دانستنی های اورانیم
تدارک مواد اولیه سوخت های هسته ای و سیکل سوخت راکتورهای اتمی اولین و اصولی ترین مبنای ایجاد تکنولوژی هسته ای و استفاده از رادیو ایزو توپ ها طبیعی و مصنوعی محسوب می گردد.
گرچه ممکن است بسیاری از کشورها به دلایل متعدد تمایل چندانی به چنین تکنولوژی پیچیده ای نداشته باشند، ولی نظر به اینکه انرژی و استفاده از آن لزوماً یکی از نیازهای اجتناب ناپذیر در امر رشد و توسعه جوامع به شمار می رود و به دلیل محدودیت های موجود در انواع انرژی ها، استفاده از انرژی هسته ای در موادی حتی الزاماً به صورت انتخاب ایده آل در می آید.
بهر حال تمام کشورهایی که صرفاً علاقمند به توسعه صنایع هسته ای همانند سایر صنایع خود هستند مثل استرالیا، نیجر، نامیبیا و ... و یا استفاده کننده از این صنایع هستند مثل مجارستان، چکسلواکی، کره ژاپن و... و بالاخره آنهایی که هر دو هدف فوق را تعقیب می نمایند مثل: کانادا، آمریکا، فرانسه، روسیه ) الزاماً می باید از مرحله تدوین برنامه دقیق، فراگیر و متناسب با تمامی اوضاع اقتصادی، سیاسی و تکنولوژیکی گذر کنند. درجه موفقیت هر کدام به نسبتی افزایش می یابد که در شناخت کلیه عوامل و تجربه و تحلیل آنها، تدوین برنامه در یک دوره نسبتاً طولانی، تجربه و وقت مفید بیشتری را مصروف داشته باشند. تحت چنین شرایطی و حفظ تمامی نکات اجرایی برنامه، شاید در حصول به بخشی یا به عمده اهداف از پیش تعیین شده خود دست یابند.
سیکل سوخت هسته ای عبارتست از یک سری فعالیت های فرآیندی متوالی بر روی سنگ معدن اورانیم و حصول به ترکیبی از اورانیم با ویژگی های شیمیایی و فیزیکی مشخص که تحت شرایط مناسب و فراهم شده در راکتورهای هسته ای، قابلیت شکافته شدن و یا باصطلاح سوزانده شدن و نهایتاً رها سازی انرژی را پیدا می کند.
اورانیم یک عنصر از 92 عنصر طبیعی جدول مندلیف محسوب می گردد، که تقریباً در سرتاسر دنیا یافت می شود. در نقاطی از دنیا که برحسب شرایط زمین شناسی مقدار این عنصر بیشتر است. مورد توجه اکتشاف و معدنکاری قرار می گیرد. مواد معدن حاوی اورانیم قبل از استفاده در راکتورها باید تحت یک سری از فرآیندهای فرآوری قرار گیرند. گرمای تولید شده در یک راکتورهسته ای می تواند تولید بخار نموده و توربین مولد برق را به حرکت در آورد. پس از اتمام دوره مفید سوخت در راکتور، این سوخت از راکتور خارج و پس از مدتی می تواند مورد باز فرآوری قرار گرفته و از آن سوخت جدید ساخته شود.
تاریخچه اورانیم
این کره خاکی زمین از 5 بیلیون سال قبل یا از بدو پیدایش حاوی بیش از 92 عنصر بوده که فقط تعدادی از آنها عناصر زایش یافته جدید مثل ترانس اورانیم ها هستند که بر اثر فعل انفعالات طبیعی و ذاتی عناصر قبلی خود ساخته شده اند. ولی اورا نیم یک عنصر کاملاً طبیعی است که در ساختار بخشی از کره زمین شرکت داشته است.
گر چه نمی دانیم اولین آشنایی و شناخت نسبی بشر با اورانیم در چه زمانی اتفاق افتاده است، ولی واضح است که از همان آغاز و خیلی جلوتر از روزگاران باستان اورانیم وجود داشته است و هیچ چیز جدید و تازه ساخته شده ای نبوده و نیست. این منطق همراه با شاهدات بعدی و معدنکاری های اولیه که در گذشته های دور اتفاق افتاده است. همه حاکی از دلیل وجود اورانیم می باشد. آنچه که طبیعت نشان می دهد این است که حدود 460 سال قبل بشر وارد عصر اورانیم شده است.
