“Nükleer Yakıt Döngüsü” adını verdiğim şeyi büyük bir küstahlıkla yeniden okuduğumda, bir şeylerin açıkça eksik olduğunu hissettim. Bana öyle geliyor ki, kapalı nükleer yakıt döngüsünün tamamen fethi için açıkça ana hatlarıyla belirlenmiş planlar varken ve uygulama devam ederken, uranyumun "emek yolunun" nasıl göründüğüne dair bir inceleme-referans yapmak için küçük bir nota ihtiyacım var. geçen yüzyılın 70-80'lerinde bir yerlerde ne olduysa, % 90'lık bir başkası için. Bu yüzden böyle bir makale yapmaya çalışacağım - aniden bir şey unutursam geri gelmek uygun olacaktır.
Tüm nükleer santrallerin uranyumla çalıştığı bilinmektedir. "Mucizevi" olanların en ağırı olmasına rağmen, uranyum hala bir kimyasal elementtir ve bir kimyasal elementin olması gerektiği gibi, çeşitli cevherlerin bir parçası olarak yer kabuğunda bulunur. Bu cevherlerin bileşimine çeşitli oksitler ve tuzlar şeklinde dahil edilir, ana kayaçlar da farklıdır: karbonatlar, silikatlar, sülfürler. Bazen güzel ve hatta muhteşem görünüyor.
Uranyum cevheri, Fotoğraf: staticflickr.com
Uranyum ultraviyole ışıkta şöyle parlıyor:
Uranyum ultraviyole, Fotoğraf: mevsim-goda.rf
Ve bu, örneğin, yerli altınla serpiştirilmiş uraninittir.
Yerli altın katkılı uraninit, Fotoğraf: dakotamatrix.com
Uranyum içeren yüzden fazla mineral bilinmektedir, ancak bunlardan sadece 12 tanesi pratik açıdan ilgi çekicidir. Cevherler kategorilere ayrılır: fakirden (%0,1'den az uranyum içeriğine sahip) zengine (%1'den fazla uranyum içeriğine sahip). Kanada'da uranyum içeriği %14-18 olan cevherler var - adının ne olduğunu bile bilmiyorum. Süper süper zenginler mi? Ve Manhattan projesinin% 60'ı ile uygulanmasını sağlayan Belçika Kongo cevherleri - "Rockefeller" veya? ..
Atom projesinin başlangıcında, sığ uranyum cevherleri vardı - 150-300 metre, ancak şimdi bu tür açık ocakların neredeyse tamamı yapıldı ve cevherin bir kilometre derinliğe, hatta daha fazlasına gitmesi gerekiyor. İşte ilk görevler: böyle bir derinlikten ve atık kayalardan arındırmak.
Eğer güçlü ile uğraşıyorsak kayalar cevher damarlarının açıkça görülebildiği - madenler inşa edeceğiz, cevheri özel makinelerle keseceğiz (radyasyon, bilirsiniz, çağ kendi emeğiyle geçti) ve yukarı çekin. Rusya'da bu, Chitinchka bölgesinin Priargunskoye alanıdır. Daha ucuz, daha "gelişmiş", ekolojik olarak daha az zararlı bir yöntem, "PSV teknolojisi" (yeraltı sondaj kuyusu liçi) olarak adlandırılır. Kabaca: merkezde, yanlarda gerekli derinliğe kadar bir delik açıyoruz - birkaç tane daha. Sülfürik asit merkezi kuyuya pompalanır, kayadan uranyumu süzer ve ortaya çıkan çözelti yan kuyulardan yüzeye pompalanır. Örneğin, uranyum madenlerinin Khiagda (Buryatia) ve Dalur (Kurgan bölgesi) yataklarına nasıl baktığı aşağıda açıklanmıştır:
Khiagda (Buryatia) ve Dalur (Kurgan bölgesi) yataklarındaki uranyum madenleri, Fotoğraf: armz.ru
İnsanların işi sondaj aşamasında biter, diğer tüm işler mekanizmalar ve pompalar tarafından yapılır. Gerekli baskıyı korumak bütün meseledir. Yüzey "yaraları" yok, cevher dökümü yok ve bir kilometreden fazla derinlikte sülfürik asit yok - yeraltı suyuna bile zarar yok. Bununla birlikte, PSV yöntemi o kadar ilginç ki, onunla ilgili konuşmaya birçok ayrıntıyla geri dönmeye değer.
