Уран өндірісін автоматтандыру
КІРІСПЕ
1 Технологиялық бөлім
1.1 Уранның қысқаша тарихы
1.2 Уранның атомдық техникада пайдаланылуы
1.3 Атомдық энергия өндірісінің жалпы нобайындағы уранның технологиясы
1.4 Уран геохимиясы
1.5 Уран минералдарының ерекшеліктері
1.6 Өнеркәсіптік уран кендерін классификациялаудың принциптері
1.7 Уран кендерінің механикалық өңделуі
1.8 Уран кендерін өндіру технологиясы
1.9 Жер асты шаймалау кезіндегі ұңғымалардың орналасу торы
1.9.1 Жер асты шаймалау әдісі арқылы уран кенін өндіру
2 Арнайы бөлім
2.1 Жерасты ұңғылы шаймалау әдісінің жалпы сипаттамасы
2.2 Уранды жерасты ұңғылы шаймалау технологиялық үрдісін басқару нысаны (объектісі) ретінде сипаттау
2.3 Жерасты ұңғылы шаймалау үрдісінің кинетикасы
2.4 Басқару жоспарының математикалық қойылымы
2.5 Уранды жерасты ұңғылы шаймалау технологиялық үрдісінің автоматтандырылу деңгейі
2.5.1 Датчиктер мен аспаптар
2.5.2 ЭЕМ пайдаланатын үрдісті автоматтандыру
2.6 Өнімді ерітіндіні өндіру үшін тиеуші центргеартқыш сораптар
2.7 Автоматтандыру сұлбаларын сипаттау
2.7.2 Автоматтандыру жүйесін құру ерекшеліктері
2.7.3 Автоматтандырудың функционалдық сұлбасын суреттеу
2.7.4 Бақылауға, реттеугежәне де сигнализациялауға жататын технологиялық параметрлер тізімі
2.8 Жүйені қамтамасыз ету түрлеріне қойылатын талаптар
2.8.1 Техникалық қамтамасыз етуге қойылатын талаптар
2.8.2 Математикалық қамтамасыз етуге қойылатын талаптар
2.8.3 Ақпаратты қамтамасыз етуге қойылатын талаптар
2.8.4 Программалық қамтамасыз етуге қойылатын талаптар
2.9 Автоматтандырудың замандас технологияларына шолу
2.10 Протипті сынау
2.11 Жүйені ақпаратпен қамтамасыз ету
2.12 Жүйені техникамен қамтамасыз ету
2.13 Технологиялық параметрлерді өлшеу құралдары
2.14 Атқарушы механизмді және шығаратын құрылғыларды таңдау
2.14.1 Операциондық жүйені талдау
2.14.2 Жүйенің бағдарламалы.техникалық кешені
2.14.3 Hybrid Control Designer Бағдарламалық құрал.жабдықтары
2.14.4 Жұмысшы беттердің бағдарламалық қамтымасыздандыруы
2.14.5 Мониторингтің бағдарламалық қамтымасыздандыруы
2.14.6 Кескіннің жүктеудің бағдарламалық қамтамасыздандыруы
2.15 Experion PKS тармақталған басқару жүйесі
2.15.1 Experion инфраструктурасы
2.15.2 Байланыс инфраструктурасы
2.15.3 Experion құрал.жабдық кешені
2.15.4 С 200 үрдіс бақылаушысының құрамы
2.15.5 Experion жүйесімен қамтамасыз етілетін басқару желілерінің түрлері
2.15.6 Ақпаратты технология
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
1 Технологиялық бөлім
1.1 Уранның қысқаша тарихы
1.2 Уранның атомдық техникада пайдаланылуы
1.3 Атомдық энергия өндірісінің жалпы нобайындағы уранның технологиясы
1.4 Уран геохимиясы
1.5 Уран минералдарының ерекшеліктері
1.6 Өнеркәсіптік уран кендерін классификациялаудың принциптері
1.7 Уран кендерінің механикалық өңделуі
1.8 Уран кендерін өндіру технологиясы
1.9 Жер асты шаймалау кезіндегі ұңғымалардың орналасу торы
1.9.1 Жер асты шаймалау әдісі арқылы уран кенін өндіру
2 Арнайы бөлім
2.1 Жерасты ұңғылы шаймалау әдісінің жалпы сипаттамасы
2.2 Уранды жерасты ұңғылы шаймалау технологиялық үрдісін басқару нысаны (объектісі) ретінде сипаттау
2.3 Жерасты ұңғылы шаймалау үрдісінің кинетикасы
2.4 Басқару жоспарының математикалық қойылымы
2.5 Уранды жерасты ұңғылы шаймалау технологиялық үрдісінің автоматтандырылу деңгейі
2.5.1 Датчиктер мен аспаптар
2.5.2 ЭЕМ пайдаланатын үрдісті автоматтандыру
2.6 Өнімді ерітіндіні өндіру үшін тиеуші центргеартқыш сораптар
2.7 Автоматтандыру сұлбаларын сипаттау
2.7.2 Автоматтандыру жүйесін құру ерекшеліктері
2.7.3 Автоматтандырудың функционалдық сұлбасын суреттеу
2.7.4 Бақылауға, реттеугежәне де сигнализациялауға жататын технологиялық параметрлер тізімі
2.8 Жүйені қамтамасыз ету түрлеріне қойылатын талаптар
2.8.1 Техникалық қамтамасыз етуге қойылатын талаптар
2.8.2 Математикалық қамтамасыз етуге қойылатын талаптар
2.8.3 Ақпаратты қамтамасыз етуге қойылатын талаптар
2.8.4 Программалық қамтамасыз етуге қойылатын талаптар
2.9 Автоматтандырудың замандас технологияларына шолу
2.10 Протипті сынау
2.11 Жүйені ақпаратпен қамтамасыз ету
2.12 Жүйені техникамен қамтамасыз ету
2.13 Технологиялық параметрлерді өлшеу құралдары
2.14 Атқарушы механизмді және шығаратын құрылғыларды таңдау
2.14.1 Операциондық жүйені талдау
2.14.2 Жүйенің бағдарламалы.техникалық кешені
2.14.3 Hybrid Control Designer Бағдарламалық құрал.жабдықтары
2.14.4 Жұмысшы беттердің бағдарламалық қамтымасыздандыруы
2.14.5 Мониторингтің бағдарламалық қамтымасыздандыруы
2.14.6 Кескіннің жүктеудің бағдарламалық қамтамасыздандыруы
2.15 Experion PKS тармақталған басқару жүйесі
2.15.1 Experion инфраструктурасы
2.15.2 Байланыс инфраструктурасы
2.15.3 Experion құрал.жабдық кешені
2.15.4 С 200 үрдіс бақылаушысының құрамы
2.15.5 Experion жүйесімен қамтамасыз етілетін басқару желілерінің түрлері
2.15.6 Ақпаратты технология
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
Қазіргі кезде техника мен технологияның қарыштап дамыған заманында кәсіпорындар мен өндіріс орындары автоматтандыру саласына ерекше мән беріп отыр. Соңғы жылдары қай өндірісті алып қарасақ та автоматтандырылған, яғни тиімділеу басқаруға көшкен. Сондай кәсіпорындардың бірі отандық «Қазатомөндіріс» ҰАК-сы, аталған компания уран өндірумен айналысатындықтан бұл жерде автоматтандырудың маңызы жоғары, өйткені уран өндірісінің қауіпті өндірістердің бірі ретінде қоршаған ортаға және адамдарға келтіретін зияны орасан зор.
Көп жылғы зерттеулер дәлелдегендей, Қазатомөнеркәсіп қолданатын жер асты ұңғымалы шаймалау әдісі (ЖҰШ) қоршаған ортаға ешқандай теріс ықпалын тигізбейді. Атом энергиясы жөніндегі халықаралық агенттік (МАГАТЭ) бұл технологияны кен орындарын игерудің экологиялық ең таза әрі ең қауіпсіз әдісі ретінде мойындаған.
Жер асты ұңғымалы шаймалау кенді жер бетіне шығармастан, табиғи уран иондарын жер қойнауының өзінде өнімді қойыртпаққа айналдыру арқылы құмдақ типтес кен орындарын игеру әдісі болып саналады. Кейін қопсытуға көп шығын талап ететін өндірістің дәстүрлі (шахталық және карьерлік) әдістерінен айырмашылығы сол, құрамында ураны бар кен жер астында қалатын ЖҰШ әдісі жоғары экологиялық қауіпсіздігімен, аз шығындарымен және технологиялық операциялардың қарапайымдылығымен ерекшеленеді.
Ерекше айта кету керек , республикамыздағы бүкіл тау-кен өндірісінің жерасты ұңғылы шаймалау әдісіне қайта бағдар алуының себебі өндірістің қоршаған ортаға теріс әсері. Осы әдіспен игерілген кен орын алаңының жер бетінде бұзылым белдемі мен опырылған жер, бос жыныстардың үйінділері мен қойма қалдықтары болмайды.
Өндірістен түгелімен шаң-тозаң бөлу көздері алынып тасталған, атмосфераға шығатын радиоактивті заттардың көлемі азайтылған.
Осымен уран өндірісінің тиімділігі бірнеше есеге артты. Ал өз кезегінде біздің мамандығымыз автоматтандыру саласында ең бірінші кезекте өндірістің тиімділігіне мән береді. Әрбір кезек тиісті кенорын учаскелерін өңдеу үшін қажетті ғимараттардың толық кешенін қосқанда, сонымен қатар өнімділіктің өсуі бірнеше блок-модульдердің параллель жұмысымен қамтамасыз етілгенде , модульдық принципті пайдалана отырып, геотехнологиялық өндіруші кәсіпорындар құрылуы және ұлғаюы мүмкін.
Көп жылғы зерттеулер дәлелдегендей, Қазатомөнеркәсіп қолданатын жер асты ұңғымалы шаймалау әдісі (ЖҰШ) қоршаған ортаға ешқандай теріс ықпалын тигізбейді. Атом энергиясы жөніндегі халықаралық агенттік (МАГАТЭ) бұл технологияны кен орындарын игерудің экологиялық ең таза әрі ең қауіпсіз әдісі ретінде мойындаған.
Жер асты ұңғымалы шаймалау кенді жер бетіне шығармастан, табиғи уран иондарын жер қойнауының өзінде өнімді қойыртпаққа айналдыру арқылы құмдақ типтес кен орындарын игеру әдісі болып саналады. Кейін қопсытуға көп шығын талап ететін өндірістің дәстүрлі (шахталық және карьерлік) әдістерінен айырмашылығы сол, құрамында ураны бар кен жер астында қалатын ЖҰШ әдісі жоғары экологиялық қауіпсіздігімен, аз шығындарымен және технологиялық операциялардың қарапайымдылығымен ерекшеленеді.
Ерекше айта кету керек , республикамыздағы бүкіл тау-кен өндірісінің жерасты ұңғылы шаймалау әдісіне қайта бағдар алуының себебі өндірістің қоршаған ортаға теріс әсері. Осы әдіспен игерілген кен орын алаңының жер бетінде бұзылым белдемі мен опырылған жер, бос жыныстардың үйінділері мен қойма қалдықтары болмайды.
Өндірістен түгелімен шаң-тозаң бөлу көздері алынып тасталған, атмосфераға шығатын радиоактивті заттардың көлемі азайтылған.
Осымен уран өндірісінің тиімділігі бірнеше есеге артты. Ал өз кезегінде біздің мамандығымыз автоматтандыру саласында ең бірінші кезекте өндірістің тиімділігіне мән береді. Әрбір кезек тиісті кенорын учаскелерін өңдеу үшін қажетті ғимараттардың толық кешенін қосқанда, сонымен қатар өнімділіктің өсуі бірнеше блок-модульдердің параллель жұмысымен қамтамасыз етілгенде , модульдық принципті пайдалана отырып, геотехнологиялық өндіруші кәсіпорындар құрылуы және ұлғаюы мүмкін.
[1] Громов Б.В., Уранның химиялық технологиясына кіріспе. - Алматы.: 2004.
[2] Смирнов Ю.В., Гидрометаллургическая переработка уранорудного сырья. - М.: Атомиздат, 1979.
[3] Язиков В.Г., Забазнов В.Л., Петров Н.Н., Рогов Е.И., Рогов А.Е. Қазақстан кен орындарындағы уранның геотехнологиясы. - Алматы.: 2001.
[4] Петров Н.Н., Язиков В.Г., Аубакиров Х.Б., Плеханов В.Н. и др. Қазақстандағы уран кен орындары (экзогенді). - Алматы.: Ғылым, 1995.
[5] МамиловВ.А., Петров Р.Ф., Шушанина Г.Р. Жерасты ерітінділеу әдісімен уран өндіру. - М.: Атомиздат, 1980.
[6] Прозоров И.В., Николадзе Г.И., Минаев А.В. Инженерлік жүйелердің гидравликасы. - М.: Высшая школа, 1975.
[7]Беккер Е., Обогащение урана. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
[8] Баязит Н.Х., Уран кен орындарын қазу геотехнологиясы. - Алматы.: 2008.
[9] Лаверов Н.П., Месторождение урана и редких металлов. - М.: Атомиздат, 1976.
[10] Галкин Н.П., Основные процессы и аппараты технологии урана. - М.: Госатомиздат, 1961.
[11] Мамилов В.А., Добыча урана методом подземного выщелачивания. - М.: Атомиздат, 1980.
[12] Иванов В.Г., Култышев В. И., Колесаев В. Б., Оптимизация разработки сложно структурных урановых месторождений. - М.: Горная книга, 2007.
[13] Воронов Н.М., Высокотемпературная химия окисов урана и их соединения. - М.: Атомиздат, 1971.
[14]«ҚАЗАТОМӨНЕРКӘСІП» ҰАК. Еңбекті қорғауды басқару жүйесі (СУОТ). - Алматы.: 2001.
[2] Смирнов Ю.В., Гидрометаллургическая переработка уранорудного сырья. - М.: Атомиздат, 1979.
[3] Язиков В.Г., Забазнов В.Л., Петров Н.Н., Рогов Е.И., Рогов А.Е. Қазақстан кен орындарындағы уранның геотехнологиясы. - Алматы.: 2001.
[4] Петров Н.Н., Язиков В.Г., Аубакиров Х.Б., Плеханов В.Н. и др. Қазақстандағы уран кен орындары (экзогенді). - Алматы.: Ғылым, 1995.
[5] МамиловВ.А., Петров Р.Ф., Шушанина Г.Р. Жерасты ерітінділеу әдісімен уран өндіру. - М.: Атомиздат, 1980.
[6] Прозоров И.В., Николадзе Г.И., Минаев А.В. Инженерлік жүйелердің гидравликасы. - М.: Высшая школа, 1975.
