Добыча природного урана

Уран широко распространен в природе. Значительные его количества обнаружены во многих горных породах и в океанах. Средняя концентрация урана в земной коре~4·10-6 г/г породы.

Химически уран очень активный металл. Быстро окисляясь на воздухе, он покрывается радужной пленкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150-175°C, образуя U3O8. При 1000°C уран соединяется с азотом, образуя желтый нитрид урана. Вода способна разъедать металл: медленно при низкой температуре, и быстро при высокой.

Добыча природного урана

Уран растворяется в соляной, азотной и других кислотах, образуя четырехвалентные соли, но не взаимодействует с щелочами. Уран вытесняет водород из неорганических кислот и солевых растворов таких металлов как ртуть, серебро, медь, олово, платина и золото. При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться.

Среднее содержание урана в промышленной руде составляет~0,22% U3O8. При столь малой концентрации для извлечения 1 т урана требуется добыть и переработать~1000 т рудной массы, предварительно освобожденной от пустой породы, т.е. после обогащения руды.

Переработка урановой руды

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.

Переработка урановой руды

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.

Переработка урановой руды

Самой современной технологией извлечения урана из руды (до 90–95%) является гидрометаллургическая, которая требует превращения руды путем дробления и помола в рудную муку (порошкообразное состояние). Извлечение урановых оксидов из мелкоразмолотой руды связано с расходом больших количеств воды и химических реагентов. В зависимости от химического и минералогического состава руд для выщелачивания применяются кислотные или щелочные реагенты – серная, азотная, фтористоводородная кислоты или карбонаты щелочных элементов. В случае использования кислотного раствора предпочтительными являются методы селективной экстракции или ионного обмена.

Схема основных стадий переработки урановой руды

1 – дробление и измельчение;

2 – выщелачивание;

3 – селективное выделение урана из растворов и пульп;

4, 7 – селективная экстракция;

5 – десорбция;

6 – промывка водой;

8 – осаждение, сушка и упаковка

Переработка урановой руды

Поступающая с рудников руда измельчается до состояния мелкого песка. При мокром измельчении получаемая суспензия подается

вконтур выщелачивания, куда добавляется кислота. Для многих руд необходимо добавлять окислитель, чтобы перевести уран

вшестивалентное состояние, соединения которого имеют высокую растворимость. После выщелачивания производят разделение жидкой и твердой фаз.

Переработка урановой руды

Уран извлекают из раствора методом селективной экстракции или ионного обмена. Уран осаждается, обезвоживается и высушивается, упаковывается и отправляется на металлургический завод для получения чистого урана или его соединений

Концентраты природного урана подвергаются тонкой очистке от примесей. Для этого урановые концентраты растворяют в азотной кислоте. При этом закись-оксид урана переводится в уранилнитрат.

Технологическая схема гидрометаллургического завода фирмы «Конвиста юрениум

Аффинаж

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.).