sunt desigur costisitoare. Si de aceea trebuie luata o decizie. Ce e mai bine: sa nu platesti aceasta cercetare, dar sa ai un risc mare al exploatarii, sau sa folosesti o astfel de echipa care sa-ti reduca intr-o masura mult mai mare riscul financiar? Desigur, intrebarea este mai mult retorica deoarece dezvoltarea mijloacelor si metodelor moderne de investigatie si evaluare este ea insasi un raspuns. In tab.1.1 este prezentata situatia rezervelor sigure, probabile si posibile la nivelul anului 2003.

1.3. PRELUCRAREA MINEREULUI DE URANIU

Uraniul natural este singurul material combustibil continand izotopi fisionabili, care se gaseste sub forma de minereu. In general minereurile de uraniu au o concentratie redusa. Valorile concentratiei la fabrica de prelucrare variaza intre 0,1- 0,5% U. Exista si exceptii: in depozitele de la Nabarlek (Australia) si Cluff D (Canada) concentratia uraniului in minereu depaseste 5%, recentele descoperiri din Saskatchewan (Canada) indica 1%, iar depozitul de la Cigar Lake are 10%. Asemenea concentratii necesita

Tabelul 1.1 Situatia mondiala a rezervelor

tehnologii speciale de exploatare datorita expunerii radioactive, inhalarii radonului si prafului.

Recuperabile cu

130 - 260 $/kg U

REZERVE

RELATIV

SIGURE

REZERVE

PROBABILE I

REZERVE

PROBABILE II

REZERVE

POSIBILE

(5 501 000 t)

Recuperabile

cu 80- 130 $/kg U

REZERVE

RELATIV

SIGURE

(590 000 t)

REZERVE

PROBABILE I

REZERVE

PROBABILE II

(225 000 t)

Recuperabile cu

40 - 80 $/kg U

REZERVE

RELATIV

SIGURE

(557 000 t)

REZERVE

PROBABILE I

REZERVE

PROBABILE II

(187 000 t) (1 480 000 t)

REZERVE

POSIBILE

(4 438 000t)

Recuperabile cu

mai putin de 40

$/kgU

REZERVE

RELATIV

SIGURE

(1 534 000 t)

REZERVE

PROBABILE I

REZERVE

PROBABILE II

(552 000 t)

TOTAL

2 681 000 t 964 000 t 2 332 000 t 9 939 000 t

SCADEREA INCREDERII IN RESURSE

-» -» -» -»

2002 pretul spot : 26 $US/kgU

Productia realizata in exploatarile de uraniu din lume in 2003 este prezentata in tabelul 1.2. Tabelul 1.2. Exploatari de uraniu

Nume Tara Rezerve (t) Uraniu(%) Tip Starea Produ

OLYMPIC DAM Australia 360 000 0,08 breccia productie 2715

RANDSTADT Suedia 300 000 0,03 sisturi stand-by

McARTHUR River Canada 180 000 19,6 neconform productie 5830

CIGAR LAKE Canada 136 000 15,1 neconform in dezvoltare

MUNKUDUK Kazakhstan 130 000 0,036 nisipuri productie 2840

ROSSING Namibia 125 000 0,04 magmatic productie 2040

ITATAIA Brazilia 120 000 0,08 veins stand-by

IMOURAREN Niger 100 000 0,08 sandstones stand-by

JABILUKA Australia 94 000 0,45 neconform stand-by

KEY LAKE Canada 71 000 2,5 neconform epuizat

STRELTSOVSKA-ANTEI Rusia 60 000 0,3 vulcanic productie 3070

RANGER 3 Australia 55 000 0,23 neconform productie 4355

RANGER 1 Australia 52 000 0,29 neconform epuizat

EAGLE POINT Canada 51 000 1,55 neconform productie 2280

ARGUNSKOYE Rusia 39 000 0,25 vulcanic stand-by

YEELIRRIE Australia 45 000 0,15 calcrete stand-by

ILIMAUSSAQ Grroenlanda 40 000 0,034 magmatic stand-by

TULUKUYEVSKY Rusia 35 000 0,4 vulcanic epuizat

MUYUMKUM Kazakhstan 34 000 0,06 sandstones in dezvoltare

POCOS DE CALDAS Brazilia 24 000 0,085 magmatic productie 310

Principalele minereuri cu continut de uraniu sunt pehblenda (U3O8) si uraninitul (UO2), dar uraniul este prezent intr-o mare diversitate de roci, in compania a peste 180 de alte minerale, ceea ce complica prospectarea si exploatarea. Concentratia redusa a uraniului in minereu exclude transportul pe distante lungi, de aceea prelucrarea minereului trebuie facuta in apropierea minei. Extragerea uraniului din minereu comporta cinci etape principale care sunt descrise in continuare. a) Prepararea minereului Prepararea minereului de uraniu include sfaramarea sau macinarea fina a minereului si concentrarea lui, prin indepartarea sterilului. Proprietatile mai importante pe care se bazeaza metodele de concentrare sunt: - friabilitatea mare a unora din compusii uraniului fata de ganga, - densitatea mare a mineralelor de uraniu fata de ganga, care permite sa se realizeze o separare a lor prin diverse metode de concentrare hidrogravitica,

