Újraolvasva az általam meglehetősen szemtelenül "Nuclear Fuel Cycle"-nek nevezett részt, úgy éreztem, valami egyértelműen hiányzik. Számomra egy kis megjegyzésre van szükség ahhoz, hogy áttekintést adjunk arról, hogyan is néz ki az urán „munkaútja” ma, amikor világosan kirajzolódnak a tervek a zárt nukleáris üzemanyagciklus teljes meghódítására, és a gyakorlat továbbra is 90%. inkább így, mivé lett valahol a múlt század 70-80 évében. Tehát megpróbálok egy ilyen cikket készíteni - kényelmes lesz visszatérni, ha hirtelen valamit elfelejtenek.

Tudniillik minden atomerőmű uránnal működik. Annak ellenére, hogy ez a legnehezebb a „nem kézzel készített urán” között, az urán továbbra is kémiai elem, és ahogyan egy kémiai elemnek lennie kell, a földkéregben számos érc részeként található. Különféle oxidok és sók formájában kerül be ezeknek az érceknek az összetételébe, a befogadó kőzetek is eltérőek: karbonátok, szilikátok, szulfidok. Néha gyönyörűnek, sőt látványosnak tűnik.

Uránérc, Fotó: staticflickr.com

Így világít az urán ultraibolya fényben:

Uránusz ultraibolya fényben, Fotó: seasons-years.rf

Ez pedig például a natív arannyal tarkított uraninit.

Uraninit természetes arannyal tarkítva, Fotó: dakotamatrix.com

Több mint száz uránt tartalmazó ásvány ismeretes, de ezek közül csak 12 érdekes gyakorlati szempontból. Az érceket kategóriákba sorolják: szegénytől (0,1%-nál kisebb urántartalommal) gazdagig (1%-nál nagyobb urántartalommal). Kanadában 14-18% urántartalmú ércek vannak – nem is tudom, hogy hívják. A szuper-szupergazdagok? A manhattani projekt megvalósítását 60%-kal biztosító belga-kongói ércek pedig a „Rockefeller”, vagy? ..

A nukleáris projekt hajnalán sekély előfordulású uránércek voltak - 150-300 méter, de mára szinte az összes ilyen kőbányát kidolgozták, és az ércért egy kilométer vagy még több mélységig kell menni. Íme az első feladatok: ilyen mélységből kinyerni és megtisztítani a meddő kőzetektől.

Ha erősekkel van dolgunk sziklák, amelyben jól láthatóak az ércér - bányákat építünk, speciális gépekkel ércet aprítunk (sugárzás, ugye, a korszak saját készítésűátment) és húzza fel. Oroszországban ez a Priargunskoye lelőhely a Chitinchka régióban. Olcsóbb, „fejlettebb”, környezetre kevésbé káros módszer az úgynevezett „PSV-technológia” (földkútkioldás). Nagyjából: a közepén fúrunk egy lyukat a kívánt mélységig, az oldalakon - még néhányat. A központi kútba kénsavat pumpálunk, ez kioldja az uránt a kőzetből, a keletkező oldatot oldalkutakon keresztül a felszínre szivattyúzzuk. Így néznek ki például a Khiagda (Burjátia) és Dalur (Kurgan régió) lelőhelyi uránbányák:

Uránbányák a Khiagda (Burjátia) és Dalur (Kurgan régió) lelőhelyen, Fotó: armz.ru

Az emberek munkája a fúrás szakaszában ér véget, az összes többi munkát mechanizmusok és szivattyúk végzik. A szükséges nyomás fenntartása az egész gond. Nincsenek "sebek" a felszínen, nincsenek érclerakók, és egy kilométernél mélyebb kénsav - még a talajvíz sem károsodik. A PSV-módszer azonban annyira érdekes, hogy érdemes még részletesebben visszatérni a róla szóló beszélgetéshez.

