Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: О современном уране
---
Предпоследняя статья Бориса Марцинкевича о ядерном топливном цикле. В ней на мой взгляд рассматриваются очень интересные моменты. А вообще что такое уран и как он добывается а после становится топливом?
Поехали……
О современном уране
Предыдущие части тут:
Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: Предисловие
Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: Анатомия ОЯТ
Сага о Росатоме, продолжение. Завод по переработке отработанного ядерного топлива. ПО «Маяк»
Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: Отработанное ядерное топливо
Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: Вечное хранение ОЯТ по-американски
Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: ОЯТ в США
Начало статей здесь:
Сага о Росатоме (Часть 1)
Перечитывая то, что я с изрядной долей наглости назвал «Ядерный топливный цикл», почувствовал, что явно чего-то не хватает.
Мне кажется, что нужна вот небольшая заметка, чтобы сделать обзор-справку о том, как выглядит «трудовой путь» урана на день сегодняшний, когда о полном покорении закрытого ядерного топливного цикла есть четко прорисованные планы, а практика еще на 90% остается такой, какой она стала где-то в 70-80 годы века минувшего.
Вот и попробую сделать такую статью – удобно будет возвращаться, если вдруг что-то подзабылось.
Все АЭС, как известно, работают на уране.
Пусть он и самый тяжелый из «нерукотворных», но уран – все равно химический элемент и, как химическому элементу полагается, содержится он в земной коре в составе самых разных руд.
Входит он в состав этих руд в виде самых разных оксидов и солей, вмещающие породы – тоже разные: карбонаты, силикаты, сульфиды. Выглядит это порой красиво и даже эффектно.
Урановая руда. Уран в ультрафиолете.
Урановая руда
Тоже урановая руда Минералов с содержанием урана известно более сотни, но практический интерес представляют только 12 из них.
Руды подразделяются по категориям: от бедных (с содержанием урана менее 0,1%) до богатых (с содержанием урана более 1%).
В Канаде есть руды с содержанием урана 14-18% — даже не знаю, как это называется. Сверхсупербогатые?
А руды Бельгийского Конго, обеспечившие реализацию Манхэттенского проекта с их 60% — «рокфеллеровские», то ли?…
На заре атомного проекта были урановые руды неглубокого залегания – 150-300 метров, но сейчас практически все такие карьеры выработаны, и за рудой приходится уходить на глубины в километр, а то и больше.
Вот и первые задачи: добыть с такой глубины и очистить от пустых пород.
Обычно все слышали про страшные и ужасные урановые рудники, но при этом мало кто представляет себе, как же добывают даже обычные железо и медь, не говоря уже про уран.
Поэтому сначала на пальцах об этом нелегком деле.
Существуют 3 основных способа добычи урана. Первый способ – открытый, подходит для тех случаев, когда рудное тело находится близко к поверхности земли. При открытом способе добыче просто роют бульдозерами большую яму и экскаваторами грузят руду в самосвалы, которые везут ее к перерабатывающему комплекс.
Второй способ шахтный — это если имеем дело с крепкими горными породами залегающими глубоко, в которых хорошо заметны рудные жилы – будем строить шахты, рубить руду специальными машинами (радиация, знаете ли, эпоха ручной работы миновала) и вытаскивать ее наверх.
В России это – Приаргунское месторождение Читинской области.
Более дешевый, более «продвинутый» третий метод, экологически менее вредный – это так называемая «технология ПСВ» (поземное скважинное выщелачивание).
Грубо: по центру сверлим дыру на нужную глубину, по бокам – еще несколько. В центральную скважину закачиваем серную кислоту, она выщелачивает уран из породы, а полученный раствор выкачивается на поверхность через боковые скважины. Вот, к примеру, как выглядят урановые рудники на месторождениях Хиагда (Бурятия) и Далур (Курганская область):
Работа людей заканчивается на этапе бурения, вся прочая работа выполняется механизмами да насосами.
Поддерживать необходимое давление – вот и вся забота.
Никаких «ран» поверхности, никаких рудных отвалов, а серная кислота на глубине больше километра – никакого вреда даже грунтовым водам.
Впрочем, метод ПСВ настолько интересен, что стоит к разговору о нем вернуться с большим количеством подробностей.
Вот кстати ОЧЕНЬ интересный факт:
Есть на свете компания под названием Uranium One, которой принадлежат крупнейшие урановые месторождения в Казахстане, Африке, Австралии и США.
На компанию приходится до 30% мировой добычи урана.
Но мало кто знает, что Uranium One, когда-то основанная, как канадско-южно-африканский консорциум, сейчас на 100% принадлежит «Росатому».
В мире непрерывно идет жесточайшая борьба за контроль над рудниками и месторождениями урана. Это вопрос стратегический.
