Промышленно-генетические и геологические особенности месторождений урана на примере Эльконской группы месторождений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт наук о Земле

Кафедра месторождений полезных ископаемых

Курсовая работа

по дисциплине Промышленные типы месторождений полезных ископаемых

на тему Промышленно-генетические и геологические особенности месторождений урана на примере Эльконской группы месторождений

Выполнил: Трофимов Евгений

Руководитель Доцент Труфанов А.В.

Ростов-на-Дону -2016

Содержание

Введение

1. Общая характеристика рассматриваемого промышленно-генетического типа месторождения

2. Особенности геологического строения и формирование изучаемого месторождения

2.1 Стратиграфия и литология

2.2 Тектоника

2.3 Магматизм

2.4 Метаморфизм

2.5 Основные рудообразующие минералы

2.6 Генетические особенности формирования месторождения

3. Факторы, определяющие промышленную ценность месторождения урана

4. Требования промышленности к основным типам минерального сырья

5. Основные направления комплексного использования урана

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Актуальность работы. В настоящее время в мире отсутствует реальная альтернатива атомной энергетике, несмотря на технические трудности, связанные с освоением урановых месторождений, а также возможные аварийные ситуации на АЭС. Никакие "возобновляемые" источники энергии - солнечная, ветровая и даже гидроэнергетика - не способны существовать как основные источники энергии в режимах постоянной устойчивой нагрузки. На сегодняшний день перед страной стоят серьезные проблемы обеспечения ураном действующих и строящихся АЭС из-за быстрого исчерпания складских запасов и отсутствия достаточного количества подготовленных для рентабельного освоения месторождений природного урана. В связи с этим, в современных экономических условиях крайне важна задача поисков новых и разведки ранее открытых месторождений, рентабельных для освоения, в регионах Якутии.

Цель работы. Основной целью исследований является установление геологических факторов, определяющих условия локализации и формирование урановых руд на месторождениях Эльконского урановорудного района.

Основные задачи работы.

1. Изучить геологическое строение месторождений и их рудовмещающей толщи.

2. Выявить геологические условия формирования и локализации урановых руд.

3. Исследовать минеральный состав урановых руд.

Работа включает текстовую часть объёмом 26 страниц, состоящую из 5 разделов, Введения, Заключения, списка литературы и графических приложений.

1. Общая характеристика рассматриваемого промышленно-генетического типа месторождения

Уран - 92-ой элемент в периодической системе Д.И. Менделеева, назван в честь планеты Уран. Практическая значимость урана как важнейшего энергетического продукта была установлена спустя 150 лет после открытия самого металла, когда была открыта цепная реакция деления ядер, происходящая с выделением огромного количества энергии.

Физические свойства урана. Металлический уран в чистом виде представляет собой плотный блестящий металл серебристого цвета, на воздухе покрывающийся тонкой пленкой оксида. Существует в трех кристаллических модификациях б, в и г: б-уран при нагревании до 662 оС переходит в в-уран, который, в свою очередь, при температуре 772 оС переходит в г-уран. Металлический уран плохо проводит электричество, его электропроводность почти вдвое ниже, чем у железа. Теплоемкость металлического урана в 3,3 раза меньше, чем у меди, а теплопроводность примерно в три раза ниже, чем у нержавеющей стали, и в 13 раз - чем у меди. По магнитной восприимчивости он относится к парамагнитным элементам и может образовывать неферромагнитные сплавы.

Все изотопы урана радиоактивны. Два из них: U238 и U235 образуют ряды распада, заканчивающиеся устойчивыми нерадиоактивными изотопами свинца Pb206 и Pb207 и гелия. Изотоп U234 является одним из промежуточных нуклидов ряда распада U238. Из промежуточных продуктов практическое значение имеют радий Ra226 и радон Rn222.

При распаде ядер U238 и U235 выделяются вторичные нейтроны, которые при определенных условиях способны вызвать распад новых ядер. Цепная реакция деления возможна, если количество вторичных нейтронов не меньше количества нейтронов, вызывающих реакцию деления, т.е. коэффициент размножения нейтронов должен быть?1. При поддержании его величины на уровне единицы происходит ядерное "горение", на чем основано широкое использование урана в ядерной энергетике.

Химические свойства урана. Уран, наряду с торием, относится к семейству актиноидов, представленных в основном трансурановыми искусственно получаемыми элементами (плутоний, америций, кюрий и пр.). Однако по химическим свойствам уран имеет много общих черт с молибденом, вольфрамом и хромом. Главными его химическими особенностями являются переменная валентность, амфотерность в четырехвалентном состоянии и склонность к образованию комплексного иона - уранила (UO2)+2. месторождение уран геологический

Большинство соединений четырехвалентного урана нерастворимо в воде, однако в окислительной обстановке они разлагаются и уран переходит в шестивалентное состояние. В нейтральных и кислых растворах шестивалентный уран существует главным образом в виде уранил-иона, который образует хорошо растворимые в воде соли. Фторид шестивалентного урана (гексафторид) возгоняется при температуре 56 оC и используется в процессе обогащения природного урана изотопом U235.

Промышленные типы месторождений урана.

Под промышленным типом понимается группа месторождений, являющихся устойчивым поставщиком уранового сырья и обеспечивающих не менее 1% мировой добычи урана.

Согласно классификации МАГАТЭ, разработанной в 1988 - 1989 годах, все известные месторождения урана разделены на 16 геолого-промышленных типов (ГПТ), три из которых на сегодняшний день доминируют в добыче урана:

· песчаниковый тип, характеризующийся связью урановой минерализации с древними континентальными и прибрежно-морскими песками и песчаниками (месторождения Казахстана, Намибии, Нигера, США, Узбекистана);

· тип "несогласия", характеризующийся приуроченностью оруденения к зонам структурно-стратиграфических несогласий между осадочными породами позднепротерозойского возраста и интенсивно измененными породами кристаллического фундамента архея и раннего протерозоя (Канада, Австралия);

· брекчиевый тип, где рудами являются обогащенные ураном гематитизированные брекчии вулканических и интрузивных пород (Австралия).