Madenlerden uranyum cevheri çıkarma durumunu düşünün. Büyük kaya parçaları: 1) radyoaktivite derecesine göre sıralanır; 2) iyi bir duruma ezilmiş; 3) otoklavlara yerleştirilir, burada yüksek sıcaklık ve basınçta uranyum sülfürik veya nitrik asit veya sodyum karbonat çözeltileri ile süzülür. Aynı zamanda uranyum bu harika çözümlere geçer ve kelimenin tam anlamıyla atık kaya çökelir. Bunu 4. aşama takip eder: uranyum, yeni kimyasal reaktiflerin kısımlarıyla çözeltilerden çökeltilir, bu da pratik olarak saf uranyum bileşikleri ve bu reaktifler ile sonuçlanır. Ancak, reaktörde yapılacak reaktifler nelerdir, diye sorulur? Hiçbir şey değil. Sonuç olarak, bu Mendeleev'in tatilinde de gereksizdirler, bu nedenle 5. aşama gereklidir: amonyum bikarbonat kullanımı ile arıtma. Çarpıcı bir isim, ama birileri tam da bunu yapıyor! .. Ve şimdi 6 numaralı aşama var - rafine edildikten sonra elde edilen uranyum tuzlarının kuru saf çökeltileri, dar dairelerde yaygın olarak bilinen sarı bir kek elde etmek için 240 ila 850 derece arasındaki sıcaklıklarda kalsine edilir. (aynı - uranyum azot oksit, aka U3O8). İşte o, hayatım.
Sarı pasta, Fotoğraf: fresher.ru
Renk elbette her zaman çok neşeli olmasa da, bazen çok daha mütevazı.
Sarı pasta, Fotoğraf: http://umma.ua/
Anlatılan altı aşamanın tamamının doğrudan madenlerin yakınında gerçekleştirildiğine dikkatinizi çekmeme izin verin. Herhangi bir uranyum madeni, kimyasal üretimin yoğunlaştığı bir yerdir.
Sarı kek uygundur çünkü çok kararlıdır, düşük radyoaktiviteye sahiptir - bu nedenle nakliye için uygundur. Ve uranyum oksitten uranyum florüre dönüştürmek için son kimyasal prosedürü uygulamak için onu santrifüjlere yaklaştırıyorlar. Atom bilimciler bu sürece uranyumun dönüştürülmesi diyorlar ve onsuz hiçbir yolu yok. Uranyum florür uygundur çünkü 53 dereceye ısıtıldığında erimez, ancak hemen santrifüjler kullanılarak zenginleştirmeye beslenen gaza dönüşür. Zenginleştirme, uranyum-235 konsantrasyonunun doğal değer olan %0,7'den gerekli %4'e (aslında, farklı türler için ortalama olarak %2,6'dan %4,8'e) bir artıştır. nükleer reaktörler). Birinin özleyecek zamanı varsa dış görünüş zenginleştirme komplekslerimizin (ve zaten dört yerdeler: UEKhK - Novouralsk, Sverdlovsk Bölgesi'ndeki Ural Elektrokimyasal Tesisi; Sibirya Kimyasal Kombine - Seversk'teki Sibirya Kimya Tesisi) Tomsk bölgesi; AEKhK - Angarsk Elektrokimyasal Tesisi; ECP - Zelenogorsk, Krasnoyarsk Bölgesi'ndeki Elektrokimyasal Tesis), işte buradasınız:
İşleme kompleksi, Fotoğraf: http://atomicexpert.com/
Elbette santrifüjlerden çıkışta - aynı gaz, aynı uranyum florür, ancak şimdi daha fazla uranyum-235 içeriyor. Gaz reaktöre itilemez - buna göre florürün tekrar uranyum okside (daha doğrusu dioksite, UO2'ye) dönüştürülmesi gerekir ve bu zaten bir tozdur.