Tekintsük az uránérc bányákból történő bányászatának esetét. Nagyméretű kőzetdarabok: 1) radioaktivitási fok szerint válogatva; 2) finomra zúzott; 3) autoklávba helyezik, ahol az uránt magas hőmérsékleten és nyomáson kén- vagy salétromsav- vagy nátrium-karbonát-oldatokkal kilúgozzák. Ugyanakkor az urán átmegy ezekbe a csodálatos megoldásokba, és kicsapódik a szó szoros értelmében vett meddőkő. Ezt követi a 4. szakasz: az oldatokból származó uránt új kémiai reagensek csapják ki, ami szinte tiszta uránvegyületeket és ezen reagenseket eredményez. De mit csinálnak a reagensek a reaktorban, kérdezed? Semmi. Ebből következően Mengyelejev ünnepén ezek is feleslegesek, ezért szükséges az 5. szakasz: finomítás ammónium-hidrogén-karbonát felhasználásával. Dühös név, de valaki pontosan ezt csinálja! .. És most marad a 6. szakasz - a finomítás után kapott uránsók száraz, tiszta csapadékát 240-850 fokos hőmérsékleten kalcinálják, hogy egy sárga pogácsát kapjanak, amely széles körben ismert. körök (ugyanaz - urán-oxid, más néven U3O8). Itt van, kedvesem.

Sárga torta, Fotó: fresher.ru

Bár a szín természetesen nem mindig olyan vidám, néha sokkal szerényebb.

Sárga torta, Fotó: http://umma.ua/

Szeretném felhívni a figyelmet arra, hogy mind a hat szakaszt közvetlenül a bányák közelében hajtják végre. Bármely uránbánya olyan hely, ahol a vegyi termelés koncentrálódik.

A sárga sütemény kényelmes, mert nagyon stabil, alacsony a radioaktivitása - ezért szállításra alkalmas. És közelebb viszik a centrifugákhoz, hogy végrehajtsák az utolsó kémiai eljárást - urán-oxidból urán-fluoriddá alakítsák át. A nukleáris tudósok ezt a folyamatot uránátalakításnak nevezik, és e nélkül egyszerűen nincs mód. Az urán-fluorid kényelmes, mert 53 fokra melegítve nem olvad meg, hanem azonnal gázzá alakul, amelyet centrifugákkal dúsítanak. A dúsítás az urán-235 koncentrációjának a természetes értékről 0,7%-ról a szükséges 4%-ra történő növelését jelenti (a különböző típusú urániumok esetében átlagosan 2,6%-ról 4,8%-ra). atomreaktorok). Ha valakinek sikerült kihagynia kinézet dúsító komplexumainkból (és már négy helyen megvannak: UEIP - Ural Elektrokémiai Üzem Novouralszkban, Szverdlovszk régióban; SCC - Szibériai Vegyi Üzem Szeverszkben Tomszk régió; AECC – Angarszk elektrokémiai üzem; ECP - Elektrokémiai üzem Zelenogorszkban, Krasznojarszk Területén, itt van:

Dúsító komplexum, Fotó: http://atomicexpert.com/

A centrifugákból persze továbbra is ugyanaz a gáz, ugyanaz az uránfluorid a kibocsátás, csak most több urán-235 van benne. Gázt nem lehet betolni a reaktorba - ennek megfelelően a fluort újra urán-oxiddá (pontosabban dioxiddá, UO2-vé) kell alakítani, és ez már por.

Az urán-dioxid port porkohászattal körülbelül 1 cm átmérőjű és 1-1,5 cm vastagságú tüzelőanyag-pelletté alakítják, amelyet óvatosan cirkónium és 1% nióbium ötvözetből készült, vékony falú, 3,5 méter hosszú csövekbe helyeznek. modern VVER. Ez a 1,5 kg uránpellettel töltött cső ugyanaz a TVEL: egy fűtőelem. Itt gyönyörűek:

Ez a munka Oroszországban, a moszkvai régió Elektrostal városában található Gépgyártó üzemben és a Novoszibirszki Vegyi Koncentrátumgyárban zajlik. A cirkóniumot Glazovban öntik Udmurt Köztársaság a Csepetszki Mechanikai Üzemben. A TVEL-eket szerkezetileg TVS - üzemanyag-kazettákba egyesítik. Így néznek ki:

TVS - üzemanyag-kazetták, Fotó: atomic-energy.ru

Keresztmetszetében, amint látható, hatszög-méhsejt, ez pedig szovjet-orosz kivitel. És itt van a western TVS-"négyzetes" dizájnja:

TVS-"négyzet", Fotó: http://nuclear.ru/

Gyerekkorom egy részét nagyapám méhészetében töltöttem, ezért nagyon elfogult vagyok – jobban szeretem a "méhsejtjeinket".