Тот, кто держит в руках источники урана, не только держит за горло всю мировую атомную энергетику, но и может влиять на рынок ядрен-батонов.
Далее рассматриваем случай добычи урановой руды из шахт.
Крупные куски породы:
1) сортируют по степени радиоактивности;
2) дробят до мелкого состояния;
3) помещают в автоклавы, где при больших температуре и давлении выщелачивают уран растворами серной или азотной кислоты или карбонатом натрия.
Уран при этом переходит в эти замечательные растворы, а пустая порода в буквальном смысле этого слова выпадает в осадок.
Далее следует этап № 4: уран из растворов осаждают порциями новых химических реагентов, получая в результате практически чистые соединения урана и этих реагентов.
Но что реагентам делать в реакторе, спрашивается?
Нечего.
Следовательно, они тоже лишние на этом празднике Менделеева, потому необходим этап № 5: аффинаж с применением бикарбоната аммония.
Зубодробительное название, а кто-то ведь именно этим и занимается!..
И теперь остается этап № 6 – полученные после аффинажа сухие чистые осадки урановых солей прокаливают при температурах от 240 до 850 градусов, чтобы получить широко известный в узких кругах желтый кек (он же – закись-окись урана, он же U3O8). Вот он, родимый.
Желтый кек. Обращу ваше внимание, что все описанные шесть этапов производятся непосредственно возле шахт. Любой урановый рудник – место, где концентрируются химические производства.
Желтый кек удобен тем, что он весьма стабилен, у него низкая радиоактивность – следовательно, он пригоден к транспортировке.
И везут его поближе к центрифугам, чтобы произвести последнюю химическую процедуру – из оксида урана перевести во фторид урана.
Этот процесс атомщики называют конверсией урана, и без него – просто никак.
Фторид урана удобен тем, что при нагреве до 53 градусов он не плавится, а сразу превращается в газ, который и поступает на обогащение при помощи центрифуг.
Обогащение – это увеличение концентрации урана-235 с природного значения 0,7% до необходимых 4% (в среднем, на самом деле – от 2,6% до 4,8% для разных типов атомных реакторов).
Если кто-то успел соскучиться по внешнему виду наших обогатительных центрифуг, а они у нас аж в четырех местах:
УЭХК – Уральский электрохимический комбинат в Новоуральске Свердловской области;
СХК – Сибирский химкомбинат в Северске Томской области;
АЭХК – Ангарский электрохимический комбинат;
ЭХЗ – Электрохимический завод в Зеленогорске Красноярского края, то вот, пожалуйста:
Из центрифуг, само собой, на выходе – все тот же газ, все тот же фторид урана, только теперь в нем больше урана-235.
Газ в реактор не запихнуть – соответственно, фторид приходится снова превращать в оксид урана (точнее – в диоксид, UO2), а это уже порошок.
Порошок диоксида урана методом порошковой металлургии превращают в топливные таблетки диаметром порядка 1 см и толщиной от 1 до 1,5 см.
Таблетки аккуратно размещают в тонкостенные трубки из сплава циркония и 1% ниобия длиной в 3,5 метра для современных ВВЭР. Эта трубка, набитая 1.5 кг урановых таблеток, и есть тот самый ТВЭЛ: тепловыделяющий элемент.
Вот они, красивые:
Твэлы, Происходит эта работа в России на Машиностроительном заводе в городе Электросталь Московской области и на Новосибирском заводе химконцентратов.
Цирконий отливают в Глазове Удмуртской республики на Чепецком механическом заводе.
ТВЭЛы конструктивно объединяют в ТВС – тепловыделяющие сборки.
Выглядят они вот так:
ТВС – тепловыделяющие сборки.
В сечении, как видите, шестигранник-сота, и это – советско-российский дизайн.
А вот ТВС-«квадрат» дизайна западного:
У меня часть детства на пасеке деда прошла, так что я весьма пристрастен – наши «соты» мне больше нравятся.
Вот теперь уран в виде таблеток, которые размещены в ТВЭЛ, которые объединены в ТВС, можно поместить в «печку» — в активную зону реактора АЭС.
В течение следующих 18 месяцев, которые принято называть «топливной компанией», уран «горит», постепенно превращаясь в ОЯТ.
Вот картинка того, как выглядит реактор перед началом топливной кампании:
Мне кажется, что такая вот история урана с картинками нужна была с самого начала рассказа о ядерном топливном цикле.
Прошу сильно меня не ругать, за то, что я не сделал ее изначально – блогер я старый только по возрасту, а по молодости ошибки – обычное дело.
Предлагаю эту заметку считать «№ 0» в цикле рассказов о ядерном топливе!
