Топливодобывающие отрасли промышленности ТЭК: добыча урана

МГИМО (У) МИД России

Международный институт энергетической политики и дипломатии

Контрольная работа по дисциплине «Передовые технологии и перспективы развития ТЭК» на тему:

«Топливодобывающие отрасли промышленности ТЭК: добыча урана».

 

 

 

 

Подготовила:

студентка 9 группы

2 курса МЭО-МИЭП

Конончук Д.А.

Проверил:

профессор Юдин А.Е.

 

 

 

Москва 2009г.

Содержание:

 

Введение. 3

Запасы урана. 5

Методы добычи урана. 7

Заключение 11

Список источников 12

 

 

 

Введение.

 

Атомная энергетика является одним из основных мировых источников энергообеспечения. Начиная с 50-х годов, неуклонно росла доля атомной энергии в топливно-энергетическом балансе индустриально развитых стран. Своеобразным пиком «атомного энтузиазма» явились 70-е годы, когда во многих странах мира были приняты грандиозные программы развития атомной энергетики.

Но после ряда серьезных  аварий на АЭС в США и в особенности  после Чернобыльской аварии, ряд  стран решили вообще отказаться от АЭС (Ирландия, Люксембург, Дания, Новая  Зеландия, Австралия), другие страны решили ликвидировать уже построенные  атомные реакторы (Швеция, Филиппины, Австрия). Однако США, Франция, ФРГ, Великобритания продолжают с разным успехом держать  курс на развитие атомной энергетики.

По данным Международного агентства по атомной энергетике (МАГАТЭ), в настоящее время более 17% электроэнергии, вырабатываемой в мире, производится на ядерных реакторах, которых по разным оценкам, в мире насчитывается около 440, общей мощностью свыше 365 тыс. МВт, расположенных более чем в 30 странах. В настоящее время в 12 странах строится 29 реакторов общей мощностью около 25 тыс. МВт.  Доля атомной энергетики в странах будет увеличиваться.

Атомные электростанции в отличие от электростанций, работающих на органическом топливе, не загрязняют атмосферу. Выработки на АЭС более 2300 млрд. кВт·ч электроэнергии в год предотвращает ежегодный выброс в атмосферу до 2,3 млрд. т диоксида углерода, более 80 млн. т диоксида серы и 35 млн. т оксидов азота в результате вытеснения из энергетического баланса тепловых энергостанций на органическом топливе.¹

  По данным экспертов МАГАТЭ, к 2030 году мировые энергетические потребности увеличатся не менее чем на 50-60%. Наряду с ростом энергопотребления имеет место катастрофически быстрое исчерпание самых легкодоступных и удобных органических энергоносителей — газа и нефти. Растущий спрос на энергоресурсы неизбежно ведет к их прогрессирующему удорожанию. Добыча углеводородного сырья становится всё более трудоёмкой. Наблюдается хроническое снижение объёма освоения капиталовложений, снижение объёмов бурения и ввода новых скважин и месторождений, рост аварийности на технологических объектах, особенно на трубопроводах.

Очевидно, что неоспоримый  плюс ядерной энергии — ее стоимость, которая ниже, чем на большинстве  электростанций иных типов.

Основным горючим для  современной атомной энергетики является уран, ресурсы которого более  чем достаточны, чтобы удовлетворить  требования даже верхнего сценария развития ядерной энергетики до 2030 г. и далее.

Исходя из потребности  в 60-80 тыс. т урана в год в  ближайшие 20 лет, мировые ресурсы порядка 3 млн. т урана с ценой извлечения ниже 80 долларов США за 1 кг урана могут обеспечить 30-40 лет потребления, а потенциальные ресурсы с ценой извлечения до 130 долларов за 1 кг заведомо превышают кумулятивные потребности в уране до середины века при самом быстром варианте роста ядерных мощностей.²

 

 

 

Запасы  урана.

 

Содержание урана в  земной коре составляет 0,003 %, он встречается  в поверхностном слое земли в  виде четырех видов отложений. Во-первых, это жилы уранинита, или урановой смолки (диоксид урана UO2), очень богатые  ураном, но редко встречающиеся. Им сопутствуют отложения радия, так  как радий является прямым продуктом  изотопного распада урана. Такие  жилы встречаются в Заире, Канаде (Большое Медвежье озеро), Чехии и  Франции. Вторым источником урана являются конгломераты ториевой и урановой руды совместно с рудами других важных минералов. Конгломераты обычно содержат достаточные для извлечения количества золота и серебра, а сопутствующими элементами становятся уран и торий. Большие месторождения этих руд  находятся в Канаде, ЮАР, России и  Австралии. Третьим источником урана  являются осадочные породы и песчаники, богатые минералом карнотитом (уранил-ванадат  калия), который содержит, кроме урана, значительное количество ванадия и  других элементов. Такие руды встречаются  в западных штатах США. Железоурановые сланцы и фосфатные руды составляют четвертый источник отложений. Богатые  отложения обнаружены в глинистых  сланцах Швеции. Некоторые фосфатные  руды Марокко и США содержат значительные количества урана, а фосфатные залежи в Анголе и Центральноафриканской  Республике еще более богаты ураном. Большинство лигнитов и некоторые  угли обычно содержат примеси урана. Богатые ураном отложения лигнитов обнаружены в Северной и Южной  Дакоте (США) и битумных углях Испании  и Чехии.³