Около 60% мировых подтверждённых запасов урана сосредоточено в месторождениях названных промышленных типов. Тем не менее, в сырьевой базе некоторых стран существенную роль играют и другие промышленные типы, в ЮАР - конгломератовый, в России - вулканитовый, в Намибии - интрузивный.

Классификация промышленных типов, предложенная МАГАТЭ, удобна в практических целях, но не отвечает принципу системности. В России выделяют эндогенные и экзогенные месторождения урана, в основу классификации ГПТ которых положен принцип принадлежности месторождений к определенным типам континентальных структур земной коры. Выделяют следующие основные геолого-промышленные типы месторождений:

· урановые месторождения в областях тектоно-магматической активации докембрийских щитов (Украина, Намибия, Россия);

· золото-никель-урановые месторождения в зонах карбонатно-магнезиального метасоматоза вблизи поверхностей несогласия различных структурных этажей (Канада, Австралия);

· месторождения в структурах тектоно-магматической активизации складчатых областей (Казахстан, Германия, Чехия);

· месторождения в вулкано-тектонических структурах позднеорогенного или активизированного этапов развития складчатых областей (Россия);

· месторождения в морских глинах платформенного чехла (Казахстан);

· месторождения в водопроницаемых толщах платформенного чехла (Узбекистан, Казахстан, Россия, Украина, США);

· комплексные урансодержащие месторождения (ЮАР, Бразилия, Австралия).

Рассматриваемое мной месторождение - Эльконское. Эльконский урановорудный район в целом представляет собой крупный тектонический узел древних, подновленных и молодых (вплоть до неотектонических) разрывных нарушений преимущественно северо-западной ориентировки, многие из которых несут урановое оруденение. Общая площадь наиболее продуктивной части района оценивается в 600 кв. км, а суммарная протяженность тектонических зон с признаками уранового оруденения более 1000 км. Кроме месторождения Южного частично оценены с применением подземных горных и буровых работ зоны Пологая (месторождение Снежное), Центральная, Агдинская, Весенняя, Интересная и др., существенно уступающие по масштабам оруденения месторождению Южному. Однако, в целом, изученность других зон района остаётся ещё невысокой.

2. Особенности геологического строения и формирование изучаемого месторождения

2.1 Стратиграфия и литология

Описываемые объекты размещены на северной окраине Алданского щита в крупнейшем из нескольких присутствующих на нем центров проявления мезозойской тектоно-магматической активизации, известном как Центрально-Алданский рудный район (рис. 1). В его геологическом строении принимают участие образования трех структурных этажей. Нижний структурный этаж представлен породами кристаллического фундамента платформы и сложен высокометаморфизованными нижнеархейскими в разной степени гранитизированными гнейсами, кристаллическими сланцами и амфиболитами, относимыми к федоровской свите иенгрской серии. Породы фундамента выходят на поверхность в пределах поднятий, в основном на Эльконском горсте. Средний структурный этаж является платформенным и представлен практически горизонтально залегающей карбонатной толщей венда-нижнего кембрия. Наибольшая сохранившаяся мощность этой толщи наблюдается в пределах Куранахского грабенообразного прогиба, где она достигает 700 м. Ее основание залегает там на абсолютных отметках около -100 м. В поднятых участках района, прежде всего в пределах Эльконского горста, эта толща отсутствует или отмечается в виде реликтов на абсолютных отметках до +900 м. С верхней и нижней пачками (с кровлей и подошвой) этой карбонатной толщи связана локализация двух наиболее известных типов золотого оруденения Алдана. Оруденение Лебединского типа приурочено преимущественно к нижней 50-150-метровой пачке карбонатной толщи. Оруденение Куранахского типа приурочено к ее самым верхним закарстованным горизонтам у контакта с вышележащими терригенными отложениями нижнеюрской юхтинской свиты. Эти отложения слагают верхний структурный этаж, знаменующий начало мезозойской тектономагматической активизации региона. Реликты нижнеюрских угленосных отложений в пределах рудного района в основном сохранились лишь в опущенных блоках.

Рис. 2.2.1. Геологическое строение и металлогения Центрально-Алданского рудного района

2.2 Тектоника

Рис. 2.2.1. Тектоническая схема района Эльконского месторождения

Крупные глубокопроникающие тектонические зоны древнего заложения, контролирующие образование связанных с ними основных для Эльконского горста типов комплексного золото-уранового оруденения, в районе Рябиновского рудного поля отсутствуют. Основные месторождения, выявленные на Эльконском горсте, залегают в породах фундамента и тесно связаны с многочисленными рудоносными тектоническими зонами, крупнейшие из которых имеют омоложенный в мезозое древний, протерозойский возраст заложения. С этими зонами, имеющими в основном северо-западное простирание, связаны собственно мезозойские рудоносные тектонические зоны, некоторые из которых тоже характеризуются большой протяженностью. Благодаря большому количеству минерализованных зон, распространенных на всей территории горста, он представляет собой гигантскую штокверковую рудоносную структуру. В рудоносных зонах Эльконского горста и соответствующего ему рудного узла присутствует группа месторождений, содержащих золото-урановое оруденение, относящееся к четырем геолого-промышленным типам, которые сконцентрированы в соответствующих рудных полях.

Вторая крупнейшая рудоносная зона горста - Сохсолоохская располагается в 5-6 км южнее предыдущей субпараллельно ей, но представляет собой не единую структуру, а систему кулисообразных рудных зон, пересекающих весь горст. На своем северо-западном фланге она носит название зона Надежда, которая входит в расположенное там поле широкого распространения мезозойских субщелочных малых интрузий и даек и меняет состав своего оруденения. Эти и другие основные зоны контролируются подновленными в мезозое древними протерозойскими структурами, вмещающими метаморфизованные дайки метадиоритов и наложенные на них серии швов бластомилонитов.

