Полная версия

Главная arrow География arrow Геология. Месторождения руд редких и радиоактивных элементов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Состояние МСБ и обеспеченность месторождениями радиоактивного сырья

Общие сведения

Уран является самым тяжелым химическим элементом земной коры. Он обладает порядковым номером 92 и атомной массой 238,07. Природе известны три изотопа урана с различными распространенностью и периодами полураспада:

U238 - 99,2739 % - 4,51 ■ 109 лет; U235 - 0,7205 % - 7,1310s лет;

U234- 0,0056 %- 2,475-109 лет.

Уран-238 и уран-235 являются родоначальниками двух радиоактивных рядов.

Естественный распад 8U заканчивается накоплением стабильного изотопа 206Рb, а ряд 235U - изотопа 207Рb. Соотношение этих изотопов по достижении полного периода полураспада используется для определения модельного возраста урановых руд.

Содержание урана в земной коре - от 2-10 -4 до 4-10 -4 %>. Прослеживается закономерное его увеличение от пород ультраосновного химического состава к средним и кислым. Содержание в них соответственно (0,5; 1,8; 3,5)-10-4 % [25].

Уран относится к элементам переменной валентности и в химических соединениях может находиться в состоянии U3+, U4+,U5+ и U6+. Ион U3+ не характерен для природных условий. Он отличается высокой восстановительной активностью и переходит в более стабильную форму U4+. Ион U5+ тоже неустойчив в природных условиях и достоверно известен лишь в искусственных соединениях. Ионы четырех- и шестивалентного урана имеют восьмиэлектронную структуру внешней оболочки и обладают литофильными свойствами, высоким сродством к кислороду и встречаются в природе в виде оксидов или солей кислородных кислот. Четырехвалентные соединения урана слаборастворимы, а шестивалентный уран образует устойчивый в природных условиях комплексный катион уранильной группы (UO2) +, что обеспечивает возможность его водной миграции.

Валентное состояние урана в геологических процессах во многом зависит от окислительно-восстановительного потенциала (Eh) и кислотности-щелочности среды (pH). Уран но-разному ведет себя в эндогенных и экзогенных процессах. Собственно магматические процессы завершаются образованием пород различного состава: кислого, среднего, основного, ультраосновного, щелочного, ультращелочного. Распространенность урана в них определяется, прежде всего, их химическим составом. Высокая концентрация урана отмечается в щелочных и ультращелочных породах: сиенитах и лопаритовых луявритах (10-80)-10-4 %. Уран, как и торий, изоморфно входит в состав сложных силикатов и титанатов, таких как эвдиалит, лопарит, ферсманит и др. В породах кислого состава содержание урана составляет в среднем (3—4)-10 -4 %. Уран накапливается в горной породе как примесь в акцессорных минералах (циркон, ортит, монацит, сфен, апатит и др.), так и в форме "подвижного" урана в микровключениях и межзерновых швах.

На поздней стадии кристаллизации гранитной магмы, характеризующейся повышающимся окислительным потенциалом, уран переносится и отлагается нагретыми минерализованными водными растворами (гидротермами), циркулирующими по системе трещин и зонам повышенной проницаемости горных пород. По данным Г.Б. Наумова, перенос урана возможен в гидротермальных растворах с высокой концентрацией углекислоты до нескольких десятков граммов на 1 л воды [14]. Ассоциация урановых минералов с карбонатами наиболее распространена в природных условиях. Довольно часто настуран ассоциирует также с кварцем и флюоритом, что подтверждает присутствие в растворах кремния и фтора.

Наиболее распространенной считается концепция о переносе урана в форме иона уранила (UO2)2+ в виде уранил-карбонатных комплексов (UO2 [С03)220)2]“ или [U02(C03)3]4.

