Ресурсная база урана в мире и в России

Введение

Актуальность работы. До начала расщепления урана и использованию атомной энергии в военных и мирных целях месторождения урана не привлекали к себе особого внимания. Крупные месторождения урана в Канаде и в Бельгийском Конго в конце XIX — начале ХХ века. полностью обеспечивали мировые потребности в совете, а уран добывался попутно с радием, не имел достаточных сфер использования. Значение радиоактивных руд как огромного источника энергии, которое даст человечеству возможность "строить свою жизнь, как оно захочет", в начале ХХ в. неоднократно подчеркивал один из основоположников геохимии урана Владимир Иванович Вернадский. В 1909 г. он впервые со всей ясностью поставил вопрос в своем выступлении в Российской академии наук. В этом докладе он также впервые отметил особую важность исследований геологии и геохимии радиоактивных элементов. Позже великий ученый неоднократно возвращался к теме урана в своих научных работах, публичных выступлениях и в организаторской деятельности.
Интерес к руд урана усилилось в 40-х годах ХХ века, когда в мире осознали, что уран необходим для военных, в частности для создания атомного оружия, а позже и для мирных целей. Это обстоятельство побудило физиков, химиков и специалистов различных направлений геологической науки всесторонне исследовать свойства урана и особенности его поведения в природе, то есть изучать геохимии этого элемента. И в Советском Союзе, и в других странах были организованы масштабные поиски урановых руд.
Объект исследования: Ресурсная база урана
Предмет исследования: геологическая разведка урана.
Цель работы: рассмотреть ресурсная база урана в мире и в России.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:
- рассмотреть общие сведения об уране;
- привести ресурсную базу урана в мире;
- проанализировать ресурсную базу урана в России.
1. Общие сведения об уране
Уран как химический элемент в 1789 г. открыл немецкий химик Мартин Клапрот. Нейтрализуя щелочью холодный раствор саксонской смоляной руды (урановой смолки) в царской водке, ученый получил желтый оксид и восстановил его до металлоподобного вещества. Обнаружен химический элемент он назвал в честь самой далекой из известных на то время планет. Однако впоследствии выяснилось, что вещество, выделенное Клапротом, является не элементом, а диоксидом. Металлический уран впервые получил французский химик Эжен Пелиго в 1841 г. В 1896 г. Антуан Беккерель установил радиоактивное излучение в солях урана, а в 1898 г. супруги Кюри выделили Радий из урановой смолки Яхимовского месторождения. В 1914 г. химик Билли изобрел способ получения металлического урана восстановлением хлорида урана (IV) с помощью натрия. Добыча радия в промышленных количествах началась в 1906 г. из руд месторождения в Яхимове, и к началу 1932 г. из них было получено 39 г радия. Цены на радий стремительно выросли с 5 тыс. золотых рублей за 1 грамм в 1902 г. до 100 тыс. золотых рублей в 1905 г., что стимулировало поиски и добыча урановых руд во всех странах мира. В 1938 г. цена на радий стабилизировалась на уровне 30 тыс. долларов США за 1 грамм. К 1940 г. из месторождений Канады, Бельгийского Конго, США, Австралии, Португалии было получено около 1 кг радуюсь, а следовательно, добыто около 4 тыс. тонн урана [1]. В геохимии урана можно выделить ряд особенностей, которые определяются его положением в периодической системе Менделеева и зависит от строения как ядра атома урана, так и его внешних электронных оболочек. Уран является самым тяжелым из всех достаточно распространенных в литосфере химических элементов. Его порядковый номер 92, атомная масса — 238,07. Как и всем химическим элементам периодической системы, начиная с полония, урану присуща радиоактивность. Уран - литофильный элемент. Его литофильные свойства проявляются в тесном сродстве к кислороду и отсутствии в природе его сернистых и мышьяковистых соединений. Поэтому в естественных условиях он случается лишь в виде оксидных соединений четырехи шестивалентного урана. В природе известно всего три его изотопы с различным периодом полураспада: 238U (4,5 млрд лет); 235U (713 млн. лет); 234U (247 тыс. лет). Самым распространенным является 238U, или, как его еще называли — уран один, с изотопною распространенности 99,2745 %. В отличие от него, в 235U (актиноуран) возможна само поддерживаемая цепная ядерная реакция, поэтому этот изотоп используют как топливо в атомных реакторах и в разработке ядерного оружия. Изотоп 234U является не первичным, а радиогенным, он входит в состав радиоактивного ряда 238U. Вследствие радиоактивного распада изотопов урана выделяется огромное количество энергии превращается в тепловую и играет значительную роль в геотермици Земли. Промежуточными продуктами распада являются торий, радий, радон, поэтому эти элементы — постоянные геохимические спутники урана в природе. Конечным продуктом распада урана является свинец. Металлический уран обладает слабыми парамагнитными свойствами, что подтверждает его литофильный характер. Это химически активный металл, быстро окисляется на воздухе с образованием оксидной пленки, в порошкообразном состоянии способен самовозгораться. В природе уран чаще всего встречается в виде оксида U308, который легко растворяется в смеси карбоната натрия и гидрокарбоната, чем