2.3 Магматизм

Все описанные породы интрудированы многочисленными дайками, а также малыми секущими, прослойными и лакколитообразными интрузиями порфировых субщелочных пород, проявленными в полосе северо-восточного простирания преимущественно в западной части района и знаменующих собой дальнейшее развитие мезозойской активизации щита. Они принадлежат к Алданскому 15 магматическому комплексу, объединяющему группу близ поверхностных преимущественно порфировых мезозойских субщелочных пород калиевого ряда. Эти породы относятся к лейцитит-щелочно-сиенитовой магматической формации, имеющей базальтоидную природу. Внедрение пород этого магматического комплекса захватывало длительный промежуток времени и, было многофазным.

Несмотря на длительный период внедрения, в целом состав пород Алданского комплекса оставался достаточно близким, что не позволило однозначно выделить среди них отчетливо различающиеся магматические формации и даже серии. По данным вышеназванных предшествующих исследователей можно наметить следующую последовательность внедрения пород Алданского магматического комплекса:

- малые интрузии роговообманковых и пироксен-роговообманковых сиенит-порфиров, дайки бостонитов, вогезитов, минетты (188-158 млн лет);

- штоки авгит-роговообманковых сиенитов, сиенит-порфиров, малиньитов, малые интрузии эгирин-авгитовых сиенитов (140-130 млн лет);

- мелкие пострудные дайки эгириновых гранитов, сельвсбергитов, тингуаитов (120-107 млн лет).

Широко известные золоторудные месторождения, содержащие вышеназванные Лебединский и Куранахский типы оруденения, залегающие в породах карбонатного чехла, в пределах Центрально-Алданского района образуют два одноименных рудных узла. Третий рудный узел Центрально-Алданского района - Эльконский - пространственно совпадает с одноименным горстовым поднятием, выводящим на поверхность породы кристаллического фундамента. В западной части Эльконского горста известны два соседних разведанных собственно золоторудных месторождения (Рябиновое и Новое), относящихся к особому золото-порфировому - Рябиновскому типу, образующему одноименное рудное поле. Золоторудные залежи этого типа локализуются внутри двух соседних многофазных мезозойских субщелочных плутонов, сопровождающихся ореолом фенитов. Существенно метасоматическое оруденение этого типа контролируется нарушенными контактами интрузивных пород различных фаз внедрения.

2.4 Метаморфизм

В ходе мезозойского гидротермально-метасоматического процесса в древних подновленных зонах и в связанных с ними новых собственно мезозойских зонах по трещинам развиваются золотоносные пирит-карбонат-калиев полевошпатовые метасоматиты, залегающие в виде серий отдельных швов. К ядру зон эти швы сгущаются и образуют зоны сплошных плотных черных тонкозернистых золотоносных метасоматитов, которые выдержанно протягиваются на всем нередко многокилометровом протяжении зон. Зоны золотоносных шовных пирит-карбонат-калиев полевошпатовых метасоматитов и особенно сплошных плотных золотоносных метасоматитов того же состава, получивших название эльконитов, обычно вмещают наложенные на них протяженные кулисообразные серии трещин с урановой - браннеритовой минерализацией, с которыми связано основное, крупнейшее золото-урановое оруденение Эльконского горста. В состав эльконитов входят: тонкозернистый метасоматическиц скрытокристаллический высокозолотоносный пирит - мельниковит (5-7%), содержащий около 60-90 г/т тонкодисперсного золота; карбонаты (15-20%) и агрегат тонкозернистого буроватого калиевого полевого шпата, частично перекристаллизованного в прозрачный адуляр (до 80%). Метасоматиты этого состава (элькониты) вместе с наложенной поздней минерализацией в основном слагают золотобраннеритовые руды этого типа. Указанный состав эльконитов и наложенного на них браннеритового оруденения весьма выдержан во всех рудных зонах, содержащих золотобраннеритовое оруденение, и на всем многокилометровом протяжении крупнейших зон, в том числе на большом удалении от мезозойских интрузий, а также на вскрытую скважинами более чем на двухкилометровую глубину.

2.5 Основные рудообразующие минералы

Рудоносные зоны сложены высокотемпературными метасоматитами, состоящими в основном из тонкозернистого агрегата полевых шпатов, биотита, сульфидов, в основном пирита, замещаемого магнетитом, а также редких выделений свободного золота. Золотоуранинитовое оруденение локализуется в зонах вышеназванных метасоматитов, и, объединяя ураноносные швы, образует маломощные (обычно 0,5-1,5 м) кулисообразно расположенные рудные тела. На основном разведанном месторождении этого участка - Интересном эти рудные тела преимущественно залегают в сорванных тектонических экзоконтактах небольшой (мощностью 0,5-1,0 м, в среднем 0,8 м) мезозойской дайки вогезитов, которая не затронута фенитизацией. Оруденение в ней не проявляется. Золотоуранинитовое оруденение связано с присутствующими в зонах вышеназванных метасоматитов сериями наложенных на них швов, слагаемых тонким, существенно метасоматическим, реже - микробрекчиевым агрегатом очень мелких неправильных и более крупных, часто кубических выделений урананита, который тесно ассоциирует с анатазом, сфеном и биотитом. Мощность ураноносных швов составляет 0,1-1,0 м. Тесная ассоциация в этих рудах уранинита и минералов титана с биотитом может свидетельствовать о достаточно высоких температурах их образования.