[7]Беккер Е., Обогащение урана. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
[8] Баязит Н.Х., Уран кен орындарын қазу геотехнологиясы. - Алматы.: 2008.
[9] Лаверов Н.П., Месторождение урана и редких металлов. - М.: Атомиздат, 1976.
[10] Галкин Н.П., Основные процессы и аппараты технологии урана. - М.: Госатомиздат, 1961.
[11] Мамилов В.А., Добыча урана методом подземного выщелачивания. - М.: Атомиздат, 1980.
[12] Иванов В.Г., Култышев В. И., Колесаев В. Б., Оптимизация разработки сложно структурных урановых месторождений. - М.: Горная книга, 2007.
[13] Воронов Н.М., Высокотемпературная химия окисов урана и их соединения. - М.: Атомиздат, 1971.
[14]«ҚАЗАТОМӨНЕРКӘСІП» ҰАК. Еңбекті қорғауды басқару жүйесі (СУОТ). - Алматы.: 2001.
Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 78 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 78 бет
Таңдаулыға:
КІРІСПЕ
Қазіргі кезде техника мен технологияның қарыштап дамыған заманында кәсіпорындар мен өндіріс орындары автоматтандыру саласына ерекше мән беріп отыр. Соңғы жылдары қай өндірісті алып қарасақ та автоматтандырылған, яғни тиімділеу басқаруға көшкен. Сондай кәсіпорындардың бірі отандық Қазатомөндіріс ҰАК-сы, аталған компания уран өндірумен айналысатындықтан бұл жерде автоматтандырудың маңызы жоғары, өйткені уран өндірісінің қауіпті өндірістердің бірі ретінде қоршаған ортаға және адамдарға келтіретін зияны орасан зор.
Көп жылғы зерттеулер дәлелдегендей, Қазатомөнеркәсіп қолданатын жер асты ұңғымалы шаймалау әдісі (ЖҰШ) қоршаған ортаға ешқандай теріс ықпалын тигізбейді. Атом энергиясы жөніндегі халықаралық агенттік (МАГАТЭ) бұл технологияны кен орындарын игерудің экологиялық ең таза әрі ең қауіпсіз әдісі ретінде мойындаған.
Жер асты ұңғымалы шаймалау кенді жер бетіне шығармастан, табиғи уран иондарын жер қойнауының өзінде өнімді қойыртпаққа айналдыру арқылы құмдақ типтес кен орындарын игеру әдісі болып саналады. Кейін қопсытуға көп шығын талап ететін өндірістің дәстүрлі (шахталық және карьерлік) әдістерінен айырмашылығы сол, құрамында ураны бар кен жер астында қалатын ЖҰШ әдісі жоғары экологиялық қауіпсіздігімен, аз шығындарымен және технологиялық операциялардың қарапайымдылығымен ерекшеленеді.
Ерекше айта кету керек , республикамыздағы бүкіл тау-кен өндірісінің жерасты ұңғылы шаймалау әдісіне қайта бағдар алуының себебі өндірістің қоршаған ортаға теріс әсері. Осы әдіспен игерілген кен орын алаңының жер бетінде бұзылым белдемі мен опырылған жер, бос жыныстардың үйінділері мен қойма қалдықтары болмайды.
Өндірістен түгелімен шаң-тозаң бөлу көздері алынып тасталған, атмосфераға шығатын радиоактивті заттардың көлемі азайтылған.
Осымен уран өндірісінің тиімділігі бірнеше есеге артты. Ал өз кезегінде біздің мамандығымыз автоматтандыру саласында ең бірінші кезекте өндірістің тиімділігіне мән береді. Әрбір кезек тиісті кенорын учаскелерін өңдеу үшін қажетті ғимараттардың толық кешенін қосқанда, сонымен қатар өнімділіктің өсуі бірнеше блок-модульдердің параллель жұмысымен қамтамасыз етілгенде , модульдық принципті пайдалана отырып, геотехнологиялық өндіруші кәсіпорындар құрылуы және ұлғаюы мүмкін.
Осыған лайық елеулі айырмашылық тек ұңғымалық ерітінділеудің дәстүрлі тау-кен тәсіліне қарсы кәсіпорын өнімінің өзіндік құны шығыны көлемінде ғана емес, сонымен қатар құрылымында да. Егер пайдалану шығыны өзіндік құнының үлесі соңында 65-70% құрса, ал капиталдық жұмсалымның амортизациясы - 30-35%, онда ұңғымалық ерітінділеу кәсіпорындарында өнімнің өзіндік құны пайдалану шығынының үлесі әрдайым жоғары және 77-90%, амортизациялық аударымдардың бір мезгілдік азаю барысында23-18%-ге жетеді. Бұл кезде капиталдық жұмсалымның бастапқы мөлшері кәсіпорындардың тау-кен шығару тәсіліне қарағанда соңғы жағдайда 2-4 есеге төмендеді.
Жоғарыда аталған ақпараттарды негізге ала отырып сапалы әрі мол өнім алу үшін, кәсіпорынды автоматтандыру жұмысының тиімділігін арттыра отырып, адам күшін азайту мәселесі шешілуде.
Дипломдық жұмыста жерасты ұңғылы шаймалау әдісі арқылы аз шығын жұмсай отырып, көп өнім алу тапсырмасы қарастырылған. Бұл тиімділеудің, яғни автоматтандырудың басты талабы.
Техникалық прогресс заманында уран өндірісін автоматтандыру заман талабына сай шешімін табуда.
1 Технологиялық бөлім
1.1 Уранның қысқаша тарихы
Уран - Менделеевтің Периодтық кестесіндегі соңғы табиғаттағы ең ауыр, 92-ші элемент. Уран - бәсекелестiк қабiлетi анағұрлым жоғары энергия көзi болып табылады. Оның басқа отын көздерiнен басты айырмашылығы - ол жоғары концентрацияланған энергия көзi. Яғни, әрi жеңiл, әрi арзан тасымалданатын энергия көзiнен саналады. Мәселен, 1 кг уран дәл осы мөлшердегi көмiрден бөлiнетiн энергиядан 20 мың есе жоғары электр қуатын бөледi. Жалпы құны жағынан да тиiмдi. Ол - қазіргі уақыттағы ең танымал элементтердің бірі, атомдық энергетиканың негізі және атомдық электр станциялары, атомдық су асты қайықтары, атомдық мұзжарғыштары, атомдық, сутектік бомба алу үшін, қажет алғашқы материал болып табылады.
1.1.1 - cурет - Уранинит кристалдары
Қазіргі кезде уран атомның құпиясын ашуға көмектесті және шексіз қуат көзіне айналды. Ол - қазіргі заманғы алхимияның, элементтер өзгерісінің және жаңа, жасанды трансуран элементтері Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md (No), (Lr), Ku, 105, 106, 107 - элементтерді алудың негізгі.
1789 жылы Берлин химигі М.Клапрот Саксон қойнауының (қазіргі Яхимово, Чехия) шәйірі кенінен сол кез үшін жаңа элемент тапты. Клапрот оны, осыдан ертерек (1781 ж.) астроном В.Гершельдің ашқан Уран планетасының құрметіне уран (Uranium) деп атады. Клапрот уранды табиғи сары түсті уран үш тотығынан (UO3) жоғары температурада көмірмен тотықсыздандыру арқылы бөліп алды: UO3+C. Сипаттаулар бойынша, ол металдық жылтыры бар жартылай металдық зат алған. 50 жылдан астам уақыт Клапрот таза зат - уран элементін бөліп алды деп есептелген.
Алайда кейінірек, 1841 жылы уран қайтадан, екінші рет дүниеге келді. Француз ғалымы Э.Пелиго Клапрот уранында оттегі бар екендігін анықтады. Өйткені, оның көмірмен қоспасын хлор ағынында қыздырған кезде төмендегі реакциялар бойынша СО және СО2 бөлініп шықты
UO2+C+2Cl2--UCl4+CO2 (1.1)
UO2+2C+2Cl2--UCl4+2CO (1.2)
Ары қарай, түзілген уран тетрахлоридын металдық калиймен тотықсыздандыру арқылы Пелиго таза металдық уран алды
UCl4+4K--4KCl+U (1.1)
Пелигоның жұмыстарынан кейін уранның атомдық салмағын - 120, яғни шын мәнінен екі есе аз деп есептеді. Бұл қателікті түұзетуді алғаш рет 1871 жылы Д.И.Менделеев Химия негіздерінің бірінші басылымында, уранның атомдық салмағының өлшемін екі еселеу арқылы жасады. Өйткені, атомдық салмағы 120 болғанда элементтердің периодтық жүйесінде уранға орын табылмады. [1]
Кейінен UCl4, UBr4 және басқа да қосылыстардың буларының тығыздығын анықтағанда Д.И.Менделеевтің батыл болжамы толық дәлелденді.
Көп уақытқа дейін уран және оның қосылыстарының іс жүзінде қолданылуы шектеулі болып келеді. Ғалымдар да уранға көп көңіл бөлмеді. Бірақ, біршама кейінірек, оны кей жерлерде қолдана бастады, мысалы, семафор мен бағдаршамдардың шынысын қызыл және жасыл түске бояу үшін қолданды. Уранның кейбір тұздары сурет шығаруда, позитивтік бейнені қоңырқай түске бояу үшін қолданылады.
1.2 Уранның атомдық техникада пайдаланылуы
Уранның атомдық техникада қолданылуы оның өзіне тән ерекше қасиеттеріне байланысты, яғни, оның басқа да көптеген түсті және сирек кездесетін металдардан ерекшелігі - радиоактивті ыдырауында және нейтрондар әсерінен көп мөлшерде энергия бөле отырып ыдырау қасиетіне ие екендігіне тікелей байланысты.
Табиғи уран, уранның үш изотобының қоспасынан тұрады: 234U, 235U, 238U. Бұл изотоптардың табиғи урандағы салыстырмалы мөлшері: 234U-0,0057%, 235U-0,7204%, 238U-99,2739%.
Уранның басқа да изотоптары бар, бірақ оларды жасанды жолмен алады, жалпы жасандысын қосқанда уранның барлығы 14 изотобы бар. 235U изотобының айырықша қасиеті және мәні бар. 1939 жылдың басындағы зерттеулер көрсеткендей, ол баяу нейтондар әсерінен көп мөлшерде энергия бөле отырып ыдырау қасиетіне ие. Бұл, уран ядросының бөлінуі кезінде, оны бөлуге жұмсаған мөлшерде нейтрондар бөлініп шығады. Ядерлік реакция былай өрнектеледі
235U+01n--x+y+(2-3)01n+Q (1.2)
мұндағы х және у - уранның бөліну өнімдері.
1.1-кесте-Уран иотоптарының радиоактивтік қасиеттері
Массалық сан
Жартылай ыдырау периоды
Ыдырау түрі
234
2,45x105 жыл
α
235
7,13x108 жыл
α
236
2,39x107 жыл
α
237
6,75 күн.
β−
238
4,47x109 жыл
α
239
23,54 мин.
β−
240
14 сағат
β−
Ядерлік отын ретінде металдық уран негізіндегі жүйелермен қатар, оның бірқатар қосылыстарының жүйелері де қолданылады. Бірінші жағдайда неғұрлым көп қолданылатындары:
1) Жинақты металдық уран.
2) Уранның Al, Zn, Mo, Ni, Nb және басқалармен құймасы.
3) Уранның металдағы, мысалы, висмуттағы балқымасы.
4) Урандық интерметалидтердің суспензиясы, мысалы, сұйық висмуттағы UPb3 (барлық жағдайда таза металдық уран болуы қажет) [1].
Қазіргі кезде уран өнеркәсібі - химия-металлургиялық өнеркәсіптің жақсы дамып келе жатқан жаңа ірі саласы. Мұнда химиялық технологияның, гидрометаллургияның, автоматтандырудың, аспаптар құрастырудың өлшеу-бақылау және есептеу технологиясының соңғы жетістіктері шоғырланған.
4.2 Атомдық энергия өндірісінің жалпы нобайындағы уранның технологиясы
Атомдық энергияны пайдалану мәселесі - бастапқы ядерлік отын-уранның реактор құрылысына қажет материалдардың өндірісімен байланысты өнеркәсіптің жаңа салаларын құруды талап етеді.
Кен орындары
Уран кенін өндіру
Урандық химиялық зауыттар
Уранға бай химиялық концентраттарды алу
Байыту фабрикалары
Уран-кендік концентраттарды алу
Аффинаждық зауыттар
Уранның ядерлі қосылыстарын алу
Уран тетрафторидін өндіру зауыттары
Металдық уранды өндіру
Металдық уранды және оның балқымалары негізінде твэлдер өндіру
Баяу нейтрондар негізіндегі ядерлік реакторлар
Плутонийды бөліп арналған радиохимиялық ядерлік реакторлар
Жарықшық
Плутонийдан твэлдер мен өнімдер даярлау
Трансуран
Уран гексафторидін өндіру
Уран изотоптарын бөлу зауыттары
235U-пен байытылған уран
Қалдыққа кететін кедейленген уран
Уран қостотығына немесе тетрафторидіне қайта өңдеу
Уранды регенерациялау
Уран қос тотығы
235U-пен байытылған металдық уранды өңдеу
235U негізінде твэл мен бұйымдар алу
Кен орындары
Уран кенін өндіру
Урандық химиялық зауыттар
Уранға бай химиялық концентраттарды алу
Байыту фабрикалары
Уран-кендік концентраттарды алу
Аффинаждық зауыттар
Уранның ядерлі қосылыстарын алу
Уран тетрафторидін өндіру зауыттары
Металдық уранды өндіру
Металдық уранды және оның балқымалары негізінде твэлдер өндіру
Баяу нейтрондар негізіндегі ядерлік реакторлар
Плутонийды бөліп арналған радиохимиялық ядерлік реакторлар
Жарықшық
Плутонийдан твэлдер мен өнімдер даярлау
Трансуран
Уран гексафторидін өндіру
Уран изотоптарын бөлу зауыттары
235U-пен байытылған уран
Қалдыққа кететін кедейленген уран
Уран қостотығына немесе тетрафторидіне қайта өңдеу
Уранды регенерациялау
Уран қос тотығы
235U-пен байытылған металдық уранды өңдеу
235U негізінде твэл мен бұйымдар алу
1.1 - cурет- Ядерлік отынның технологиясының жалпы нобайы
Қазіргі кезде, неғұрлым өнеркәсібі дамыған елдердегі атомдық өнеркәсіп - күрделі, көп сатылы және әр қилы өндірістердің көп тармақты жиынтығы (отындық цикл). Отындық цикл дегеніміз - жалпы технологиялық үрдістің мынадай негізгі сатыларын қамтитын операциялар жиынтығы, олар: ядерлік отынды табиғи шикізаттан даярлау, оны реакторда жағу, қолданылған отынды жаңа, құнды өнімдер алу мақсатында қайта өңдеу. [2]
Ядерлік отынның технологиясының типтік жиынтығы жоғарыдағы нобайда берілген. Бұл жерде осы уран технологиясының негізгі бөлімдері: 1) уран өндірісінің шикізаттық базасы; 2) кендерді механикалық өңдеу және уран-кендік концентраттарын алу; 3) уранға бай химиялық концентраттарын алу; 4) аффинаж және уранның ядерлі таза қосылыстарын алу; 5) уранның фторлы тұздарын өндіру және қайта өңдеу; 6) металдық уранды өндіру қарастырылған.