В верхних частях земной коры под воздействием атмосферы, поверхностных вод и биологических факторов развивается зона гипергенеза. В окислительной обстановке чeтырeхвалeнтныe соединения урана становятся неустойчивыми, и уран как элемент переменной валентности относительно легко переходит в легкорастворимый ион уранила (UO2)2+ и может мигрировать в поверхностных водах на значительные расстояния. Обогащенные кислородом поверхностные воды весьма благоприятны для этого. Интенсивность процессов миграции определяется климатом и физико-химическими параметрами приповерхностных вод: кислотно-щелочными свойствами (pH) и окислительно-восстановительным потенциалом (Eh).

В виде легкорастворимых комплексных соединений уран выщелачивается из коренных месторождений и горных пород и поступает в поверхностные водные растворы. Осаждение урана в зоне гипергенеза происходит на геохимических барьерах, в зонах перехода от окислительной к восстановительной обстановке при изменении кислотно-щелочной среды. В зависимости от условий миграции урана выделяют геохимические барьеры разных типов: восстановительные, восстановительно- сорбционные, нейтрализационные (кислотно-щелочные).

Уран сорбируется органическим веществом (торф, гумус, разлагающиеся животные и органические остатки), углеводородами, фосфатами, глауконитом, глинами, гидроксидами железа и другими поверхностными продуктами, создавая основу для седиментогенного рудообразования.

В процессе пластовой фильтрации урансодержащих вод на восстановительных барьерах формируются крупные урановые залежи, приуроченные к зонам пластового окисления с четко выраженной окислительно-восстановительной зональностью.

При метаморфизме отмечается уменьшение содержания урана с увеличением степени метаморфизма. По А.А. Смыслову, породы зеленосланцевой фации содержат урана 2,8-10-4 %, амфиболитовой - 1,6-10-4 %, а гранулитовой - (0,4-1,0)-10-4 %. Это связывается с постепенным выносом урана при нарастании метаморфизма [46].

В природе известно более ста урановых и урансодержащих минералов. Наибольшее практическое значение имеют следующие минералы: уранинит, настуран (урановая смолка), урановая чернь, браннерит. коффинит, отенит, торбернит, цейнерит, карнотит (табл. 1.2.1).

Минералы урана можно разделить на две группы:

  • • собственные минералы урана, в которых уран закономерно входит в кристаллическую решетку и является постоянным элементом молекулы химического соединения: а) минералы четырехвалентного урана; б) минералы уранила;
  • • урансодержащие минералы, в которых уран изоморфно входит в кристаллическую решетку.

Все минералы урана относятся к следующим классам химических соединений: оксиды, гидроксиды, титаниты, силикаты, сульфаты, карбонаты, арсенаты, фосфаты и молибдаты, в которых уран входит в виде простого иона четырехвалентного урана или комплексного иона - уранила.

Особое значение при оценке технологических свойств руд имеет их химический состав и состав вмещающих пород, обусловливающие выбор способа гидрометаллургической переработки.

Основной показатель качества руд - содержание в них урана. По его содержанию (в %) выделяются пять сортов руд: очень богатые (>1), богатые (1-0,5), средние (0,5-0,25), рядовые (0,25-0,1), бедные (< 0,1).

При оценке технологических свойств урановых руд обязательно должны учитываться их минеральный состав и концентрация других полезных компонентов, форма их нахождения и возможность попутной добычи.

Таблица 1.2.1

Урановые и урансодержащие минералы

Окончание табл. 1.2.1

Примечание. Наиболее важные урановые минералы выделены полужирным шрифтом.

В природе, кроме собственно урановых, существуют и урансодержащие минералы тория, циркония, редких земель. Они существенно различаются по технологическим свойствам. Наиболее легко уран извлекается из собственных минералов: карбонатов и сульфатов, фосфатов, арсенатов и молибдатов. Это, как правило, вторичные материалы зоны гипергенеза, в которых уран присутствует в шестивалентной форме и легко переходит в раствор при обработке слабыми растворами кислот или соды. Хорошо извлекается уран из руд, представленных урановыми минералами: настураном и урановыми чернями. Более устойчивыми к процессам выщелачивания являются коффинит и особенно браннерит. Очень трудно уран извлекается из урансодержащих минералов. Поэтому при оценке руд следует учитывать их минеральный состав. В природе известно большое число собственно урановых месторождений с комплексом сопутствующих рудных минералов (табл. 1.2.2).