Кроме уранинитового состава урановой минерализации, рудные зоны данного типа характеризуются наличием в них редкого мелкого золота, которое, в отличие от тонкодисперсного золота, входящего в состав среднетемпературных пирит-карбонат-калиев полевошпатовых метасоматитов (эльконитов), вмещающих браннеритовую минерализацию основных рудных зон Эльконского горста, является видимым под микроскопом. При этом среднее содержание золота в зонах этого типа составляет 0,4-0,5 г/т. 25 Размер выделений этого золота достигает 80 мкм. По данным рентгеноспектрального анализа, содержание в нем серебра достигает 20% масс. Кроме серебра, выявлены примеси меди и железа до 3% масс. каждого. Таким образом, проба этого золота равна более 700. В пределах блока фенитов, характеризующегося проявлением зон с золотоуранинитовым типом оруденения, значительным развитием пользуется пострудная минерализация. Широкое распространение этой минерализации существенно усложняет состав рудовмещающих пород и руд и делает весьма сложным их изучение. Детальное изучение этой минерализации было проведено в ходе геологоразведочных пород Л.С. Рудницкой, А.К. Мигутой, В.М. Поляковой. Первая пострудная стадия характеризуется весьма широким проявлением в рудоносных зонах и вне их ассоциации наиболее широко распространенного минерала - эгирина вместе с олигоклазом, биотитом, сфеном, магнетитом и включенными в их агрегат сульфидами - пирротина, пирита, халькопирита. Эта ассоциация широко распространена в виде прожилково-вкрапленных образований, а также жил существенно эгиринового состава.

Важно отметить, что состав широко распространенной существенно эгириновой минерализации этой пострудной стадии является весьма близкой составу дорудных фенитов, что свидетельствует о том, что условия минералообразования и в пострудную стадию оставались высокотемпературными щелочными. Для следующей, тоже достаточно широко распространенной пектолит-кварц-адуляровой стадии характерно впервые для минерализации описываемого блока проявление ранее интенсивно растворяемого при щелочном метасоматозе кварца, а также образование достаточно крупных выделений сульфидов - пирита, халькопирита, марматита, галенита. Завершает гидротермальный процесс образование мелких барит-кальцит-флюорит-кварцевых прожилков с относительно крупнокристаллическими пиритом, халькопиритом, клейофаном, галенитом и мелких широко распространенных флюорит-кальцитовых прожилков.

Золотоуранинитовое оруденение присутствует в залегающих в фенитах узких (0,3-1,0 м) зонах, сложенных высокотемпературными метасоматитами, состоящими из тонкого агрегата полевых шпатов, биотита, а также сульфидов, в основном пирита, замещаемого магнетитом, а также редких выделений свободного золота. В состав присутствующих в зонах вышеназванных метасоматитов рудных швов входит тонкозернистый агрегат уранинита, анатаза, сфена, биотита и незначительного количества пирита.

2.6 Генетические особенности формирования месторождения

Промышленно-генетический тип Эльконского месторождения - золото-урановый в долгоживущих разломах областей мезозойской тектономагматической активизации.

Вмещающие породы - кристаллические сланцы, мигматиты, граниты.

Рудосопровождающие изменения пород: пирит-карбонат-калишпатовые метасоматиты.

Основные рудные минералы: браннерит, уранинит, золотосодержащий пирит.

Морфология рудных залежей: плитообразные залежи и линзы.

Масштабы месторождений и качество руд: крупные и средние месторождения рядовых руд.

На периферии известны месторождения золота, руд, каменного угля, флогопита, пьезосырья.

Урановая минерализация локализована в приразломных пирит-карбонат-калишпатовых метасоматитах (гумбеитах).

Рудные тела представляют собой крупные жилообразные залежи протяженностью по простиранию и падению от десятков до сотен метров при мощности от десятков сантиметров до 10 м.

Среднее содержания урана в рудах составляет 0,12-0,18 %.

Единственным первичным урановым минералом руд является браннерит, выделяющийся в метасоматитах, в цементе брекчий или в виде мелких прожилков. Под воздействием поздних процессов метасоматоза и гипергенеза браннерит претерпел глубокие преобразования, приведшие к его разрушению и замещению.

Постоянный спутник урана - золото, среднее содержание которого в урановых рудах составляет 0,5-2,0 г/т.

Кроме золота урану сопутствуют серебро, мышьяк и таллий. В отдельных зонах восточной части района отмечается молибденовое оруденение, представленное тонкодисперсным молибденитом.

Минеральный и элементный состав руд в целом остается устойчивым на максимально вскрытую глубину (более 2 км по вертикали).

Запасы урана в месторождениях Эльконского района превышают запасы Стрельцовского района. Однако негативными факторами здесь являются относительно невысокое содержание урана в рудах, а также глубокое (более 300 м от поверхности) залегание наиболее продуктивных рудных тел.

3. Факторы, определяющие промышленную ценность месторождения урана

1. Количество полезного ископаемого (масштаб месторождения) - запасы полезного ископаемого в тоннах или кубометрах, в первую очередь, определяющие промышленное значение любого месторождения:

-уникальные месторождения (гигантские, единичные в мире), имеющие мировое значение;

-крупные месторождения определяют экономику отрасли или крупного региона страны, достаточны для строительства мощного современного горнорудного предприятия;

-средние месторождения, имеющие значение в пределах отдельных экономических районов; отдельные месторождения (чаще группы) могут служить минерально-сырьевой базой горнорудного предприятия;

-мелкие месторождения, наиболее многочисленные, имеют промышленное значение лишь в особых случаях; могут служить сырьевой базой местной промышленности (стройматериалы) или сопровождают средние и крупные месторождения и разрабатываются вместе с ними или находятся в особо благоприятных горно-технических условиях, что позволяет создавать мелкие, но рентабельные предприятия.

По содержанию урана выделяются 5 сортов руд: очень богатые руды (свыше 1% урана); богатые (1-0,5%), средние (0,5-0,25%), рядовые (0,25-0,1%) и бедные (менее 0,1%). Из руд, содержащих 0,01-0,015% урана, он извлекается в качестве побочного продукта.