Экономически выгодно  разрабатывать те месторождения, которые  содержат не менее 0,1% урана в руде. По данным МАГАТЭ разведанные запасы такого урана составляют 2,3 млн. т.

Первое место в мире по разведанным запасам занимает Австралия: крупнейшее месторождение - Olympic Dam, где находится примерно 40% всех разведанных в мире запасов урана и где самая низкая себестоимость добычи. При этом по уровню добычи Австралия находится лишь на третьем месте (19%). Второе место по запасам принадлежит Казахстану, где ураном занимается государственная компания «Казатомпром» и где планируют выйти на уровень добычи в 15 тыс. тонн. Сегодня в Казахстане добывается примерно 9 тыс. тонн урана в год, что составляет 20% мировой добычи. Это ниже показателя Канады, сегодняшнего лидера, – 21%, хотя по запасам урана Канада только на третьем месте в мире.

В этих трех государствах сосредоточены  около половины мировых запасов  урана. Кроме них, в первую десятку  входят (в порядке убывания): ЮАР, Бразилия, Намибия, США, Нигер, Россия (8% мировой добычи), Узбекистан.⁴

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методы  добычи урана.

 

Существует несколько основных методов добычи:

• Открытый (карьерный). Применяется для разработки приповерхностных месторождений.
• Подземный (шахтный). Шахтные методы используются при глубинном расположении урансодержащих пород. Долгое время этот метод добычи урановой руды был основным. Урановые шахты принципиально не отличаются от других типов шахт, разве что более сильной вентиляцией и повышенной степенью охраны труда. На руднике урановую руду извлекают из горного массива буро-взрывным способом. Однако при данном методе крайне сложно обезопасить работников от вредного воздействия радиации.
• Метод скаженного подземного выщелачивания (путем закачивания растворителя). В этом случае водный раствор реагентов под большим давлением закачивается под землю с целью растворить содержащийся в руде уран. На поверхность земли выкачивается раствор различных солей урана, извлечь их которого металл химическим способом в фабричных условиях уже не представляет труда. Метод подземного скважинного выщелачивания (ПВ) оказывает минимальное отрицательное воздействие на окружающую среду, что подтверждено многолетними исследованиями. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) признает данную технологию как самый экологически чистый и безопасный способ отработки месторождений.

 Подземное скважинное  выщелачивание является способом  разработки рудных месторождений  песчаникового типа без поднятия  руды на поверхность путем  избирательного перевода ионов  природного урана в продуктивный  раствор непосредственно в недрах. При этом урансодержащая руда  остается под землей в отличие  от традиционных методов добычи (шахтный и карьерный), требующих значительных затрат на рекультивацию, в связи с чем данный метод ПВ отличается высокой экологической безопасностью, низкими затратами и упрощенностью технологических операций.

Метод ПВ – это процесс  замкнутого цикла, включающий в себя следующие основные стадии:

1. Бурение скважин, установка технического оборудования и сооружение технологического полигона:
2. Подача через закачные скважины раствора серной кислоты слабой концентрации в рудоносный горизонт.
3. Основной процесс выщелачивания происходит под землей, где уран переходит в так называемый продуктивный раствор.
4. Продуктивный раствор поднимается на поверхность и проходит процесс сорбции и десорбции в ионообменных колоннах. Затем из товарного десорбата происходит осаждение и сушка урана до получения так называемого желтого кека.
5. Желтый кек перерабатывается в закись-окись урана.
6. В будущем, все уранодобывающие предприятия планируют выпускать конечный продукт в виде уранового концентрата на местах добычи.

В отличие от добычи урана карьерным или шахтным методом при разработке месторождения методом ПВ отпадает необходимость строительства хранилищ для отходов c высоким уровнем радиации. Этот способ добычи является без преувеличения самым экономичным и экологически безопасным из всех известных.