4.3 Уран геохимиясы
Уранның жер қыртысында біркелкі таралмауын және уран кендерінің пайда болуын қамтамасыз ететін үрдістерді қарастырайық. Жердің құрылуының қазіргі заманғы теориясы метеориттік заттың бастапқы агломерациясының (жинау, тығыздау) планета өлшеміне дейін жетуімен түсіндіріледі. Нығыздалуын және сондай-ақ радиоактивтіліктің үлкен дәрежесінің нәтижесінде планета заттарының белгілі-бір жерде қорытылуы мен заттың отты-сұйық күйінің құрылуына алып келетін, көп мөлшерде жылу бөлінуі болған.
Геохимиктер мен радиохимиктердің есептелулері жер шарының мұндай күйі, қазіргі уақытқа қарағанда ол уақытта бірнеше есе көп болған уран, торий және калий сияқты Жердің осындай радиоактивті элементтердің жылу бөліп шығаруы міндетті болғанын көрсетіп отыр. Планета қойнауларында генерацияланған радиогендік жылудың 99%-дан астамы осы элементтермен (уран, торий, калий) және олардың қосалқы өнімдерімен қамтамасыз етілген. Радиогенді жылу планетаның барлық көлемінде генерацияланады, бірақ оның сәуле таратуына тек қана сыртқы жұқа қабықшалар қатысады. Радиогендік жылудың қайту үрдісі жүрмейтін Жердің ішкі ауданы өте бәсең, бірақ тоқтаусыз қыздырылуды және осыған сәйкес кеңеюді басынан кешіруде. Планетаның ішкі ауданы көлем мен масса жағынан перисферадан едәуір артық болғандықтан, перисферада кеңейтілу мен қабықтанып жарылу үрдісі жүреді. Осылайша жану, планета қыртысындағы көшу қозғалыстарының - тектогенездің механикалық жұмысына түрленеді және де бұл біздің планетамыздың геологиялық дамуының негізгі себебі болып табылады.
Кейбір жағдайларда уран кен орындары генезисінің мүмкіндігінің басқа жолы болды, ол - судың өте ыстық күйде жоғары қысыммен, кристалдаудың соңғы сатыларындағы силикаттық тұнбалық қорытпаларға әсер етуі нәтижесінде гидротермальды кен орындарының құрылуы.
Уранның гидротермальдық кен орнының кендік формацияларының бес типін немесе түрін бөліп қарастырады.
1) Урандық - өте таза UO2 кен орны. Мұндай кен орындары - Канададағы Биверлодж кен орны.
2) Бескомпоненттік - құрамында U, Ni, Co, Bi, Ag бар. Уранның басқа элементтердің барлығы, әдетте сульфидтер түрінде болады.
3) Никель - кобальт - урандық - мысалы, Шабедағы атақты Шинколобве кен орны.
4) Темір - титандық - урандық - мысалы Австралиядағы давидит минералының кен орны.
5) Мысты - урандық - бұл әдетте Cu2S-пен ассоциацияланған настуран. Мұндай кен орнының үлгісі болып Австралиядағы Рам-Джангл кен орны танылады.
Пегматиттік және гидротермальды кен орындары - бұл, әдетте уранның пайыздық мөлшері бойынша салыстырмалы түрде бай және өте ертеден белгілі эндогендік (магмагендік) деп аталатын кен орындары. Әрине, уран кендерін өнеркәсіпте пайдалану үшін уран кендерін терең зерттеу мен өндіру ісі дәл осындай кен орындарынан басталады.
Жер қыртысында уран кендерінің түбегейлі басқа типі, эндогендік кендердің желге мүжілулері, ыдыраулары мен шаймалануы нәтижесінде пайда болған экзогендік кен орындары кең таралған. Мұндай кен орындары алты валентті, күйдегі уранның тотығуы мен шаймалануы және оның ары қарай орын ауыстыруы нәтижесінде құрылған екіншілік - қосымша кен орындары түрінде болады.
Уранның тұнбалануы шаймалану аймағының өзінде жүреді және үлкен тәжірибелік маңызы бар, уранның тұнбалық кен орындарының құрылуына алып келеді. Мұндай кен орындарына: 1) құрамында уран бар фосфориттер кендері; 2) уранның органикалық немесе бейорганикалық сорбенттерге тұнбалануы немесе сорбциялануы негізінде пайда болған битуминозды тақта тасты кендері; 3) уранның тотығу үрдісі нәтижесінде пайда болған, карнотит типті минералдар түрінде болатын карнотитті құмды кендері жатады.
Кен орындарының тағы бір маңызды типі - метаморфогендік кендер. Бұл, пайда болғаннан кейін метаморфизмге ұшыраған, яғни жоғары қысымдар мен температуралар әсерінен қайта құрылған - тұнбаланған кендер. Мұндай кен орындары жер бетінде көп кездеседі. Оларға мысалы: 1) уранинит пен настуран қоспалары, кварц түйіршіктері; 2) кварцтық ұсақ жұмыр тас, урандық минералдармен - уранинит және тухолитпен цементтелген Витватерсрандтық алтынды конгломераттар жатады. [2]
Уранның тұнбалық және метаморфогендік кен орындарындағы пайыздық мөлшері магмагенді кендерге қарағанда едәуір аз; сонымен бірге, уран ол кендерде аса шашыраңқы таралған. Дегенмен, кен орындарының бұл түрі көлемі, жалпы мөлшері, қорлары бойынша магмагендік кендерден көптеген есе асып түседі, бұл 1.4.1-сурет үлгісінен көрініп тұр.
1.4 - cурет- Уран қорлары мен өнімдерін кен орындарының типі бойынша бөлу
Жоғарыдағы нәтижелерден көріп отырғанымыздай жер қыртысында уранның өте көп мөлшері бар. Уранның кларктық мөлшерімен есептесек, қышқылды жыныстардың әрбір кубтік клометрінде 10т-ға дейін уран бар. Бұл шама кейбір қышқылды тау жыныстары үшін 80-100т-ға жетеді. Жер қыртысындағы уран: 1) өзіндік уранды минералдарды құрайды; 2) басқа элементтер құрған минералдардың кристалдық құрылымына изоморфты түрде енеді; 3) тау жынытарында өте жіңішке, шашыраңқы күйде болады.
Осы шашыраңқы құралған уран мына үш иондық: 1) кристалдар бойындағы қырларға сорбцияланған; 2) кристалды тор көздерінің дефектілерінде белгіленген; 3) сұйық қосылыстардың және түйіршік аралық сұйықтың құрамында ерітілген күйде болуы мүмкін екенін көрсетіп береді.
Сонымен, уранның өзіндік минералдары - табиғатта болатын тек бір түрі ғана, ол мөлшерлік мағынада басымдық танытпайды.
Бастапқы метеориттік зат
Отты-сұйық күйдің құрылуы
Агломерация
Баяу балқитын және тез балқитын фазаларға бөліну
Жер қыртысының құрылуы
Mg, Fe тотықтары және изоморфты қоспалар
Кристалдау
Басқа сфералардың құрылуы
Геосфераның құрылуы
Силикаттық магма (құрамында UO2)
Кристалдау
Si, Al, тотықтары және изоморфты қоспалар
Силикатты қорытпа қалдық СЖЭ, Ti, Nb, Ta
Пегматит
UO2--xUO2*yUO3*zPbO UO2 изоморфты түрде ЖСЭ Ті, Та, Тһ, Nb
Жоғары қысым мен температурадағы кристалдаудың соңғы сатыларындағы су булары
Қос тотықты уранның үш тотыққа тотығуы
Таза уранилдың ерітіндісі түрінде еруі және тасымалдануы
UO2 дейін тотықсыздандыру
H2, Fe2+
Сульфидтар ассоциациясында таза UO2 тұнбалануы Fe, Ni, Co, Cu+кварц Ca2CO3, бірақ СЖЭ-сіз, Ti, Th, Nb, Ta-сыз
Гидротермальды кен орындары
Эндогендік кен орындары
Бастапқы метеориттік зат
Отты-сұйық күйдің құрылуы
Агломерация
Баяу балқитын және тез балқитын фазаларға бөліну
Жер қыртысының құрылуы
Mg, Fe тотықтары және изоморфты қоспалар
Кристалдау
Басқа сфералардың құрылуы
Геосфераның құрылуы
Силикаттық магма (құрамында UO2)
Кристалдау
Si, Al, тотықтары және изоморфты қоспалар
Силикатты қорытпа қалдық СЖЭ, Ti, Nb, Ta
Пегматит
UO2--xUO2*yUO3*zPbO UO2 изоморфты түрде ЖСЭ Ті, Та, Тһ, Nb
Жоғары қысым мен температурадағы кристалдаудың соңғы сатыларындағы су булары
Қос тотықты уранның үш тотыққа тотығуы
Таза уранилдың ерітіндісі түрінде еруі және тасымалдануы
UO2 дейін тотықсыздандыру
H2, Fe2+
Сульфидтар ассоциациясында таза UO2 тұнбалануы Fe, Ni, Co, Cu+кварц Ca2CO3, бірақ СЖЭ-сіз, Ti, Th, Nb, Ta-сыз
Гидротермальды кен орындары
Эндогендік кен орындары
1.3 - cурет-Урандық кен орындарының түзілу нобайы
Ауа, күн, су, жылу
Карбонаттардың желмен ұшуы, ыдырауы, тотығуы, шаймалануы, түзілуі
Уранил тұздары түрінде еруі
Уранил қосылыстары түрінде орын алмастыруы және тұнуы
Тұнбалы кен орындары
Фосфаттар, битуминозды тақта тастар, карнотит және т.б түріндегі тұнбалар
Метаморфогенді кен орындары
Жоғары температуралар мен қысымдар
Конгломераттардың түзілуі
Экзогенді кен орындары
Ауа, күн, су, жылу
Карбонаттардың желмен ұшуы, ыдырауы, тотығуы, шаймалануы, түзілуі
Уранил тұздары түрінде еруі
Уранил қосылыстары түрінде орын алмастыруы және тұнуы
Тұнбалы кен орындары
Фосфаттар, битуминозды тақта тастар, карнотит және т.б түріндегі тұнбалар
Метаморфогенді кен орындары
Жоғары температуралар мен қысымдар
Конгломераттардың түзілуі
Экзогенді кен орындары
1.3 - cурет- Урандық кен орындарының түзілу нобайы
1.5 Уран минералдарының ерекшеліктері
Уран минерализациялануының ерекшеліктері. Минерал - белгілі-бір химиялық құрам мен кристалдық құрылымға ие, жер қыртысының табиғи гомогендік құрамдас бөлігі. Бұл химиялық құрамы мен физикалық қасиеттері бойынша біртектес шамадағы, құрылымы жекеленген табиғи дене. Минерал және тау жынысы деген ұғымдарды шатастырмау керек. Тау жынысы - жер қыртысын түзейтін жеке геологиялық денелерді құрастыратын, үлкен немесе кіші, тұрақты құрамды минералдар агрегатының жиынтығы. Яғни, жер қыртысы тау жыныстарынан, ал тау жыныстары минералдардан тұрады. Уран, орын алған жағдайлардың қолайлығына байланысты әр түрлі минералдардың үлкен мөлшерін құруға қабілеті бар. Қазіргі уақытта уранды және құрамында ураны бар минералдардың шамамен 200-і белгілі. Олардың шамамен 100-ге жуығында 1%-дан астам уран бар.
Уран минералдарының ерекшелігі, олардың бұл минералдар құрамында оттегі қосылыстары - тотықтар түрінде болады.
Күкіртті және галоидты қосылыстардың, сондай-ақ азотпен, вольфраммен, қалайымен, теллурмен, платина тобы элементтерімен қосылған қосылыстардың болмауы уранға тән нәрсе.
Өздігінен пайда болған металдық уран түрлері мүлдем белгісіз.
Уранды минералдарды классификациялаудың бірнеше жүйелері бар. Технология тұрғысынан, минералдардың химиялық құрамына негізделген классификациялау жүйесі қызығушылық тудырады және ол жүйе мына кластардан құралады: жай тотықтар, жай силикаттар, күрделі титанды-танталды-ниобаттар тұздары, ванадаттар, арсенаттар, молибдаттар, карбонаттар, сульфаттар, күрделі силикаттар, фосфаттар (фосфориттер), оганикалық қосылыстар.
Мынадай уранның өзіндік минералдары бар: уранинит, настуран, урандық черньдер, браннерит, ненадкевит, коффинит, ураноторит, каронит, тюямунит және т.б. өнеркәсіптік мәнге ие. Құрамында ураны бар минералдарға: монацит, давидит, бетасфит, эвксенит және тағы басқалары жатады.
Уран тұнбалық кендерде, кальций фосфатында, органикалық қосылыстарда, саз балшықты минералдарда, лимонитте және басқаларында концентрацияланады. Дегенмен де, көп жағдайларда уранның түрлері бекітілмеген.
Уран минералдары - уранинит, настуран және урандық черньдер UO2 және UO3-тен тұрады. Минералдар UO2-нің UO3-ке қатынасының бірте-бірте өзгеруі арқылы біртұтас сап құрайды.