пользуются при очистке от сопутствующих примесей. Оксидов урана известно много, важнейшим для использования в ядерной энергетике является U02. Уран и его соединения радиационно и химически токсичные. Кларк урана в литосфере за Виноградовым равна 2,5·10-4 % масс. (2,5 г/т), этот элемент занимает 54-е место по распространенности. Некоторые исследователи считают, что среднее содержание его в земной коре имеет такой же порядок, что и ртуть, мышьяк, вольфрам, олово, и составляет около 4 г/т. Вместе с тем геохимики обнаружили отличные от других элементов условия его миграции в природе. Установлено, что месторождения урана встречаются реже, чем других металлов с таким или даже ниже кларком, поскольку значительная часть урана находится в состоянии геохимического рассеяния, то есть уран вынужден «приспосабливаться» к той геохимической ситуации, которая создается главными элементами: кислородом, серой, железом, натрием, хлором и др. Высокое родство урана к кислороду и способность легко образовывать комплексные соединения с карбонатами, фосфатами и сульфатами объясняют его высокую подвижность в приповерхностных слоях нашей планеты, широкое участие в магматических и метаморфических процессах, осадо накоплении, физическом и химическом выветривании. Что касается характера распределения урана в литосфере, то еще В.И. Вернадский в начале ХХ века отмечал его повсеместное распространение: «уран... рассеян в атомах, более или менее свободных, проникающих всю земную материю или растворенных в волосной водэ пород». Однако наряду с рассеянной формой уран встречается в многочисленных собственных минералах. В геологической литературе описано более 150 урановых и урансодержащих минералов. В различных осадочных горных породах уран присутствует повсеместно: в урансодержащих акцессорных минералах, в виде изоморфной примеси в кристаллических решетках не урановых минералов - Апатите, ортите, Цирконе, сфене, монаците и тому подобное. Примером крупных аккумуляций урана в акцессорных минералах служат морские и континентальные россыпные месторождения в Индии и Бразилии. Наиболее значимые по масштабам и концентрации скопления урана обнаружены в морских фосфоритах и углеродсодержащих морских черных сланцах

. Высокие концентрации урана в фосфоритах связаны с наличием в них органического вещества (до 15 %). Основная масса урансодержащих фосфоритов сформировалась на Канадской, Бразильской, Восточно-Европейской, Сибирской, Индийской, Африканской и Австралийской платформах. Здесь ураноносные углеродсодержащие черные сланцы обнаружены на больших территориях. Накопления на платформах и в предгорных районах повышенного содержания урана отмечается также и в других осадочных образованиях, обогащенных органикой, — песчаниках, сланцах, алевролитах. Одним из важнейших носителей урана в угле, торфяниках, черных сланцах и фосфоритах является органическое вещество гумусового ряда. Высокое содержание урана и тория характерны для многих терригенных образований, особенно для древних базальных конгломератов и песчаников. Уран здесь часто случается в ассоциации с золотом. Содержание урана в магматических породах колеблется в широких пределах — от тысячных до сотых долей процента [2, 3].
В магматических горных породах уран образует собственные урановые минералы, изоморфно входит в кристаллических решеток не урановых минералов, адсорбируется на поверхностях кристаллов, находится в микротрещинах или в растворенном состоянии в меж зерновом пространстве. Самыми высокими содержаниях выделяются кислые и щелочные интрузивные и эффузивные горные породы, а самым низким — основные и ультраосновные породы. В речных, морских, океанических водах и осадках (как и в верхних частях земной коры) процессы миграции и аккумуляции урана происходят интенсивно на всей глубине проникновения свободного кислорода. Однако концентрации урана в водах рек, морей и океанов на два порядка ниже, чем в литосфере. Концентрации и формы нахождения урана в водоемах зависят от температуры, рН среды, наличия углекислоты и органического вещества. Решающими факторами, влияющими на концентрацию урана в водах и осадках, является климат, гидродинамический режим и биологическая активность бассейнов. Содержание урана в организмах, которые живут на суше и в море, довольно незначительный: 10-5-10-9 %. Повышение концентрации урана в толщах, обогащенных органическим углеродом, связано уже с геохимией среды и поведением урана в резко восстановительном окружении, возникающем при массовой гибели и разложении БИОСа. Сведения о запасах и содержание урана в рудах того или иного месторождения в мире не публикуются. Каждая страна засекречивает эти данные. Однако по отрывочной информации можно предположить, что месторождения с запасами в несколько тысяч тонн урана обычно рассматривают как крупные промышленные объекты. В отдельных случаях, при благоприятных географо-экономических, геологических и горнотехнических условий, практического интереса приобретают залежи оцениваются всего в несколько десятков тонн урана. Минимальное содержание урана в рудах крупных месторождений составляет 0,1 %, а в крупных бассейнах урансодержащих осадочных пород — даже несколько сотых процента. В случае попутной добычи урана из комплексных месторождений его концентрации могут составлять до 0,01 % [1].