- radioactivitatea, care permite detectarea substantelor utile si separarea lor prin metode manuale sau electronice, - diferenta intre proprietatile capilar superficiale ale mineralelor de uraniu si ale celor de ganga, care permite concentrarea diferentiata a acestor minereuri prin flotatie. Principalele metode de concentrare a minereului de uraniu sunt: - concentrarea prin sfaramare selectiva si clasare, care se realizeaza prin trecerea succesiva a minereului prin concasoare (sau mori) si site care retin sterilul. In functie de dimensiunile materialului livrat de la mina si de granulatia care este necesara pentru extractia in continuare a uraniului, aceasta faza se poate compune din 1-3 etape de sfaramare si 1-2 etape de macinare. Dimensinile maxime ale minereului extras pot fi de cca. 1 m, iar granulatia finala este in limitele 0,4-1,5 mm (in cazuri speciale pana la 0,15 mm). Pentru macinare pana la 0,45 mm se folosesc mori cu valturi sau cu bile. Pentru clasare se folosesc site, clasoare si cicloane. Adesea macinarea se face sub apa pentru a se evita pericolul prafului, iar malul (slamul) rezultat este trimis in continuare la tratare hidrogravitica (levigare).

- concentrarea hidrogravitica in medii dense, prin zetaj sau pe mese oscilante. Separarea in medii dense se face utilizand un fluid a carui densitate are o valoare intermediara intre densitatile celor doua specii minerale care se separa. Separarea prin zetaj se bazeaza pe diferenta dintre vitezele de cadere ale grauntilor de diferite densitati intr-un curent de apa pulsatoriu, creat cu ajutorul unui piston sau al unui dispozitiv hidraulic special. Materialul se separa dupa densitate in straturi distincte si este evacuat in mod continuu. Concentrarea pe mese oscilante se aplica minereurilor de pehblenda fin asociate. Ea se realizeaza pe mese dreptunghiulare usor inclinate in directie transversala si care oscileaza in directie longitudinala. Datorita oscilatiilor, grauntii mai densi parcurg un drum mai lung, fiind colectati pe la un capat al mesei. - concentrarea prin flotatie. Flotatia consta in amestecarea minereului macinat ( sub 2 mm) cu 2-5 parti apa si apoi, din tulbureala formata se separa substanta utila de steril cu ajutorul unei spume produse prin agitare mecanica sau pneumatica. Pentru a obtine spume consistente se adauga mici cantitati de substante capilar active, denumite spumanti (de

exemplu fenoli). Deoarece mineralele utile nu au intotdeauna proprietatea de a adera la spuma si deci de a flota, se adauga o cantitate mica de reactiv denumit colector. Actiunea colectorilor trebuie sa fie selectiva si pentru aceasta se folosesc fie reactivi modificatori activanti, care ajuta la fixarea colectorilor, fie depresanti, care impiedica aceasta fixare. - sortarea radiometrica se face manual sau automat cu ajutorul contoarelor Geiger- Muller care depisteaza bucatile radioactive. b) Dizolvarea uraniului din minereu Urmatoarea etapa a extractiei uraniului din minereul concentrat dupa metodele prezentate mai sus este dizolvarea cu acizi sau cu alcali. Alegerea intre metoda acida si cea alcalina depinde de compozitia chimico-mineralogica a minereului, de costul reactivilor si al investitiilor, de solubilitatea diverselor componente ale minereului etc. Dizolvarea chimica trebuie sa aiba un caracter cat mai selectiv, iar proprietatile chimice ale compusilor de uraniu sunt determinante. Din punct de vedere chimic compusii de uraniu se pot imparti in trei grupe si anume: - oxizi , in special uraninit si pehblenda, - compusi hexavalenti, cum ar fi saruri cu alte metale sau oxizi hidratati,