1.5-кесте-Уран минералдары
Минерал
Минералдың негізгі құрамы
Уран мөлшері, %
Уранинит
UO2, UO3 + ThO2, CeO2
65-74
Карнотит
K2(UO2)2(VO4)2·2H2O
50
Казолит
PbO2·UO3·SiO2·H2O
40
Самарскит
(Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th)·(Nb, Ta, Ti, Sn)2O6
3.15-14
Браннерит
(U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5O15
40
Тюямунит
CaO·2UO3·V2O5·nH2O
50-60
Цейнерит
Cu(UO2)2(AsO4)2·nH2O
50-53
Отенит
Ca(UO2)2(PO4)2·nH2O
50
Шрекингерит
Ca3NaUO2(CO3)3SO4(OH)·9H2O
25
Ураннинит, уранның қорғасынға айналуы: UO2--PbO+12O2 нәтижесінде бөлініп шығатын, ауа оттегімен немесе оттекпен тотығу нәтижесінде пайда болатын құрамына шамалы үш тотығы бар уранның қос тотығы. Оның құрамына уранның ыдырау өнімдері және аздаған мөлшерде торий мен СЖЭ кіреді, бұл олардың иондық радиустарының ұқсастығымен шартталған. Сондықтан ураниниттің формуласын әдетте: х(UO2хThO2)yUO3хzPbO деп жазады. Шәйірлі кен - настуранның ураниниттен айырмашылығы: настуранда кристалдық құрылым болмайды және оның құрамында торий жоқ, ал ЖСЭ-нің мөлшері 1%-дан аспайды. Оттегі мөлшері құбылмалы, шамамен U3O8, яғни 2UO2хUO3 формуласына сәйкес келеді. Уранинитке қарағанда, настуран қорғасыннның, темірдің, кобальттың, никельдің сульфидті минералдарының ассоциациясынада, гидротермальдық шөгінділерде үлкен топтарды құрайды. Уранды черньдер - ураниниттің немесе настуранның тотығуы мен бұзылуы нәтижесінде пайда болған ауыспалы құрамды, іркілдек аморфты заттар. Карнотит - гидратты судың үш молекуласы бар, калийдің уранды ванадаты, ол тұнбалы кен орындарының тотығу аймағында кездеседі. Құрамы бойынша карнотитке ұқсас минерал - тюямунит, оның карнотиттен айырмашылығы, ол калий емес, калий тұзы. [3]
Тухолит минералы - органикалық затпен қосылған, құрамында уран, торий және СЖЭ болатын көміртектес зат. Жалпы органикалық қосылыстардың құрылуы, органикалық зат ерітінділерінен алынған уранның тотықсызданған ерімейтін қосылыстарының құрылуы нәтижесінде, органикалық затпен құралған уран ассоциациясы табиғи жағдайларда едәуір кең тараған.
1.6 Өнеркәсіптік уран кендерін классификациялаудың принциптері
Кен деп - қолда бар техника мен қалыптасқан экономикалық жағдайда алынуы мүмкін, өнеркәсіптік экономикалық тиімділігі жағынан құрамындағы металдар немесе олардың мөлшері мен түрлері жеткілікті табиғи минералдарды шикізат аталады.
Уран кендерінің құрамы мен қасиеттері оларды қайта өңдеу технологияларына елеулі түрде әсер етеді.
Уран кендері, заттың құрамының өзіндік әртүрлілігімен ерекшеленеді. Көп жағдайларда уран кендерінде бір емес, әртүрлі физика-химиялық қасиеттері бар бірнеше минералдар құрылымында кездеседі. Олардың құрамында әртүрлі ара қатынастағы уранның өзіндік минералдары да және уранның әртүрлі минерал-тасушылары да кіреді. Осыған байланысты кендерді, олардың технологиялық қасиеттері бойынша классификациялаудың үлкен тәжірибелік мәні бар. Қазіргі уақытта технология тұрғысынан әдетте, төменде қаралған белгілері ескеріледі.
Урандық минералдануды сипаты бойынша төмендегідей бөліп қарастырады: а) бастапқы кендер, уранды, құрамында көбінесе, тотығу үрдісіне ұшырамайтын эндогенді минералдар түрінде ұстайды. Бұл, мысалы құрамында негізінен төрт валентті уран бар уранинит, настуран немесе басқа уран минералдарының кендері, б) екіншілік кендер уранды, құрамында көбінесе алты валентті түрдегі экзогенді минералдар түрінде ұстайды, в) аралас кендер, құрамында әрбір топтың 75%-дан аспайтын және 25%-дан кем емес мөлшерінде уранның эндогендік және экзогендік қосылыстарын ұстайды.
Бұл бөліну мынадай нобай суреттеп береді:
1.6-кесте-Уранның химиялық валенттіліктері
Атауы
Бастапқылар
Аралас
Екіншілік
Уран (IV), %
100
75 25
0
Уран (VI), %
0
25 75
100
Урандық минералданудың сипаты, кенді гидрометаллургиялық қайта өңдеу және шаймалау үрдісінің режимін таңдап алу кезінде өте маңызды роль атқарады.
Контрастық белгі, яғни тау жыныстарының кесектеріндегі уранның біркелкі емес болуы бойынша бөліп қарастырады: а) контрастық кендер - уранға бай штуфтар мен құрамында уран мөлшері төмен сынықтардың қоспасы; б) орта контрастық - жыныс құрамындағы уранның орта мөлшерінен салыстырмалы түрде 3-5 есе асып түсетіндер; в) әлсіз контрастық кендер - жыныстық бүкіл массасы бойынша металдың салыстырмалы түрде біркелкі таралуы.
Контрастық кенді байыту кезінде маңызды, ол көбінесе шешуші роль атқарады.
Минералды түйіршіктердің өлшеміне қарай кендерді ірі түйірлі (25-300 мм), орта түйірлі (3-25 мм), ұсақ түйірлі (0,1-3мм), жіңішке түйірлі (0,015-0,1 мм), коллоидты-дисперсті (0,001мм), яғни жұқалай шашырап таралған күйде) түрлерге бөлінеді.
Бұл белгілер кендерді ұсату, байыту мен гидрометаллургиялық қайта өңдеу үрдістері үшін өте маңызды. [4]
Осы белгілер бойынша уран кендерін қазіргі заманғы классификациялау мынадай:
І сорт - өте бай кен 1%
II сорт - бай кен 1-0,5%
ІІІ сорт - орта кен 0,5-0,25%
IV сорт - қатардағы кен 0,25-0,09%
V сорт - кенеусіз кен 0,09%-дан бастап төменгі
Уранның кендегі пайыздық мөлшері - оның сапасы мен құндылығының маңызды көрсеткіші. Кен ұғымы, техниканың белгілі бір даму деңгейі кезеңінде тиісті тау жынысын экономика жағынан тиімді түрде қайта өңдеуге мүмкіндік беретін, уранның белгілі бір ең төменгі пайыздық мөлшеріне байланысты. Әдетте, І және ІІ сорттардағы кендер экономика тұрғысынан, салыстырмалы түрде үлкен арақашықтықта тасымалдау шығындарын көтереді. ІІІ және ІV, әсіресе V сортты кендерді игерілген жерінде қайта өңдеген пайдалы.
Уран кендерін, оның басқа да компоненттерін жолшылай бірге алумен қоса комплексті қайта өңдеу, уранның өнеркәсіптік ең төменгі деңгейі пайыздық мөлшерін экономикалық мүмкін шекке дейін бірден төмендетуге мүмкіндік береді. Бұл фактор кенді қайта өңдеудің нобайын таңдап алуға және кендерді жалпы технологиялық бағалауға маңызды түрде әсер етеді, мұндай ванадий, СЖЭ, алтын, кейбір басқа да түсті және сирек кездесетін металдар, фосфор қышқылы сияқты қоспалар үлгісінен көруге болады.
Осыған сәйкес, кейбірт кендерді алтынды-уранды, уранды-молибденді, уран-полиметалды, уранды-фосфатты, уранды-ванадийді және т.б. ретінде қарастырады.
Әдетте дәл осы белгі, кенді гидрометаллургиялық қайта өңдеуге арналған реагенттерді таңдауды, олардың құрамын және жалпы шығынын анықтап береді. Кендік емес құрамдардың химиялық құрамы бойынша мынадай уран кендерін бөліп қарастырады.
Өзінде құраушы жыныстың химиялық құрамы, көбінесе уран кендерін қайта өңдеу тәсілдерін таңдау кезінде шешуші мәнге ие. Мысалы, әдетте, уранды силикаттық кендерден күкірт қышқылының ерітіндісімен, карбонаттық кендерден - сода ерітінділерімен алады.
1.6 -кесте-Уран минералдары
Силикаттық және алюминийлі силикаттық
Силикаттың немесе алюминийлі силикаттық минералдар кварцының 95%-ы
Карбонаттық
Карбонаттардың аз (6-12%), орташа (12-25%) және үлкен (25%) мөлшерімен
Сульфидтік
Сульфидтердің аз (3-10%), орташа (10-25%) және үлкен (25%) мөлшерімен
Темір тотықты Фосфаттық
Өнеркәсіптік темір кендері Фосфаттардың аз (P2O5 3-10%), орташа (10-20% P2O5) және үлкен (20% P2O5) мөлшерімен
Каустобиолитті
Уранды көмірлер және қатты битумдар, көмірлі және битуминозды тақта тастар, құмдақтар және басқа да жыныстар
Жоғарыда қарастырылған өнеркәсіптік уран кендерінің негізгі белгі-нышандары, уранның химиялық концентраттарын алу кезінде айтарлықтай дәрежеде оларды (уран кендерін) қайта өңдеудің кезекті технологиясын белгілейді. Қазіргі уақытта уранның химиялық концентраттарын алудың міндетті сатылары - бастапқы кенді (кейбір жерастында шаймалауды қолдану кездерінен басқалары) бөлшектеу және ұсақтау, ұсақталған кенді шаймалау, уранды техникалық дәрежеде таза, белгілі бір қосылыстардың ерітінділерінен сұрыпты түрде негізгі үш әдісті: тұндыру, сорбциялау және экстракциялауды қолдану арқылы бөліп алу.
Уранның химиялық концентратын алудың жеке операцияларының тізбектілігі 1.6.1-суретте көрсетілген.
Кен
Бөлшектеу, ұсақтау
Байытудың физикалық әдістері
Жоғары температурада өңдеу
Шаймалау
Тұндыру технологиясы
Ион алмасу сорбциясы
Сұйықтық экстракция
Уранның химиялық концентраты
Кен
Бөлшектеу, ұсақтау
Байытудың физикалық әдістері
Жоғары температурада өңдеу
Шаймалау
Тұндыру технологиясы
Ион алмасу сорбциясы
Сұйықтық экстракция
Уранның химиялық концентраты
1.6 - сурет- Кеннен уранның химиялық концентратын алудың жалпы нобайы
1.7 Уран кендерінің механикалық өңделуі
Уран кендері құрылысының ерекшеліктері. Жалпы алғанда, уран кендерін қазып алу әдістері, басқа сирек кездесетін және түсті металдар кендерін қазу әдістеріне ұқсас. Кенді қазып алудың жабық та, ашық та түрлері бар. Сондай-ақ жер астында шаймалау әдісін де қолдану едәуір қарқынды түрде жетілдіруде. Жер астында шаймалау әдісі, кенді жердің үстіңгі қабатына алып шығуды болдырмауға және уранды шаймалауға қатысты химиялық операцияларды кендік дене шөккен орында жүргізуге мүмкіндік береді. Бұл әдістің маңызы болашақта өте зор, бірақ ол шектеулі түрде, ең алдымен уранның аса тотыққан минералдарын немесе уранды кендердің қалдықтарын шаймалау кезінде қолданылады.
Жерден қазып алынған уран кенін, сол сияқты кез-келген басқа кенді, кендік минералдар және бос жыныс, сонымен бірге, басқа да осыған дейін тексеріліп анықталған барлық белгі-нышандар сипаттап береді.
Дегенмен де уран кендері, әдетте, өзіндік ерекшеліктерге ие, ең алдымен ол ерекшеліктерге: уранның өзіндік қасиеті - шашырандылығы; уранды минералдардың бос жынысқа бекітілуінің жұқалығы (әйтсе де ол жиі 10-100 мкм-ға жетеді); химиялық реагенттермен ашудың алдында оның салқындалу қажеттігін қамтамасыз ететін, бос жыныстармен уранды минерал түйірлерін экрандау жатады. Қарама-қарсы жағдайлар да жиі кездеседі: бос жыныс түйірлері уранды минералдармен қапталады.
Жалпы жағдайда, идеалды түрде химиялық өңдеудің алдыңғы бөлшектеу мен ұсақтаудың міндеті - уранды минералды және бос жынысты физикалық бөлу болып табылады, бұл ұсақтаудың i=Dd бірнеше он мыңдаған есе орасан зор шамасы (қалдықсыз бөөлгіштік еселік) қажнт болар еді.
Бірақ іс жүзінде ешқандай мұндай күшті ұсақтау қажет етілмейді, өйткені белгілі бір дәрежеде гидрометаллургиялық қайта балқытуды тиімді жүзеге асыру үшін уранды минералдарды жартылай аршып тазалау міндетін шешу жеткілікті, бұл әдетте 0,3-0,7мм-ге дейін ұсақтаумен шешіледі. Осы жағдайда, соңынан 90-98% уран алуға болады, бұл қолайлы деп есептелінеді. Қайта ұсақтаудың зияндылығын атап өткен маңызды. Көбейіп отыратын пайдасыз шығындардан бөлек, қайта ұсақтаудың энергиялары реагенттердің шығынының артуына және шаймалаудан соң қалңан қатты қалдықты кептіру кезінде қиындықтар туындауына себепші болады. Ұсақтаудың қажетті шамасының негізгі критерийі - кезекті шаймалау кезінде уран алудың 90-98% мөлшеріне жету. Сондықтан кей кезде ұсақтаудың 0,3-3 мм шамасын шектеуге мүмкіндік болады. Ұсақтаудың осындай дәрежесі, мысалы уранды кендерді механикалық байытудың кейбір әдістерін қолдану кезінде қажет етілмейді. Мырышты немесе қалайыны гидрометаллургиялауға қарағанда, уран технологиясында алдын-ала байыту мәселесі міндетті емес, бірақ оны жүргізу техникалық жағынан пайдалы болса, қалаулы операция болып табылатынын атап өткен жөн.
Байытудың негізгі міндеті - құрамы бай концентраттарды алу болып табылатын көптеген сирек кездесетін және түсті металдардың технологияларына қарағанда, уран технологиясының мақсаты - уранды ең аз мөлшерде жоғалту арқылы қалдықты үйінділерді алу, өйткені әдетте уранды минералдардың аса жұқа үймеленуіне байланысты, құрамы бай концентраттар алу іс жүзінде мүмкін емес. Сонымен, байыту алдындағы бөлшектеудің міндеті - уранды минералдарды аршып тазалау емес, құрамында ураны жоқ бос жыныстарды физикалық түрде бөліп шығару. Бұл міндетті шешу үшін біршама бөлшекті ұсақтау жеткілікті.
Уранды минералдардың және бос жыныстардың физикалық немесе физика-химиялық қасиеттерін ажырата білу - байытудың негізі болып табылады. Мысалы, олардың әр түрлі радиоактивтілігі - уранды кендерді байытудың радиометриялық әдісінің негізі, тығыздықтарының әр түрлілігі - байытудың гравитациялық әдісінің негізі, дым тартқыштықтарының әр түрлілігі - флотациялық әдістің негізі.