2. Ресурсная база урана в мире
С 2003 г. из-за повышения цен на уран разные страны проводят работу по подготовке открытия новых уранодобывающих предприятий. По данным мировой ядерной ассоциации [2], планируется ввод в эксплуатацию нескольких урановых рудников в разных частях мира.
Канада планирует открыть несколько новых шахт. Крупнейшие из них - сигар-Лейк (компания <>) и МИД-Вест (компания < < Areva>>) — на севере провинции Саскачеван. Руду будут перерабатывать предприятия МакКлинЛейк и РеббитЛейк. Производство составит 8200 т и308/год на шахте СигарЛейк и 2600 т/год — на шахте Мидвест.
В Австралии для увеличения добычи урана на месторождении Олимпик Дэм запланировано ввести в действие еще две небольшие шахты [4]. Кроме того, завершено строительство рудника Honeymoon в Южной Австралии с добычей урана методом ПВ. После выхода на полную мощность добыча составит 400 т и 308/год. Запасы месторождения позволяют вести добычу до 2018-2019 гг. [4].
В Казахстане планируют открыть несколько рудников по добыче урана методом ПВ. На месторождении Ирколь в апреле 2009 г. введено в действие предприятие добычи урана с производственной мощность 750 т / год урана. Добыча урана методом ПВ рассчитана на 25 лет [3]. Это первое предприятие, введенное в эксплуатацию в рамках казахстанско-китайского сотрудничества в области атомной энергетики. По условиям соглашения добытый уран назначен удовлетворение потребностей атомной энергетики Китайской Народной Республики. В Казахстане государственный баланс урано рудного участка "Хорасан-1" месторождения Северный Хорасан равен 21 тыс. т урана. На месторождении открыто предприятие по добыче урана с участием японских и канадской компаний. Добычи методом ПВ планируют до 2053 г., а добытый уран предназначен для атомной энергетики Японии. Проектная производительность после выхода на полную мощность в 2014 г. составит 3 тыс. т урана/год [4].
Армения начала работы с ее собственным ураном в связи со строительством новой АЭС. В июле 2009 г. было создано совместное российско-армянское предприятие с геологоразведки, добычи и переработки урана на территории Армении — ЗАО «Армяно-российская горнорудная компания». По прогнозам специалистов, запасы урана в Армении оценена на уровне от 10 до 60 тыс. т [3].
В России для обеспечения потребностей атомной промышленности в долгосрочной перспективе до 2025 г. запланировано увеличить добычу урановых руд с 3500 до 20 000 т/год после выхода всех предприятий на проектную мощность.
Таблица 1 - Производство урана в мире в 2002-2008 гг., по данным Всемирной ядерной ассоциации [2], т
Страна
года
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
Канада
11604
10457
11597
11628
9862
9476
9000
10173
Казахстан
2800
3300
3719
4357
5279
6637
8521
14010
Австралия
6854
7572
8982
9516
7593
8611
8430
7986
Намибия
2333
2036
3038
3147
3067
2879
4366
4626
Россия
2900
3150
3200
3431
3262
3413
3521
3564
Нигер
3075
3143
3282
3093
3434
3153
3032
3234
Узбекистан
1860
1598
2016
2300
2260
2320
2338
2429
США
919
779
878
1039
1672
1654
1430
1453
Украина
800
800
800
800
800
846
800
840
Китай
730
750
750
750
750
712
769
750
ЮАР
824
758
755
674
534
539
655
563
Бразилия
270
310
300
110
190
299
330
345
Индия
230
230
230
230
177
270
271
290
Чешская Республика
465
452
412
408
359
306
263
258
Румыния
90
90
90
90
90
77
77
75
Германия
212
150
150
77
50
38
77
-
Пакистан
38
45
45
45
45
45
45
50
Франция
20
в
7
7
5
4
5
-
всего
36063
35613
40251
41702
39429
41279
43930
-
U308
42529
41998
47468
49179
46499
48680
51807
-
Основные направления развития добычи урана в России:
увеличение до 8000 т / год добычи урана на действующих предприятиях и строящихся (ОАО < < ППГХО>>, ЗАО "Далур", ОАО < < Хиагда»);
строительство новых уранодобывающих предприятий в Якутии с суммарной проектной мощностью 6200 т / год (ЗАО «Эльконский ГМК>>) и Забайкалье (ЗАО < < Оловская ГХК>>, ЗАО < < Горное>>);
организация добычи урана на территории Казахстана в рамках совместных предприятий (СП) <<Заречное>>, «Акбастау» с производственной мощностью до 5000 т/год.
По данным МАГАТЭ [1], максимальное количество урана в мире было добыто в 1980 г. - 69 692 т, минимальное - в 1994 г. - 31 503 т. В целом с 2002 г. производство урана в мире увеличилось более чем на 20 %, преимущественно за счет Казахстана, Австралии, Намибии и России