- compusi tetravalenti, in care uraniul este combinat chimic cu oxizi refractari (de exemplu pamanturi rare, titan, toriu etc). Combinatiile hexavalente ale uraniului sunt mai solubile in apa decat cele tetravalente. De aceea este de dorit ca prin tratamentul chimic cu acizi sau alcali sa se obtina compusi in care uraniul sa fie hexavalent. In acest scop se adauga in timpul dizolvarii un agent oxidant care transforma toate sarurile tetravalente de uraniu in saruri hexavalente. Dizolvarea prin procedeul acid este cel mai des folosita. Ea se aplica la minereurile cu un continut scazut de carbonati. Ca solvent se foloseste acidul sulfuric deoarece este mai ieftin si da rezultate mai bune deoarece ionii de sulfat pot fi in final extrasi prin precipitare. Caracteristicile principale ale procedeului de dizolvare acida sunt: - consum de acid: 25-100 kg/t, - durata tratamentului: 3- 10 ore (cateodata pana la 24 ore), - temperatura de lucru: 40- 70 OC, - agent de oxidare: clorura de sodiu 1-5 kg/t pentru solubilizare, - densitatea slamului: dizolvarea se face in rezervoare de amestec, iar densitatea slamului este exprimata prin raportul fractiunilor

gravimetrice lichid/solid (L/S), care trebuie sa fie cat mai scazuta cu putinta (subunitara) pentru a se minimiza consumul de acid si de abur. - randamentul de recuperare: defineste calitatea extractiei substantei utile fata de consumul de reactiv si este in prezent de 90-98% fata de continutul initial. Dizolvarea se face in rezervoare captusite cu cauciuc dispuse in cascada pentru realizarea timpului de tratament, iar incalzirea se face prin injectie de abur. Selectivitatea dizolvarii nu este totala si 1-2% din minereu este distrus sau dizolvat, iar impreuna cu uraniul sunt dizolvate si alte metale ca: fier, aluminiu, molibden, vanadiu, zirconiu. Prin tratarea minereului de uraniu cu acid sulfuric se obtine sulfatul de uranil dupa reactiile: UO2 + H2SO4 +1/2O2 ⇔ UO2SO4 + H2O 2U3O8 +6H2SO4 ⇔ 6UO2SO4 + 6H2O In solutie sulfatul de uranil este disociat in ioni de uranil (UO2)2+ si sulfat SO4

2-. Concentratia acidului sulfuric se alege in functie de natura minereului.

Dizolvarea prin procedeul alcalin se aplica la minereurile cu continut ridicat de carbonati sau alti compusi consumatori de acizi. Ca solvent se foloseste carbonatul de sodiu in amestec cu bicarbonat de sodiu care impiedica cresterea pH-ului in timpul extractiei si favorizeaza precipitarea uraniului care a fost dizolvat. In general extractia uraniului cu reactivi alcalini da rezultate mai slabe decat cea cu acizi, dar prezinta urmatoarele avantaje: - se obtin solutii mai curate din cauza solubilitatii mai reduse a mineralelor accesorii, - se pot folosi instalatii realizate din materiale obisnuite, - reactivii alcalini se pot recupera si refolosi, - consumul de reactivi este mai mic. Dezavantajele acestei metode sunt: - dizolvarea se face mai greu (timpul este de doua ori mai mare), iar temperatura de lucru este mai ridicata (80-90OC), fiind necesare autoclave, - metoda este mai sensibila la variatii ale pH-ului, - oxidarea trebuie sa se faca in conditii mai energice (cu aer sau oxigen), deoarece

solubilizarea uraniului din carbonati este posibila numai in starea hexavalenta, - se obtin extractii mai mici, - unele combinatii ale uraniului nu sunt atacate de carbonati decat dupa un tratament prealabil (prajire). Prin dizolvarea uraniului in solutii de carbonati se obtin o serie de compusi hexavalenti care au la baza carbonatul de uranil UO2CO3. c) Separarea solutiei de uraniu de reziduul solid Dupa ce in faza anterioara uraniul din minereu a fost dizolvat, este necesar acum ca solutia obtinuta sa fie separata complet de reziduurile solide. In practica aceasta se realizeaza prin decantare si spalare in clasoare mecanice, hidrocicloane sau ingrosetoare si prin filtrare in filtre cu vid sau filtre-prese. Procedeul cel mai uzual este decantarea in contracurent pentru fractiuni sub 0,15 mm, in 4-6 etaje, pentru un randament al recuperarii de 98-99,5%. In SUA s-au utilizat filtre tambur Rotary pentru slamul rezultat din metoda alcalina. In ultima vreme sunt tot mai mult utilizate filtre orizontale, recuperarea depasind 99%.