Табл.3.1.1. Запасы (В+С), среднее содержание урана и ресурсы золота в разведанных месторождениях Эльконского района

Месторождения	U	Au
	Запасы, тыс.т	Ср.сод.,%	Ресурсы, т	Ср.сод., г/т
Южное	257,8	0,146	190,4	0,9
Уч. Дружный	95,2	0,134	42,8	0.7
Уч. Непроходимый	21,6	0.130	52.3	1.3
Уч. Курунг	54.8	0.159	47.1	.1.1
Уч. Эльконское плато	61.2	0.149	38.8	0.8
Уч. Элькон	23.0	0.195	9.4	0.8
Северное	58.6	0.149	29.2	0.7
Центральное	3.1	0.156
Весеннее	1.6	0.148
Агдинское	2.0	0.123	4.3	1.4
Снежное (Пологая)	7.9	0.160	4.3	0.7
Зона Невская	2.5	0.147
Сохсолохское (Надеждинское)	1.5	0.137	14.2	0.7
Интересное	2.8	0.354	0.6	0.4
Зона Володина	0.9	0.132	'"
Зона 517	0.7	0.204
Зона 511-565	1.0	0.168
Зона 510	1.6	0.146
Всего	346.0	0.146	243	0.9

2. Качество полезного ископаемого - учитывает химический и минеральный составы, текстурно-структурные особенности, физические и технологические свойства полезного ископаемого.

Поскольку состав и свойства руды обладают пространственной изменчивостью, на каждом месторождении обычно имеется несколько градаций руд по качеству полезного ископаемого. В укрупненном виде принято выделять три градации руд: богатые, рядовые и бедные, которые различаются либо по содержанию полезных компонентов, либо по сортности минерального сырья, либо по технологическим свойств руды. Качество минерального сырья зависит от химических, физических и технические свойств, а также от условий его промышленного использования и технологии переработки. Перечень основных элементов примесей зависит от вида сырья.

Содержание полезных компонентов выражается в весовых процентах в расчет на воздушно-сухую руду: г/т, г/м 3, карат/м 3 и др.

По размерам агрегатов и зёрен урановых минералов выделяются: крупнозернистые (свыше 25 мм в поперечнике), среднезернистые (3-25 мм), мелкозернистые (0,1-3 мм), тонкозернистые (0,015-0,1 мм) и дисперсные (менее 0,015 мм) урановые руды. Размеры зёрен урановых минералов также определяют возможность обогащения руд. По содержанию полезных примесей урановые руды бывают: урановые, уран-молибденовые, уран-ванадиевые, уран-никель-кобальт-висмут-серебряные и другие.

3. Технологические свойства минерального сырья определяют возможность и экономическую целесообразность его переработки с целью извлечения всех полезных компонентов. Основные показатели технологических свойств:

· минеральный состав сырья;

· физические свойства;

· химический и минеральный состав вмещающих пород и рудной массы.

По химическому составу примесей урановые руды разделяют на: силикатные (состоят в основном из силикатных минералов), карбонатные (более 10-15% карбонатных минералов), железоокисные (железо-урановые руды), сульфидные (более 8-10% сульфидных минералов) и каустобиолитовые, состоящие в основном из органического вещества.

4. Условия залегания полезного ископаемого определяются следующими параметрами:

-Глубиной залегания. Благоприятные условия - малая глубина залегания, что предопределяет открытый способ добычи, а значит большая производительность, высокая эффективность, низкая себестоимость и более безопасные условия ведения горных работ. Экономическая эффективность добычи определяется коэффициентом вскрыши - отношение объемов или масс вскрыши и полезного ископаемого в контурах карьера. Максимально допустимый коэффициент вскрыши зависит от ценности полезного ископаемого и ориентировочно составляет:

Глубина карьеров открытой добычи обычно не превышает 500 м. При неблагоприятных условиях (глубокое залегание полезных ископаемых) применяется шахтный способ добычи. Глубина залегания Эльконского месторождения - 300-1000 м.

-Концентрация запасов измеряется количеством запасов, приходящихся на единицу площади (продуктивность месторождения). Экономически выгодны месторождения с высокой продуктивностью, т.к. требуют меньших капиталовложений и характеризуются низкой себестоимостью минерального сырья. МПИ с низкой концентрацией запасов требуют строительства нескольких рудников, соответственно затрат на внутрирудничный транспорт, что значительно увеличит капиталовложения.

-Мощность тел полезных ископаемых определяет параметры добычи

-Угол падения тела полезного ископаемого влияет на систему разработки месторождения. По углу падения различают:

· горизонтальное (0-5 );

· пологое (5-25 );

· наклонное (25-45 );

· крутое (45-60 );

· весьма крутое (60-90 ).

Имеет значение и выдержанность угла падения в пределах блоков добычи руды. Если угол падения устойчивый, то независимо от его значения (0-90 ) залежь считается выдержанной. Если же угол падения существенно меняется в пределах блоков отработки, то залегание является сложным.

4. Требования промышленности к основным типам минерального сырья

Важным фактором, определяющим выбор технологической схемы, является требование ядерной чистоты урана, предназначенного для использования в ядерных реакторах.

Содержание некоторых элементов в ядерном топливе (Cd, B, P и др.) не должно превышать 10-6- 10-5% масс. Для достижения такой чистоты ядерных материалов требуются специальные методы очистки.

Специфику технологических схем переработки урановых руд определяют состав и свойства сырья.

Обычно содержание урана в рудах колеблется от десятых до сотых долей процента. Из-за тонкой вкрапленности минералов урана в рудах последние не поддаются механическому обогащению и извлечение урана из руд в большинстве случаев проводится химическим путем.

Таким образом, химико-технологические схемы переработки урановых руд с учетом выше перечисленных условий представляют собой довольно сложные и многостадийные процессы.

Основными технологическими характеристиками урановых руд являются:

* химический состав нерудной составляющей (вмещающей породы);

* "контрастность" руды;

* крупность зерен урановых минералов и их агрегатов.

По химическому составу вмещающей породы урановые руды подразделяются на следующие разновидности:

а) силикатные, состоящие в основном из силикатных минералов;

б) карбонатные, содержащие более 15% карбонатов;

в) железо-окисные, представляющие собой комплексные железо-урановые руды;

г) сульфидные, содержащие более 20% сульфидных минералов;

д) фосфатные, содержащие более 8% P2O5 и др.