Toz metalurjisi yöntemiyle uranyum dioksit tozu, yaklaşık 1 cm çapında ve 1 ila 1.5 cm kalınlığında yakıt peletlerine dönüştürülür Tabletler, zirkonyum ve %1 niyobyum alaşımından yapılmış ince duvarlı tüplere dikkatlice yerleştirilir 3.5 modern VVER reaktörleri için metre uzunluğunda. 1,5 kg uranyum peletiyle doldurulmuş bu tüp, aynı yakıt elemanıdır: bir yakıt elemanı. İşte bunlar, güzeller:
Bu çalışma Rusya'da, Moskova Bölgesi, Elektrostal kentindeki Makine İmalat Fabrikasında ve Novosibirsk Kimyasal Konsantre Fabrikasında gerçekleştirilmektedir. Zirkonyum Glazov'da döküldü Udmurt Cumhuriyeti Chepetsk Mekanik Fabrikasında. Yakıt çubukları, yapıcı bir şekilde yakıt tertibatlarına - yakıt tertibatlarına birleştirilir. Şuna benziyorlar:
FA - yakıt grupları, Fotoğraf: atomic-energy.ru
Bölümde, gördüğünüz gibi bir petek altıgen var ve bu bir Sovyet-Rus tasarımı. Ve işte TVS - Batı tasarımının "karesi":
TVS- "kare", Fotoğraf: http://nuclear.ru/
Çocukluğumun bir kısmını büyükbabamın arılığında geçirdim, bu yüzden çok önyargılıyım - "peteklerimizi" daha çok seviyorum.
Şimdi, yakıt gruplarına birleştirilen yakıt çubuklarına yerleştirilen pelet şeklindeki uranyum, nükleer santralin reaktör çekirdeğindeki "fırına" yerleştirilebilir. Yaygın olarak "yakıt şirketi" olarak adlandırılan sonraki 18 ay boyunca, uranyum "yanıyor" ve yavaş yavaş kullanılmış nükleer yakıta dönüşüyor. Yakıt kampanyasının başlamasından önce reaktörün nasıl göründüğünün bir resmi:
Reaktör, Fotoğraf: http://publicatom.ru/
Bana öyle geliyor ki, nükleer yakıt döngüsü hakkındaki hikayenin en başından beri resimlerle böyle bir uranyum hikayesine ihtiyaç vardı. İlk başta yapmadığım için beni azarlamamanızı rica ediyorum - sadece yaşım itibariyle eski bir blog yazarıyım ve gençliğimden dolayı hatalar yaygın bir şey. Bu makalenin nükleer yakıtla ilgili hikayeler döngüsünde "0 numara" olarak kabul edilmesini öneriyorum!
Uranyumun anyon değiştiricilerden desorpsiyon yöntemine bağlı olarak, PSV işletmeleri, ticari desorbatlardan konsantrasyonu ve ayrılması için çeşitli yöntemler kullanır. Desorpsiyon durumunda tuzlu çözeltiler uranyum genellikle amonyum poliuranatlar formundaki sulu amonyak solüsyonları ile veya kostik soda solüsyonlarının kullanılması durumunda sodyum poliuranatlar formunda çökeltilir. Poliuranat tortuları filtre preslerinde sıkılır ve kek, daha fazla rafine edilmek üzere bir hidrometalurji tesisine taşınır. Uranyumu safsızlıklardan arındırmak için, önce demir ve diğer bazı safsızlıkları pH = 3.6-3.8'de çökelterek ve ana likörü berraklaştırdıktan sonra poliuranatları pH = 6.5-8.0'da çökelterek fraksiyonel olarak gerçekleştirilebilir. Elde edilen kimyasal konsantrelerdeki uranyum içeriği, saflıklarına bağlı olarak %40 ila 64 arasında değişebilir. Poliuranatların çökelmesi için ana likörler, sıyırma çözeltileri hazırlamak için kullanılır.
