Анализ физико-технических свойств урановых руд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГОБУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Кафедра физики горных пород и процессов

Практическая работа

Дисциплина «Физика горных пород»

Анализ физико-технических свойств урановых руд на примере ЖВ ГМЗ, Украина, Днепропетровская область, город Желтые Воды

Выполнил:

Ст. гр. ТПУ-2-11

Демченко Д.С.

Проверил:

Шведов И.М.

Москва 2013

Содержание

Введение

1. История комбината

2. Физическо-технические свойства урана

3. Стретиграфия и литология

4. Технология добычи и переработки

5. Основные проблемы производства

Заключение

Используемые источники

Введение

В настоящее время ядерная энергия используется в достаточно крупных масштабах. Если в прошлом веке радиоактивные материалы применялись в основном для производства ядерного оружия, обладающего наибольшей разрушительной силой, то в наше время ситуация изменилась. Ядерная энергия на атомных электростанциях преобразуется в электрическую и используется во вполне мирных целях. Также создаются атомные двигатели, которые используются, например, в подводных лодках.

Основным радиоактивным материалом, использующимся для производства ядерной энергии, является уран. Этот химический элемент относится к с семейству актиноидов. Уран открыл в 1789 году немецкий химик Мартин Генрих Клапрот при исследовании минерала настуран, который сейчас также называют «урановой смолкой». Новый химический элемент был назван в честь недавно открытой планеты солнечной системы. Радиоактивные свойства урана были открыты лишь в конце XIX века.

Уран содержится в осадочной оболочке земной коры и в гранитном слое. Это довольно редкий химический элемент: его содержание в земной коре 0,002%. Кроме того, в незначительных количествах уран содержится в морской воде (10^?9 г/л). Благодаря своей химической активности уран содержится только в соединениях и в свободном виде на Земле не встречается.

Урановыми рудами называются природные минеральные образования, содержащие уран или его соединения в количествах, при которых возможно и экономически целесообразно его использование. Урановые руды также служат сырьем для получения других радиоактивных элементов, таких как радий и полоний.

1. История комбината

Государственное предприятие "Восточный горно-обогатительный комбинат " (ГП "ВостГОК") создано в 1951 году. Первую руду шахта "Новая " комбината издала в 1956 году, первый килограмм концентрата урана получили в 1959 году.

Восточный горно-обогатительный комбинат - это один из 28 уранодобывающих центров мира, среди которых он находится в первой десятке, а также является крупнейшим в Европе.

Восточный горно-обогатительный комбинат - единственное в Украине предприятие, обеспечивающее добычу природного урана и производство его оксидного концентрата.

Две действующие урановые шахты комбината по своему энергетическому эквиваленту равноценны 60-ти угольным шахтам, другими словами, одной трети всего Донбасса.

Комбинат географически расположен в трех областях:

Днепропетровской, Кировоградской и Николаевской, центральный офис находится в г. Желтые Воды Днепропетровской области.

Основная продукция комбината - концентрат природного урана.

ВостГОК производит также серную кислоту, горно-шахтное оборудование. Комбинат оказывает транспортные услуги (авто-и железнодорожные), ремонтно-строительные, научно-исследовательские и конструкторские разработки , услуги связи и др.

Стратегическая цель ВостГОК - 100 % обеспечения украинских АЭС ураном с целью достижения энергетической независимости Украины.

2. Физическо-технические свойства урана

УРАНИНИТ (урановая смолка), плотный радиоактивный минерал, окисел урана UO₂, основная урановая руда и важнейший источник урана и радия. Темная со смоляным блеском руда встречается в нескольких разновидностях: кристаллическая форма - уранинит, рыхлые землистые агрегаты - урановые черни (смолка). Руды обычно содержат небольшие количества радия, свинца, тория, полония, а иногда газы гелий и аргон. Обе разновидности встречаются во всем мире в рудных жилах (часто в кварцевых и серебряных), особенно в США, Канаде, Британии, Европе, Австралии, Конго и Южной Африке. Твердость 5-6; плотность 6,5-8,5 (урановая смолка), 8-10 (уранинит).

Уран - плотный (19,12 г/см3 при 20 єС), серебристо-белый металл с умеренной температурой плавления (1132 єС). По электропроводности, которая приблизительно равна электропроводности железа, он занимает промежуточное значение между истинными металлами (серебро, медь) и полуметаллами (мышьяк, висмут).

