2 Teile pro Million. Wichtige Uranmineralien sind Uranoxid (U 3 O 8), Uraninit (UO 2), Carnotit (Kaliumuranylvanadat), Otenit (Kaliumuranylphosphat) und Torbernit (wasserhaltiges Kupferuranylphosphat). Diese und andere Uranerze sind Kernbrennstoffquellen und enthalten ein Vielfaches an Energie als alle bekannten förderbaren Vorkommen fossiler Brennstoffe. 1 kg Uran 92 U liefert die gleiche Energie wie 3 Millionen kg Kohle.

Geschichte der Entdeckung

Das chemische Element Uran ist ein dichtes, hartes Metall mit einer silberweißen Farbe. Es ist flexibel, formbar und polierbar. In der Luft oxidiert Metall und entzündet sich beim Zerkleinern. Leitet Strom relativ schlecht. Elektronische Formel Uranus - 7s2 6d1 5f3.

Obwohl das Element 1789 vom deutschen Chemiker Martin Heinrich Klaproth entdeckt und nach dem kürzlich entdeckten Planeten Uranus benannt wurde, wurde das Metall selbst 1841 vom französischen Chemiker Eugene-Melchior Peligot durch Reduktion aus Urantetrachlorid (UCl 4) isoliert Kalium.

Radioaktivität

Schaffung Periodensystem Der russische Chemiker Dmitri Mendelejew konzentrierte sich 1869 auf Uran als das schwerste bekannte Element, das es bis zur Entdeckung von Neptunium im Jahr 1940 blieb. 1896 entdeckte der französische Physiker Henri Becquerel darin das Phänomen der Radioaktivität. Diese Eigenschaft wurde später in vielen anderen Substanzen gefunden. Mittlerweile ist bekannt, dass Uran, das in all seinen Isotopen radioaktiv ist, aus einer Mischung von 238 U (99,27 %, Halbwertszeit – 4.510.000.000 Jahre), 235 U (0,72 %, Halbwertszeit – 713.000.000 Jahre) und 234 U (0,006) besteht %, Halbwertszeit - 247.000 Jahre). Dadurch lässt sich beispielsweise das Alter bestimmen Felsen und Mineralien zur Untersuchung geologischer Prozesse und des Alters der Erde. Dazu messen sie die Bleimenge, die im Endprodukt entsteht radioaktiver Zerfall Uran. In diesem Fall ist 238 U das Ausgangselement und 234 U eines der Produkte. 235 U führt zur Zerfallsreihe von Actinium.

Entdeckung einer Kettenreaktion

Das chemische Element Uran ist seitdem Gegenstand weitverbreiteten Interesses und intensiver Forschung geworden Deutsche Chemiker Otto Hahn und Fritz Strassmann entdeckten Ende 1938 beim Beschuss mit langsamen Neutronen die Kernspaltung darin. Anfang 1939 vermutete der amerikanische Physiker italienischer Herkunft Enrico Fermi, dass sich unter den Produkten der Atomspaltung elementare Teilchen befinden könnten, die zur Bildung fähig sind Kettenreaktion. 1939 bestätigten die amerikanischen Physiker Leo Szilard und Herbert Anderson sowie der französische Chemiker Frederic Joliot-Curie und ihre Kollegen diese Vorhersage. Nachfolgende Studien zeigten, dass bei der Spaltung eines Atoms durchschnittlich 2,5 Neutronen freigesetzt werden. Diese Entdeckungen führten zur ersten sich selbst tragenden Kette Kernreaktion(02.12.1942), zuerst Atombombe(16.07.1945), der erste Einsatz bei militärischen Einsätzen (06.08.1945), das erste Atom-U-Boot (1955) und das erste vollwertige Kernkraftwerk (1957).

