Перспективные способы добычи урана

В современном мире элемент под номером 92 в знаменитой таблице Менделеева имеет огромное значение. Во-первых, уран – это самое энергонасыщенное топливо из всех известных и используемых на сегодняшний день. Всего несколько килограммов этого вещества способны заменить тысячи кубометров газа и тонны нефти и угля, при этом количество выработанной  электрической или тепловой энергии будет одинаковым. Во-вторых, добыча урана важна для получения другого энергетического элемента – плутония. И, наконец, уран  - основной элемент для создания ядерного оружия

Первые упоминания об этом веществе, найденном в Рудных горах Саксонии, относятся к середине 16 века. «Черный смоляной камень», позднее названный урановой смолкой или настураном использовали для закладки уже выработанных серебряных рудников или выбрасывали в отвалы. На рубеже 18 – 19 веков урановые руды считались побочным материалом горной промышленности, а их уникальные свойства не были изучены. Официальным годом открытия элемента считают 1789 г., когда немецкий химик Мартин Клапрот присвоил ему название уран – в честь одной из планет Солнечной системы. Однако спустя некоторое время выяснилось, что новое вещество, о котором заявил ведущий ученый своего времени, это окисленная форма минерала. Элементную же его форму впервые удалось получить французскому химику Э. Пелиго спустя почти полвека, в 1841 г.

Разработка урана имеет особое значение для промышленности

Надо сказать, что с момента своего открытия и до середины 20 века мировая добыча урана осуществлялась, в основном, для получения радия. Это сопутствующее вещество использовали в процессе изготовления люминисцентной краски, которой покрывали диски часов и некоторые инструменты, оружейные прицелы, применяли в медицине для  приготовления «радоновых ванн» и пр. Оксиды урана применяли в стекольном производстве в качестве красящего пигмента палитрой от бледно-желтого до темно-зеленого.

Свое промышленное значение уран получил в начале 40-х годов ХХ века, после того, как ученые опытным путем научились расщеплять урановое ядро и получать ядерную реакцию. Новые открытия, которые легли в основу современной ядерной физики и атомной энергетики, резко изменили перспективы дальнейшего практического применения элемента №92. С этого времени началось активное развитие урановой промышленности, а само вещество превратилось в главное стратегическое сырье, необходимое для осуществления масштабных военных программ. Возможность создания атомной бомбы и использования урана в качестве топлива, необходимого для работы ядерных реакторов, стали основными причинами, обусловившими  высокий спрос на этот тяжелый металл.

Ученые выяснили, что содержание этого вещества в земной коре неравномерно – оно  рассеяно во многих горных породах, в почве, и даже в воде морей и океанов. Подсчитано, что верхний слой Земли толщиной всего 20 км содержит почти 1014 тонн урана! Невероятно, но это количество может многие тысячелетия удовлетворять энергетические потребности человечества. Однако, несмотря на то, что средняя концентрация элемента в земной коре весьма велика, мест добычи урана, где его концентрация во много раз превышает среднее значение, на нашей планете очень мало.

Первые богатые ураном месторождения были обнаружены в 1913 г. в Африке. Немного позже были открыты Порт-Радий в Канаде, обл. Бейры в Португалии, Тюя Муюн в Узбекистане и Холм Радия в Австралии. Основной мировой запас урановых руд сосредоточен в Канаде, Конго и США. Что касается нашей страны, то добыча урана в России составляет около 7% от мирового объема. Дело в том, что многие российские месторождения расположены в труднодоступных районах, а большинство урановых запасов еще не разведаны, хотя прогнозные ресурсы весьма и весьма неплохие.

Современные способы добычи урана

На сегодняшний день известно три способа добычи урана, применение каждого из которых зависит от глубины залегания вещества и от его содержания в породе. Открытый или, как его еще называют, карьерный способ разработки применим лишь при неглубоком залегании металла. Сложностей в процессе добычи этим способом не возникает: для вскрытия и разработки задействуют бульдозеры, для погрузки руды – погрузчики, для вывоза на перерабатывающие предприятия – самосвалы. Стоит уточнить, что открытый способ все же представляет большую опасность для экологии, даже несмотря на то, что после завершения работ карьер засыпают, а на его поверхности проводят рекультивацию. Отработанная порода сохраняет до 85% радиационного фона урана, территория загрязняется солями тяжелых металлов и сульфидами, ядовитыми для организма и покрывается пылью с содержанием радиоактивных элементов.

Другой метод добычи урана – подземный или шахтный позволяет добывать руду более высокого сорта, чем в предыдущем случае, однако добыча становится рентабельной лишь при высоком качестве руды. Обычно глубина современных урановых рудников не превышает 2 км, поскольку строительство более глубоких проходов повышает себестоимость добытого вещества. Организация радиационной защиты в штольнях и шахтах становится главной задачей добывающих предприятий, для чего в них устанавливают современные вентиляционные системы, позволяющие выводить радон из рабочего пространства и направлять внутрь рудника свежий воздух.

Добыча урана методом подземного выщелачивания считается наиболее щадящей для экологии.  Для вскрытия месторождения руды используют систему скважин, в которые закачивают специальный химический реагент. Растворяясь в пласте, он выщелачивает из него полезные вещества, после чего насыщенный соединениями урана, выкачивается на поверхность. Монолитные залежи вскрывают подземными горными выработками, в некоторых случаях используют буровзрывные работы. Эта прогрессивная технология добычи имеет ряд ограничений: ее разрешено использовать ниже уровня залегания грунтовых вод и только в песчанике.

В целом, использование геотехнологического метода, описанного выше, позволяет отрабатывать месторождения с невысоким содержанием урана и сложными условиями залегания. К тому же в несколько раз снижаются затраты на строительство горно-обогатительных предприятий и одновременно повышается производительность работ. Однако даже использование высокотехнологичных способов добычи и переработки урана не исключает вероятности технических ошибок, которые могут привести к серьезным загрязнениям окружающей среды серной кислотой, металлами, высокому уровню радиации, а значит сделать дальнейшее использование природных ресурсов невозможным. Поэтому каждый существующий и перспективный проект добычи урана в мире предполагает привлечение экологов и оценки возможного негативного воздействия на дикую среду, а также разработку программы восстановления эндогенной природы и дальнейший мониторинг ее состояния.