Most a TVEL-ben elhelyezett, fűtőelemekké egyesített, pellet formájában lévő uránt a "tűzhelybe" lehet helyezni - az atomerőmű reaktorának magjában. A következő 18 hónapban, amelyet általában "üzemanyag-cégnek" neveznek, az urán "ég", fokozatosan kiégett nukleáris fűtőanyaggá alakul át. Íme egy kép arról, hogyan néz ki a reaktor az üzemanyag-kampány kezdete előtt:

Reaktor, Fotó: http://publicatom.ru/

Számomra úgy tűnik, hogy egy ilyen képekkel ellátott urántörténetre már a nukleáris üzemanyagciklusról szóló történet kezdetétől szükség volt. Arra kérlek benneteket, hogy ne szidjatok erősen, amiért eleinte nem sikerült – csak életkorban vagyok öreg blogger, fiatalkoromban pedig gyakoriak a hibák. Azt javaslom, hogy ezt a "0. számú" cikket vegyék figyelembe a nukleáris üzemanyagról szóló történetek ciklusában!

Az urán anioncserélőkből történő deszorpciójának módszerétől függően a PSV vállalataiban különféle módszereket alkalmaznak a koncentrálására és a kereskedelmi deszorbátumoktól való elválasztására. Deszorpció esetén sóoldatok az uránt általában vizes ammóniaoldatokkal választják ki ammónium-poliuranátok, vagy nátrium-hidroxid oldatok esetén nátrium-poliuránátok formájában. A poliuranát csapadékot szűrőpréseken préselik ki, és a pogácsát egy hidrometallurgiai üzembe szállítják további finomításra. Az urán szennyeződésektől való megtisztítása érdekében kicsapása frakcionáltan végezhető, először a vas és néhány egyéb szennyeződés kicsapásával pH=3,6-3,8, majd az anyalúg derítését követően a poliuránátokat 6,5-8,0 pH-n. A keletkező kémiai koncentrátumok urántartalma tisztaságuktól függően 40-64% között mozoghat. A deszorbeáló oldatok készítésére poliuránát kicsapásos anyalúgokat használnak.

Egyes esetekben a poliuránát pogácsát erős kénsavban oldják, és a tömény urán oldatot feldolgozásra küldik a GMP-hez.

Néha az uránt savanyított klorid-deszorbátumokból peroxid formájában izolálják.

Az uránkivonás hidrolitikus módszerének egyszerűsége és hatékonysága ellenére van egy komoly hátránya - a nitrát- vagy kloridoldatok kiegyensúlyozatlan térfogatú felhalmozódása, amelyeket a keringő, elhasznált termelőoldatokkal együtt a földalatti horizontokba kell dobni.

Az urán kénsavas deszorpciós módszere megfosztja ezt a hátrányt, mivel a kereskedelmi deszorbátumokból származó urán szorpciós vagy extrakciós módszerekkel koncentrálható, és dús szóda-deszorbátok vagy 80 ... 100 uránkoncentrációjú re-extraktumok formájában izolálható. g / l, és a tisztított kénsav oldatok visszaküldhetők deszorpcióra, vagy felhasználhatók érckimosásra.

Az urán kénsavtól és nitrát-deszorbátoktól való koncentrálására és elválasztására az ionos membránokkal végzett elektrodialízis eljárás alkalmazható. Megállapítást nyert, hogy a reagensek - kénsav és salétromsav, nitrát sók - visszanyerésének mértéke az elektrodialízis során elérheti a 70 ... 80% -ot, és az urán gazdag koncentrátumok (hidratált urán-dioxid) formájában szabadul fel. Az urán elválasztása a karbonát-hidrogén-karbonát deszorbátoktól szén-ammóniumsók 90...100°C vagy 12O...13O°C hőmérsékletű hőbontásával, a kipufogógázok megkötésével és az urán kicsapásával történhet. uranil-monokarbonát, uránát és ammónium-diuránát keveréke. Amikor a kapott csapadékot a GMP-ben kalcinálják, urán-di- és -trioxid keveréke képződik.