Окончание следует……
Поехали……
О современном уране
Предыдущие части тут:
Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: Предисловие
Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: Анатомия ОЯТ
Сага о Росатоме, продолжение. Завод по переработке отработанного ядерного топлива. ПО «Маяк»
Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: Отработанное ядерное топливо
Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: Вечное хранение ОЯТ по-американски
Сага о Росатоме, продолжение. Ядерный топливный цикл: ОЯТ в США
Начало статей здесь:
Сага о Росатоме (Часть 1)
Перечитывая то, что я с изрядной долей наглости назвал «Ядерный топливный цикл», почувствовал, что явно чего-то не хватает.
Мне кажется, что нужна вот небольшая заметка, чтобы сделать обзор-справку о том, как выглядит «трудовой путь» урана на день сегодняшний, когда о полном покорении закрытого ядерного топливного цикла есть четко прорисованные планы, а практика еще на 90% остается такой, какой она стала где-то в 70-80 годы века минувшего.
Вот и попробую сделать такую статью – удобно будет возвращаться, если вдруг что-то подзабылось.
Все АЭС, как известно, работают на уране.
Пусть он и самый тяжелый из «нерукотворных», но уран – все равно химический элемент и, как химическому элементу полагается, содержится он в земной коре в составе самых разных руд.
Входит он в состав этих руд в виде самых разных оксидов и солей, вмещающие породы – тоже разные: карбонаты, силикаты, сульфиды. Выглядит это порой красиво и даже эффектно.
Урановая руда. Уран в ультрафиолете.
Урановая руда
Тоже урановая руда Минералов с содержанием урана известно более сотни, но практический интерес представляют только 12 из них.
Руды подразделяются по категориям: от бедных (с содержанием урана менее 0,1%) до богатых (с содержанием урана более 1%).
В Канаде есть руды с содержанием урана 14-18% — даже не знаю, как это называется. Сверхсупербогатые?
А руды Бельгийского Конго, обеспечившие реализацию Манхэттенского проекта с их 60% — «рокфеллеровские», то ли?…
На заре атомного проекта были урановые руды неглубокого залегания – 150-300 метров, но сейчас практически все такие карьеры выработаны, и за рудой приходится уходить на глубины в километр, а то и больше.
Вот и первые задачи: добыть с такой глубины и очистить от пустых пород.
Обычно все слышали про страшные и ужасные урановые рудники, но при этом мало кто представляет себе, как же добывают даже обычные железо и медь, не говоря уже про уран.
Поэтому сначала на пальцах об этом нелегком деле.
Существуют 3 основных способа добычи урана. Первый способ – открытый, подходит для тех случаев, когда рудное тело находится близко к поверхности земли. При открытом способе добыче просто роют бульдозерами большую яму и экскаваторами грузят руду в самосвалы, которые везут ее к перерабатывающему комплекс.
Второй способ шахтный — это если имеем дело с крепкими горными породами залегающими глубоко, в которых хорошо заметны рудные жилы – будем строить шахты, рубить руду специальными машинами (радиация, знаете ли, эпоха ручной работы миновала) и вытаскивать ее наверх.
В России это – Приаргунское месторождение Читинской области.
Более дешевый, более «продвинутый» третий метод, экологически менее вредный – это так называемая «технология ПСВ» (поземное скважинное выщелачивание).
Грубо: по центру сверлим дыру на нужную глубину, по бокам – еще несколько. В центральную скважину закачиваем серную кислоту, она выщелачивает уран из породы, а полученный раствор выкачивается на поверхность через боковые скважины. Вот, к примеру, как выглядят урановые рудники на месторождениях Хиагда (Бурятия) и Далур (Курганская область):
Работа людей заканчивается на этапе бурения, вся прочая работа выполняется механизмами да насосами.
Поддерживать необходимое давление – вот и вся забота.
Никаких «ран» поверхности, никаких рудных отвалов, а серная кислота на глубине больше километра – никакого вреда даже грунтовым водам.
Впрочем, метод ПСВ настолько интересен, что стоит к разговору о нем вернуться с большим количеством подробностей.
Вот кстати ОЧЕНЬ интересный факт:
Есть на свете компания под названием Uranium One, которой принадлежат крупнейшие урановые месторождения в Казахстане, Африке, Австралии и США.
На компанию приходится до 30% мировой добычи урана.
Но мало кто знает, что Uranium One, когда-то основанная, как канадско-южно-африканский консорциум, сейчас на 100% принадлежит «Росатому».
В мире непрерывно идет жесточайшая борьба за контроль над рудниками и месторождениями урана. Это вопрос стратегический.
Тот, кто держит в руках источники урана, не только держит за горло всю мировую атомную энергетику, но и может влиять на рынок ядрен-батонов.