Химический состав нерудной составляющей играет решающее значение при выборе способа их химической переработки.

Из силикатных руд уран выщелачивают кислотами; из карбонатных - содовыми растворами; сульфидные руды предварительно подвергают обжигу; железо-окисные руды подвергают переплавке, а затем уран выщелачивают из шлака и т.д.

Другой важной характеристикой урановых руд является "контрастность" - степень неравномерности содержания урана в кусковой фракции горной массы. По "контрастности" руды подразделяются:

а) "контрастные" - смесь богатых штуфов, содержащих основную массу урана и породы с низким содержанием урана, содержание урана в штуфах превышает в десятки раз среднее содержание урана во всей горнорудной массе;

б) "слабоконтрастные" - руды с более или менее равномерным распределением урана по всей горнорудной массе; могут быть руды с небольшим превышением урана в штуфах (в 3 - 5 раз).

"Контрастность" руд играет важную роль при выборе метода их обогащения: "контрастные" руды обогащают исключительно радиометрическим методом; для "слабоконтрастных" руд радиометрический метод обогащения непригоден, их обогащают либо гравитационным, либо флотационным методом.

По размерам зерен урановых минералов и их агрегатов руды подразделяются на следующие разновидности:

* крупнозернистые - с размером зерен 25-300 мм;

* среднезернистые (3-25 мм);

* мелкозернистые (0,1-3 мм);

* тонкозернистые (0,015-0,1 мм);

* субмикроскопические (0,001-0,015 мм);

* коллоидно-дисперсные (> 0,001 мм).

Размеры зерен и агрегатов определяют, в основном, степень измельчения руд при их обогащении и гидрометаллургической переработке.

5. Основные направления комплексного использования урана

Применение урана обусловлено высоким удельным весом, способностью задерживать ионизирующее излучение, особыми механическими свойствами. В развитых странах производство урана в основном направлено на генерацию делящихся нуклидов (UІі? и UІіі, PuІі?) - топлива промышленных реакторов, предназначенных для наработки как оружейных нуклидов, так и компонентов ядерного оружия (атомные бомбы и снаряды стратегического и тактического назначения, нейтронные бомбы, триггеры водородных бомб и т.д.). В атомной бомбе концентрация UІі? превышает 75%. В остальных странах мира металлический уран или его соединения используются в качестве ядерного горючего в энергетических и исследовательских ядерных реакторах.

Природная или мало обогащенная смесь изотопов урана применяется в стационарных реакторах атомных электростанций, продукт высокой степени обогащения - в ядерных силовых установках (источниках тепловой, электрической и механической энергии, излучения или света) или в реакторах, работающих на быстрых нейтронах. В реакторах часто используют металлический уран, легированный и нелегированный. Однако в некоторых типах реакторов применяют горючее в форме твердых соединений (например, UO?), а также водных соединений урана или жидкого сплава урана с другим металлом. Основное применение урана - производство ядерного топлива для АЭС. Для ядерного реактора с водой под давлением установленной мощностью 1400 МВт требуется в год 225 тонн природного урана для изготовления 50 новых топливных элементов, которые обмениваются на соответствующее число использованных ТВЭЛов. Для загрузки данного реактора необходимо около 130 тонн ЕРР (единица работы разделения) и уровень затрат в 40 млн долл. в год. Концентрация урана-235 в топливе для атомного реактора 2-5%. По-прежнему определённый интерес урановые руды представляют с точки зрения извлечения из них радия (содержание которого примерно 1 г в 3 т руды) и некоторых других природных радионуклидов.

Урановые соединения применяются в стекольной промышленности, для окраски стёкол в красный или зелёный цвет, или придания им красивого зеленовато-жёлтого оттенка. Используют их и в производстве флуоресцентных стёкол: небольшая добавка урана придаёт красивую жёлто- зелёную флуоресценцию стеклу. Появление уранового стекла оценивается по крайней мере 79 г н.э., которым датируют мозаику, найденную на римской вилле на мысе Посиллипо в Неаполитанском заливе (Италия) и содержащей жёлтое стекло с 1% содержанием оксида урана. Начиная с конца Средних веков настуран (уранит) начал добываться из серебряных рудников Яхимталле (Яхимов) в Богемии и был использован как краситель в местном стекольном производстве. Урановые стёкла используют также для уплотнения токовводов в вакуумных конденсаторах. Вскоре после открытия, радий стали широко применять в светосоставах (красках), придающих постоянное свечение стрелкам и цифрам часов, авиационным приборам, ёлочным игрушкам и т.п. Это потребовало переработки огромного количества урановых руд, в результате скопилось большое количество отвального урана (для наработки 1 грамма радия нужно переработать три тонны урановой руды). Дешёвый и никому не нужный уран придал второе дыхание стекольной промышленности. Помимо зелёного бутылочного стекла промышленность стала выпускать плитки из уранового стекла для отделки кухонь и ванных комнат. По желанию заказчика плитки окрашивали ураном в зелёный, жёлтый, сиреневый, чёрный, синий, красный и другие цвета. Дёшево и красиво! В конце XIX века английские и американские компании начинают копировать созданный в Чехии хрусталь с добавками урана, придающего изделиям бледно-желтый и зеленоватый оттенки. Во время Второй мировой войны атмосфера секретности, царящая вокруг создания атомной бомбы, породила запрет на использование соединений урана, так что власти даже конфисковали эти запасы у производителей стекла и художников. Сегодня изделия из уранового стекла не выпускают; вокруг него циркулируют разные слухи, а также имеют место смутные опасения, связанные с его возможной радиоактивностью, так что коллекционеры, заполучившие художественные раритеты из этого стекла, радуются, но на всякий случай хранят их от глаз подальше.