Bazı durumlarda, poliuranat keki güçlü sülfürik asit içinde çözülür ve uranyum konsantre solüsyon işlenmek üzere GMZ'ye gönderilir.
Bazen uranyum, asitleştirilmiş klorür desorbatlarından peroksit formunda izole edilir.
Hidrolitik uranyum ekstraksiyonu yönteminin tüm basitliği ve verimliliği ile, ciddi bir dezavantajı vardır - dolaşımdaki, harcanan üretken çözeltilerle birlikte yeraltı ufuklarına boşaltılması gereken dengesiz hacimde nitrat veya klorür çözeltilerinin birikmesi.
Uranyumun sülfürik asit desorpsiyon yöntemi bu dezavantajdan yoksundur, çünkü ticari desorbatlardan gelen uranyum, bir sorpsiyon veya ekstraksiyon yöntemi ile konsantre edilebilir ve 80 ... 100 g uranyum konsantrasyonu ile zengin soda desorbatları veya yeniden özütleri şeklinde izole edilebilir. / l ve saflaştırılmış sülfürik asit çözeltileri desorpsiyon için iade edilebilir veya cevher liçi için kullanılabilir.
Uranyumun sülfürik asit ve nitrat desorbatlardan konsantrasyonu ve ayrılması için iyonik membranlarla elektrodiyaliz işlemi kullanılabilir. Elektrodiyaliz işleminde reaktiflerin geri kazanım derecesinin - sülfürik ve nitrik asitler, nitrat tuzları -% 70 ... 80'e ulaşabileceği ve uranyum zengin konsantreler (hidratlı uranyum dioksit) şeklinde salındığı tespit edilmiştir. Uranyumun karbonat-bikarbonat desorbatlardan ayrılması, amonyum karbonatların 90 ... 100 ° C veya 12O ... 13O ° C sıcaklıkta termal ayrışması ve gazların tutulması ve uranyum şeklinde çökeltilmesi ile gerçekleştirilebilir. uranil monokarbonat, uranat ve amonyum diuranat karışımı. Elde edilen çökelti GMZ'de kalsine edildiğinde, bir uranyum di- ve trioksit karışımı oluşur.
Uranyumu amonyum karbonat desorbatlardan ayırmanın bir başka olası yolu, kuru amonyum bikarbonat ekleyerek amonyum uranil trikarbonat kristalleri biçiminde çökeltilmesidir. Elde edilen kristaller, geleneksel kimyasal konsantrelerden çok daha yüksek bir saflıkla karakterize edilir ve GMZ'ye nakledildikten sonra, ek temizleme yapılmadan bile, kalsinasyon moduna bağlı olarak tri-, dioksit veya uranyum oksit elde etmek için termal ayrışmaya tabi tutulabilirler. .
Nitrat rejenerasyonundan tortulaşma
Endüstriyel uygulamada çökeltici olarak kuru amonyum bikarbonat, amonyak çözeltisi ve sodyum hidroksit çözeltisi kullanılır.
Amonyum bikarbonat ile çökeltildiğinde, amonyumuranil trikarbonat (AUTC) kristalleri yüksek neme (%30-40) sahiptir, ıslak kristallerdeki uranyum içeriği %25 ila 45 arasında değişir.
Çok küçük ATC kristallerinin üretilmesi nedeniyle çökelti nispeten yavaş süzülür.
20-40 g / l aralığında tutulması gereken kalıntı amonyum bikarbonat konsantrasyonu, ATC kristallerinin tuzlanmasında önemli bir rol oynar. Aynı zamanda çözeltideki uranyum içeriği 11.5 g/l seviyesindedir.