این زمانی است که هزاران معدنچی در رزگیرج در مرکز اروپا که به کندن معدن برای نقره مشغول بودند. هر روز در معرض پرتوگیری از مینرال های اورانیم موجود در رگه های حاوی نقره، کبالت و سایر فلزات قرار می گرفتند. مینرال ای سرشار از اورانیم از اعماق معادن زیرزمین استخراج شده و نهایتاً در سطح زمین همراه با مقادیر متنابهی سنگ های باطله رها می شدند.
آنهایی با رادیو اکتیویته زیاد از طریق صدها حلقه چاه به دلیل عبور از لابلای مواد معدنی حاوی اورانیم به جوی های روان در سطح شهر وارد می شدند. در شهر باخیموف، از یک برکه نسبتاً بزرگ از این نوع آب ها (آب های حاوی ترکیبات اورانیم) در طول کیلومترها مایل ها و برای چند ترن از وسط خیابان های شهر عبور می کرده است. در عین حال، این یکی از رادیواکتیوترین چشمه های روی زمین حداقل از 1906 بوده است، که بطور دائم، چشمه معروف یاخیموف مورد استفاده بیماران رماتیسمی قرار می گرفته است. نهایتاً جریان این چشمه به سمت پایین یک دره سرازیر و پایان می یافته است. در همین شهر در قرن شانزدهم خانه ها تخریب و سنگ ها پس از خرد شدن مثل سایر مواد معدنی حاوی اورانیم مورد فرآوردی های شیمیایی تولید اورانیم قرار گرفتند. در این خانه ها و خانه های مشابه دیگر بیش از بیست نسل متولد و زندگی کرده اند.
طی مطالعات بعدی معلوم گردید که ظاهراً هیچ تغییرات ژنتیکی بزرگ و ناگهانی یا غیر معمول مثل آنچه که امروزه افراطیون ضد هسته ای برای آینده های دور اظهار می کنند، ناشی از زندگی طولانی این خانواده ها، مشاهده نشده است. بنابراین آزمون بسیار بزرگ و با ارزش برای یک دوره تقریباً پانصد ساله توسط مردم شهرهای معدنی مرکز اروپا تجربه شده است.
آنچه بطور مستند در مورد اورانیم وجود دارد حاکی از آن است که این عنصر توسط یک شیمی دان دارو ساز به نام مارتین هنریش کلاپروت کشف شده است. وی در سال 1168 هخ (1789م) در حالیکه مشغول آنالیز پچبلند بوده است، آنرا در بیش از 150 مینرال یافته است. ولی از این میان وجود اورانیم فقط در سه مینرال اهمیت اقتصادی داشته است، که عبارتند از پچبلند، کافینیت و کارنونیت. فراوانی اورانیم در پوسته زمین معادل طلا یا کمی بیشتر از آن است.
زمین شناسان انواع مهم نمونه های کانسار اورانیم را ماکمانیت (شامل پگمانیت ها، رگه های هیدروترمال،...)، رسوبی (شامل کوارتر- کنگلومرا، ماسه ها، فسفات ها و تیپ رگه ای) بر شمرده اند.
آژانس بین المللی انرژی اتمی منابع اورا نیم اثبات شده دنیای غرب را 3/2 میلیون تن که با قیمت کمتر از 130 دلار برای هر کیلوگرم (کمتر از 50 دلار برای هر پوند) و U3O8 و منابع نسبتاً مطمئن را 7/2 میلیون تن برآورد و محاسبه کرده است.
کشورهای مهم تولید کننده اورانیم در بلوک غرب عبارتند از کانادا، استرالیا، افریقای جنوبی، نامیبیا، نیجر، فرانسه، برزیل. اخیراً منابع بزرگ دیگری در کانادا و استرالیا کشف شده اند که مسلماً با هزینه های بسیار کمتری قابل استخراج هستند. هم چنین پیش بینی می شود ایالات متحده امریکا به عنوان یک تولید کننده بزرگ، سبب کاهش قیمت اورانیم در سال های آینده خواهد شد.
زمین شناسی اورانیم
اورانیم یک فلز نسبتاً رادیو اکتیو است که در سرتاسر پوسته کره خاکی زمین وجود دارد. این مقدار در پوسته زمین ppm 4- 2 (یک گرم بر تن =ppm) می باشد که بیشتر از طلا، نقره، جیوه، قلع، مولیبدنیم و کمتر از سرب، روی، مس، نیکل است. غلظت اورانیم در آب دریاها ppb 4-2 (یک هزارم گرم بر تن =ppm) گزارش شده است.
این عنصر در اکثر سنگ ها، خاک ها و در آب رودخانه ها و آب دریا وجود دارد. به عنوان مثال غلظت این عنصر در گرانیت که 60% پوسته زمین را تشکیل می دهد ppm 4 تعیین شده است. مقدار اورانیم در کودهای شیمیایی می تواند تا (04/0 درصد) ppm 400 و در برخی از منابع زغال سنگی این غلظت به بیشتر از (01/0 درصد) ppm 100برسد. همچنین در برخی از منابع نفتی مقادیر قابل توجهی از فلز اورانیم وجود دارد.