До 1980-ых, естественный уран широко применяли дантисты, включая его в состав керамики, что позволяло добиться естественного цвета и вызвать оригинальную флуоресценцию зубных протезов и коронок (урановая челюсть делает вашу улыбку ярче!). Оригинальный патент от 1942 рекомендует содержание урана 0.1%. Впоследствии естественный уран заменили обеднённым. Это дало два преимущества - дешевле и менее радиоактивно. Уран также использовался в нитях ламп, и в кожевенной и деревообрабатывающей промышленности в составе красителей. Соли урана применяют в растворах протравы и морения шерсти и кожи. Уранилацетат и уранилформиат используются как поглощающие электроны, декорирующие вещества в просвечивающей электронной микроскопии, для увеличения контраста тонких срезов биологических объектов, а также для окрашивания вирусов, клеток и макромолекул. Уранаты типа Na?U?O? ("желтый уранил") нашли применение в качестве пигментов для керамических глазурей и эмалей (окрашивают в цвета жёлтый, зелёный и чёрный, в зависимости от степени окисления). Na?U?O? используется также как жёлтая краска в живописи.

Некоторые соединения урана светочувствительны. В начале ХХ века уранилнитрат широко применялся в качестве вирирующего агента для усиления негативов и получения тонированных фотографических отпечатков (окрашивание позитивов в коричневый или бурый цвет). Уранилацетат UO?(H?COOH)І используется в аналитической химии - он образует нерастворимую соль с натрием. Фосфорные удобрения содержат довольно большие количества урана. Металлический уран используется в качестве мишени в рентгеновской трубке, предназначенной для генерации высокоэнергетичного рентгеновского излучения. Некоторые соли урана используются в качестве катализаторов при химических реакциях, таких, как окисление ароматических углеводородов, обезвоживание растительных масел, и др. Карбид UІі? в сплаве с карбидом ниобия и карбидом циркония применяется в качестве топлива для ядерных реактивных двигателей (рабочее тело - водород + гексан). Сплавы железа и обедненного урана (UІі?) применяются как мощные магнитострикционные материалы. В народном хозяйстве обедненный уран используется при изготовлении самолетных противовесов и противорадиационных экранов медицинской радиотерапевтической аппаратуры. Из обедненного урана изготавливают транспортные контейнеры для перевозки радиоактивных грузов и ядерных отходов, а также изделия надежной биологической защиты (например, защитные экраны). С точки зрения поглощения г- излучения, уран в пять раз эффективнее свинца, что позволяет существенно снизить толщину защитных экранов и уменьшить объём контейнеров, предназначенных для транспортировки радионуклидов. Бетон на основе оксида обеднённого урана используют вместо гравия для создания сухих хранилищ радиоактивных отходов. Обеднённый уран в два раза менее радиоактивен, чем природный уран, в основном за счёт удаления из него UІі?. Его используют для легирования броневой стали, в частности, для улучшения бронебойных характеристик снарядов. При сплавлении с 2% Mo или 0,75% Ti и термической обработке (быстрая закалка разогретого до 850 °C металла в воде или масле, дальнейшее выдерживание при 450 °С 5 часов) металлический уран становится твёрже и прочнее стали (прочность на разрыв больше 1600 МПа, при том, что у чистого урана она равна 450 МПа). В сочетании с большой плотностью, это делает закалённую урановую болванку чрезвычайно эффективным средством для пробивания брони, аналогичным по эффективности более дорогому вольфраму. Тяжёлый урановый наконечник также изменяет распределение масс в снаряде, улучшая его аэродинамическую устойчивость. Подобные сплавы типа "Стабилла" применяются в стреловидных оперённых снарядах танковых и противотанковых артиллерийских орудий. Урановый сердечник, попадая в лобовой броневой лист танка, прошивает его насквозь, вызывая детонацию боезапаса, и разрывая танк на куски. При ударе о броню развивается эндотермическая реакция, поэтому такие снаряды называют еще "бронепрожигающими". При попадании в броню такой снаряд (например, сплав урана с титаном) не ломается, а как бы самозатачивается, чем и достигается большая пробиваемость. Процесс разрушения брони сопровождается измельчением в пыль урановой болванки и воспламенением её на воздухе внутри танка. Обеднённый уран используется в современной танковой броне.

Добавление небольших количеств урана к стали увеличивает её твёрдость, не сообщая ей хрупкости и повышая её кислотоустойчивость. Особенно кислотоустойчивым, даже по отношению к царской водке, является сплав урана с никелем (66% урана и 33% никеля) с точкой плавления 1200 °С. Обеднённый уран используется и как балластная масса в аэрокосмических применениях, таких как рулевые поверхности летательных аппаратов. Этот материал применяется в высокоскоростных роторах гироскопов, больших маховиках, как балласт в космических спускаемых аппаратах и гоночных яхтах, при бурении нефтяных скважин. В настоящее время актуальным является процесс ВОУ - НОУ, т.е. перевод высокообогащённого оружейного урана в низкообогащённый, пригодный для использования в качестве ядерного топлива. С этой целью разбавление оружейного урана ведут природным и обеднённым ураном. Обеднённый уран смешивают и с оружейным PuІі?, производя смешанное оксидное (МОХ) топливо, которое сжигают в энергетических реакторах. Эти процессы способствуют нераспространению ядерного оружия.