Байытудың әрбір түрі өзіндік дәрежеде ұсақтауды талап етеді. Ұсақтау шектері: радиометриялық байыту үшін +300 -25 мм; бөлек шығаратын машиналарда гравитациялық байыту үшін 10-1 мм; стол үстінде гравитациялық байыту үшін -0,1 -0,07 мм; флотациялық байыту үшін -0,15 -0,07 мм.
Сонымен, ұсақтау талап етіліп отырған кеннің сипатына да, сондай-ақ оны қайта өңдеудің кезекті нобайына да байланысты. Барлық жағдайларда да шешім экономикалық көрсеткіштерге байланысты болады.
Әдетте, ұсақтауға кететін шығындар соңғы өнім құнының 10%-дан кем емес шамасын құрайды. Кендегі уран мөлшерінің 0,08%-дан кем емес төменгі шегі, біршама дәрежеде бөлшектеу мен ұсақтауға кеткен шығындармен анықталады.
Уранды кендерді, әдетте, 1000-нан кем емес ұсақтау дәрежесінде ұсақтау талап етіледі. Бірақ, ұсақтаудың мұндай дәрежесін қамтамасыз ететін механизмдер жоқ.
Бұл мәселені ұсақтаудың сатылық түрін қолдану арқылы, яғни бөлшектеу мен ұсақтаудың бірнеше сатыларын (әдетте 3-4 саты) қолдану арқылы шешуге болады.
Бөлшектеу Кен кесектерінің өлшемі, мм і ұсақтау дәрежесі
бастапқы соңғы және ұсақ
Ірі 500-300 300-100 3-5
Орта 300-100 50-10 6-10
Ұсақ 50-10 10-2 -
Жіңішке 10-2 2-0,005 50
Кеннің құрылысына алғашқы екі сатыда аз өзгергендіктен, бөлшектеудің ірі және орташа көлемдерінің нобайын, кендегі уранның үймеленуі мен мөлшерін ескермей-ақ таңдап алады. Талап етіліп отырған ұсақтау дәрежесі үшін шикізаттың қаттылығы мен ылғалдылығының сипатын ескереді.
Ірі және орта кесекті бөлшектеу үшін, талқандап езетін және майдалайтын тәртіп бойынша жұмыс істейтін, сәйкес, шағып талқандаушы және конусты бөлшектегіш машиналар мен конусты валдық бөлшектегіш машиналар аппаратура ретінде қызмет атқарады. Конусты бөлшектегіш машиналар жақсырақ, өйткені олардың жұмыс істеуі кезінде шаң аз шығады. Урандық өнеркәсіпте қолданылатын қарапайым типтегі бөлшектегіш қондырғылар кенді 19-37 мм-ге дейін ұнтақтауды қамтамасыз етеді. Бірінші сатыда көбінесе өлшемі 38х60 және 76х101 см шағып талқандаушы бөлшектегіш машиналарды пайдаланады.
Ешқандай артық нәрсені бөлшектемеу қағидасы бойынша классификациялаудың міндеттілігі: әрбір ұсақтаушы аппаратқа салғанға дейінгі және одан алғаннан кейінгі өнімді ірілік кесегіне қарай сорттау. Бұл бөлшектеуші машиналардың жүктелуін қысқартады, қайта ұсақтауды болдырмайды, бөлшектеуші машиналардың пайдал әсердің ең жоғарғы коэффициенті оптималды режимінде жұмыс істеу мүмкіндігін қамтамасыз етеді, бұл кейбір кезекті үрдістердің (флотациялық, гравитациялық байытудың, қайнау қабатын пайдаланудың және басқалары) тиімділігі үшін аса маңызды.
Классификаторлар ретінде колосникті құм елегіш, барабанды және вибрациялық құм електер қолданылады.
Тұйық циклде жұмыс істеу кезінде, ірі кесекті бөлшектеуде - 100%, ал орташа кесекті бөлшектеуде =200% құрайтын циркуляциялық жүктеу жүзеге асырылады.
Кәсіпорындардың көпшілігінде бөлшектеу қондырғылары толығымен механизацияланған және оларда автоматтық блоктау мен орталықтан басқару нобайлары бар. Кейбір кезде бақылау телевизиялық жүйелердің көмегімен жүзеге асырылады.
Жіңішке ұсақтау кезінде уранды минералдардың аршылып ашылуы, уранды минералдар мен бос жыныстардың бұзылуы маңызды орын алады, яғни материалдық сипаты өзгереді. Жіңішке ұсақтау - технолог тарапынан өте қатаң бақылауды қажет ететін, шикізатты дайындаудың ең маңызды бөлігі, өйткені бұл үрдістің нәтижелерін соңынан өзгертуге болмайды. Жіңішке ұсақталуды әдетте сулы ортада немесе сода ерітіндісінде (көбінесе қышқылдық ерітіндіде) Қ:С = 1:1 немесе 1:0,5 қатынасына сәйкес жүзеге асырады.
Ұсақтау дәрежесі соңғы өнім ұнтағының талап етілген жіңішкелігімен анықталады. Әдетте ол (жіңішкелік) 50-ге тең, бірақ кей кезде 200-300-ге жетеді.
Жіңішке ұсақтауға кететін энергетикалық шығындар өте көп. Олар барлық бөлшектеу мен ұсақтауға кететін шығындардың 75-80%-ын құрайды.
Жіңішке ұсақтау үшін соққылап және жаншылап жұмыс істейтін, құрыштың арнайы сорттарынан жасалған жұмыр шар сияқты және сымды диірмендер қолданылады. Ірі кесекті және орташа кесекті бөлшектеумен салыстырғанда, жіңішке ұсақтауды, аппаратура арқылы өткізілетін сұйық қоймалжыңның ағынының ішінде үздіксіз жүзеге асырады. Диірмендер міндетті түрде классификатормен (релелі, спиральды немесе гидроциклонды), тқйық циклде жұмыс істейді. Жіңішке ұсақтау кезінде қайта ұсақтаудың қауіптілігін жою үшін тұйық циклдің мәні артады. Циркуляциялық күш-жүгі 500-600%-ға жетеді.
Көп жағдайда жіңішке ұсақтауды флотациялық байыту фабрикасында немесе гидрометаллургиялық зауытта (мысалы, содалық шаймалауда) жүзеге асырады.
Кенді шар тәріздес және сымды диірмендерде ұсақтау кезінде құрыштың көп шығындалуына байланысты (әдетте кеннің 0,3-0,4 кгт). Кейбір уран зауыттарында 30 мм-ден бастап 0,7 мм-ге дейін ұсақтауда кендерді құрғақ өзіндік ұсақтау диірмендерін табысты қолдануда. Мұндай диірмендер құм електермен немесе классификатормен тұйық циклде жұмыс істейді. Сол мақсатпен бұрын жұмыс жасаған шар тәріздес диірмендерді енді көбінесе кендігалекті диірмендерімен ауыстыруда. Кендігалекті диірмендер және құрғақ өзіндік ұсақтау диірмендері - 75 мм-ден бастап +31 мм-ге дейінгі өлшемдегі кен кесектерін қолдану арқылы шар пайдаланбай ұнтақтауға арналған. Диірменді жабдықтайтын кен, 8 мм түйір өлшеміне ие. Мұндай диірмендерді қолдану - ұсақтайтын қондырғының өнімділігін арттыруға, құрыш шығынын азайтуға және де осылардың нәтижесінде, шаймалау кезіндегі қышқыл мен тотықтырғыш заттың шығындарын азайтуға мүмкіндік береді.
Бұл үрдістерді қолдануда, кенді шаймалауға дайындау барысында жүргізілетін операциялардың сандарын кемітумен сипатталатын, бөлшектеу-ұсақтау үрдісін жетілдірудің белгілі-бір тенденциясы байқалады. Бұл мәселеге қатысты өте маңызды, тез дамып келе жатқан бағыт - алдын-ала бір сатылы бастапқы бөлшектеуден өткен кенді өзіндік ұсақтау. Бұл үрдістің маңызды экономикалық артықшылығы - бірнеше операцияларды мысалы, ұсақтаудың бірінші немесе екінші сатысында да орта кесекті және ұсақ кесекті бөлшектеуді, аралық сатылармен байланысты конвейерлік тасымалдау мен шаң ұстау жүйесін, сондай-ақ бөлшектенген кенді бункерлеуді қысқартуды жою мүмкіндігі 1971 жылы пайдалануға енгізілген.
Кенід өзіндік ұсақтау нобайы болат (құрыш) шарларын, сымдармен және ұсақ жұмыр тастармен ұсақтаудың жақсы жасап шығарылған дәстүрлі типтік нобайларына қарағанда, индивидуальды. Бұл, сірә, үрдістің жаңалыңы мен, сондай-ақ әрбір кезекті жобада нақты бір кеннің ерекшеліктерін ескере отырып, аса жетілген және экономикалық тиімді шешімдерді іздестірумен түсіндіріледі.
1.8 Уран кендерін өндіру технологиясы
Уран табиғатынан радиоактивті металл болғандықтан оны өндіру оңай шаруа емес, сол үшін оның өндірілуіне тәсілдеріне баса назар аударылған. Қазіргі кезде мамандар әлемдік тәжірибеде уран өндірудің үш түрлі тәсілі бар екенін алға тартады. Оның бірі - ашық карьерлік әдіс, екіншісі - жабық шахталық әдіс, үшіншісі - жерасты шаймалау әдісі.
Алайда бұдан бөлек уран кенін өндіруде, жер бедерінің ерекшелігіне байланысты қолданылатын тағы басқа көптеген түрлері бар. Мәселен, қысыммен қышқылдық шаймалау әдісі, бұл әдістің ерекшелігі уран кенін шаймалауға күкірт қышқылы көп кететін болғандықтан, шығынын азайту үшін оттегі қысымымен қиын өңделетін уран титанатын, темір және жердегі сирек металдары бар комплексті кенді шаймалауға болады. Тағы бір кеңінен таралған әдіс карбонаттық немесе содалық шаймалау, бұл әдіс қолданылуы жағынан қышқылдық шаймалаудан кейінгі екінші орында тұр. Келесі бір уран өндіру әдісінің бірі үйінді ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Қазіргі кезде техника мен технологияның қарыштап дамыған заманында кәсіпорындар мен өндіріс орындары автоматтандыру саласына ерекше мән беріп отыр. Соңғы жылдары қай өндірісті алып қарасақ та автоматтандырылған, яғни тиімділеу басқаруға көшкен. Сондай кәсіпорындардың бірі отандық Қазатомөндіріс ҰАК-сы, аталған компания уран өндірумен айналысатындықтан бұл жерде автоматтандырудың маңызы жоғары, өйткені уран өндірісінің қауіпті өндірістердің бірі ретінде қоршаған ортаға және адамдарға келтіретін зияны орасан зор.
Көп жылғы зерттеулер дәлелдегендей, Қазатомөнеркәсіп қолданатын жер асты ұңғымалы шаймалау әдісі (ЖҰШ) қоршаған ортаға ешқандай теріс ықпалын тигізбейді. Атом энергиясы жөніндегі халықаралық агенттік (МАГАТЭ) бұл технологияны кен орындарын игерудің экологиялық ең таза әрі ең қауіпсіз әдісі ретінде мойындаған.
Жер асты ұңғымалы шаймалау кенді жер бетіне шығармастан, табиғи уран иондарын жер қойнауының өзінде өнімді қойыртпаққа айналдыру арқылы құмдақ типтес кен орындарын игеру әдісі болып саналады. Кейін қопсытуға көп шығын талап ететін өндірістің дәстүрлі (шахталық және карьерлік) әдістерінен айырмашылығы сол, құрамында ураны бар кен жер астында қалатын ЖҰШ әдісі жоғары экологиялық қауіпсіздігімен, аз шығындарымен және технологиялық операциялардың қарапайымдылығымен ерекшеленеді.
Ерекше айта кету керек , республикамыздағы бүкіл тау-кен өндірісінің жерасты ұңғылы шаймалау әдісіне қайта бағдар алуының себебі өндірістің қоршаған ортаға теріс әсері. Осы әдіспен игерілген кен орын алаңының жер бетінде бұзылым белдемі мен опырылған жер, бос жыныстардың үйінділері мен қойма қалдықтары болмайды.
Өндірістен түгелімен шаң-тозаң бөлу көздері алынып тасталған, атмосфераға шығатын радиоактивті заттардың көлемі азайтылған.
Осымен уран өндірісінің тиімділігі бірнеше есеге артты. Ал өз кезегінде біздің мамандығымыз автоматтандыру саласында ең бірінші кезекте өндірістің тиімділігіне мән береді. Әрбір кезек тиісті кенорын учаскелерін өңдеу үшін қажетті ғимараттардың толық кешенін қосқанда, сонымен қатар өнімділіктің өсуі бірнеше блок-модульдердің параллель жұмысымен қамтамасыз етілгенде , модульдық принципті пайдалана отырып, геотехнологиялық өндіруші кәсіпорындар құрылуы және ұлғаюы мүмкін.
Осыған лайық елеулі айырмашылық тек ұңғымалық ерітінділеудің дәстүрлі тау-кен тәсіліне қарсы кәсіпорын өнімінің өзіндік құны шығыны көлемінде ғана емес, сонымен қатар құрылымында да. Егер пайдалану шығыны өзіндік құнының үлесі соңында 65-70% құрса, ал капиталдық жұмсалымның амортизациясы - 30-35%, онда ұңғымалық ерітінділеу кәсіпорындарында өнімнің өзіндік құны пайдалану шығынының үлесі әрдайым жоғары және 77-90%, амортизациялық аударымдардың бір мезгілдік азаю барысында23-18%-ге жетеді. Бұл кезде капиталдық жұмсалымның бастапқы мөлшері кәсіпорындардың тау-кен шығару тәсіліне қарағанда соңғы жағдайда 2-4 есеге төмендеді.
Жоғарыда аталған ақпараттарды негізге ала отырып сапалы әрі мол өнім алу үшін, кәсіпорынды автоматтандыру жұмысының тиімділігін арттыра отырып, адам күшін азайту мәселесі шешілуде.
Дипломдық жұмыста жерасты ұңғылы шаймалау әдісі арқылы аз шығын жұмсай отырып, көп өнім алу тапсырмасы қарастырылған. Бұл тиімділеудің, яғни автоматтандырудың басты талабы.
Техникалық прогресс заманында уран өндірісін автоматтандыру заман талабына сай шешімін табуда.