Таблица 1.2.2

Типы комплексных урановых руд и их минеральный состав

Типы руд по ассоциации элементов

Минералы

урановые

сопутствующие рудные

Золото-урановые

Уранинит, настуран

Золото

Золото-урановые

Браннерит

Золото, серебро

Уран-железные

Уранинит, настуран

Гематит, магнетит

Уран-медные

Настуран, урановые черни

Халькопирит, борнит, халькозин

Уран-молибденовые

Настуран, коффинит

Молибденит, повеллит, вульфенит

Уран-медно-молибденовыс

Уранинит, настуран

Халькопирит, молибденит

Уран-полиметаллические

Настуран, урановые черни

Галенит, сфалерит

Уран-медно-висмутовые

Настуран, уранинит

Висмутин, самородный висмут, халькопирит

Уран-медно-кобальтовые

Настуран, уранинит

Халькопирит, борнит, халькозин, самородная медь, кобальтин

Уран-никель-кобальт-

серебро-висмутовые

Настуран, урановые черни

Диарсениды и сульфоарсениды никеля, кобальта, серебра, висмутин, самородные висмут и серебро

Уран-никель-кобальтовые

Настуран

Миллерит, кобальтин, полидимит

Таблица 1.2.3

Минерально-сырьевая ваза урана Российской Федерации по состоянию на 01.01.2007 г. (по Г.А. Машковцеву)

Прогнозные ресурсы

Р.

Р2

Р,

количество*

273

639

1610

доля распределенного фонда, %

нет данных

запасы

А+В+С,

с7

количество

216,2

331,6

изменение по отношению к запасам на 01.01.2007 г.

91,3

292,3

доля распределенного фонда, %

88,7

89,6

Таблица 1.2.4

Использование МСБ урана Российской Федерации в 2007 г.

Число действующих эксплуатационных лицензий

29

Число действующих лицензий на условиях предпринимательского риска

3

Добыча из недр, тыс. т

3,6

Производство урановых концентратов (в пересчете на уран), тыс. т

3,6

Производство реакторного топлива (оценка), млрд руб.

36,9

Экспорт реакторного топлива, млрд руб.

22,1

Средняя за 10 месяцев 2008 г. цена концентратов UjOs, долл./кг урана

165

Ставка налога на добычу

5,5 %

Россия обладает крупными прогнозными ресурсами урана, которые оцениваются более чем в 2,5 млн т, или 14,8 % мировых. Большая их часть прогнозируется в четырех урановорудных районах: Стрельцовском и Восточно-Забайкальском в Читинской области, Витимском в Республике Бурятия и Эльконском в Республике Саха (Якутия) (табл. 1.2.3 и 1.2.4).

В месторождениях России содержится почти 550 тыс. т запасов урана, или немногим менее 10 % его мировых запасов, причем около 63 % сосредоточено в Республике Саха (Якутия) (рис. 1.2.1).

Основные месторождения урановых руд и распределение балансовых запасов урана по субъектам РФ, тыс. т

Рис. 1.2.1. Основные месторождения урановых руд и распределение балансовых запасов урана по субъектам РФ, тыс. т

Урановые руды России беднее зарубежных. В эксплуатируемых подземным способом российских месторождениях руды содержат всего 0,18 % урана, в то время как на канадских подземных рудниках отрабатываются руды с содержанием урана до 1 %. Способом скважинного подземного выщелачивания в России разрабатываются месторождения, руды которых содержат всего 0,04-0,05 % урана, тогда как на аналогичных месторождениях Казахстана содержание урана в рудах составляет 0,06-0,08 %, и при этом они очень велики по запасам, которые превышают 100 тыс. т урана. В рудах нигерийского месторождения Акута содержание урана достигает 0,43 %, в австралийских объектах - в среднем 0,15 %.