Oxidationsstufen

Das chemische Element Uran ist ein stark elektropositives Metall und reagiert mit Wasser. Es löst sich in Säuren, nicht jedoch in Laugen. Wichtige Oxidationsstufen sind +4 (wie in UO 2 -Oxid, Tetrahalogeniden wie UCl 4 und dem grünen Wasserion U4+) und +6 (wie in UO 3 -Oxid, UF 6 -Hexafluorid und dem Uranylion UO 2 2+). In wässriger Lösung ist Uran in der Zusammensetzung des Uranylions am stabilsten lineare Struktur[O = U = O] 2+ . Das Element hat auch die Zustände +3 und +5, diese sind jedoch instabil. Rotes U 3+ oxidiert langsam in Wasser, das keinen Sauerstoff enthält. Die Farbe des UO 2+ -Ions ist unbekannt, da es selbst in sehr verdünnten Lösungen einer Disproportionierung unterliegt (UO 2+ wird sowohl zu U 4+ reduziert als auch zu UO 2 2+ oxidiert).

Kernbrennstoff

Wenn es langsamen Neutronen ausgesetzt wird, kommt es zur Spaltung des Uranatoms in das relativ seltene Isotop 235 U. Dies ist das einzige natürlich vorkommende spaltbare Material und muss vom Isotop 238 U getrennt werden. Nach Absorption und negativem Beta-Zerfall entsteht jedoch Uran -238 wird zum synthetischen Element Plutonium, das unter dem Einfluss langsamer Neutronen gespalten wird. Daher kann natürliches Uran in Konverter- und Brutreaktoren verwendet werden, in denen die Spaltung durch seltenes 235 U unterstützt wird und gleichzeitig Plutonium mit der Transmutation von 238 U erzeugt wird. Das spaltbare 233 U kann aus dem weit verbreiteten, natürlich vorkommenden Isotop Thorium-232 zur Verwendung als Kernbrennstoff synthetisiert werden. Uran ist auch als Ausgangsmaterial für die Gewinnung synthetischer Transurane wichtig.

Andere Verwendungen von Uran

Verbindungen des chemischen Elements wurden früher als Farbstoffe für Keramik verwendet. Hexafluorid (UF 6) ist ein Feststoff mit einem ungewöhnlich hohen Dampfdruck (0,15 atm = 15.300 Pa) bei 25 °C. UF 6 ist chemisch sehr reaktiv, aber trotz seiner korrosiven Natur im Dampfzustand wird UF 6 häufig in Gasdiffusions- und Gaszentrifugenverfahren zur Herstellung von angereichertem Uran verwendet.

Organometallische Verbindungen sind eine interessante und wichtige Gruppe Verbindungen, in denen Metall-Kohlenstoff-Bindungen das Metall mit organischen Gruppen verbinden. Uranocen ist eine Organouranverbindung U(C 8 H 8) 2, in der das Uranatom zwischen zwei Schichten organischer Ringe eingebettet ist, die mit Cyclooctatetraen C 8 H 8 verbunden sind. Seine Entdeckung im Jahr 1968 eröffnete ein neues Gebiet der metallorganischen Chemie.

Als Hilfsmittel wird abgereichertes Natururan verwendet Schutz vor Radioaktivität, Ballast, in panzerbrechenden Granaten und Panzerpanzerungen.

Recycling

Das chemische Element ist zwar sehr dicht (19,1 g/cm3), aber eine relativ schwache, nicht brennbare Substanz. Tatsächlich scheint Uran aufgrund seiner metallischen Eigenschaften irgendwo zwischen Silber und den anderen echten Metallen und Nichtmetallen einzuordnen, sodass es nicht als Strukturmaterial verwendet wird. Der Hauptwert von Uran liegt in den radioaktiven Eigenschaften seiner Isotope und ihrer Fähigkeit zur Spaltung. In der Natur besteht fast das gesamte Metall (99,27 %) aus 238 U. Der Rest besteht aus 235 U (0,72 %) und 234 U (0,006 %). Von diesen natürlichen Isotopen werden nur 235 U direkt durch Neutronenbestrahlung gespalten. Bei der Absorption bildet 238 U jedoch 239 U, das schließlich in 239 Pu zerfällt, ein spaltbares Material mit sehr wichtig für Kernenergie und Atomwaffen. Ein weiteres spaltbares Isotop, 233 U, kann durch Neutronenbestrahlung von 232 Th gebildet werden.

