2.2. Вторичные урановые минералы

Урановые черни ― рыхлые вещества аморфной структуры и переменного состава, с химической точки зрения ― это гидратированные оксиды и уранаты. Степень окисления больше, чем у настурана (вплоть до UO₃). Содержат много примесей. Содержание урана 8 – 34%, плотность 3 – 4,8г/см³, твердость 1 – 4.

Ванадиевая группа

Карнотит – K₂О · 2UO₃ · V₂О₅ · 3H₂O – уранованадат калия с тремя молекулами гидратной воды – встречается в зоне окисления осадочных месторождений. Минерал ярко-желтого цвета, плотность 4,5 г/см³, твердость 2 – 2,5.

Тюямунит – CaO · 2UO₃ · V₂O₅ · 8H₂O – уранованадат кальция, близкий по составу к карнотиту. Цвет – ярко-желтый, плотность 3,3 – 4,4 г/см³, твердость 1 – 2.

Фосфатная группа

Отенит – CaO · (UO₂ · PO₄)₂ · 10H₂O. Цвет ― от серовато-желтого до зеленовато-желтого, плотность минерала 3 – 3,2 г/см³, твердость 2 – 3.

Торбернит – CuO · 2UO₃ · P₂O₅ · H₂O. Цвет минерала зеленый, вызванный присутствием меди, плотность 3,2 – 3,6 г/см³, твердость 2 – 2,5.

Силикатная группа

Уранофан – Ca(UO₂)₂Si₂O₇ · 6H₂O. Цвет – соломенно-желтый, плотность 4 г/см³, твердость 2 – 3.

Казолит – Pb(UO₂)SiO₄ · H₂O. Цвет – янтарно-охряно-кремово-желтый, плотность 5,3 – 6 г/см³, твердость 4 – 5.

Органическая группа

Тухолит – соединение углерода и углеводородов с ураном, торием, свинцом, РЗЭ (28 – 60% С, 20 – 40% летучих углеводородов, 7 – 27% золы, в золе содержится 4 – 40% U₃O₈, 14 – 48% ThO₂, 15 – 20% РЗЭ₂О₃).

Можно отметить ряд отличий первичных минералов от вторичных. Первичные минералы имеют более высокую твердость и химическую прочность, цвет большинства их черный.

Вторичные минералы имеют малую твердость и химическую прочность и легко вскрываются.

2.3. Основные урановые месторождения

Уран встречается в различных точках земного шара в форме урановых месторождений. Месторождение – это скопление полезных ископаемых в более или менее значительных количествах на поверхности или в недрах Земли.

Среднее содержание урана в земной коре 3 · 10^-4% масс. При оценке запасов урана нужно учитывать следующие факторы. Во-первых, степень разведанности, точность оконтуривания рудного тела. В соответствии с классификацией МАГАТЭ по степени разведанности запасы подразделяются на достоверные (RAR), дополнительно оцененные первой категории (EAR-I), дополнительно оцененные второй категории (EAR-II) и прогнозные (SR). Во вторых, себестоимость получения урана из руды МАГАТЭ используется 5 ценовых категорий: низкая (менее 34 долл./кг), низкая – средняя (34 – 52 долл./кг), средняя – высокая (52 – 78), высокая (78 – 130) и очень высокая (более 130 долл./кг). В-третьих, дата публикации, в большинстве случаев (но не всегда) в более поздних публикациях цифры больше.

Например, мировые запасы по цене 40 долл./кг составляют 1,2 млн. тонн, а по цене 80 долл./кг – 3,4 млн. тонн. Прогнозные же ресурсы урана оцениваются в 8,67 млн. тонн. Из-за разнобоя в ценах переработки в публикациях встречаются разные цифры.

Некоторые авторы сообщают, что на конец 1995 года мировые ресурсы в 2,565 млн. тонн распределялись следующим образом: Австралия (949 тыс. тонн), Канада (456 тыс. тонн), Казахстан (300 тыс. тонн), Африка (256 тыс. тонн), Узбекистан (165 тыс. тонн), Россия и Украина (90), США (85), остальные 14 стран – 264 тыс. тонн.

По сведениям других источников – первые места в мире по запасам ( 1995 год) занимают: Австралия (622 тыс. тонн), Казахстан (439 тыс. тонн), Канада (331 тыс. тонн). Далее следуют ЮАР (218 тыс. тонн), Бразилия (162), Намибия (156), США (110).

Основные месторождения урана

Австралия. В Южно-Австралийской провинции располагается крупнейшее месторождение золотосодержащих медно-урановых руд Олимпик-Дам (275 тыс. тонн урана). В Северо-Австралийской провинции Арнемленд в урановорудном районе Аллигейтор Риверс выявлены месторождения Рейнджер (100 тыс. тонн урана), Джабилука (60 тыс. тонн) и др. В Юго-западной части Западно-Австралийского щита находится месторождение в калькретах Ийлирри (44 тыс. тонн урана). Сейчас Австралия является вторым в мире производителем урана.

Америка. Наиболее крупные месторождения находятся в Канаде в провинции Атабаска: Мак-Артур-Ривер (запасы урана ― 200 тыс. тонн с содержанием урана до 21%), Сигар-Лейк (135 тыс. тонн с содержанием урана до 18%). На этом фоне падает значение более старых месторождений, таких как конгломераты Блайнд-Ривер и гидротермальное месторождение у Большого Медвежьего озера.

В США масштабы запасов скромные (85 – 110 тыс. тонн). На плато Колорадо имеются осадочные месторождения, содержащие карнотит, тюямунит. В штате Флорида находится месторождение урансодержащих фосфоритов. В штате Техас и Вайоминг наблюдаются структуры песчаников и песчаных пластов, пригодные для подземного выщелачивания. На бразильском побережье Атлантического океана имеются россыпи монацитового песка.