در مناطقی از جهان، مراکز و منابع غنی از اورانیم وجود دارد که استخراج اورانیم از آنها برای استفاده در راکتورهای هسته ای برای تولید الکتریسیته، اقتصادی بر آورد شده است. اقتصادی بودن ذخایر معدنی اورانیم و استخراج آن به عوامل و فاکتورهای بسیار متعددی بستگی دارد که اهمیت این عوامل و انواع آن برای کشورهای مختلف متفاوت خواهد بود ولی به طور معمول ذخایر معدنی اورانیم با عیار یا غلظت ppm 1000 در تناژ قابل ملاحظه و در سطح یا عمق متناسبی از زمین که مشکلات زیادی را طی فرآیند تغلیظ خود به همراه نداشته باشند اقتصادی خواهد بود.
مینرال های اورانیم
اورانیم با ظرفیت صفر یا آزاد هرگز در طبیعت وجود ندارد، اما به صورت اکسید یا نمک های پیچیده در میترال های مختلف یافت می شود. اورانیم در بیش از 150 میترال از جمله اورا نینیت (UO2) پچبلند (مخلوطی از اکسیدهای اورانیم شامل 2UO + UO2 یاU3O8 )، برانرایت (اکسید کمپلکس اورانیم، عناصر کمیاب، آهن و تیتانیم) و کافینیت (سیلیکات اورانیم) وجود دارد.
مینرال های اوراینم اولیه اکثراً در نوع های رگه ای یا پگمانیت ها و همچنین در کانسارهای1 پچبلند در سنگ های رسوبی یافت شده اند. بیشترین مقدار اورانیم از مواد معدنی پچبلند تولید می شود. مهم ترین مینرال های ثانویه عبارتند از کارنوتیت، آتونیت، داویدیت، گومیت، توربرنیت و اورانوفان . در شکل های 5-2 و 5-3 تعدادی از مینرال های مهم اورانیم نشان داده می شوند.
- اورانیم در سنگ های آتشی 008/0 درصد وزنی و مواد معدنی رسوبی 9/0- 1/0 درصد وزنی بالغ می شود.
- سنگ های اسیدی با مقدار زیاد سیلیکات از جمله گرانیت دارای اورانیم بالاتر از حد متوسط هستند.
- عیار اورانیم سنگ ها بسیار متفاوتند ولی عموماً بالاتر از مقدار متوسط آن در پوسته زمین هستند. (ppm 4.)
- آب دریا بطور متوسط حاوی 3-2 میلی گرم اورانیم در تن یا ppb 3-2 می باشد.
در روی زمین همه جا ممکن مقادیر جزیی از اورانیم وجود داشته باشد.
- در گرانیت ppm 4 گرم در تن
- در زغال سنگ تا 400 گرم در تن
- در سنگ ها تا 7- 3 کیلوگرم در تن
کانسارها یا سازندهای اورانیم از انواع زمینی آن عبارتند از:
کانسارهای دگر شیبی
کانسارهای ماسه سنگی
کانسارهای کنگلومرایی دانه کوارتزی
کانسارهای رگه ای
کانسارهای رگه ای برشی مختلط
کانسارهای نفوذی
کانسارهای فسفری
کانسارهای لوله ای برشی فرو ریخته
کانسارهای آتشفشانی
کانسارهای سطحی
کانسارهای دگر نهادی
کانسارهای دگرگونی
کانسارهای لیگنیتی
کانسارهای شیلی سیاه
کانسارهای انواع دیگر
1:کانسار بخشی از پوسته زمین است که تحت شرایط خاص زمین شناسی ماده معینی که ارزش اقتصادی دارد در آن متمرکز شده است.
سازندهای مختلف اورانیم
استفاده اورانیم امروزه بیشتر در مراکز هسته ای و نیروگاه های هسته ای معمول می باشد. تشکیل کانسارهای اورانیم به صورت های زیر در طبیعت صورت گرفته است.