Kristallformen

Die Eigenschaften von Uran führen dazu, dass es auch im Inneren mit Sauerstoff und Stickstoff reagiert normale Bedingungen. Mit mehr hohe Temperaturen Es reagiert mit einer Vielzahl von Legierungsmetallen unter Bildung intermetallischer Verbindungen. Die Bildung fester Lösungen mit anderen Metallen ist aufgrund der besonderen Kristallstrukturen, die von den Atomen des Elements gebildet werden, selten. Zwischen Raumtemperatur und dem Schmelzpunkt von 1132 °C liegt Uranmetall in drei kristallinen Formen vor, die als Alpha (α), Beta (β) und Gamma (γ) bekannt sind. Die Umwandlung vom α- in den β-Zustand erfolgt bei 668 °C und vom β- in den γ-Zustand bei 775 °C. γ-Uran hat eine kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur, während β eine tetragonale Kristallstruktur hat. Die α-Phase besteht aus Atomschichten in einer hochsymmetrischen orthorhombischen Struktur. Diese anisotrope verzerrte Struktur verhindert, dass legierende Metallatome Uranatome ersetzen oder den Raum zwischen ihnen im Kristallgitter besetzen. Es wurde festgestellt, dass nur Molybdän und Niob feste Lösungen bilden.

Erz

Die Erdkruste enthält etwa 2 Teile pro Million Uran, was auf sein weit verbreitetes Vorkommen in der Natur hinweist. Schätzungen zufolge enthalten die Ozeane 4,5 × 10 9 Tonnen dieses chemischen Elements. Uran ist ein wichtiger Bestandteil von mehr als 150 verschiedenen Mineralien und ein untergeordneter Bestandteil von weiteren 50. Zu den primären Mineralien, die in magmatischen hydrothermalen Adern und Pegmatiten vorkommen, gehören Uraninit und seine Variante Pechblende. In diesen Erzen kommt das Element in Form von Dioxid vor, das aufgrund der Oxidation zwischen UO 2 und UO 2,67 liegen kann. Weitere wirtschaftlich bedeutende Produkte aus Uranbergwerken sind Autunit (hydratisiertes Calciumuranylphosphat), Tobernit (hydratisiertes Kupferuranylphosphat), Coffinit (schwarzes hydratisiertes Uransilikat) und Carnotit (hydratisiertes Kaliumuranylvanadat).

Schätzungen zufolge befinden sich mehr als 90 % der bekannten kostengünstigen Uranreserven in Australien, Kasachstan, Kanada, Russland, Südafrika, Niger, Namibia, Brasilien, China, Mongolei und Usbekistan. Große Vorkommen finden sich in den Konglomeratgesteinsformationen des Elliot Lake nördlich des Huronsees in Ontario, Kanada, und in der südafrikanischen Goldmine Witwatersrand. Sandformationen Auch das Colorado Plateau und das Wyoming Basin im Westen der USA enthalten bedeutende Uranreserven.

Produktion

Uranerze kommen sowohl in oberflächennahen als auch in tiefen (300–1200 m) Lagerstätten vor. Unter Tage erreicht die Mächtigkeit des Flözes 30 m. Wie bei Erzen anderer Metalle wird Uran an der Oberfläche mit großen Erdbewegungsgeräten abgebaut, und die Erschließung tiefer Lagerstätten erfolgt mit traditionellen vertikalen und geneigten Methoden Minen. Weltproduktion Das Urankonzentrat belief sich 2013 auf 70.000 Tonnen. Die produktivsten Uranminen befinden sich in Kasachstan (32 % der gesamten Produktion), Kanada, Australien, Niger, Namibia, Usbekistan und Russland.

Uranerze umfassen in der Regel nur eine kleine Menge uranhaltige Mineralien und können nicht durch direkte pyrometallurgische Methoden geschmolzen werden. Stattdessen müssen hydrometallurgische Verfahren zur Gewinnung und Reinigung des Urans eingesetzt werden. Durch die Erhöhung der Konzentration wird die Belastung der Verarbeitungskreisläufe erheblich reduziert, aber keine der herkömmlichen Aufbereitungsmethoden, die üblicherweise für die Mineralverarbeitung verwendet werden, wie Schwerkraft, Flotation, elektrostatische und sogar manuelle Sortierung, sind anwendbar. Mit wenigen Ausnahmen führen diese Methoden zu erheblichen Uranverlusten.