Как уже упоминалось, в наше время урановые атомные бомбы не изготавливаются. Однако в современных плутониевых бомбах UІі? (в том числе - обеднённый уран) всё же применяется. Он составляет оболочку заряда, отражая нейтроны и добавляя инерцию в сжатие плутониевого заряда в имплозивной схеме подрыва. Это существенно повышает эффективность оружия и уменьшает критическую массу (т.е. уменьшает количество плутония, необходимого для создания цепной реакции деления). Применяют обеднённый уран и в водородных бомбах, запаковывая им термоядерный заряд, направляя сильнейший поток сверхбыстрых нейтронов на деление ядер и увеличивая тем самым энергетический выход оружия. Такая бомба называется оружием деление-синтез-деление в честь трёх стадий взрыва. Большая часть энергетического выхода при взрыве подобного оружия приходится как раз на деление UІі?, производящее значительное количество радиоактивных продуктов. Например, 77% энергии при взрыве водородной бомбы в испытании Ivy Mike (1952) мощностью 10,4 мегатонн пришлось именно на процессы деления в урановой оболочке. Поскольку обеднённый уран не имеет критической массы, его можно добавлять в бомбу в неограниченных количествах. В советской водородной бомбе (Царь Бомба - Кузькина мать), взорванной на Новой Земле в 1961 мощностью "только" 50 мегатонн 90% выхода пришлось на реакцию термоядерного синтеза, поскольку оболочку из UІі? на конечной стадии взрыва заменили на свинец. Если бы оболочку изготовили (как и собирались в начале) из UІі?, то мощность взрыва превысила 100 мегатонн и выпадения радиоактивных осадков составило 1/3 от суммы всех мировых испытаний ядерного оружия. Природные изотопы урана нашли применение в геохронологии для измерения абсолютного возраста горных пород и минералов. Еще в 1904 Эрнест Резерфорд обратил внимание на то, что возраст Земли и древнейших минералов - величина того же порядка, что и период полураспада урана. Тогда же он предложил по количеству гелия и урана, содержащихся в плотной породе, определять её возраст. Но вскоре выяснились недостаток метода: крайне подвижные атомы гелия легко диффундируют даже в плотных породах. Они проникают в окружающие минералы, а вблизи материнских урановых ядер остается значительно меньше гелия, чем следует по законам радиоактивного распада. Поэтому возраст пород вычисляют по соотношению урана и радиогенного свинца - конечного продукта распада урановых ядер. Возраст некоторых объектов, например, слюд, определить ещё проще: возраст материала пропорционален числу распавшихся в нём атомов урана, которое определяется числом следов - треков, оставляемых осколками в веществе. По отношению концентрации урана к концентрации треков можно вычислить возраст любого древнего сокровища (вазы, украшения и т.п.). В геологии даже изобрели специальный термин "урановые часы". Урановые часы - весьма универсальный инструмент. Изотопы урана содержатся во многих породах. Концентрация урана в земной коре в среднем равна трем частям на миллион. Этого достаточно, чтобы измерить соотношение урана и свинца, а затем по формулам радиоактивного распада рассчитать время, прошедшее с момента кристаллизации минерала. Урано-свинцовым способом удалось измерить возраст древнейших минералов, а по возрасту метеоритов определили дату рождения планеты Земля. Известен и возраст лунного грунта. Самые молодые куски лунного грунта старее древнейших земных минералов. Величина отношения активностей UІі?/UІі? - полезный экологический трассер источников грунтовых вод в весенних половодьях.

Заключение

Таким образом, в результате исследований книжных материалов и интернет-ресурсов было установлено, что основными разновидностями месторождения являются: песчаниковый тип, характеризующийся связью урановой минерализации с древними континентальными и прибрежно-морскими песками и песчаниками; тип "несогласия", характеризующийся приуроченностью оруденения к зонам структурно-стратиграфических несогласий между осадочными породами позднепротерозойского возраста и интенсивно измененными породами кристаллического фундамента архея и раннего протерозоя; брекчиевый тип, где рудами являются обогащенные ураном гематитизированные брекчии вулканических и интрузивных пород.

Основные месторождения, выявленные на Эльконском горсте, залегают в породах фундамента и тесно связаны с многочисленными рудоносными тектоническими зонами, крупнейшие из которых имеют омоложенный в мезозое древний, протерозойский возраст заложения. С этими зонами, имеющими в основном северо-западное простирание, связаны собственно мезозойские рудоносные тектонические зоны, некоторые из которых тоже характеризуются большой протяженностью. Благодаря большому количеству минерализованных зон, распространенных на всей территории горста, он представляет собой гигантскую штокверковую рудоносную структуру. В рудоносных зонах Эльконского горста и соответствующего ему рудного узла присутствует группа месторождений, содержащих золото-урановое оруденение.

Месторождения урана представляют интерес для ядерной промышленности, для использования урана как компонента ядерного оружия (атомные бомбы и снаряды стратегического и тактического назначения, нейтронные бомбы, триггеры водородных бомб и т.д.); в стационарных реакторах атомных электростанций, продукт высокой степени обогащения - в ядерных силовых установках (источниках тепловой, электрической и механической энергии, излучения или света) или в реакторах, работающих на быстрых нейтронах. Урановые соединения применяются в стекольной промышленности, для окраски стёкол в красный или зелёный цвет, или придания им красивого зеленовато-жёлтого оттенка. Используют их и в производстве флуоресцентных стёкол: небольшая добавка урана придаёт красивую жёлто- зелёную флуоресценцию стеклу.

Месторождение Элькон определяет экономику Южной Якутии и достаточно для строительства мощного современного горно-рудного предприятия, ресурсы урана эльконской группы комплексных золото-урановых месторождений составляют около 319 тыс. т, или около 6 % извлекаемых мировых запасов, при среднем содержании U 0.147%.

Список используемой литературы

1. Геолого-промышленные типы месторождений урана. В.Е. Бойцов, А.А. Верчеба, Москва 2008 год;

2. Требования промышленности к качеству минерального сырья. Справочник для геологов выпуск 67 Уран Ю.Л. Черносвитов Москва 1959;

3. Уран - 2005 (ресурсы, производство, потребности) "Минеральное сырье" серия геолого-экономическая № 20 Тарханов А.В. Москва 2006год;

4. Http://profbeckman.narod.ru/RH0.files/21_2.pdf

5. Http://atominfo.ru:17000/hl?Url=webds/atominfo.ru/news/air2016.htm&mime=text/html&charset=windows-1251

6. Внутреннее строение рудовмещающей структуры комплексного золотоуранового месторождения "северное" (эльконский урановорудный район). Зайченко А.П. Томск. 2010;

7. Терехов А.В. Рудоносность гидротермально-метасоматических образований Эльконского золото-урановорудного узла (Южная Якутия): Автореф. Дис. Канд. Геол.-мин. Наук. М., 2012.

Размещено на Allbest.ru

...