Относится к кубической сингонии. Кристаллическая структура соответствует решётке флюорита. Класс симметрии гексаоктаэдрический mЗm. Цвет смоляно-чёрный, иногда со слабым зеленоватым оттенком, или коричневый. Блеск полуметаллический, жирный, чаще смоляной. Непрозрачен. Твёрдость: 4--6. Хрупкий. Плотность: 7,5--10,6. Спайность по (111) несовершенная, редко заметна. Излом раковистый. Образует сливные плотные массы, вкраплённость в прожилках и линзах, гроздьевидные и почковидные формы агрегатов. Изредка -- в кубических кристаллах. Сильно радиоактивен. Растворяется в сильных кислотах (с трудом -- в соляной). Сопутствующие минералы: урановые слюдки, галенит, молибденит, минералы меди, кобальта, никеля, висмута, касситерит, самородные серебро и золото, флюорит, гематит, карбонаты. Встречается главным образом в гидротермальных жилах, иногда образуется в гипергенных условиях. Плотные агрегаты (настуран) называют также смоляной обманкой, порошковатые массы и сажистые налеты (в смеси с другими минералами урана) - урановыми чернями. Является основной урановой рудой.

С точки зрения энергетики, одной из важнейших характеристик урана является теплопроводность. Она у урана относительно низкая: в 2 раза меньше чем у железа и в 13 раз меньше чем у меди. Низкая теплопроводность может способствовать высокому перепаду температур между стенкой и сердечником ТВЭЛа и вызывать высокие внутренние напряжения.

Плотность жидкого урана при температуре плавления составляет 16,63 г/см3. Стабилизировать пластичную фазу можно, добавляя в расплав различные легирующие добавки. Наибольшее распространение среди легирующих добавок получил молибден, образующий с ураном твердые растворы.

Изделия из урана в ядерных реакторах в течение длительного времени находятся в жестких условиях при повышенных температурах.

Под действием коррозии, радиации, в результате термических напряжений происходит изменение механической прочности конструкции ТВЭЛов. Этому способствуют следующие процессы:

1) большой рост ползучести облученного урана даже под ничтожной нагрузкой, в том числе под действием собственного веса;

2) «охрупчивание» облученного урана, не снимаемое даже отжигом;

3) «радиационный рост» урана, приводящий к изменению формы ТВЭЛа в процессе работы реактора: по мере выгорания урана его плотность уменьшается, накапливаются более легкие продукты деления (увеличивается объем);

4) при больших выгораниях и высоких температурах развивается газовое распухание (свеллинг) под действием газообразных продуктов деления урана (аргон, криптон).

По этим причинам чистый металлический уран в качестве ТВЭЛов не применяется. Для этого используются его сплавы с цирконием, алюминием, молибденом и др.

3. Стретеграфия и литология

Украина имеет значительные ресурсы урановых руд и входит в первую десятку ведущих уранодобывающих стран мира, причём подавляющая их часть разведана до высоких категорий изученности, что определяет их высокую подготовленность к промышленному освоению. Прогнозные ресурсы урана в Украине оцениваются достаточно высоко, в частности, в значительных объемах они имеются в урановых месторождениях традиционного типа -- урановых рудах в альбитах Украинского щита. В последние годы в результате анализа и переоценки накопленной геолого-геофизической информации определены довольно высокие перспективы выявления новых типов месторождений, богатых урановыми рудами, на территории Украины. Основные запасы сосредоточены в Кировоградском рудном районе, где они связаны с докембрийскими структурами Украинского кристаллического щита: месторождения Севериновское, Мичуринское, Компанеевское. В Центральноукраинском урановорудном районе известно месторождение Ватутинское, а в Побужском районе - Южное, Лозоватское и Калиновское. Все они локализованы в докембрийских гнейсах и мигматитах, прорванных гранитоидными интрузиями. Кроме этого, в железистых породах докембрия известны Желтореченское и Первомайское месторождения, а также проявления урана в древних докембрийских конгломератах, подобных формации Витватерсранд в Южной Африке. В недрах республики сосредоточено 100 тыс. т урана. Все месторождения бедные и пригодны только для шахтного способа отработки. Во времена СССР Восточный горноперерабатывающий комбинат добывал уран на месторождении Желтые Воды (с. Терны, Днепропетровская обл., разработка и переработка урано-железных руд). В настоящее время Восточный ГОК отрабатывает три месторождения: Ватутинское, Мичуринское и Центральное. На сегодняшний день Украина имеет 12 детально разведанных урановых эндогенных месторождений с суммарными запасами, которые в состоянии обеспечить потребности действующих АЭС Украины на 100 лет. Крупнейшие из них расположены в Кировоградском рудном районе. Добыча урановых руд и производство уранового концентрата в Украине осуществляются Восточным горно-обогатительным комбинатом (ВостГОКом). Основная продукция предприятия -- концентрат природного урана. В настоящее время в состав ВостГОКа входят: две действующие шахты; и гидрометаллургический завод. Обе шахты ВостГОКа расположены в Кировоградской области; Гидрометаллургический завод, включающий сернокислотный цех, - в Желтых Водах. ВостГОК эксплуатирует три месторождения урановых руд: Ватутинское, Мичуринское и Восточную зону Центрального месторождения. Смолинская шахта отрабатывает Ватутинское месторождение, а Ингульская -- Мичуринское и Центральное месторождения. Добыча осуществляется глубокими шахтами, руды бедные с содержанием урана 0,1 % и ниже. Объём 2000-го года составил 600 т, наблюдается постоянное, медленное падение добычи. Из 100 тыс. т. общих запасов, 52 тыс. т относятся по категории стоимости выше средней 52-78 дол. США за 1 кг, остальные - к категории высокой - 78-130 дол. На территории Украины имеется также несколько очень мелких по масштабам и бедных месторождений под способ подземного выщелачивания 10 тыс. т. Большая их часть по себестоимости относится к средней 1-й группе - 34-52 дол. США за 1 кг. Обеспеченность запасами действующих шахт при нынешнем уровне добычи с постепенным затуханием составляет 15-20 лет. Украина планирует увеличить добычу урана. Ведётся строительство Новоконстантиновского рудника на базе Новоконстантиновского месторождения, расположенного в Маловисковском районе Кировоградской области. До 2010 года страна намерена довести добычу урана с 800 т/г (2005) до 1400 тонн. Это позволит Украине полностью покрыть внутренние потребности в сырье.