Az urán ammónium-szén-deszorbátokból történő izolálásának másik lehetséges módja az, hogy azt száraz ammónium-hidrogén-karbonát hozzáadásával ammónium-uranil-trikarbonát kristályok formájában kicsapják. A keletkező kristályokat a hagyományos kémiai koncentrátumoknál jóval nagyobb tisztaság jellemzi, és a GMP-be szállítás után további újratisztítás nélkül is termikus bomlásnak vethetők alá, így kalcinálási módtól függően tri-, urán-dioxidot vagy dinitrogén-oxidot kapnak. .

A nitrátból származó csapadék regenerálódik

Az ipari gyakorlatban kicsapószerként száraz ammónium-hidrogén-karbonátot, ammóniaoldatot és nátrium-hidroxid-oldatot használnak.

Ammónium-hidrogén-karbonáttal kicsapva az ammónium-uranil-trikarbonát (AUTC) kristályok nedvességtartalma magas (30-40%), a nedves kristályok urántartalma 25-45%.

A csapadékot viszonylag lassan szűrjük, mivel nagyon kicsi AUTC kristályok képződnek.

Az AUTC kristályok kisózásában fontos szerepet játszik az ammónium-hidrogén-karbonát maradék koncentrációja, amelyet 20-40 g/l között kell tartani. Az oldat urántartalma 11,5 g/l.

Az uránnak ammónium-hidrogén-karbonáttal vagy ammóniával készült salétromsavoldatokból pH + 24-re történő hűtése során az oldatok átlátszóak és stabilak. A pH + 5-6 értékre történő további semlegesítéssel uránkiválás figyelhető meg, az ülepedési idő növekedésével pedig az uránkiválás teljessége nő.

pH = 7,17,5 mellett az AUTK kristályok izolálásának teljessége a legmagasabb: a karbonátos anyalúg urántartalma 0,61-0,84 g/l.

Ha a kémiai koncentrátumot 7,6-nál nagyobb pH-értéken ammóniával kicsapják, az anyalúg urántartalmát 0,1 g/l alá lehet csökkenteni, függetlenül a kezdeti urántartalomtól.

Az urán lúggal történő kicsapásával 26-45%-os urántartalmú nátrium-diuranát formájú vegyi koncentrátumot lehet előállítani a nedves üledékben. Az anyalúgban az urán maradék koncentrációja 0,005-0,008 g/l 3045 °C-os kicsapódási hőmérsékleten, és - 70 °C-on 0,036-0,078 g/l-re nő. A vegyszerkoncentrátum páratartalma 30%-on belül ingadozik. A szűrési sebesség alacsony és gyakorlatilag nem függ a vegyszerkoncentrátum ülepedési hőmérsékletétől.

A töményebb lúgos oldatok használata csökkenti az eredeti regenerátumok hígítását.

Az ammónium-hidrogén-karbonáttal kicsapott vegyszer-koncentrátum derítési sebessége (15+20-szoros) és szűrési sebessége (10+15-szerese) nagyobb, mint a kicsapott lúgoké. Az ammónium-hidrogén-karbonátos kicsapás hátránya a nagy fajlagos fogyasztás (30+35 kg/kg urán).

Vannak tanulmányok a kereskedelmi forgalomban kapható nitrátregenerátumokból származó kristályok reagens nélküli kicsapásáról. A kereskedelemben kapható regenerátumok bepárolásakor túltelített oldatok keletkeznek, amelyekből hűtéskor kristályok válnak ki. A kicsapás sebességének és teljességének növelése érdekében az urán nitráttartalmú oldatokkal történő deszorpciójával nyert kristályokat "magként" kell hozzáadni az elpárolgott kereskedelmi regenerátumhoz.

A kazahsztáni uránipar az ország költségvetésének bevételeit tekintve talán a második az olajtermelés után. Több mint 25 ezren dolgoznak ebben az iparágban, de a létesítmények biztonsága miatt rendkívül ritka a vendégek az uránbányákban.

Ma meglátjuk, hogyan működik a dél-kazahsztáni régió Suzak körzetében található Ortalyk bányászati ​​vállalkozás

Az Ortalyk Mining Enterprise LLP alkalmazottainak munkaideje kötelező orvosi vizsgálattal kezdődik

Az uránbányászati ​​vállalat alkalmazottainál nyomást, hőmérsékletet mérnek, és alkoholszondát is ellenőriznek. Bár az orvos szerint az intézményben szigorúan tilos alkoholt fogyasztani, és egyetlen olyan eset sem fordult elő, hogy az utolsó teszt „elbukott volna”

Orvosi vizsgálat után - reggeli a bánya ebédlőjében

A gyártás sajátosságai további biztonsági követelményeket támasztanak - a dolgozók külön öltözőben veszik fel a munkaruhát, tilos a műszaktáborba és a bánya tiszta zónájába belépni.