Государственным балансом РФ учтены запасы 50 месторождений урана, из которых в тринадцати запасы только забалансовые (табл. 1.2.5).

В нераспределенном фонде недр остаются 22 месторождения; по качеству руд они сопоставимы с лицензированными объектами.

Основные месторождения урана РФ

Таблица 1.2.5

Недропользователь,

месторождение

Геолого-промышленный тип

Запасы, тыс. т

Си в рудах, %

Добыча в 2007 г., т

А+В+С,

С2

ОАО "Приаргунское горно-химическое объединение"

Стрельцовекое (Читинская обл.)

Молибден-урановый в вулканитах

28,5

8,7

0,154

1352

Октябрьское (Читинская обл.)

Молибден-урановый в вулканитах

6,8

2,1

0,194

672

Антей (Читинская обл.)

Молибден-урановый в вулканитах

8,9

2,3

0,163

919

Мало-Тулукуевское (Читинская обл.)

Молибден-урановый в вулканитах

10,3

2,3

0,192

0

Аргунское (Читинская обл.)

Молибден-урановый в вулканитах

28

9,5

0,215

0

ЗАО "Далур"

Дапматовское (Курганская обл.)

Урановый в песчаниках

6,8

1,6

0,034

350

ОАО "Хиагда"

Хиагдинское (Республика Бурятия)

Урановый в песчаниках

6,8

4,4

0,055

27

ОАО "Эльконский ГМК"

Южное

(Республика Саха, Якутия)

Золото-урановый в метасоматитах

63,5

194,4

0,145

0

Северное (Республика Саха, Якутия)

Золото-урановый в мета- соматитах

0

58,6

0,149

0

В Стрельцовском рудном районе ОАО "Приаргунское горно-химическое объединение" (ОАО "ПГХО") продолжало работы по возобновлению добычи на ранее законсервированных месторождениях Мало-Тулукуевское и Юбилейное и вело освоение Аріунского и Жерлового месторождений. ОАО "Росбурсервис" готовит к вводу в эксплуатацию месторождение Оловское в Читинской области и два участка Южного месторождения в Республике Саха (Якутия).

Прироста запасов в результате геологоразведочных работ в 2007 г. не получено, однако на учет в Государственном балансе запасов полезных ископаемых поставлены 20 новых урановых объектов, в том числе крупные Южное и Северное месторождения в Республике Саха (Якутия). В результате разведанные запасы России увеличились более чем на 73,1 %, предварительно оцененные почти в восемь раз. Двенадцать из вновь поставленных на баланс объектов находятся в распределенном фонде недр.

Динамика движения запасов урана в 1997-2007 гг., тыс. т

Рис.1.2.2. Динамика движения запасов урана в 1997-2007 гг., тыс. т

Динамика производства уранового концентрата (в пересчете на уран) и прироста запасов урана в результате ГРР в 1997-2007 гг., тыс. т

Рис. 1.2.3. Динамика производства уранового концентрата (в пересчете на уран) и прироста запасов урана в результате ГРР в 1997-2007 гг., тыс. т

По добыче урановых руд и производству концентратов Россия в 2007 г. вышла на четвертое место в мире, обогнав Намибию; по сравнению с 2006 г. количество добытого урана выросло на 10,9 % (рис. 1.2.2-1.2.3).

Почти 90 % российского урана извлечено из недр на подземных рудниках компании ОАО "ПГХО" в Стрельцовском рудном районе, на пяти месторождениях: Стрельцовском, Антей, Октябрьском, Юбилейном и Лучистом. Еще 4 т металла получено из отвалов Тулукуевского месторождения Стрельцовского рудного района методом кучного выщелачивания.