• Метод растворения отходов. Данный способ предусматривает добычу урана как сопутствующего продукта, содержащегося в крайне бедных рудах, которые образуются в результате добычи золота или фосфатов. Этот процесс предусматривает многократное прокачивание растворителя (серной кислоты или карбоната аммония) через руду с целью извлечения урана до тех пор, пока его концентрация в растворе не станет достаточно высокой.
• Скважинная гидродобыча применяется для подземной добычи твёрдого урана. Это способ, основанный на разрушении и доставке его к скважинам водой и выдачи в виде гидросмеси на поверхность. Применяется преимущественно для добычи рыхлых и слабосцементированных руд, залегающих в виде пластов на относительно небольшой глубине от поверхности. Месторождение вскрывается скважинами диаметром 100—300 мм. Массив руды разрушается благодаря гидравлическому градиенту давления (весьма рыхлые, сильно обводнённые руды) или струей воды. В первом случае вода в пласт нагнетается в одну группу скважин и пульпа откачивается из соседних; во втором — вода под давлением подаётся к насадкам гидромонитора.
• Добыча урана из морской воды. Уран из морской воды по приемлемым ценам является окончательной гарантией доступности урана для любой страны с доступом к океану. Из-за большого количества урана в морской воде (4 миллиардов тонн, что в 800 раз больше, чем в ресурсах на суше, извлекаемых по цене в 130$/кг или меньше) технология извлечения урана из морской воды активно разрабатывается. Основной проблемой является очень низкая концентрация урана - 3 части на миллиард. Поэтому стоимость извлечения будет высокой, пока не будет повышена эффективность всех процессов, включая организацию больших потоков воды без затрат энергии на её прокачку. К примеру, в 1987 г. в Японии работала установка, в которой использовался адсорбент из порошка гидратированной окиси в кипящем слое. Данная установка позволила извлечь 15,5 кг урана. Используются также другие виды адсорбентов. Однако данный способ добычи не имеет пока промышленного значения.

 

 

Из полученной каким-либо из этих методов руды в дальнейшем выделяют химические соединения урана, которые служат непосредственным сырьем для производства ядерного топлива.

Стандартный технологический  процесс извлечения урана из руд, перерабатываемых на гидрометаллургических  заводах (ГМЗ), в общих чертах состоит  в следующем. Поступающая на завод  руда дробится, измельчается, а затем  выщелачивается с помощью серной кислоты (или щелочи) в присутствии  окислителей (например, двуокиси марганца МnО2). При выщелачивании основная часть урана (до 90%) переходит в раствор, вместе с ним растворяется небольшая часть других радиоактивных элементов, а также некоторые компоненты вмещающих пород. Существуют также и другие технологические схемы, позволяющие произвести извлечения элемента из руды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Согласно прогнозам на основе данных Всемирной ядерной ассоциации (WNA). Добыча урана в мире только в 2009 году вырастет на 11,5% - с 43,6 тыс. тонн до около 48,7 тыс. тонн. Потребности в урановом сырье к 2030 году в мире вырастут примерно на 59% - до 104 тыс. тонн, тогда как добыча, если ориентироваться на умеренный сценарий, должна возрасти более чем в два раза - до 98,8 тыс. тонн. При этом через 20 лет, как ожидает WNA, количество действующих блоков АЭС увеличится на 88%, лидерами по развитию атомной энергетики являются Китай и Индия, а общие мощности глобальной атомной энергетики возрастут на 119%. В том числе в России мощности АЭС, как ожидается, к 2030 году вырастут в 2,5 раза.⁵

Для решения проблемы исчерпания урановых запасов в ближайшие  пять лет лидерам рынкам необходимо активизировать геологоразведку, провести переоценку сырьевой базы, а также  подготовить к освоению резервные  месторождения.

Важно отметить, что в будущем для добычи урана предпочтение будет отдаваться тем методам, которые оказывают наименьшее отрицательное воздействие на окружающую среду и здоровье людей, участвующих в технологическом процессе.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  источников:

 

1. Атомная энергетика в топливно-энергетическом комплексе России: вызовы для развития // Андрианов А.Н.
2. Атомная энергетика как основа устойчивого энергообеспечения в будущем // Барановских А.А., Рябков Л.Ф. – Сборник докладов конференции "Полярное сияние - 2002" [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.polar.mephi.ru/ru/conf/2002/baran1_tr.html
3. Ежегодный доклад МАГАТЭ за 2007 год [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.iaea.org/About/Policy/GC/GC52/GC52Documents/Russian/gc52-9_rus.pdf
4. Официальный веб-сайт компании «Казатомпром»: http://www.kazatomprom.kz/ru/
5. Способы добычи урана // Статья // Бекман И.Н.

1. ¹ Атомная энергетика как основа устойчивого энергообеспечения в будущем // Барановских А.А., Рябков Л.Ф. – Сборник докладов конференции "Полярное сияние - 2002" [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.polar.mephi.ru/ru/conf/2002/baran1_tr.html

² Там же.

³ Энциклопедия «Кругосвет»- электронный ресурс. Режим доступа: http://slovari.yandex.ru/dict/krugosvet/article/2/23/1004244.htm

⁴ АРМЗ прогнозирует рост добычи урана в мире в 2009 году на 11%  // РИА Новости Экология//  [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://eco.rian.ru/business/20091001/187133845.html