Verbrennung

Der hydrometallurgischen Verarbeitung von Uranerzen geht häufig eine Hochtemperatur-Kalzinierungsstufe voraus. Durch das Brennen wird der Ton entwässert, kohlenstoffhaltige Materialien entfernt, Schwefelverbindungen zu harmlosen Sulfaten oxidiert und alle anderen Reduktionsmittel oxidiert, die die nachfolgende Verarbeitung beeinträchtigen könnten.

Auslaugen

Uran wird aus gerösteten Erzen sowohl durch saure als auch alkalische wässrige Lösungen gewonnen. Damit alle Laugungssysteme erfolgreich funktionieren, muss das chemische Element entweder zunächst in der stabileren sechswertigen Form vorliegen oder während der Verarbeitung in diesen Zustand oxidiert werden.

Die Säurelaugung erfolgt üblicherweise durch 4-48-stündiges Rühren einer Mischung aus Erz und Auslaugmittel Umfeld. Außer in besonderen Fällen wird Schwefelsäure verwendet. Es wird in ausreichenden Mengen zugeführt, um die Endlauge mit einem pH-Wert von 1,5 zu erhalten. Bei Schwefelsäurelaugungssystemen wird typischerweise entweder Mangandioxid oder Chlorat verwendet, um vierwertiges U4+ zu sechswertigem Uranyl (UO22+) zu oxidieren. Typischerweise reichen für die U 4+ -Oxidation etwa 5 kg Mangandioxid oder 1,5 kg Natriumchlorat pro Tonne aus. In beiden Fällen reagiert oxidiertes Uran mit Schwefelsäure unter Bildung des Uranylsulfat-Komplexanions 4-.

Erz, das erhebliche Mengen an essentiellen Mineralien wie Calcit oder Dolomit enthält, wird mit einer 0,5-1 molaren Natriumcarbonatlösung ausgelaugt. Obwohl verschiedene Reagenzien untersucht und getestet wurden, ist Sauerstoff das Hauptoxidationsmittel für Uran. Typischerweise wird Erz an der Luft ausgelaugt Luftdruck und bei einer Temperatur von 75-80 °C für einen Zeitraum, der von der jeweiligen Situation abhängt chemische Zusammensetzung. Alkali reagiert mit Uran unter Bildung des leicht löslichen Komplexions 4-.

Lösungen, die durch Säure- oder Carbonatauslaugung entstehen, müssen vor der Weiterverarbeitung geklärt werden. Eine großflächige Trennung von Ton und anderen Erzschlämmen wird durch den Einsatz wirksamer Flockungsmittel erreicht, darunter Polyacrylamide, Guarkernmehl und tierischer Leim.

Extraktion

Die 4- und 4-Komplexionen können aus ihren jeweiligen Ionenaustauschharz-Auslaugungslösungen sorbiert werden. Diese Spezialharze zeichnen sich durch ihre Sorptions- und Elutionskinetik, Partikelgröße, Stabilität und hydraulischen Eigenschaften aus und können in einer Vielzahl von Verarbeitungstechnologien eingesetzt werden, wie z. B. Festbett-, Bewegtbett-, Korbharz- und kontinuierliche Harze. Typischerweise werden Lösungen aus Natriumchlorid und Ammoniak oder Nitraten verwendet, um sorbiertes Uran zu eluieren.

Uran kann durch Lösungsmittelextraktion aus sauren Erzlösungen isoliert werden. In der Industrie werden Alkylphosphorsäuren sowie sekundäre und tertiäre Alkylamine eingesetzt. Im Allgemeinen wird die Lösungsmittelextraktion bei Säurefiltraten mit mehr als 1 g/L Uran den Ionenaustauschmethoden vorgezogen. Diese Methode ist jedoch nicht auf die Karbonatauslaugung anwendbar.