Еще 9,6 % российской добычи обеспечило ЗАО "Далур" на Далматовском месторождении в Курганской области, которое оно разрабатывает методом подземного скважинного выщелачивания.

На Хиагдинском месторождении в Республике Бурятия компания ОАО "Хиагда" ведет опытно-промышленную отработку способом подземного скважинного выщелачивания; в 2007 г. ею получено 27 т урана.

Добыча урана российскими компаниями в 2007 г., тыс. т

Рис. 1.2.4. Добыча урана российскими компаниями в 2007 г., тыс. т

Первичная переработка руд Стрельцовского рудного района с получением урановых концентратов производится на обогатительной фабрике ОАО "ПГХО" в г. Краснокаменске. В 2007 г. здесь переработано 89,6 % добытых в России руд. Остальной уран содержится в продуктивных растворах, получаемых непосредственно в ходе выщелачивания урановых руд. Урановые концентраты и продуктивные растворы поступают на дальнейшую переработку на предприятия государственной корпорации ОАО "Урановый холдинг Атомредметзолото" (ОАО "Атомредметзолото"), в состав которой после завершения реорганизации российской урановой отрасли в 2007 г. вошли все урандобываюшие компании страны.

Единственным потребителем продуктов переработки урановых руд в России является корпорация ОАО "ТВЭЛ", которая ранее владела всеми российскими горнодобывающими предприятиями, а ныне объединяет только предприятия по производству топлива для АЭС. В ее состав входят Машиностроительный завод в г. Электросталь Московской области. Новосибирский завод химконцентратов и Чепецкий механический завод в Удмуртской Республике. Стоимость реакторного топлива, произведенного компанией в 2007 г., достигла 36,9 млрд руб., что на 8,4 млрд руб. больше, чем в 2006 г.

Россия является крупнейшим экспортером ядерного топлива. В 2007 г. она обеспечила примерно 17 % поставок его на мировой рынок. Весь экспорт осуществляет компания ОАО "ТВЭЛ". В 2007 г. продажи топлива выросли по сравнению с 2006 г. почти на 50 % (в денежном выражении) благодаря тому, что в течение этого года вступил в действие ряд новых контрактов, заключенных компанией на поставку топлива для реакторов российского и западного образца. Топливо было продано в 14 стран мира, где работают 74 энергетических и 30 исследовательских реакторов, в том числе в Украину, где действует 15 реакторов, Словакию (5 реакторов), Венгрию (4), Чехию (4), Болгарию (2), Финляндию (2), Китай (2), а также в Армению, Литву, Иран, где имеется по одной АЭС (рис. 1.2.4-1.2.5).

Динамика производства реакторного топлива корпорацией "ТВЭЛ" и его экспорта в 1998-2007 гг., млрд руб

Рис. 1.2.5. Динамика производства реакторного топлива корпорацией "ТВЭЛ" и его экспорта в 1998-2007 гг., млрд руб.

В соответствии с российско-американским договором "ВОУ-НОУ", который действует с 1995 г., на Сибирском химическом комбинате компании ОАО "ТВЭЛ" в г. Томске в 2007 г. продолжалась переработка высокообогащенного урана, полученного при демонтаже российских ядерных боеголовок. Высокообогащенный уран (ВОУ), содержащий 90 % U23, разбавляется здесь до состояния низкообогащенного урана (НОУ) с содержанием LT ' 3,5-4,5 %. Для разбавления используется обедненный уран из хвостов производства ядерного топлива.

Полученный в результате низкообогащенный уран поставляется в США и страны Западной Европы. В обмен Россия получает от США эквивалентное количество гексафторида урана с природным соотношением изотопов, из которого на заводах корпорации ОАО "ТВЭЛ" вырабатываегся реакторное топливо.

Экспорт низкообогащенного урана, а также урансодержащих материалов и изделий осуществляет компания ОАО "Техснабэкспорт". Российскую урановую продукцию покупают более 500 компаний в более чем 50 странах Северной и Южной Америки, Европейского Союза, Юго-Восточной Азии и Африки.