4. Технология добычи и переработки

Добывают уран на двух шахтах: «Смоленская», пгт Смолено Кировоградская область и «Ингульская», город Кировоград.

Добыча составляет порядка 950тысяч тон в год урановой руды.

Продукция этого комбината это- окись-закись урана.

U3O8 выпускают порядка 900 тон в год.

Всего на комбинате работают 8200 человек.

Разработка месторождений ведется подземным способом.Система разработки-поэтажно-камерная с закладкой выработаного пространства твердеющими смесями.

Пустая порода, забаллансовая руда и отходы радиометричных сортировок выводятся в отвал.

Добытая руда поступает на обогатительную фабрику которая находится на территории рудника. Обогащают методом радиометрической сортеровки.

Переработка обогащенной руды до концентрата природного урана производится на ГМЗ ЖВ Днепропетровская область.

Доставляют обогащенную руду на ГМЗ железно-дорожным транспортом.На заводе руда поступает в отдел измельчения. Руда измельчается в мельницах ММС (мельница мокрого самоизмельчения).

В спиральном классификаторе выделяются пески, которые доизмельчаются в мельнице МШЦ

Суспензия измельченной руды-пульпа, поступает в 30-ти метровый сгуститель, где происходит отделение лишней воды. Загущенная пульпа с Т:Ж один к одному (на тонну руды приходится одна тонна воды) поступает в отделение автоклавного выщелачивания (перевод в раствор (обычно водный) одного или нескольких компонентов твёрдого вещества с помощью водного или органического растворителя, часто при участии газов -- окислителей или восстановителей. ). Выщелачивание производится в цепочке из 4-х автоклавов, каждый по 110 м³ .

Температура в процессе выщелачивания 120^о С, избыточная кислотность 20-40 грамм на литр кислоты.

Степень вскрытия на выщелачивании (перевода в раствор) составляет 92-93%.

Выщелоченая пульпа после автоклава разбавляется водой до ТЖ- 1 : 2, так же в пульпу добавляют известковое молочко для корректировки pH(кислотно-щелочного баланса).

Разбавленная пульпа с pH _2,5-3 отправляется в отделение сорбции.

Сорбция урана ведется непосредственно из выщелоченной пульпы в аппаратах типа ПАЧУК (чаны с пневматическим перемешиванием)

Для сорбции используют анионит марки АМП.

Насыщеный анионит отделяестся от сбросной пульпы на грохотах.

«Бедная» пульпа, после сорбционного извлечения урана, нейтрализуется известковым молочком до рН_7-8 и откачивается на хвостохранилище.

Из насыщенного гомита уган вымывается в аппаратах колонного типа раствором серной кислоты 150 грамм на литр, т.е. производится десорбция.

«Богатые» урановые расстворы (десорбаты) поступают на очистку в отделение жидкостной экстракции.

Там с помощью фосфоро-органических экстрагентов производится очистка раствора и получение окиси и закиси урана.

5. Основные проблемы производства

1) Руды радиактивного металла имеют свою существенную радиактивность.

2) На рудниках всегда есть воды зараженные естественными радио нуклидами (ЕРН), которые оба рудника сбрасывают в объёме около 1000 м³ в час. Эти воды без спец. очистки не могут быть сброшены в гидрографическую сеть.

3) Так же существует проблема захоронения хвостов переработки урановых руд, т.е. рекультивация хвостов хранилищ должна выполняться так, чтобы ЕРН не попадали в окружающую среду.

Заключение

Итак, самыми прогрессивными, на данный период, являются методы геотехнологий.

Например, метод подземного выщелачивания.

Если рудное тело имеет хорошую водопроницаемость, то можно пробурить скважины и через одну закачать раствор серной кислоты, а выкачать товарный уран.

Используемые источники

уран добыча руда выщелачивание

1. А.А. Маслов, Г.В. Каляцкая, Г.Н. Амелина, А.Ю. Водянкин, Н.Б. Егоров - «ТЕХНОЛОГИЯ УРАНА».

2. http://ru.wikipedia.org.

3. http://vostgok.com.ua/.

Размещено на Allbest.ru