Anschließend wird das Uran durch Auflösen in Salpetersäure zu Uranylnitrat gereinigt, extrahiert, kristallisiert und zu UO 3 -Trioxid kalziniert. Reduziertes Dioxid UO2 reagiert mit Fluorwasserstoff zu Thetafluorid UF4, aus dem bei einer Temperatur von 1300 °C Uranmetall durch Magnesium oder Calcium reduziert wird.

Tetrafluorid kann bei 350 °C fluoriert werden, um UF 6 -Hexafluorid zu bilden, das zur Abtrennung von angereichertem Uran-235 durch Gasdiffusion, Gaszentrifugation oder flüssige Thermodiffusion verwendet wird.

Die erkundeten russischen Uranreserven werden auf 615.000 Tonnen geschätzt, die prognostizierten Ressourcen auf 830.000 Tonnen (2005). Leider liegen viele davon in schwer zugänglichen Regionen. Die größte unter ihnen ist die Elkon-Lagerstätte im Süden Jakutiens. Ihre Reserven werden auf 344.000 Tonnen geschätzt. Etwa 150.000 Tonnen sind die Reserven einer anderen Lagerstätte, die als Streltsovskoe-Erzfeld in der Region Tschita bekannt ist. 70.000 Tonnen
Ab 1999 berücksichtigte die staatliche Bilanz der Uranreserven in Russland die Reserven von 16 Lagerstätten, von denen 15 in einem Gebiet – Streltsovsky in Transbaikalien (Region Tschita) – konzentriert sind und für die Abbaumethode geeignet sind.

Die offene (Karriere-)Methode wird in Russland derzeit nicht angewendet. Die Abbaumethode wird bei Uranlagerstätten in der Region Tschita eingesetzt. Die In-situ-Laugungstechnologie wird häufiger eingesetzt. Abgebaute uranhaltige Erze und Lösungen werden vor Ort zu Urankonzentraten verarbeitet. Das resultierende Produkt wird an gesendet weitere Bearbeitung im JSC Chepetsk Mechanical Plant.

In Russland wurde Uranerz von der TVEL Corporation abgebaut, zu der drei Tochtergesellschaften gehören: die Priargun Mining and Chemical Association in der Stadt Krasnokamensk, Region Tschita (3.000 t/Jahr), JSC Dalur in der Region Kurgan und JSC Khiagda in Burjatien (Kapazität von jeweils 1.000 Tonnen Uran pro Jahr).

In der Region Tschita wurden die Uranlagerstätten Argunskoje, Scherlowoje und Berjosowoje entdeckt. Reserven: Kategorie C2 - 3,05 Millionen Tonnen Erz und 3481 Tonnen Uran mit einem durchschnittlichen Urangehalt im Erz von 0,114 %, die prognostizierten Uranressourcen der Gornoye-Lagerstätte in Kategorie C1 betragen 394 Tausend Tonnen Erz und 1087 Tonnen Uran Kategorie C2 – 1,77 Millionen Tonnen Erz und 4226 Tonnen Uran. Die prognostizierten Ressourcen der Lagerstätte der Kategorie P1 betragen 4800 Tonnen Uran. Die Reserven der Olovskoye-Lagerstätte in der Kategorie B+C1 belaufen sich auf 14,61 Millionen Tonnen Erz und 11.898 Tonnen Uran.

Das in der Region Tschita (Transbaikalien) gelegene Erzfeld Streltsovskoye umfasst mehr als ein Dutzend Uran- (und Molybdän-)Lagerstätten, die für Bergbau- und Steinbruchabbaumethoden geeignet sind. Davon verfügen die größten – Streltsovskoye und Tulendevskoye – über Reserven von 60 bzw. 35.000 Tonnen. Derzeit erfolgt der Abbau im Schachtverfahren an fünf Lagerstätten mithilfe von zwei Minen, was 93 % der russischen Uranproduktion (2005) liefert. So werden in der Nähe der Stadt Krasnokamensk (460 km südöstlich von Tschita) 93 % des russischen Urans abgebaut. Der Abbau erfolgt nach der Minenmethode (früher wurde auch die Steinbruchmethode verwendet) durch die Priargunsky Production Mining and Chemical Association (PPMCU).