Uranyumu amonyum bikarbonat veya amonyak ile nitrik asit çözeltilerinden pH + 24'e soğutma sürecinde, çözeltiler şeffaf ve kararlıdır. pH + 5-6'ya daha fazla nötralizasyon ile uranyum çökeltisi gözlenir ve yerleşme süresinde bir artışla uranyum birikiminin bütünlüğü artar.
pH = 7.17.5'te, ATK kristallerinin ayrılmasının eksiksizliği en fazladır: karbonat ana liköründeki uranyum içeriği 0.61-0.84 g / l'dir.
Kimyasal konsantre amonyakla 7,6'dan daha yüksek bir pH'da çökeltildiğinde, ana likördeki uranyum içeriğini, başlangıçtaki uranyum içeriğinden bağımsız olarak 0,1 g / l'nin altına düşürmek mümkündür.
Uranyumu alkali ile çökelterek, ıslak tortuda %26-45 uranyum içeriğine sahip sodyum diuranat formunda kimyasal bir konsantre elde etmek mümkündür. Ana likördeki kalıntı uranyum konsantrasyonu, 3045 ° C'lik bir çökelme sıcaklığında 0,005-0,008 g / l'dir ve - 70 ° C'lik bir sıcaklıkta 0,036-0,078 g / l'ye yükselir. Kimyasal konsantrenin nem içeriği %30 arasında değişmektedir. Filtrasyon hızı düşüktür ve pratik olarak kimyasal konsantrenin çökelme sıcaklığına bağlı değildir.
Daha konsantre alkali çözeltilerin kullanılması, orijinal rejenerelerin seyrelmesini azaltacaktır.
Amonyum bikarbonat tarafından çökeltilen kimyasal konsantre, çökeltilmiş alkali ile karşılaştırıldığında, daha yüksek bir berraklaştırma oranına (15 + 20 kez) ve filtrasyon hızına (10 + 15 kez) sahiptir. Amonyum bikarbonat ile çökeltmenin dezavantajı, yüksek özgül tüketimidir (30 + 35 kg / kg uranyum).
Nitrat ticari geri kazanımlarından kristallerin reaktifsiz çökeltilmesi üzerine çalışmalar vardır. Ticari rejenere maddelerin buharlaşması, soğutulduğunda kristallerin çökeldiği aşırı doymuş çözeltilerle sonuçlanır. Çökelmenin hızını ve tamlığını arttırmak için, uranyumun nitrat içeren çözeltilerle desorpsiyonu sırasında elde edilen kristalleri, bir "tohum" olarak ticari rejenere edilmiş olana eklemek gerekir.
Kazakistan'daki uranyum endüstrisi, belki de ülke bütçesine gelir açısından petrol üretiminden sonra ikinci sıradadır. Bu sektörde 25 binden fazla kişi çalışıyor, ancak tesislerin rejimi nedeniyle uranyum madenlerinde konuklar son derece nadir.
Bugün, Güney Kazakistan bölgesinin Suzak semtinde bulunan maden işletmesi "Ortalyk"in nasıl çalıştığını göreceğiz.
LLP "Maden İşletmesi" Ortalyk "çalışanlarının çalışma vardiyası zorunlu bir tıbbi muayene ile başlar
Uranyum madenciliği işletmesinin çalışanları basınç, sıcaklık ölçülür ve ayrıca bir alkol ölçer için kontrol edilir. Doktora göre, tesiste alkol kesinlikle yasaktır ve son testin "başarısız" olduğu tek bir vaka yoktu.
Tıbbi muayeneden sonra - maden kantininde kahvaltı
Üretimin özellikleri ek güvenlik gereksinimleri yaratır - çalışanlar ayrı bir soyunma odasında iş kıyafetleri giyer, rotasyon kampına erişim ve madenin temiz alanı yasaktır.
Vardiya ustabaşı bir kıyafet verir - içeriği, çalışma yerini, başlangıç ve bitiş zamanını, güvenli uygulama koşullarını, gerekli güvenlik önlemlerini belirleyen bir görev
Güvenlik önlemlerinden biri de atölyelerde solunum cihazı takılmasıdır. Bunun nedeni, uranyum üretiminde sülfürik asit, amonyum nitrat gibi reaktiflerin kullanılmasıdır.