تشکیل اورانیم به صورت رگه ای که در این فرایند اورانیم به صورت رگه ها پیوسته و یا ناپیوسته و گاهی به صورت رگچه های میلی متری تا حداکثر چندین سانتی متر از نظر ضخامت در سنگ های آذرین اسیدی مانند گرانیت، ریولیت، تراکیت کانی سازی وسیعی را می تواند در بر گیرد. همین طور این رگه های در سنگ های متوس طور و سنگ های اسید قلیایی و سنگ های آلکالن و حتی کالک آلکالنی می توانند کانسارهای کوچک، متوسط و بزرگی از معادن اورانیم را بوجود آورند. منظور از معادن کوچک یعنی ذخیره، اورانیم بر حسب، اکسید اورانیم (U3O8) تا 5000 تن و معادن متوسط تا 15000 تن و معادن بزرگ بیش از 15000 تن ذخیره اکسید اورانیم دارند.
گاهی اوقات اورانیم به صورت پراکنده در سنگ مادر (مثلاً گرانیت) و یا سنگ میزبان کانی سازی خود را انجام می دهد. گاهی اورانیم به صورت صورت رگه ای و یا رگچه های نردبانی و دسته جارویی کانی سازی و تمرکز پیدا می کند. اورانیم ممکن است است به صورت پلاسر در سواحل و در ماسه های ساحلی یافت گردد. کانسارها و معادن اورانیم ذکر شده به صورت های فوق در کانادا و اروپا به ویژه در فرانسه، چک، آمریکا، چین و روسیه ملاحظه می گردد. کانی سازی رگه ای ممکن است به صورت کانسارهای گرمایی و یا هیدروترمال تجلی پیدا نماید.
کانسارها رگه ای هیدروترمال شامل کانسارهای اپی ترمال یا کانسارهای اورانیم حرارت پایین که در آنها تمرکزی از کانی های اورانیم وجود دارد کانی هایی مانند پچبلند و اورانینیت پچبلند و کانی های ثانوی تشکیل می گردند. در کانسارهای نوع مزوترمال کانی های اورانینیت، کوفی نیت، توربانیت، توریت، اورانوتوربانیت تشکیل می گردد. در کانسارهای نوع هیپوترمال یا کانسارهای گرمایی حرارت بالا (تا 400 درجه) تشکیل کانی اورانینیت آن هم با علامت سوال ممکن می باشد، یعنی در کانسارهای گرمایی حرارت بالا، به سختی کانی اورانینیت که در سیستم کوبیک متبلور می شود می تواند تبلور پیدا نماید.
کانسارهای نوع مزوترمال در کشور چک، معدن یا خیموف، در کانادا و آفریقا (معادن کاتانگا) و در روسیه و چین و استرالیا یافت می گردد. در ایران کانسارهای گرمایی نوع مزوترمال در معادن انارک (معادن تالمسی و مس کنی) کانی سازی وسیعی را در سنگ های آندزیت پورفیریت و لابرادوریت به صورت رگه ای از انواع دسته جارویی انجام داده است که در طی آن اورانیم همراه با مس، نیکل، کبالت، آرسینک، نقره، بیسموت و جیوه، کانی سازی های نوع سولفوره را به صورت پاراژنز هفت تایی بوجود آورده است، در نقاط دیگری از ایران نوع کانی سازی هیدروترمال (گرمایی) را می توان در منطقه بایچه باغی 75 کیلومتری غرب میانه مثال زد، که اورانیم همراه با مس و نیکل و مولیبدن و سایر فلزات، کانی سازی انجام داده است.
نوع دیگر از کانی سازی اورانیم، کانی سازی به طریق دگر نهادی یا متاسماتیسم می باشد که در آن به طریق تبادل گاز CO2 در فشار بالا و حرارت فوق العاده سبب جانشین شدن ترکیبات اورانیم با ترکیبات دیگر می گردد، مانند کانی های داویدیت و برانریت. اورانوتوربانیت و غیره به همراه اورانینیت و یا بدون اورانی نیت که در کانسارهای نوع متاسماتیسم مشاهده می گردند. به عنوان مثال در ناحیه آب زرد یا ژولتی وادا در منطقه ای بنام کربوی روک در اکراین معدن بزرگ آهن همراه با اورانیم که به طور متاسماتیت وجود دارد، که کانه اورانی نیت به همراه داویدیت و اورانوتوربانیت می باشد. همچنین تیپ متاسماتیت ناریگان، زریگان. چغارت، چادر ملو، اسفوردی، خوشومی، که می توان در آنها مقادیر کمی اورانیم در حد چند تن تا حدود 50 تن به صورت اکسید اورانیم انتظار داشت.