In locul decantarii si filtrarii s-a incercat sa se extraga uraniul direct din tulbureala prin schimb de ioni, cu ajutorul rasinilor sintetice sau cu solventi organici. d) Purificarea si concentrarea Compusii puri de uraniu se pot extrage din solutiile obtinute prin dizolvarea minereului prin trei metode principale: precipitare chimica, schimb de ioni sau extractie cu solventi organici. Universal folositi sunt schimbatorii de ioni. Anionul complex O2(SO4)3

4- poate fi fixat pe un compus de amina sau amoniu, care poate fi folosit sub forma de rasina sau de solvent lichid. Reactia de fixare (extractie) si cea de spalare (eliberare) sunt asemanatoare. Rasinile sunt utilizate in coloane cu pat fix, inseriate in baterii sau in coloane cu pat mobil in contra-curent. Cronologic rasinile au fost primul agent de purificare utilizat industrial. Utilizarea lor este mai curand simpla, dar selectivitatea este insuficienta, mai ales in ceea ce priveste compusii fierului si ai siliciului. Solventii cu amine au inlocuit treptat rasinile datorita utilizarii simple si continue in coloane pulsate sau in amestecatoare cu reactivi depresanti, avand o selectivitate superioara fata de fier si siliciu. Ei sunt folositi

diluati in amestecuri de hidrocarburi (kerosen) cu adaos de reactiv modificator (un alcool cu masa moleculara mare). Adesea purificarea se face in doua trepte: mai intai cu rasini si apoi cu solventi (proces Eluex). Spalarea sau eliberarea uraniului se face cu reactivi diferiti, in functie de “yellow-cake”-ul care se obtine: acid sulfuric pentru rasini in procesul Eluex, clorura de sodiu pentru uranat de magneziu, carbonat de sodiu pentru uranat de sodiu sau sulfat de amoniu-hidroxid de amoniu pentru uranat de amoniu. In toate cazurile reactivul de spalare este constituit in majoritate de solutii de precipitare, ajustate cu reactivi corespunzatori. In urma acestor operatiuni se obtine o solutie purificata care contine 15-40 g/l uraniu din care trebuie precipitat uraniul. e) Producerea “yelow cake”-ului Precipitarea chimica se bazeaza pe proprietatea uraniului de a da, la diverse pH-uri si in diverse stadii de oxidare, compusi solubili si compusi insolubili. In cazul procedeului acid, sarurile insolubile (uranati) pot fi precipitate cu o baza cum ar fi hidroxidul de magneziu, de sodiu sau de amoniu. Precipitatele astfel produse nu sunt specii chimice foarte bine definite, dar

continutul de uraniu nu variaza prea mult daca conditiile procesului de precipitare sunt respectate. In cateva cazuri uraniul poate fi precipitat sub forma de peroxid (UO4), cand reactivul este apa oxigenata. Precipitarea se face in rezervoare cu amestecare. Precipitatul este filtrat in tamburi Rotary sau filtre orizontale si in final este uscat la 110-130 OC (uneori calcinat la 700OC). Astfel se obtine “yellow cake”-ul, care contine 70- 75 % uraniu. El este apoi macinat si trimis la rafinare, unde se indeparteaza impuritatile. Prin lantul de operatiuni care a fost prezentat se obtine un factor global de concentrare de 150- 750 ori. In paralel cu concentratul de uraniu, procesul produce deseuri solide (steril) si lichide (reactivi de extractie si solutii dupa precipitare). Deseurile solide sunt adesea depozitate in halde dupa neutralizarea cu var. Reactivii de extractie sunt neutralizati cu piatra de var si, apoi, var pentru indepartarea ionilor sulfat ca ghipsul sau a cationilor metalici (fier, aluminiu) din hidroxizi. Un tratament aditional cu clorura de bariu se face pentru retinerea urmelor de radiu.

Solutiile de la precipitare se proceseaza numai cand contin ioni de amoniu. Operatia, numita caustificare, consta in adaugarea varului la solutie pentru a precipita sulfatul de calciu si a indeparta amoniul prin antrenare cu abur. In afara procesului tehnologic prezentat pentru obtinerea concentratului de uraniu, atunci cand continutul de uraniu in minereu este prea mic si nu se justifica transportul la fabrica de concentrare, se poate utiliza o tehnologie de tratare chimica locala care evita operatiile costisitoare de macinare si de separare hidro-gravitica. Minereul extras este acoperit cu bitum dupa ce in prealabil a fost stropit cu acid sulfuric. Reactivul extrage incet uraniul, iar solutia produsa este reciclata de cateva ori pentru a permite consumarea integrala a reactivului. Urmeaza apoi cateva spalari, iar solutia rezultata este trimisa la uzina din apropiere unde se face extractia uraniului cu rasini si/sau solventi. Gradul de recuperare prin aceasta metoda variaza intre 50-90 % in functie de calitatea si de starea minereului (sfaramat sau nu).