Африка. От Мадагаскара через Южную Африку до стран Гвинейского залива проходит урановорудный пояс. Наиболее крупные месторождения имеются в ЮАР (золотоносные конгломераты Витватерсранда) и в Намибии (пегматитовое месторождение Россини).

Старое месторождение ― Шинколобве имеется в республике Заир. Оно в значительной мере отработанно. Запасы урана имеются в республиках: Нигер, Чад, Габон, Центрально-Африканской республике. Особенно любопытно месторождение урана Окло в Габоне. В 1972 году было обнаружено, что содержание изотопа ²³⁵U составляет ~ 0,4% (вместо нормального 0,72%). Было установлено, что с увеличением концентрации урана в руде содержание ²³⁵U уменьшается. Рекордным по дефициту ²³⁵U оказался образец с содержанием ²³⁵U всего 0,296% (в этом месте в руде содержалось до 60% урана).

Феномен Окло объясняется тем, что примерно 1,8 млрд. лет назад работал природный ядерный реактор. Учитывая, что период полураспада U²³⁵ (7,13 · 10⁸ лет) в 6,3 раза меньше, чем у ²³⁸U (4,5 · 10⁹ лет), то он распадается быстрее ²³⁸U. Простой подсчет показывает, что 1,8 млрд. лет назад содержание изотопа ²³⁵U в уране составляло около 3%, то есть примерно столько, сколько на современных АЭС.

В указанном месторождении сложились благоприятные условия для развития цепной ядерной реакции, а именно, сочетание таких факторов, как древность урановой руды, высокое содержание урана в руде, большие размеры рудного тела (линзы) и присутствие воды. Способствовало также отсутствие во вмещающих породах ванадия, марганца и других элементов с высоким поперечным сечением захвата нейтронов.

Данный природный реактор работал в течение нескольких сотен тысяч лет в пульсирующем режиме по мере обводнения пласта руды. С ростом концентрации урана в руде увеличивается запас реактивности в присутствии замедлителя (воды), а, следовательно, степень выгорания изотопа ²³⁵U. Факт работы реактора подтверждается также сдвигом изотопного состава ряда элементов, находящихся в середине периодической таблицы Д.И. Менделеева, а также линейной зависимостью содержания в руде изотопов ²³²Th и ²⁰⁹Bi от глубины выгорания ²³⁵U. На основе изотопных измерений оценена плотность нейтронного потока (3 – 5) · 10²⁰ 1/см²сек и доля участия ²³⁹Pu в процессе цепной реакции (от 1 до 10%).

Под эгидой МАГАТЭ в 1975 г. проведен Международный симпозиум по обсуждению феномена Окло. Поиски следов природных ядерных реакторов в других местах не дали положительных результатов.

Европа. Крупные месторождения урана в Европе отсутствуют. Европейские АЭС работают преимущественно на уране из Африки, Австралии, Канады и стран СНГ.

Давно известное гидротермальное месторождение в Яхимово (Чехия), гидротермальные месторождения в Центральном Французском массиве. В Швеции имеется крупное месторождение урансодержащих битуминозных сланцев, в них содержится 0,01 – 0,04% U₃O₈. В Восточной Германии разрабатывались месторождения сланцев и бурого угля (предприятие «Висмут»).

Азия. В Индии открыто несколько месторождений монацитовых песков. Из азиатских стран самыми богатыми запасами урана обладает Казахстан. Официально сообщается, что в недрах Казахстана сосредоточено около 19% мировых достоверно разведанных запасов, что составляет около 900 тысяч тонн урана, из которых 70% пригодно для подземного выщелачивания. Важнейшее промышленное значение имеют пластово-инфильтрационные месторождения на границах артезианских бассейнов и зон пластового окисления. Эти месторождения образуют Шу-Сарысуйскую уранорудную провинцию (месторождения Инкай, Мынкудук, Моинкум, Акдала, Уванас, Канжуган и др.) и Сырдарьинскую провинцию (Северный и Южный Карамурун, Харасан, Заречное и др.). В Юго-Восточном Казахстане имеются крупные урано-угольные месторождения (Нижнеилийское, Кольджат). Небольшие гидротермальные месторождения в Северном Казахстане не могут конкурировать по стоимости переработки с пластово-инфильтрационными месторождениями.

В Узбекистане запасы урана оцениваются в 150 тыс. тонн. В настоящее время методом подземного выщелачивания разрабатываются только пластово-инфильтрационные месторождения Цетрально-Кызылкумской провинции: Учкудук, Северный и Южный Букинай, Сугралы.

В Китае можно отметить ураново-угольные месторождения в провинции Синьцзян, часть месторождений пригодны для подземного выщелачивания.

В СССР и странах социалистического блока до 1991 года было сосредоточено более 50% мировых разведанных запасов урана. До 1999 года в этих странах было получено 38% суммарного мирового производства урана.

В 1999 году разведанные запасы урана в России по цене менее 80долл./кг составили 180 тыс. тонн, в том числе по цене 40 долл./кг 80 тыс. тонн. Из них только 10 тыс. тонн пригодны для отработки методом ПВ. Ведется подготовка испытаний в новых центрах по ПВ в Зауральском, Западно-Сибирском и Витимском ураново-рудных районах. Остальные запасы связаны с месторождениями Стрельцовского рудного поля в Забайкалье.

Россия в настоящее время по количеству и качеству разведанных запасов урана занимает скромные позиции. Ее относительное благополучие в атомной энергетике основано на вторичных запасах, накопленных до распада СССР.