A műszakvezető ruhát ad ki - olyan feladat, amely meghatározza a tartalmat, a munkavégzés helyét, kezdési és befejezési idejét, a biztonságos végrehajtás feltételeit, a szükséges biztonsági intézkedéseket

Az egyik biztonsági intézkedés a műhelyekben a légzőkészülék viselése. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az urán előállításához olyan reagenseket használnak, mint a kénsav, ammónium-nitrát

Az uránbányászat teljesen automatizált. A vezérlőteremben nyomon követheti a létesítményben előforduló összes folyamatot

Az ortaliki uránbányászat, mint minden más kazahsztáni vállalkozás, a földalatti fúrásos kilúgozás módszerével folyik. Ezt a módszert választották, mert ez a leginkább környezetbarát. A lelőhelyek sugárzási háttere nem tér el a nagyvárosok sugárzási hátterétől

A földalatti kilúgozási módszer elve a következő: az urántartalmú rétegekbe 2%-os kénsavat szivattyúznak a föld alá, amely a kőzetekkel kölcsönhatásba lépve feloldja az uránt, majd ezt az uránnal dúsított oldatot a felszínre pumpálják. Mindegyik kút felett van egy szivattyúvezérlő panel.

Ebben a helyiségben, a kutas hulladéklerakó területén megoldás elosztó egység található

Az alkalmazottak szemüveget és kalapot kapnak, amelyek megóvják őket a hihetetlen hőségtől.

Ezeken a csöveken keresztül kénsavat szivattyúznak a kutakba. Hasonlóan néznek ki az uránt a földből kiszivattyúzó szivattyúzó kutak.

Ezután az urános oldatot csöveken keresztül a termelési oldatok feldolgozására szolgáló műhelybe küldik (szorpciós-regenerációs ciklus).

Ezzel a bányászati ​​módszerrel az Ortalyk körülbelül 15 tonna kénsavat használ fel óránként

Az urángyártásban minden folyamat automatizált, de kézi vezérlés is lehetséges.

Ez a műhely urán - kereskedelmi urán-deszorbát oldatot kap

Az oldat kölcsönhatásba lép a szén-ammónium sóval, és így természetes uránkoncentrátumot kap - "sárga pogácsa"

A nyomásszűrő ellenőrzése

A sárga pogácsa vagy természetes uránkoncentrátum a vállalkozás végterméke, amelyet speciális tartályokba csomagolnak. Valójában az urán ebben a vegyületben körülbelül 45-50%. Idén 2000 tonna urán kitermelését tervezik. Magát a területet 25 éves működésre tervezték.

A búvárszivattyúk gyakorlatilag nem igényelnek javítást, körülbelül 30 ezer üzemórát termelnek. A járókerekeket azonban folyamatosan ellenőrizni, szükség esetén cserélni kell.

A laboratóriumban az urán közvetlen bányászatával párhuzamosan olyan kutatások folynak, amelyek lehetővé teszik a lelőhely leghatékonyabb fejlesztését.

Az elfogadott szabványok szerint a feldolgozás után a belekbe visszajutott oldatban literenként legfeljebb 3 milligramm urán maradhat, azonban a tesztek eredményei szerint a veszteség nem haladta meg az 1,2 milligrammot.

A műszak lejárta után a dolgozók sugárdózisát hiba nélkül ellenőrzik

Amikor a vállalkozásba mentünk, arra számítottunk, hogy az uránmunkások rotációs tábora úgy fog kinézni, mint a régi szép időkben - vagonok, amelyekben munkások húzódnak meg. Az ortalyki forgótábor azonban teljesen másképp néz ki - ez egy modern épületegyüttes, amelyben minden megtalálható, amire az embernek szüksége van a munka utáni pihenéshez.

Vacsora után sok alkalmazott asztaliteniszezéssel tölti az időt.

A tábornak saját minifocipályája is van.