1 Технологиялық бөлім
1.1 Уранның қысқаша тарихы
Уран - Менделеевтің Периодтық кестесіндегі соңғы табиғаттағы ең ауыр, 92-ші элемент. Уран - бәсекелестiк қабiлетi анағұрлым жоғары энергия көзi болып табылады. Оның басқа отын көздерiнен басты айырмашылығы - ол жоғары концентрацияланған энергия көзi. Яғни, әрi жеңiл, әрi арзан тасымалданатын энергия көзiнен саналады. Мәселен, 1 кг уран дәл осы мөлшердегi көмiрден бөлiнетiн энергиядан 20 мың есе жоғары электр қуатын бөледi. Жалпы құны жағынан да тиiмдi. Ол - қазіргі уақыттағы ең танымал элементтердің бірі, атомдық энергетиканың негізі және атомдық электр станциялары, атомдық су асты қайықтары, атомдық мұзжарғыштары, атомдық, сутектік бомба алу үшін, қажет алғашқы материал болып табылады.
1.1.1 - cурет - Уранинит кристалдары
Қазіргі кезде уран атомның құпиясын ашуға көмектесті және шексіз қуат көзіне айналды. Ол - қазіргі заманғы алхимияның, элементтер өзгерісінің және жаңа, жасанды трансуран элементтері Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md (No), (Lr), Ku, 105, 106, 107 - элементтерді алудың негізгі.
1789 жылы Берлин химигі М.Клапрот Саксон қойнауының (қазіргі Яхимово, Чехия) шәйірі кенінен сол кез үшін жаңа элемент тапты. Клапрот оны, осыдан ертерек (1781 ж.) астроном В.Гершельдің ашқан Уран планетасының құрметіне уран (Uranium) деп атады. Клапрот уранды табиғи сары түсті уран үш тотығынан (UO3) жоғары температурада көмірмен тотықсыздандыру арқылы бөліп алды: UO3+C. Сипаттаулар бойынша, ол металдық жылтыры бар жартылай металдық зат алған. 50 жылдан астам уақыт Клапрот таза зат - уран элементін бөліп алды деп есептелген.
Алайда кейінірек, 1841 жылы уран қайтадан, екінші рет дүниеге келді. Француз ғалымы Э.Пелиго Клапрот уранында оттегі бар екендігін анықтады. Өйткені, оның көмірмен қоспасын хлор ағынында қыздырған кезде төмендегі реакциялар бойынша СО және СО2 бөлініп шықты
UO2+C+2Cl2--UCl4+CO2 (1.1)
UO2+2C+2Cl2--UCl4+2CO (1.2)
Ары қарай, түзілген уран тетрахлоридын металдық калиймен тотықсыздандыру арқылы Пелиго таза металдық уран алды
UCl4+4K--4KCl+U (1.1)
Пелигоның жұмыстарынан кейін уранның атомдық салмағын - 120, яғни шын мәнінен екі есе аз деп есептеді. Бұл қателікті түұзетуді алғаш рет 1871 жылы Д.И.Менделеев Химия негіздерінің бірінші басылымында, уранның атомдық салмағының өлшемін екі еселеу арқылы жасады. Өйткені, атомдық салмағы 120 болғанда элементтердің периодтық жүйесінде уранға орын табылмады. [1]
Кейінен UCl4, UBr4 және басқа да қосылыстардың буларының тығыздығын анықтағанда Д.И.Менделеевтің батыл болжамы толық дәлелденді.
Көп уақытқа дейін уран және оның қосылыстарының іс жүзінде қолданылуы шектеулі болып келеді. Ғалымдар да уранға көп көңіл бөлмеді. Бірақ, біршама кейінірек, оны кей жерлерде қолдана бастады, мысалы, семафор мен бағдаршамдардың шынысын қызыл және жасыл түске бояу үшін қолданды. Уранның кейбір тұздары сурет шығаруда, позитивтік бейнені қоңырқай түске бояу үшін қолданылады.
1.2 Уранның атомдық техникада пайдаланылуы
Уранның атомдық техникада қолданылуы оның өзіне тән ерекше қасиеттеріне байланысты, яғни, оның басқа да көптеген түсті және сирек кездесетін металдардан ерекшелігі - радиоактивті ыдырауында және нейтрондар әсерінен көп мөлшерде энергия бөле отырып ыдырау қасиетіне ие екендігіне тікелей байланысты.
Табиғи уран, уранның үш изотобының қоспасынан тұрады: 234U, 235U, 238U. Бұл изотоптардың табиғи урандағы салыстырмалы мөлшері: 234U-0,0057%, 235U-0,7204%, 238U-99,2739%.
Уранның басқа да изотоптары бар, бірақ оларды жасанды жолмен алады, жалпы жасандысын қосқанда уранның барлығы 14 изотобы бар. 235U изотобының айырықша қасиеті және мәні бар. 1939 жылдың басындағы зерттеулер көрсеткендей, ол баяу нейтондар әсерінен көп мөлшерде энергия бөле отырып ыдырау қасиетіне ие. Бұл, уран ядросының бөлінуі кезінде, оны бөлуге жұмсаған мөлшерде нейтрондар бөлініп шығады. Ядерлік реакция былай өрнектеледі
235U+01n--x+y+(2-3)01n+Q (1.2)
мұндағы х және у - уранның бөліну өнімдері.
1.1-кесте-Уран иотоптарының радиоактивтік қасиеттері
Массалық сан
Жартылай ыдырау периоды
Ыдырау түрі
234
2,45x105 жыл
α
235
7,13x108 жыл
α
236
2,39x107 жыл
α
237
6,75 күн.
β−
238
4,47x109 жыл
α
239
23,54 мин.
β−
240
14 сағат
β−
Ядерлік отын ретінде металдық уран негізіндегі жүйелермен қатар, оның бірқатар қосылыстарының жүйелері де қолданылады. Бірінші жағдайда неғұрлым көп қолданылатындары:
1) Жинақты металдық уран.
2) Уранның Al, Zn, Mo, Ni, Nb және басқалармен құймасы.
3) Уранның металдағы, мысалы, висмуттағы балқымасы.
4) Урандық интерметалидтердің суспензиясы, мысалы, сұйық висмуттағы UPb3 (барлық жағдайда таза металдық уран болуы қажет) [1].
Қазіргі кезде уран өнеркәсібі - химия-металлургиялық өнеркәсіптің жақсы дамып келе жатқан жаңа ірі саласы. Мұнда химиялық технологияның, гидрометаллургияның, автоматтандырудың, аспаптар құрастырудың өлшеу-бақылау және есептеу технологиясының соңғы жетістіктері шоғырланған.
4.2 Атомдық энергия өндірісінің жалпы нобайындағы уранның технологиясы
Атомдық энергияны пайдалану мәселесі - бастапқы ядерлік отын-уранның реактор құрылысына қажет материалдардың өндірісімен байланысты өнеркәсіптің жаңа салаларын құруды талап етеді.
Кен орындары
Уран кенін өндіру
Урандық химиялық зауыттар
Уранға бай химиялық концентраттарды алу
Байыту фабрикалары
Уран-кендік концентраттарды алу
Аффинаждық зауыттар
Уранның ядерлі қосылыстарын алу
Уран тетрафторидін өндіру зауыттары
Металдық уранды өндіру
Металдық уранды және оның балқымалары негізінде твэлдер өндіру
Баяу нейтрондар негізіндегі ядерлік реакторлар
Плутонийды бөліп арналған радиохимиялық ядерлік реакторлар
Жарықшық
Плутонийдан твэлдер мен өнімдер даярлау
Трансуран
Уран гексафторидін өндіру
Уран изотоптарын бөлу зауыттары
235U-пен байытылған уран
Қалдыққа кететін кедейленген уран
Уран қостотығына немесе тетрафторидіне қайта өңдеу
Уранды регенерациялау
Уран қос тотығы
235U-пен байытылған металдық уранды өңдеу
235U негізінде твэл мен бұйымдар алу
Кен орындары
Уран кенін өндіру
Урандық химиялық зауыттар
Уранға бай химиялық концентраттарды алу
Байыту фабрикалары
Уран-кендік концентраттарды алу
Аффинаждық зауыттар
Уранның ядерлі қосылыстарын алу
Уран тетрафторидін өндіру зауыттары
Металдық уранды өндіру
Металдық уранды және оның балқымалары негізінде твэлдер өндіру
Баяу нейтрондар негізіндегі ядерлік реакторлар
Плутонийды бөліп арналған радиохимиялық ядерлік реакторлар
Жарықшық
Плутонийдан твэлдер мен өнімдер даярлау
Трансуран
Уран гексафторидін өндіру
Уран изотоптарын бөлу зауыттары
235U-пен байытылған уран
Қалдыққа кететін кедейленген уран
Уран қостотығына немесе тетрафторидіне қайта өңдеу
Уранды регенерациялау
Уран қос тотығы
235U-пен байытылған металдық уранды өңдеу
235U негізінде твэл мен бұйымдар алу
1.1 - cурет- Ядерлік отынның технологиясының жалпы нобайы
Қазіргі кезде, неғұрлым өнеркәсібі дамыған елдердегі атомдық өнеркәсіп - күрделі, көп сатылы және әр қилы өндірістердің көп тармақты жиынтығы (отындық цикл). Отындық цикл дегеніміз - жалпы технологиялық үрдістің мынадай негізгі сатыларын қамтитын операциялар жиынтығы, олар: ядерлік отынды табиғи шикізаттан даярлау, оны реакторда жағу, қолданылған отынды жаңа, құнды өнімдер алу мақсатында қайта өңдеу. [2]
Ядерлік отынның технологиясының типтік жиынтығы жоғарыдағы нобайда берілген. Бұл жерде осы уран технологиясының негізгі бөлімдері: 1) уран өндірісінің шикізаттық базасы; 2) кендерді механикалық өңдеу және уран-кендік концентраттарын алу; 3) уранға бай химиялық концентраттарын алу; 4) аффинаж және уранның ядерлі таза қосылыстарын алу; 5) уранның фторлы тұздарын өндіру және қайта өңдеу; 6) металдық уранды өндіру қарастырылған.
4.3 Уран геохимиясы
Уранның жер қыртысында біркелкі таралмауын және уран кендерінің пайда болуын қамтамасыз ететін үрдістерді қарастырайық. Жердің құрылуының қазіргі заманғы теориясы метеориттік заттың бастапқы агломерациясының (жинау, тығыздау) планета өлшеміне дейін жетуімен түсіндіріледі. Нығыздалуын және сондай-ақ радиоактивтіліктің үлкен дәрежесінің нәтижесінде планета заттарының белгілі-бір жерде қорытылуы мен заттың отты-сұйық күйінің құрылуына алып келетін, көп мөлшерде жылу бөлінуі болған.
Геохимиктер мен радиохимиктердің есептелулері жер шарының мұндай күйі, қазіргі уақытқа қарағанда ол уақытта бірнеше есе көп болған уран, торий және калий сияқты Жердің осындай радиоактивті элементтердің жылу бөліп шығаруы міндетті болғанын көрсетіп отыр. Планета қойнауларында генерацияланған радиогендік жылудың 99%-дан астамы осы элементтермен (уран, торий, калий) және олардың қосалқы өнімдерімен қамтамасыз етілген. Радиогенді жылу планетаның барлық көлемінде генерацияланады, бірақ оның сәуле таратуына тек қана сыртқы жұқа қабықшалар қатысады. Радиогендік жылудың қайту үрдісі жүрмейтін Жердің ішкі ауданы өте бәсең, бірақ тоқтаусыз қыздырылуды және осыған сәйкес кеңеюді басынан кешіруде. Планетаның ішкі ауданы көлем мен масса жағынан перисферадан едәуір артық болғандықтан, перисферада кеңейтілу мен қабықтанып жарылу үрдісі жүреді. Осылайша жану, планета қыртысындағы көшу қозғалыстарының - тектогенездің механикалық жұмысына түрленеді және де бұл біздің планетамыздың геологиялық дамуының негізгі себебі болып табылады.
Кейбір жағдайларда уран кен орындары генезисінің мүмкіндігінің басқа жолы болды, ол - судың өте ыстық күйде жоғары қысыммен, кристалдаудың соңғы сатыларындағы силикаттық тұнбалық қорытпаларға әсер етуі нәтижесінде гидротермальды кен орындарының құрылуы.
Уранның гидротермальдық кен орнының кендік формацияларының бес типін немесе түрін бөліп қарастырады.
1) Урандық - өте таза UO2 кен орны. Мұндай кен орындары - Канададағы Биверлодж кен орны.
2) Бескомпоненттік - құрамында U, Ni, Co, Bi, Ag бар. Уранның басқа элементтердің барлығы, әдетте сульфидтер түрінде болады.
3) Никель - кобальт - урандық - мысалы, Шабедағы атақты Шинколобве кен орны.
4) Темір - титандық - урандық - мысалы Австралиядағы давидит минералының кен орны.
5) Мысты - урандық - бұл әдетте Cu2S-пен ассоциацияланған настуран. Мұндай кен орнының үлгісі болып Австралиядағы Рам-Джангл кен орны танылады.
Пегматиттік және гидротермальды кен орындары - бұл, әдетте уранның пайыздық мөлшері бойынша салыстырмалы түрде бай және өте ертеден белгілі эндогендік (магмагендік) деп аталатын кен орындары. Әрине, уран кендерін өнеркәсіпте пайдалану үшін уран кендерін терең зерттеу мен өндіру ісі дәл осындай кен орындарынан басталады.
Жер қыртысында уран кендерінің түбегейлі басқа типі, эндогендік кендердің желге мүжілулері, ыдыраулары мен шаймалануы нәтижесінде пайда болған экзогендік кен орындары кең таралған. Мұндай кен орындары алты валентті, күйдегі уранның тотығуы мен шаймалануы және оның ары қарай орын ауыстыруы нәтижесінде құрылған екіншілік - қосымша кен орындары түрінде болады.
Уранның тұнбалануы шаймалану аймағының өзінде жүреді және үлкен тәжірибелік маңызы бар, уранның тұнбалық кен орындарының құрылуына алып келеді. Мұндай кен орындарына: 1) құрамында уран бар фосфориттер кендері; 2) уранның органикалық немесе бейорганикалық сорбенттерге тұнбалануы немесе сорбциялануы негізінде пайда болған битуминозды тақта тасты кендері; 3) уранның тотығу үрдісі нәтижесінде пайда болған, карнотит типті минералдар түрінде болатын карнотитті құмды кендері жатады.