Der Rest des russischen Urans wird durch unterirdische Auslaugung von JSC Dalur und JSC Khiagda in der Region Kurgan bzw. Burjatien abgebaut. Das resultierende Urankonzentrat und die uranhaltigen Erze werden im mechanischen Werk Tschepetsk verarbeitet.

Trans-Ural ist eine Region, die drei Lagerstätten umfasst: Dolmatovskoye, Dobrowolskoye und Khokhlovskoye mit Gesamtreserven von etwa 17.000 Tonnen. Der Urangehalt im Erz beträgt 0,06 %. Alle Lagerstätten sind in Paläovälern mit einer Tiefe von 350–560 m und eher durchschnittlichen geotechnologischen Indikatoren konzentriert. Die Gewinnung wird von Dalur CJSC (Region Kurgan) mit einer Produktivität von 1000 t/Jahr durchgeführt, die Gewinnungsmethode ist die unterirdische Bohrlochlaugung.

In der Uranlagerstätte Khiagdinskoye in Burjatien wird Uran mittels unterirdischer Bohrungen ausgelaugt. Die Produktion erfolgt durch JSC Khiagda. Das Produktionsvolumen beträgt 1,5 Tausend Tonnen Urankonzentrat pro Jahr. Die prognostizierten Reserven der Lagerstätte werden auf 100.000 Tonnen geschätzt, die erkundeten Reserven auf 40.000 Tonnen (die erwartete Lebensdauer der Mine beträgt 50 Jahre). Der Urangehalt in 1 Kubikmeter angereichertem Erz erreicht 100 mg. Die Kosten für 1 kg angereichertes Erz schwanken um die 20 Dollar. Dies ist 2-mal niedriger als im Hauptteil Uranmine Russland in Krasnokamensk, Region Tschita.

Die gesamten Uranvorkommen in der Region Elkon in Jakutien belaufen sich auf 346.000 Tonnen und gehören damit zu den größten der Welt. Quantitativ übersteigt dies alle Bilanzreserven des Landes, kann aber aufgrund der gewöhnlichen Qualität der Erze nur dann rentabel werden, wenn hoher Preis zu Uran. Seitdem wurde ein Projekt zur Erschließung dieser Lagerstätten vorbereitet. Die erwartete Produktivität der Mine im Jahr 2020 beträgt 15.000 Tonnen Uran pro Jahr.

Die größte bekannte potenzielle Uran-Rohstoffquelle, die Aldan-Lagerstätte, eignet sich nur für die Erschließung durch Bergbau. Laut Geologen ist die Entwicklung der Uranerzregion Vitimsky vielversprechender.
Bezirk Vitimsky (Sibirien) mit nachgewiesenen Reserven von 60.000 Tonnen mit einer Urankonzentration von 0,054 % im Erz mit begleitendem Scandium, Seltenerdelementen und Lanthaniden;). Vitimsky Erzbezirk – umfasst 5 Lagerstätten, deren Gesamtreserven auf 75.000 Tonnen geschätzt werden. Die größten sind: Khiagdinskoye und Tetrakhskoye. Beide Objekte sind in Paläovälern lokalisiert, die für die unterirdische Auslaugung geeignet sind. Ihre Besonderheit ist ihre Lage in der Zone Permafrost unter einer dicken (100-150 m) Basaltdecke. Da dies in Russland das schwierigste Gebiet für die Erschließung von Lagerstätten ist, beträgt die Produktion hier 100 t/Jahr. Die Kostenkategorie für Uran aus diesen Objekten beträgt 34-52 Dollar.

Westsibirische Region (Lagerstätte Malinovskoye mit Reserven von 200.000 Tonnen Uran). Westsibirische Region – umfasst 8 kleine Lagerstätten, die für die IW-Methode geeignet sind und sich ebenfalls in Palästälern befinden, mit Gesamtreserven von etwa 10.000 Tonnen. Die am besten untersuchte davon ist die Malinovskoye-Lagerstätte, wo derzeit ein 2-Bohrloch-Experiment mit IW-Uran durchgeführt wird durchgeführt . Das Lagerstättengebiet ist etwas einfacher zu erschließen als das Vitimsky-Gebiet, aber bis 2010 wird die tatsächliche Produktion 100-150 t/Jahr betragen. Die Kosten für Uran aus diesen Objekten liegen bei 13 bis 20 Dollar. US pro Pfund U3O8. Fernöstliches Erzlagergebiet, gelegen in Küstenzone Das Ochotskische Meer ist noch nicht ausreichend erforscht.

