1.4.3.4. Уранові руди
Уранові руди – це корисні копалини, які видобуваються і переробляються з метою виділення ядерного матеріалу. Залежно від складу корисних компонентів розрізняють власне уранові, урано-поліметалеві, мідно-уранові, золото-уранові та інші руди. Основні мінерали, що містять уран: ураніт, слюдки, карнотит, бранерит, тюямуніт. Іноді уранові сполуки концентруються у вугіллі викопному, лігнітах, фосфоритах тощо. Розрізняють первинні, окислені і змішані уранові руди. Надто багаті руди містять більше 0,3% U, багаті – 0,1–0,3%, рядові – 0,05–0,1%, бідні – 03–0,05%. Світові запаси урану становлять біля 2,3 млн. т. Родовища уранових руд є в США (Колорадське плато), ПАР, Канаді, Конго, Німеччині, Казахстані, Росії, Австралії, Бразилії, Франції, Індії, Японії та інших країнах.
Добування урану, як і інших твердих корисних копалин, полягає у вилученні основного мінералу із масивних гірських порід для подальшої його переробки, перш за все, збагачення руди. Радіоактивна руда може добуватися усіма відомими в гірськорудній практиці способами: відкритим, підземним, комбінованим, а також за допомогою підземного вилуговування, чи вилуговування із золи урановмісних вуглів чи горючих сланців.
235U – це єдиний природний ізотоп, що має здатність розщеплюватися і слугує основою для всіх атомних технологій. Природний уран містить в середньому 99,28% ізотопу 238U, 0,7% – 235U (ядра якого мають здатність до спонтанного ділення) і 0,0058% – 234U. Всі інші ізотопи урану від 226U до 242U отримують штучно. Повний поділ 235U призводить до виділення „теплового енергетичного еквіваленту” 2∙107 кВт∙год/кг. Поділ 235U можна використати не тільки для отримання великої кількості енергії, а також і для синтезу інших важливих актиноїдних елементів. Уран природного ізотопного складу можна використати в ядерних реакторах для виробництва нейтронів, що утворюються при діленні 235U. Надлишкові нейтрони, не задіяні ланцюговою реакцією, можуть захоплюватися іншим природним ізотопом, що приводить до отримання плутонію:
235 U + n → продукти розпаду + енергія + 2,5 нейтрони
(приблизно 34 різних елементи)
При бомбардуванні 238 U швидкими нейтронами відбувається наступна реакція:
хв. років доби
Згідно цієї схеми, розповсюджений ізотоп 238U може перетворюватися в 239Pu, який, подібно до 235U, також здатний ділитися під дією повільних нейтронів.
Для того щоб підтримувати ланцюгову реакцію в стандартному атомному реакторі, концентрацію 235U потрібно довести до 5%, а в атомній бомбі – не менше ніж до 20%.
Нині видобуток урану з родовищ планети забезпечує лише 60% потреб АЕС світу. Дефіцит виробництва урану покривається переважно зі складських запасів. За прогнозами МАГАТЕ та Світової ядерної асоціації (WNA), світові потреби в урані неухильно зростатимуть: від 62000 тонн у 2000 році до 75000 тонн у 2020 році.
За підтвердженими запасами урану і його ресурсами Україна займає 1-е місце в Європі. Росія також має значні запаси урану, але її родовища знаходяться на Євразійському континенті. Україна, за закордонними оцінками, має 1,8% підтверджених світових запасів урану, що складає 45,6 тис. т. Руди виявлені в межах Українського щита. Держбалансом запасів корисних копалин враховано 17 родовищ (у Кіровоградській області – 14, Миколаївській – 2, Дніпропетровській – 1). Уранові руди приурочені до протерозойських натрієвих метасоматитів, розвинених в Кіровоградському ураноносному районі УЩ. За вмістом урану (0,1–0,2 %) ці руди відносять до бідних і рядових. Дослідження останніх років дозволяють прогнозувати наявність аналогічних родовищ в центральній частині Українського щита. В результаті аналізу й переоцінювання накопиченої геолого-геофізичної інформації окреслено досить значні перспективи пошуку на території України нових типів родовищ, багатих на уранові руди.
Перше родовище урану (Мічурінське) було відкрите в 1964 році. Усі виявлені родовища України за наявними запасами урану відносяться до великих. Розвіданих запасів уранової руди вистачить для виробництва ядерного палива з урахуванням існуючої кількості блоків АЕС на 150 років. Український уран після очищення містить тільки 0,7% 235U, тоді як атомні реактори вітчизняних АЕС потребують його не менше 4%.
Процес збагачення урану являє собою підвищення концентрації ізотопу 235U. Для цього спочатку необхідно розділити ізотопи. Всі існуючі способи розділення базуються на незначній різниці маси ізотопу 235U і ізотопу 238U. Самим простим, проте не особливо ефективним способом збагачення вважається електромагнітний. При цьому іонізовані атоми урану проходять біля сильних магнітів. Більш легкі атоми 235U сепаруються і накопичуються в колекторах. Проте найбільш розповсюдженими способами збагачення вважаються газові. Так, один із них базується на дифузії газоподібного гексафториду урану (UF6) через пористі фільтри, які зроблені з нікелю чи алюмінію. Більш легкі молекули 235U в газовій суміші UF6 швидше проходять крізь фільтр. При тисячократному повторенні досягається потрібна концентрація 235U. При іншому варіанті газового способу за допомогою центрифуг газова суміш гексафосфату урану потрапляє в циліндр, що швидко обертається, де за допомогою центробіжних сил більш важкі молекули 238U відтискаються до стінок, а більш легкі молекули 235U відсмоктуються із центру. Процедуру повторюють декілька сот разів, щоб досягти потрібної концентрації 235U. Серед інших методів слід відзначити хімічний (користується Франція, Японія), випарювання лазером (Франція, США, Південна Корея) і аеродинамічний (ПАР, Німеччина, Бразилія).
В Україні відсутній замкнений цикл з виробництва ядерного палива. Єдиним підприємством України з видобування уранової руди та виробництва концентрату природного урану є Східний гірничозбагачувальний комбінат (м. Жовті Води, Дніпропетровська обл.). Переробка урану здійснюється до стадії „окис-закис”. Збагачені концентрати для подальшої переробки по збагаченню на 235U переправляються в Росію.
Майбутнє комбінату та урановидобувної галузі України в цілому пов'язано з введенням у промислову експлуатацію Новокостянтинівського уранового родовища. За запасами руди спеціалісти відносять це родовище до першої двадцятки світових уранових родовищ, проектний термін його експлуатації оцінюється в 50 років.