Кен орындарының тағы бір маңызды типі - метаморфогендік кендер. Бұл, пайда болғаннан кейін метаморфизмге ұшыраған, яғни жоғары қысымдар мен температуралар әсерінен қайта құрылған - тұнбаланған кендер. Мұндай кен орындары жер бетінде көп кездеседі. Оларға мысалы: 1) уранинит пен настуран қоспалары, кварц түйіршіктері; 2) кварцтық ұсақ жұмыр тас, урандық минералдармен - уранинит және тухолитпен цементтелген Витватерсрандтық алтынды конгломераттар жатады. [2]
Уранның тұнбалық және метаморфогендік кен орындарындағы пайыздық мөлшері магмагенді кендерге қарағанда едәуір аз; сонымен бірге, уран ол кендерде аса шашыраңқы таралған. Дегенмен, кен орындарының бұл түрі көлемі, жалпы мөлшері, қорлары бойынша магмагендік кендерден көптеген есе асып түседі, бұл 1.4.1-сурет үлгісінен көрініп тұр.
1.4 - cурет- Уран қорлары мен өнімдерін кен орындарының типі бойынша бөлу
Жоғарыдағы нәтижелерден көріп отырғанымыздай жер қыртысында уранның өте көп мөлшері бар. Уранның кларктық мөлшерімен есептесек, қышқылды жыныстардың әрбір кубтік клометрінде 10т-ға дейін уран бар. Бұл шама кейбір қышқылды тау жыныстары үшін 80-100т-ға жетеді. Жер қыртысындағы уран: 1) өзіндік уранды минералдарды құрайды; 2) басқа элементтер құрған минералдардың кристалдық құрылымына изоморфты түрде енеді; 3) тау жынытарында өте жіңішке, шашыраңқы күйде болады.
Осы шашыраңқы құралған уран мына үш иондық: 1) кристалдар бойындағы қырларға сорбцияланған; 2) кристалды тор көздерінің дефектілерінде белгіленген; 3) сұйық қосылыстардың және түйіршік аралық сұйықтың құрамында ерітілген күйде болуы мүмкін екенін көрсетіп береді.
Сонымен, уранның өзіндік минералдары - табиғатта болатын тек бір түрі ғана, ол мөлшерлік мағынада басымдық танытпайды.
Бастапқы метеориттік зат
Отты-сұйық күйдің құрылуы
Агломерация
Баяу балқитын және тез балқитын фазаларға бөліну
Жер қыртысының құрылуы
Mg, Fe тотықтары және изоморфты қоспалар
Кристалдау
Басқа сфералардың құрылуы
Геосфераның құрылуы
Силикаттық магма (құрамында UO2)
Кристалдау
Si, Al, тотықтары және изоморфты қоспалар
Силикатты қорытпа қалдық СЖЭ, Ti, Nb, Ta
Пегматит
UO2--xUO2*yUO3*zPbO UO2 изоморфты түрде ЖСЭ Ті, Та, Тһ, Nb
Жоғары қысым мен температурадағы кристалдаудың соңғы сатыларындағы су булары
Қос тотықты уранның үш тотыққа тотығуы
Таза уранилдың ерітіндісі түрінде еруі және тасымалдануы
UO2 дейін тотықсыздандыру
H2, Fe2+
Сульфидтар ассоциациясында таза UO2 тұнбалануы Fe, Ni, Co, Cu+кварц Ca2CO3, бірақ СЖЭ-сіз, Ti, Th, Nb, Ta-сыз
Гидротермальды кен орындары
Эндогендік кен орындары
Бастапқы метеориттік зат
Отты-сұйық күйдің құрылуы
Агломерация
Баяу балқитын және тез балқитын фазаларға бөліну
Жер қыртысының құрылуы
Mg, Fe тотықтары және изоморфты қоспалар
Кристалдау
Басқа сфералардың құрылуы
Геосфераның құрылуы
Силикаттық магма (құрамында UO2)
Кристалдау
Si, Al, тотықтары және изоморфты қоспалар
Силикатты қорытпа қалдық СЖЭ, Ti, Nb, Ta
Пегматит
UO2--xUO2*yUO3*zPbO UO2 изоморфты түрде ЖСЭ Ті, Та, Тһ, Nb
Жоғары қысым мен температурадағы кристалдаудың соңғы сатыларындағы су булары
Қос тотықты уранның үш тотыққа тотығуы
Таза уранилдың ерітіндісі түрінде еруі және тасымалдануы
UO2 дейін тотықсыздандыру
H2, Fe2+
Сульфидтар ассоциациясында таза UO2 тұнбалануы Fe, Ni, Co, Cu+кварц Ca2CO3, бірақ СЖЭ-сіз, Ti, Th, Nb, Ta-сыз
Гидротермальды кен орындары
Эндогендік кен орындары
1.3 - cурет-Урандық кен орындарының түзілу нобайы
Ауа, күн, су, жылу
Карбонаттардың желмен ұшуы, ыдырауы, тотығуы, шаймалануы, түзілуі
Уранил тұздары түрінде еруі
Уранил қосылыстары түрінде орын алмастыруы және тұнуы
Тұнбалы кен орындары
Фосфаттар, битуминозды тақта тастар, карнотит және т.б түріндегі тұнбалар
Метаморфогенді кен орындары
Жоғары температуралар мен қысымдар
Конгломераттардың түзілуі
Экзогенді кен орындары
Ауа, күн, су, жылу
Карбонаттардың желмен ұшуы, ыдырауы, тотығуы, шаймалануы, түзілуі
Уранил тұздары түрінде еруі
Уранил қосылыстары түрінде орын алмастыруы және тұнуы
Тұнбалы кен орындары
Фосфаттар, битуминозды тақта тастар, карнотит және т.б түріндегі тұнбалар
Метаморфогенді кен орындары
Жоғары температуралар мен қысымдар
Конгломераттардың түзілуі
Экзогенді кен орындары
1.3 - cурет- Урандық кен орындарының түзілу нобайы
1.5 Уран минералдарының ерекшеліктері
Уран минерализациялануының ерекшеліктері. Минерал - белгілі-бір химиялық құрам мен кристалдық құрылымға ие, жер қыртысының табиғи гомогендік құрамдас бөлігі. Бұл химиялық құрамы мен физикалық қасиеттері бойынша біртектес шамадағы, құрылымы жекеленген табиғи дене. Минерал және тау жынысы деген ұғымдарды шатастырмау керек. Тау жынысы - жер қыртысын түзейтін жеке геологиялық денелерді құрастыратын, үлкен немесе кіші, тұрақты құрамды минералдар агрегатының жиынтығы. Яғни, жер қыртысы тау жыныстарынан, ал тау жыныстары минералдардан тұрады. Уран, орын алған жағдайлардың қолайлығына байланысты әр түрлі минералдардың үлкен мөлшерін құруға қабілеті бар. Қазіргі уақытта уранды және құрамында ураны бар минералдардың шамамен 200-і белгілі. Олардың шамамен 100-ге жуығында 1%-дан астам уран бар.
Уран минералдарының ерекшелігі, олардың бұл минералдар құрамында оттегі қосылыстары - тотықтар түрінде болады.
Күкіртті және галоидты қосылыстардың, сондай-ақ азотпен, вольфраммен, қалайымен, теллурмен, платина тобы элементтерімен қосылған қосылыстардың болмауы уранға тән нәрсе.
Өздігінен пайда болған металдық уран түрлері мүлдем белгісіз.
Уранды минералдарды классификациялаудың бірнеше жүйелері бар. Технология тұрғысынан, минералдардың химиялық құрамына негізделген классификациялау жүйесі қызығушылық тудырады және ол жүйе мына кластардан құралады: жай тотықтар, жай силикаттар, күрделі титанды-танталды-ниобаттар тұздары, ванадаттар, арсенаттар, молибдаттар, карбонаттар, сульфаттар, күрделі силикаттар, фосфаттар (фосфориттер), оганикалық қосылыстар.
Мынадай уранның өзіндік минералдары бар: уранинит, настуран, урандық черньдер, браннерит, ненадкевит, коффинит, ураноторит, каронит, тюямунит және т.б. өнеркәсіптік мәнге ие. Құрамында ураны бар минералдарға: монацит, давидит, бетасфит, эвксенит және тағы басқалары жатады.
Уран тұнбалық кендерде, кальций фосфатында, органикалық қосылыстарда, саз балшықты минералдарда, лимонитте және басқаларында концентрацияланады. Дегенмен де, көп жағдайларда уранның түрлері бекітілмеген.
Уран минералдары - уранинит, настуран және урандық черньдер UO2 және UO3-тен тұрады. Минералдар UO2-нің UO3-ке қатынасының бірте-бірте өзгеруі арқылы біртұтас сап құрайды.
1.5-кесте-Уран минералдары
Минерал
Минералдың негізгі құрамы
Уран мөлшері, %
Уранинит
UO2, UO3 + ThO2, CeO2
65-74
Карнотит
K2(UO2)2(VO4)2·2H2O
50
Казолит
PbO2·UO3·SiO2·H2O
40
Самарскит
(Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th)·(Nb, Ta, Ti, Sn)2O6
3.15-14
Браннерит
(U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5O15
40
Тюямунит
CaO·2UO3·V2O5·nH2O
50-60
Цейнерит
Cu(UO2)2(AsO4)2·nH2O
50-53
Отенит
Ca(UO2)2(PO4)2·nH2O
50
Шрекингерит
Ca3NaUO2(CO3)3SO4(OH)·9H2O
25
Ураннинит, уранның қорғасынға айналуы: UO2--PbO+12O2 нәтижесінде бөлініп шығатын, ауа оттегімен немесе оттекпен тотығу нәтижесінде пайда болатын құрамына шамалы үш тотығы бар уранның қос тотығы. Оның құрамына уранның ыдырау өнімдері және аздаған мөлшерде торий мен СЖЭ кіреді, бұл олардың иондық радиустарының ұқсастығымен шартталған. Сондықтан ураниниттің формуласын әдетте: х(UO2хThO2)yUO3хzPbO деп жазады. Шәйірлі кен - настуранның ураниниттен айырмашылығы: настуранда кристалдық құрылым болмайды және оның құрамында торий жоқ, ал ЖСЭ-нің мөлшері 1%-дан аспайды. Оттегі мөлшері құбылмалы, шамамен U3O8, яғни 2UO2хUO3 формуласына сәйкес келеді. Уранинитке қарағанда, настуран қорғасыннның, темірдің, кобальттың, никельдің сульфидті минералдарының ассоциациясынада, гидротермальдық шөгінділерде үлкен топтарды құрайды. Уранды черньдер - ураниниттің немесе настуранның тотығуы мен бұзылуы нәтижесінде пайда болған ауыспалы құрамды, іркілдек аморфты заттар. Карнотит - гидратты судың үш молекуласы бар, калийдің уранды ванадаты, ол тұнбалы кен орындарының тотығу аймағында кездеседі. Құрамы бойынша карнотитке ұқсас минерал - тюямунит, оның карнотиттен айырмашылығы, ол калий емес, калий тұзы. [3]
Тухолит минералы - органикалық затпен қосылған, құрамында уран, торий және СЖЭ болатын көміртектес зат. Жалпы органикалық қосылыстардың құрылуы, органикалық зат ерітінділерінен алынған уранның тотықсызданған ерімейтін қосылыстарының құрылуы нәтижесінде, органикалық затпен құралған уран ассоциациясы табиғи жағдайларда едәуір кең тараған.
1.6 Өнеркәсіптік уран кендерін классификациялаудың принциптері
Кен деп - қолда бар техника мен қалыптасқан экономикалық жағдайда алынуы мүмкін, өнеркәсіптік экономикалық тиімділігі жағынан құрамындағы металдар немесе олардың мөлшері мен түрлері жеткілікті табиғи минералдарды шикізат аталады.
Уран кендерінің құрамы мен қасиеттері оларды қайта өңдеу технологияларына елеулі түрде әсер етеді.
Уран кендері, заттың құрамының өзіндік әртүрлілігімен ерекшеленеді. Көп жағдайларда уран кендерінде бір емес, әртүрлі физика-химиялық қасиеттері бар бірнеше минералдар құрылымында кездеседі. Олардың құрамында әртүрлі ара қатынастағы уранның өзіндік минералдары да және уранның әртүрлі минерал-тасушылары да кіреді. Осыған байланысты кендерді, олардың технологиялық қасиеттері бойынша классификациялаудың үлкен тәжірибелік мәні бар. Қазіргі уақытта технология тұрғысынан әдетте, төменде қаралған белгілері ескеріледі.
Урандық минералдануды сипаты бойынша төмендегідей бөліп қарастырады: а) бастапқы кендер, уранды, құрамында көбінесе, тотығу үрдісіне ұшырамайтын эндогенді минералдар түрінде ұстайды. Бұл, мысалы құрамында негізінен төрт валентті уран бар уранинит, настуран немесе басқа уран минералдарының кендері, б) екіншілік кендер уранды, құрамында көбінесе алты валентті түрдегі экзогенді минералдар түрінде ұстайды, в) аралас кендер, құрамында әрбір топтың 75%-дан аспайтын және 25%-дан кем емес мөлшерінде уранның эндогендік және экзогендік қосылыстарын ұстайды.
Бұл бөліну мынадай нобай суреттеп береді:
1.6-кесте-Уранның химиялық валенттіліктері
Атауы
Бастапқылар
Аралас
Екіншілік
Уран (IV), %
100
75 25
0
Уран (VI), %
0
25 75
100
Урандық минералданудың сипаты, кенді гидрометаллургиялық қайта өңдеу және шаймалау үрдісінің режимін таңдап алу кезінде өте маңызды роль атқарады.
Контрастық белгі, яғни тау жыныстарының кесектеріндегі уранның біркелкі емес болуы бойынша бөліп қарастырады: а) контрастық кендер - уранға бай штуфтар мен құрамында уран мөлшері төмен сынықтардың қоспасы; б) орта контрастық - жыныс құрамындағы уранның орта мөлшерінен салыстырмалы түрде 3-5 есе асып түсетіндер; в) әлсіз контрастық кендер - жыныстық бүкіл массасы бойынша металдың салыстырмалы түрде біркелкі таралуы.
Контрастық кенді байыту кезінде маңызды, ол көбінесе шешуші роль атқарады.
Минералды түйіршіктердің өлшеміне қарай кендерді ірі түйірлі (25-300 мм), орта түйірлі (3-25 мм), ұсақ түйірлі (0,1-3мм), жіңішке түйірлі (0,015-0,1 мм), коллоидты-дисперсті (0,001мм), яғни жұқалай шашырап таралған күйде) түрлерге бөлінеді.