Помимо экспорта, компания ОАО "Техснабэкспорт" предоставляет услуги по обогащению урана с природным соотношением изотопов до требуемого содержания U235. Доля компании на мировом рынке этих услуг составляет около 40 %. На четырех предприятиях компании: в гг. Новоуральске Свердловской области, Зеленогорске Красноярского края, Ссверске Томской области и Ангарске Иркутской области применяется технология центрифугирования, которая является одной из наиболее совершенных в мире и обеспечиваег самую высокую эффективность обогащения.

Количество ядерных материалов, экспортируемых из России, постоянно растет. Выручка компании от реализации урановой продукции и услуг по обогащению в 2007 г. выросла но сравнению с 2006 г. более чем на 7,4 млрд руб., а относительно 2002 г. - почти в четыре раза.

Развитие мировой атомной энергетики и уменьшение количества складированных запасов урана в последние годы стимулировали повышение цен на природный уран и продукты его переработки. Рост цен на урановый концентрат, начавшийся в 2001 г., особенно активно происходил в 2006-2007 гг. Это сказалось на увеличении цен и на другие урановые продукты, в том числе и на гексафторид урана (рис. 1.2.6-1.2.7).

Динамика доходов компании ОАО "Техснабэкспорт" от экспорта ядерных материалов и предоставления услуг по обогащению урана в 2002-2007 гг., млн руб

Рис. 1.2.6. Динамика доходов компании ОАО "Техснабэкспорт" от экспорта ядерных материалов и предоставления услуг по обогащению урана в 2002-2007 гг., млн руб.

Среднегодовые цены на урановый концентрат (долл./фунт UjO$) и гексафторид урана (долл./кг UF) в 1997-2008 гг

Рис. 1.2.7. Среднегодовые цены на урановый концентрат (долл./фунт UjO$) и гексафторид урана (долл./кг UF6) в 1997-2008 гг.

Ядерное топливо, которое производит ОАО "ТВЭЛ", полностью удовлетворяет внутренний спрос. В 2007 г. потребность России в уране оставалась на уровне 2006 г., составив около 20 тыс. т. Однако необходимость выполнения экспортных обязательств страны по обеспечению поставок топлива для зарубежных АЭС, построенных и строящихся по российским проектам, а также ожидаемое увеличение внутреннего потребления в связи с вводом в строй новых отечественных АЭС в ближайшей перспективе приведут к тому, что потребность в уране в стране будет увеличиваться (рис. 1.2.8).

Структура потребностей России в урановом сырье в 2007 г., %

Рис. 1.2.8. Структура потребностей России в урановом сырье в 2007 г., %

Спрос на уран в России менее чем на 20 % удовлетворяется за счет добычи на отечественных месторождениях. Недостающее количество компенсируется поставками из государственных резервов, однако интенсивное использование сократило их настолько, что оставшегося количества хватит не более чем на 10-15 лет. Дополнительным источником урана в настоящее время является давальческое сырье, получаемое из Украины, а также гексафторид с природным соотношением изотопов, поставляемый из США по договору ВОУ-НОУ в обмен на низкообогащенный уран.

Решению задачи обеспечения российской атомной отрасли природным ураном может способствовать разработка урановых месторождений по трем вариантам:

  • 1. Добыча металла за рубежом. В Казахстане в 2007 г. совместное предприятие компании ОАО "Атомредме полото" и казахстанской компании НАК "Каза- томпром" добыло 114 т урана на принадлежащем ему месторождении Заречное. Сырье было переработано в России. Подобные проекты компания ОАО "Атомредметзолото" реализует в Украине, Узбекистане, Намибии, ЮАР, Австралии, Канаде, Монголии.
  • 2. Разработка дорогих и упорных руд Элькона.
  • 3. Открытие новых крупных месторождений в пределах восточной окраины Западно-Сибирской плиты.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>