Uranyum madenciliği tamamen otomatiktir. Operatör odasında tesiste gerçekleşen tüm süreçleri takip edebilirsiniz.
Kazakistan'daki diğer tüm işletmelerde olduğu gibi Ortalyk'te de uranyum üretimi yerinde liç yöntemiyle gerçekleştirilmektedir. Bu yöntem en çevre dostu olduğu için seçilmiştir. Tarlalardaki radyasyon arka planı, büyük şehirlerdeki radyasyon arka planından farklı değildir.
Yeraltı liç yönteminin prensibi şu şekildedir: %2'lik bir sülfürik asit çözeltisi yeraltındaki uranyum içeren katmanlara pompalanır, bu da kayalarla etkileşime girerek uranyumu çözer, daha sonra uranyumla zenginleştirilmiş bu çözelti yüzeye pompalanır. . Her kuyunun üzerinde bir adet pompa kontrol paneli bulunmaktadır.
Bu odada, kuyuların bulunduğu çöp sahasının topraklarında bir çözüm dağıtım ünitesi var.
Çalışanlara inanılmaz sıcaktan onları koruyan gözlük ve şapka veriliyor.
Bu borular vasıtasıyla kuyulara sülfürik asit çözeltisi pompalanır. Yerden uranyum pompalayan kuyular aynı görünüyor.
Daha sonra uranyumlu çözelti, üretken çözeltilerin işlenmesi için (sorpsiyon-rejenerasyon döngüsü) borular aracılığıyla atölyeye gönderilir.
Ortalyk bu madencilik yöntemiyle saatte yaklaşık 15 ton sülfürik asit kullanıyor.
Uranyum üretiminde tüm süreçler otomatiktir, ancak manuel kontrol de mümkündür.
Bu dükkan uranyum solüsyonu alıyor - ticari uranyum desorbat
Çözelti, doğal bir uranyum konsantresi - "sarı kek" elde etmek için amonyum karbonat ile etkileşime girer.
Pres filtresinin okumalarının kontrol edilmesi
Yellowcake veya doğal uranyum konsantresi, işletmenin özel kaplarda paketlenen son ürünüdür. Aslında bu bileşikteki uranyum yaklaşık %45-50'dir. Bu yıl 2 bin ton uranyum çıkarılması planlanıyor. Mevduatın kendisi 25 yıllık çalışma için tasarlanmıştır.
Dalgıç pompalar pratik olarak onarım gerektirmez, yaklaşık 30 bin saat çalışma sağlarlar. Ancak çarkları sürekli revize etmek ve gerekirse değiştirmek gerekir.
Uranyumun doğrudan madenciliğine paralel olarak, laboratuvar, yatağın en verimli şekilde geliştirilmesine olanak sağlayan araştırmalar yürütüyor.
Kabul edilen standartlara göre, yeniden işlendikten sonra toprağa geri gönderilen çözeltide litre başına 3 miligramdan fazla uranyum kalmamalıdır, ancak numunelerin sonuçlarına göre kayıplar 1,2 miligramı geçmedi.
Vardiya bitiminden sonra çalışanların radyasyon dozu her şekilde kontrol edilir.
İşletmeye gittiğimizde, uranyum işçilerinin dönme kampının eski güzel günlerdeki gibi görünmesini bekliyorduk - işçilerin toplandığı vagonlar. Bununla birlikte, Ortalyk'teki rotasyon kampı tamamen farklı görünüyor - bir kişinin işten sonra dinlenmesi için ihtiyaç duyduğu her şeye sahip modern bir bina kompleksi.
Akşam yemeğinden sonra işçilerin çoğu masa tenisi oynayarak vakit geçiriyor.
Vardiya kampı ayrıca kendi mini futbol sahasına sahiptir.