Zu den vielversprechenden Regionen gehört die Onega-Region (Karelien), wo Reserven an Vanadiumerz mit Uran, Gold und Platin entdeckt wurden. Nevskgeologiya führte die Erkundung einer Uranlagerstätte (Mittleres Padma) im Gebiet des Ladogasees in der Nähe des Dorfes Salmi (Bezirk Medvezhyegorsky) durch. Die Uranerzreserven können hier 40.000 Tonnen erreichen. Die Lagerstätte wird nicht erschlossen, was hauptsächlich auf den Mangel an Technologie zur Verarbeitung dieser Art von Erz zurückzuführen ist. Im Jahr 2005 belief sich das bestehende Defizit an Uran in Russland für den Eigenbedarf auf 5.000 Tonnen pro Jahr und wächst ständig. Die Situation verschärfte sich mit Beginn der Atomreform, als beschlossen wurde, aktiv neue Kernkraftwerke in Russland zu bauen, um den Anteil der Kernenergie an der Stromerzeugung auf 25-30 % zu erhöhen. Im Jahr 2004 wurden 32.000 Tonnen Uran bei einem Bedarf von 9.900 Tonnen produziert (der Rest wurde durch Lieferungen aus Lagerhäusern gedeckt – Abbau von militärischem Uran).

Rosatom erkannte die Bedrohung durch die Brennstoffkrise und gründete 2006 die OJSC Uranium Mining Company, UGRK, mit dem Ziel, alte russische Kernkraftwerke langfristig und zuverlässig mit Uran-Rohstoffen zu versorgen (unter Berücksichtigung der Tatsache, dass ihre Betriebsdauer verlängert wurde). 60 Jahre), im Bau befindliche russische Kernkraftwerke sowie von Russland im Ausland gebaute und im Bau befindliche Kernkraftwerke (im Jahr 2006 wurde ein Sechstel der weltweiten Kernkraftwerke mit russischem Brennstoff betrieben). Neue Firma wurde von zwei von Minatom kontrollierten Strukturen gegründet: TVEL Corporation und JSC Techsnabexport. UGRK erwartet, die Uranproduktion bis 2020 auf 28,63 Tausend Tonnen zu steigern. Gleichzeitig wird die Produktion in Russland selbst 18.000 Tonnen betragen: bei der Priargun Mining and Chemical Association 5.000 Tonnen, bei JSC Khiagda - 2.000 Tonnen, bei CJSC Dalur - 1.000 Tonnen, bei der Elkon-Lagerstätte in Jakutien - 5 Tausend . Tonnen, auf einer Reihe neuer Felder in der Region Tschita und Burjatien - 2 Tausend Tonnen. Weitere 3.000 Tonnen sollen in neuen Betrieben abgebaut werden, für die bisher nur prognostizierte Uranreserven bekannt sind. Darüber hinaus geht das Unternehmen davon aus, bis 2020 aus zwei bereits etablierten Joint Ventures in Kasachstan rund 5.000 Tonnen Uran zu produzieren. Auch die Möglichkeit der Gründung eines Joint Ventures für den Uranbergbau in der Ukraine und der Mongolei wird diskutiert. Wir sprechen über das ukrainische Novokonstantinovskoye-Feld und das mongolische Erdes-Feld. Das Unternehmen geht außerdem davon aus, zwei weitere Joint Ventures für den Uranabbau in Nordkasachstan zu gründen – in den Lagerstätten Semizbay und Kasachinnoye. Das von Joint Ventures im Ausland geförderte Uran wird – nach Anreicherung in russischen Separationsanlagen, beispielsweise in den Urangebieten – hergestellt Internationales Zentrum zur Bereicherung in Angarsk - für den Export gehen.