Министерство науки и образования РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский томский политехнический университет»

Институт природных ресурсов

Кафедра Геоэкологии и геохимии

«Техногенные источники минерального сырья, формирующиеся на предприятиях ядерно-топливного цикла»

Выполнил: студенты гр.2690 Романова Н.П.

Проверил: старший преподаватель Азарова С.В.

Томск 2013

Содержание

Введение 3

1.Стадии ядерно-топливного цикла 4

2.Вторичные ресурсы 7

2.1 Уран из отработавшего топлива 8

2.2 Разбавление ВОУ 8

2.3 Уран за счёт обогащения «хвостов» 9

Заключение 12

Список использованных источников 13

Введение

Использование атомной энергии требует использования различных предприятий. Каждый из этих объектов представляет опасность. Это и радиоактивная пыль в шахтах по добыче урана, потенциальные и фактические радиационные проблемы даже при нормальной эксплуатации предприятий, и несчастные случаи как с персоналом, обслуживающим ядерные установки, так и с людьми, живущими поблизости, заканчивая возможным загрязнением грунтовой воды в хранилища для радиоактивных отходов.

После использования уранового топлива на атомной электростанции и его выдержки в бассейне есть два возможных способа переработки ОЯТ (отработавшего ядерного топлива). Первый способ - прямое захоронение, второй - подвергнуть переработке: отделить уран от плутония в ОЯТ, изготовить новые топливные элементы с этим материалом и повторно использовать в ядерном реакторе.

Обогащение приводит к появлению большого количества обедненного урана. Каждое предприятие по обогащению производит несколько тысяч тонн этого материала в год. По экономическим причинам этот материал не используется. Может быть, что малая часть будет использована (вне ядерного топливного цикла), а от остального нужно будет избавиться полностью.

1. Стадии ядерно-топливного цикла

Начальная стадия ЯТЦ включает добычу урановой руды, её переработку и получение концентрата, очистку, конверсию, обогащение топлива и изготовление тепловыделяющих элементов (твэлов) (рис. 1) [1].

Рисунок 1 Схема ядерно-топливного цикла [1]

Разработка урановых месторождений ведется открытым методом (карьеры), подземным методом (шахты) и методом подземного выщелачивания. Выбор метода добычи зависит от геологических условий местности и концентрации урана в руде. При открытой добыче карьеры отчуждают значительную часть земель. При использовании метода подземного выщелачивания руда подвергается химической обработке (растворению в серной кислоте) под землей в урановом пласте. Шахтным способом и методом подземного выщелачивания сейчас добывается более половины урановой руды [2].

Отвалы образуются в открытой шахте, например, когда тоннели проложены через безрудные зоны или концентрация урана в руде слишком низкая. Отвалы часто содержат повышенные концентрации радионуклидов по сравнению с нормальной породой. Такой материал продолжает угрожать людям и окружающей среде и после закрытия шахты, так как он источает газ радон и радиоактивную воду.

Извлеченная из земли урановая руда содержит рудные минералы и пустую породу. Дальнейшая задача состоит в том, чтобы руду переработать: отделить полезные минералы от пустой породы и получить химические концентраты урана. Обязательные стадии при получении урановых химических концентратов – дробление и измельчение исходной руды (перевод урана из руды в раствор), селективное выделение урана из растворов. Очень часто перед выщелачиванием руду обогащают - различными физическими методами увеличивают содержание урана. Наиболее часто применяются три метода обогащения руды: радиометрический, основанный на основе радиоактивности урана и продуктов его распада, гравитационный, использующий разницу плотностей минералов урана (6,5-10,5г/см3) и минералов пустой породы (2,5-2,7 г/см3), и флотационный, основанный на различии в смачиваемости минералов.  При добыче руд с содержанием урана, например 0,1%, для получения 1т U3O8 необходимо извлечь из недр примерно 1000т руды, не считая колоссального количества пустой породы от вскрытых и проходческих выемок. Такую огромную массу руды лучше всего переработать и обогатить ураном в непосредственной близости от рудника. Это позволит уменьшить загрузку транспорта и существенно снизить транспортные расходы. Поэтому обычно гидрометаллургические заводы (процессы выщелачивания и последующего селективного извлечения металлов из растворов называются гидрометаллургическими процессами), располагаются в непосредственной близости с открытыми карьерами. 

На всех этапах переработки урановых руд проходит определённая очистка урана от примесей. Однако полной очистки получаемых химических концентратов достичь не удается. 

Некоторые концентраты содержат всего 60-80 %, другие 95-96 % U3O8, а остальное - различные примеси. Такой уран не пригоден в качестве ядерного топлива, поэтому обязательна следующая стадия ядерного топливного цикла – аффинаж, в котором завершается очистка соединений урана от примесей и, особенно, от элементов, обладающих большим сечением захвата нейтронов (гафний, бор, кадмий, европий, гадолиний, самарий и т.д.) [3].

Методы аффинажа урана разнообразны. Наибольшее распространение получили следующие способы очистки: 

• пероксидный (выделение пероксида урана UO4•H2O из раствора уранилнитрата UO2(NO3)2 под действием пергидроля H2O2); 

• карбонатный (добавляют бикарбонат аммония NH4HCO3 ,уран осаждают в виде очень устойчивого комплексного соединения – уранилтрикарбоната аммония); 

• экстракционный растворителями (урановая руда удаляется из щелока от выщелачивания подкисленной породы при помощи смеси растворителей). 

Прокаливание полученных при аффинаже осадков урановых солей позволяет получить чистые оксиды урана. Важнейшие промежуточные продукты уранового производств – UO3, U3O8. 

Современная ядерная энергетика с реакторами на тепловых нейтронах, базируется на слабообогащенном (2—5%) 235U урановом топливе. В реакторах на быстрых нейтронах, а также в исследовательских и транспортных реакторах используется уран с более высоким содержанием 235U (до 93%). Следовательно, прежде чем изготавливать топливо природный уран, содержащий только 0,72% 235U, необходимо обогатить – разделить изотопы 235U и 238U. Химические реакции слишком малочувствительны к атомной массе реагирующих элементов. Поэтому они не могут быть использованы для обогащения урана; необходимы физические методы разделения изотопов. 

Основные используемые методы разделения изотопов:  • Электромагнитное разделение.  • Газовая диффузия.  • Жидкостная термодиффузия.  • Газовое центрифугирование.  • Аэродинамическая сепарация.  • AVLIS (atomic vapor laser isotope separation) - испарение с использованием лазера.  • Химическое обогащение.  • Дистилляция.  • Электролиз [3].