Далее рассматриваем случай добычи урановой руды из шахт.
Крупные куски породы:
1) сортируют по степени радиоактивности;
2) дробят до мелкого состояния;
3) помещают в автоклавы, где при больших температуре и давлении выщелачивают уран растворами серной или азотной кислоты или карбонатом натрия.
Уран при этом переходит в эти замечательные растворы, а пустая порода в буквальном смысле этого слова выпадает в осадок.
Далее следует этап № 4: уран из растворов осаждают порциями новых химических реагентов, получая в результате практически чистые соединения урана и этих реагентов.
Но что реагентам делать в реакторе, спрашивается?
Нечего.
Следовательно, они тоже лишние на этом празднике Менделеева, потому необходим этап № 5: аффинаж с применением бикарбоната аммония.
Зубодробительное название, а кто-то ведь именно этим и занимается!..
И теперь остается этап № 6 – полученные после аффинажа сухие чистые осадки урановых солей прокаливают при температурах от 240 до 850 градусов, чтобы получить широко известный в узких кругах желтый кек (он же – закись-окись урана, он же U3O8). Вот он, родимый.
Желтый кек. Обращу ваше внимание, что все описанные шесть этапов производятся непосредственно возле шахт. Любой урановый рудник – место, где концентрируются химические производства.
Желтый кек удобен тем, что он весьма стабилен, у него низкая радиоактивность – следовательно, он пригоден к транспортировке.
И везут его поближе к центрифугам, чтобы произвести последнюю химическую процедуру – из оксида урана перевести во фторид урана.
Этот процесс атомщики называют конверсией урана, и без него – просто никак.
Фторид урана удобен тем, что при нагреве до 53 градусов он не плавится, а сразу превращается в газ, который и поступает на обогащение при помощи центрифуг.
Обогащение – это увеличение концентрации урана-235 с природного значения 0,7% до необходимых 4% (в среднем, на самом деле – от 2,6% до 4,8% для разных типов атомных реакторов).
Если кто-то успел соскучиться по внешнему виду наших обогатительных центрифуг, а они у нас аж в четырех местах:
УЭХК – Уральский электрохимический комбинат в Новоуральске Свердловской области;
СХК – Сибирский химкомбинат в Северске Томской области;
АЭХК – Ангарский электрохимический комбинат;
ЭХЗ – Электрохимический завод в Зеленогорске Красноярского края, то вот, пожалуйста:
Из центрифуг, само собой, на выходе – все тот же газ, все тот же фторид урана, только теперь в нем больше урана-235.
Газ в реактор не запихнуть – соответственно, фторид приходится снова превращать в оксид урана (точнее – в диоксид, UO2), а это уже порошок.
Порошок диоксида урана методом порошковой металлургии превращают в топливные таблетки диаметром порядка 1 см и толщиной от 1 до 1,5 см.
Таблетки аккуратно размещают в тонкостенные трубки из сплава циркония и 1% ниобия длиной в 3,5 метра для современных ВВЭР. Эта трубка, набитая 1.5 кг урановых таблеток, и есть тот самый ТВЭЛ: тепловыделяющий элемент.
Вот они, красивые:
Твэлы, Происходит эта работа в России на Машиностроительном заводе в городе Электросталь Московской области и на Новосибирском заводе химконцентратов.
Цирконий отливают в Глазове Удмуртской республики на Чепецком механическом заводе.
ТВЭЛы конструктивно объединяют в ТВС – тепловыделяющие сборки.
Выглядят они вот так:
ТВС – тепловыделяющие сборки.
В сечении, как видите, шестигранник-сота, и это – советско-российский дизайн.
А вот ТВС-«квадрат» дизайна западного:
У меня часть детства на пасеке деда прошла, так что я весьма пристрастен – наши «соты» мне больше нравятся.
Вот теперь уран в виде таблеток, которые размещены в ТВЭЛ, которые объединены в ТВС, можно поместить в «печку» — в активную зону реактора АЭС.
В течение следующих 18 месяцев, которые принято называть «топливной компанией», уран «горит», постепенно превращаясь в ОЯТ.
Вот картинка того, как выглядит реактор перед началом топливной кампании:
Мне кажется, что такая вот история урана с картинками нужна была с самого начала рассказа о ядерном топливном цикле.
Прошу сильно меня не ругать, за то, что я не сделал ее изначально – блогер я старый только по возрасту, а по молодости ошибки – обычное дело.
Предлагаю эту заметку считать «№ 0» в цикле рассказов о ядерном топливе!
Окончание следует……
Источник: chert-poberi.ru
Комментарии (0)
{related-news}
[/related-news]