نوع دیگر کانسارها، تیب ماسه سنگی و بطور کلی تیپ رسوبی است. انواع آن ها، معادن اورانیم ماسه سنگی آفریقا را در آفریقای مرکزی (کشور نیجر) در حوضه ماسه سنگی آگادس می توان نام برد. معادن رسوبی اورانیم در حوضه وایومینگ آمریکا و یا در شمال تیان شان (حوزه روسیه)، معادن عظیم اورانیم رسوبی در ماسه سنگ های آتابا سکا در کانادا، معادن عظیم رسوبی اورانیم در استرالیا و چین، معدن رسوبی اورانیم در ناحیه همر در کشور چک و نوع کوچک آن در ماسه سنگ های حوضه شمالی پاکستان به نام سیوالیک از همین نوع هستند.
در ایران معادن رسوبی با ارزشی تاکنون یافت نگردیده است، ولی کانی سازی با ارزشی را می توان در حوضه جندق – عروسان در ایران مرکزی مثال زد، که به طور غیر متعارف می توان از آب آن اورانیم استحصال نمود.
نوع دیگر کانسازهای اورانیم، معادن اورانیم در سنگ های دگرگونی یا متامورفیک می باشد که در جهان، معادن رگه ای از نوع دگرگونی را می توان در سیگارلیک کانادا و نواحی دیگر جهان مانند برزیل و غیره مثال زد.
در ایران تیپ رگه ای دگرگونی به طور مشخصی که دارای کانی سازی اورانیم باشد هنوز کشف نگردیده است، ولی در ایران مرکزی، انواع دگرگونی با پرتوزایی قابل توجه، می تواند یافت شود که در مواردی هم پیگیری و مورد شناسایی قرار گرفته اند. از انواع رسوبی دیگر، تشکل اورانیم در کانسارهای رسوبی زغال سنگی، کانسارهای رسوبی پلایایی کانسارهای رسوبی کاتربتی و غیره می باشد، که در نوع خود دارای معادن اورانیم قابل استخراج بوده و نوع زغال لاتربتی سنگی به ویژه در آفریقای مرکزی و چین و روسیه قابل ذکر می باشد.
اکتشاف اورانیم
در عملیات اکتشاف اورانیم یک ذوق و تجربه مبتنی بر دانش تخصصی عمیق لازم است تا به سوالات زیر و همچنین بسیاری از سوال های دیگر پاسخ داده شود.
احتمال وجود کانسارهای اورانیم در چه مکان هایی بیشتر است؟
مقدار اورانیم چه قدر است و عیار آن به چه میزان است؟
طبیعت کانی سازی آن چیست؟
امکان معدن کاری و تغلیظ اورانیم چقدر ممکن است؟
آیا استخراج اورانیم آن بطور اقتصادی می تواند مقرون به صرفه باشد؟
جستجو برای دست یابی به کانسارهای اورانیم ممکن است در مرحله زیر انجام شود:
اکتشاف مقدماتی، اکتشاف نیمه تفضیلی و اکتشاف تفضیلی
اکتشاف مقدماتی
اطلاعات زمین شناسی و مقایسه آن با اطلاعات مشابه بدست آمده از سازندها و کانسارهای شناخته شده نتایجی را فراهم می آورد که انطباق آن با منطقه مورد نظر جهت تعریف کردن و محدود کردن آن بر اساس تئوری ها و مشاهدات اولیه میسر می گردد. جستجو در اکتشاف مقدماتی ممکن است با ماشین، هلی کوپتر، هواپیما منجر شود به اینکه آیا در وضعیت زمین شناسی مفروض شده، مواد معدنی مورد جستجو وجود دارد یا خیر؟
اکتشاف نیمه تفصیلی
در این مرحله بر اساس تئوری های هدایت کننده، مناطق و میدان های مجتمل حاوی مواد معدنی مورد بررسی های زمین شناسی، ژنوفیزیکی و ژنوشیمیایی در سطوح و عمق های متفاوت قرار می گیرند. در این مرحله هدف دست یابی به آنومالی ها و کانی سازی های ماده معدنی مورد نظر است. این مرحله ممکن است شامل آزمایش تراشه ها و حفاری های چینه شناسی در یک شبکه وسیع نیز بشود.
اکتشاف تفضیلی
در این مرحله اندازه توده معدنی مورد جستجو و مطالعه در سطح یا عمق زمین قرار می گیرد. در این مطالعه عمدتاً با انجام یک سری حفاری های فشرده اندازه، محل، فرم، مقدار ماده معدنی، عیار متوسط و ویژگی های متالورژی آن تعیین می گردد. زمانی که این کار با موفقیت کامل انجام شد، یک مطالعه امکان سنجی فنی و اقتصادی صورت می پذیرد. تمام نتایج بدست آمده تا این مرحله در مطالعه امکان سنجی در رابطه با عملیات استخراج فرآیند، زیر ساخت ها، بازاریابی و سود دهی مورد استفاده قرار می گیرند.
مژده اصولی