Бұл белгілер кендерді ұсату, байыту мен гидрометаллургиялық қайта өңдеу үрдістері үшін өте маңызды. [4]
Осы белгілер бойынша уран кендерін қазіргі заманғы классификациялау мынадай:
І сорт - өте бай кен 1%
II сорт - бай кен 1-0,5%
ІІІ сорт - орта кен 0,5-0,25%
IV сорт - қатардағы кен 0,25-0,09%
V сорт - кенеусіз кен 0,09%-дан бастап төменгі
Уранның кендегі пайыздық мөлшері - оның сапасы мен құндылығының маңызды көрсеткіші. Кен ұғымы, техниканың белгілі бір даму деңгейі кезеңінде тиісті тау жынысын экономика жағынан тиімді түрде қайта өңдеуге мүмкіндік беретін, уранның белгілі бір ең төменгі пайыздық мөлшеріне байланысты. Әдетте, І және ІІ сорттардағы кендер экономика тұрғысынан, салыстырмалы түрде үлкен арақашықтықта тасымалдау шығындарын көтереді. ІІІ және ІV, әсіресе V сортты кендерді игерілген жерінде қайта өңдеген пайдалы.
Уран кендерін, оның басқа да компоненттерін жолшылай бірге алумен қоса комплексті қайта өңдеу, уранның өнеркәсіптік ең төменгі деңгейі пайыздық мөлшерін экономикалық мүмкін шекке дейін бірден төмендетуге мүмкіндік береді. Бұл фактор кенді қайта өңдеудің нобайын таңдап алуға және кендерді жалпы технологиялық бағалауға маңызды түрде әсер етеді, мұндай ванадий, СЖЭ, алтын, кейбір басқа да түсті және сирек кездесетін металдар, фосфор қышқылы сияқты қоспалар үлгісінен көруге болады.
Осыған сәйкес, кейбірт кендерді алтынды-уранды, уранды-молибденді, уран-полиметалды, уранды-фосфатты, уранды-ванадийді және т.б. ретінде қарастырады.
Әдетте дәл осы белгі, кенді гидрометаллургиялық қайта өңдеуге арналған реагенттерді таңдауды, олардың құрамын және жалпы шығынын анықтап береді. Кендік емес құрамдардың химиялық құрамы бойынша мынадай уран кендерін бөліп қарастырады.
Өзінде құраушы жыныстың химиялық құрамы, көбінесе уран кендерін қайта өңдеу тәсілдерін таңдау кезінде шешуші мәнге ие. Мысалы, әдетте, уранды силикаттық кендерден күкірт қышқылының ерітіндісімен, карбонаттық кендерден - сода ерітінділерімен алады.
1.6 -кесте-Уран минералдары
Силикаттық және алюминийлі силикаттық
Силикаттың немесе алюминийлі силикаттық минералдар кварцының 95%-ы
Карбонаттық
Карбонаттардың аз (6-12%), орташа (12-25%) және үлкен (25%) мөлшерімен
Сульфидтік
Сульфидтердің аз (3-10%), орташа (10-25%) және үлкен (25%) мөлшерімен
Темір тотықты Фосфаттық
Өнеркәсіптік темір кендері Фосфаттардың аз (P2O5 3-10%), орташа (10-20% P2O5) және үлкен (20% P2O5) мөлшерімен
Каустобиолитті
Уранды көмірлер және қатты битумдар, көмірлі және битуминозды тақта тастар, құмдақтар және басқа да жыныстар
Жоғарыда қарастырылған өнеркәсіптік уран кендерінің негізгі белгі-нышандары, уранның химиялық концентраттарын алу кезінде айтарлықтай дәрежеде оларды (уран кендерін) қайта өңдеудің кезекті технологиясын белгілейді. Қазіргі уақытта уранның химиялық концентраттарын алудың міндетті сатылары - бастапқы кенді (кейбір жерастында шаймалауды қолдану кездерінен басқалары) бөлшектеу және ұсақтау, ұсақталған кенді шаймалау, уранды техникалық дәрежеде таза, белгілі бір қосылыстардың ерітінділерінен сұрыпты түрде негізгі үш әдісті: тұндыру, сорбциялау және экстракциялауды қолдану арқылы бөліп алу.
Уранның химиялық концентратын алудың жеке операцияларының тізбектілігі 1.6.1-суретте көрсетілген.
Кен
Бөлшектеу, ұсақтау
Байытудың физикалық әдістері
Жоғары температурада өңдеу
Шаймалау
Тұндыру технологиясы
Ион алмасу сорбциясы
Сұйықтық экстракция
Уранның химиялық концентраты
Кен
Бөлшектеу, ұсақтау
Байытудың физикалық әдістері
Жоғары температурада өңдеу
Шаймалау
Тұндыру технологиясы
Ион алмасу сорбциясы
Сұйықтық экстракция
Уранның химиялық концентраты
1.6 - сурет- Кеннен уранның химиялық концентратын алудың жалпы нобайы
1.7 Уран кендерінің механикалық өңделуі
Уран кендері құрылысының ерекшеліктері. Жалпы алғанда, уран кендерін қазып алу әдістері, басқа сирек кездесетін және түсті металдар кендерін қазу әдістеріне ұқсас. Кенді қазып алудың жабық та, ашық та түрлері бар. Сондай-ақ жер астында шаймалау әдісін де қолдану едәуір қарқынды түрде жетілдіруде. Жер астында шаймалау әдісі, кенді жердің үстіңгі қабатына алып шығуды болдырмауға және уранды шаймалауға қатысты химиялық операцияларды кендік дене шөккен орында жүргізуге мүмкіндік береді. Бұл әдістің маңызы болашақта өте зор, бірақ ол шектеулі түрде, ең алдымен уранның аса тотыққан минералдарын немесе уранды кендердің қалдықтарын шаймалау кезінде қолданылады.
Жерден қазып алынған уран кенін, сол сияқты кез-келген басқа кенді, кендік минералдар және бос жыныс, сонымен бірге, басқа да осыған дейін тексеріліп анықталған барлық белгі-нышандар сипаттап береді.
Дегенмен де уран кендері, әдетте, өзіндік ерекшеліктерге ие, ең алдымен ол ерекшеліктерге: уранның өзіндік қасиеті - шашырандылығы; уранды минералдардың бос жынысқа бекітілуінің жұқалығы (әйтсе де ол жиі 10-100 мкм-ға жетеді); химиялық реагенттермен ашудың алдында оның салқындалу қажеттігін қамтамасыз ететін, бос жыныстармен уранды минерал түйірлерін экрандау жатады. Қарама-қарсы жағдайлар да жиі кездеседі: бос жыныс түйірлері уранды минералдармен қапталады.
Жалпы жағдайда, идеалды түрде химиялық өңдеудің алдыңғы бөлшектеу мен ұсақтаудың міндеті - уранды минералды және бос жынысты физикалық бөлу болып табылады, бұл ұсақтаудың i=Dd бірнеше он мыңдаған есе орасан зор шамасы (қалдықсыз бөөлгіштік еселік) қажнт болар еді.
Бірақ іс жүзінде ешқандай мұндай күшті ұсақтау қажет етілмейді, өйткені белгілі бір дәрежеде гидрометаллургиялық қайта балқытуды тиімді жүзеге асыру үшін уранды минералдарды жартылай аршып тазалау міндетін шешу жеткілікті, бұл әдетте 0,3-0,7мм-ге дейін ұсақтаумен шешіледі. Осы жағдайда, соңынан 90-98% уран алуға болады, бұл қолайлы деп есептелінеді. Қайта ұсақтаудың зияндылығын атап өткен маңызды. Көбейіп отыратын пайдасыз шығындардан бөлек, қайта ұсақтаудың энергиялары реагенттердің шығынының артуына және шаймалаудан соң қалңан қатты қалдықты кептіру кезінде қиындықтар туындауына себепші болады. Ұсақтаудың қажетті шамасының негізгі критерийі - кезекті шаймалау кезінде уран алудың 90-98% мөлшеріне жету. Сондықтан кей кезде ұсақтаудың 0,3-3 мм шамасын шектеуге мүмкіндік болады. Ұсақтаудың осындай дәрежесі, мысалы уранды кендерді механикалық байытудың кейбір әдістерін қолдану кезінде қажет етілмейді. Мырышты немесе қалайыны гидрометаллургиялауға қарағанда, уран технологиясында алдын-ала байыту мәселесі міндетті емес, бірақ оны жүргізу техникалық жағынан пайдалы болса, қалаулы операция болып табылатынын атап өткен жөн.
Байытудың негізгі міндеті - құрамы бай концентраттарды алу болып табылатын көптеген сирек кездесетін және түсті металдардың технологияларына қарағанда, уран технологиясының мақсаты - уранды ең аз мөлшерде жоғалту арқылы қалдықты үйінділерді алу, өйткені әдетте уранды минералдардың аса жұқа үймеленуіне байланысты, құрамы бай концентраттар алу іс жүзінде мүмкін емес. Сонымен, байыту алдындағы бөлшектеудің міндеті - уранды минералдарды аршып тазалау емес, құрамында ураны жоқ бос жыныстарды физикалық түрде бөліп шығару. Бұл міндетті шешу үшін біршама бөлшекті ұсақтау жеткілікті.
Уранды минералдардың және бос жыныстардың физикалық немесе физика-химиялық қасиеттерін ажырата білу - байытудың негізі болып табылады. Мысалы, олардың әр түрлі радиоактивтілігі - уранды кендерді байытудың радиометриялық әдісінің негізі, тығыздықтарының әр түрлілігі - байытудың гравитациялық әдісінің негізі, дым тартқыштықтарының әр түрлілігі - флотациялық әдістің негізі.
Байытудың әрбір түрі өзіндік дәрежеде ұсақтауды талап етеді. Ұсақтау шектері: радиометриялық байыту үшін +300 -25 мм; бөлек шығаратын машиналарда гравитациялық байыту үшін 10-1 мм; стол үстінде гравитациялық байыту үшін -0,1 -0,07 мм; флотациялық байыту үшін -0,15 -0,07 мм.
Сонымен, ұсақтау талап етіліп отырған кеннің сипатына да, сондай-ақ оны қайта өңдеудің кезекті нобайына да байланысты. Барлық жағдайларда да шешім экономикалық көрсеткіштерге байланысты болады.
Әдетте, ұсақтауға кететін шығындар соңғы өнім құнының 10%-дан кем емес шамасын құрайды. Кендегі уран мөлшерінің 0,08%-дан кем емес төменгі шегі, біршама дәрежеде бөлшектеу мен ұсақтауға кеткен шығындармен анықталады.
Уранды кендерді, әдетте, 1000-нан кем емес ұсақтау дәрежесінде ұсақтау талап етіледі. Бірақ, ұсақтаудың мұндай дәрежесін қамтамасыз ететін механизмдер жоқ.
Бұл мәселені ұсақтаудың сатылық түрін қолдану арқылы, яғни бөлшектеу мен ұсақтаудың бірнеше сатыларын (әдетте 3-4 саты) қолдану арқылы шешуге болады.
Бөлшектеу Кен кесектерінің өлшемі, мм і ұсақтау дәрежесі
бастапқы соңғы және ұсақ
Ірі 500-300 300-100 3-5
Орта 300-100 50-10 6-10
Ұсақ 50-10 10-2 -
Жіңішке 10-2 2-0,005 50
Кеннің құрылысына алғашқы екі сатыда аз өзгергендіктен, бөлшектеудің ірі және орташа көлемдерінің нобайын, кендегі уранның үймеленуі мен мөлшерін ескермей-ақ таңдап алады. Талап етіліп отырған ұсақтау дәрежесі үшін шикізаттың қаттылығы мен ылғалдылығының сипатын ескереді.
Ірі және орта кесекті бөлшектеу үшін, талқандап езетін және майдалайтын тәртіп бойынша жұмыс істейтін, сәйкес, шағып талқандаушы және конусты бөлшектегіш машиналар мен конусты валдық бөлшектегіш машиналар аппаратура ретінде қызмет атқарады. Конусты бөлшектегіш машиналар жақсырақ, өйткені олардың жұмыс істеуі кезінде шаң аз шығады. Урандық өнеркәсіпте қолданылатын қарапайым типтегі бөлшектегіш қондырғылар кенді 19-37 мм-ге дейін ұнтақтауды қамтамасыз етеді. Бірінші сатыда көбінесе өлшемі 38х60 және 76х101 см шағып талқандаушы бөлшектегіш машиналарды пайдаланады.
Ешқандай артық нәрсені бөлшектемеу қағидасы бойынша классификациялаудың міндеттілігі: әрбір ұсақтаушы аппаратқа салғанға дейінгі және одан алғаннан кейінгі өнімді ірілік кесегіне қарай сорттау. Бұл бөлшектеуші машиналардың жүктелуін қысқартады, қайта ұсақтауды болдырмайды, бөлшектеуші машиналардың пайдал әсердің ең жоғарғы коэффициенті оптималды режимінде жұмыс істеу мүмкіндігін қамтамасыз етеді, бұл кейбір кезекті үрдістердің (флотациялық, гравитациялық байытудың, қайнау қабатын пайдаланудың және басқалары) тиімділігі үшін аса маңызды.
Классификаторлар ретінде колосникті құм елегіш, барабанды және вибрациялық құм електер қолданылады.
Тұйық циклде жұмыс істеу кезінде, ірі кесекті бөлшектеуде - 100%, ал орташа кесекті бөлшектеуде =200% құрайтын циркуляциялық жүктеу жүзеге асырылады.
Кәсіпорындардың көпшілігінде бөлшектеу қондырғылары толығымен механизацияланған және оларда автоматтық блоктау мен орталықтан басқару нобайлары бар. Кейбір кезде бақылау телевизиялық жүйелердің көмегімен жүзеге асырылады.
Жіңішке ұсақтау кезінде уранды минералдардың аршылып ашылуы, уранды минералдар мен бос жыныстардың бұзылуы маңызды орын алады, яғни материалдық сипаты өзгереді. Жіңішке ұсақтау - технолог тарапынан өте қатаң бақылауды қажет ететін, шикізатты дайындаудың ең маңызды бөлігі, өйткені бұл үрдістің нәтижелерін соңынан өзгертуге болмайды. Жіңішке ұсақталуды әдетте сулы ортада немесе сода ерітіндісінде (көбінесе қышқылдық ерітіндіде) Қ:С = 1:1 немесе 1:0,5 қатынасына сәйкес жүзеге асырады.
Ұсақтау дәрежесі соңғы өнім ұнтағының талап етілген жіңішкелігімен анықталады. Әдетте ол (жіңішкелік) 50-ге тең, бірақ кей кезде 200-300-ге жетеді.
Жіңішке ұсақтауға кететін энергетикалық шығындар өте көп. Олар барлық бөлшектеу мен ұсақтауға кететін шығындардың 75-80%-ын құрайды.
Жіңішке ұсақтау үшін соққылап және жаншылап жұмыс істейтін, құрыштың арнайы сорттарынан жасалған жұмыр шар сияқты және сымды диірмендер қолданылады. Ірі кесекті және орташа кесекті бөлшектеумен салыстырғанда, жіңішке ұсақтауды, аппаратура арқылы өткізілетін сұйық қоймалжыңның ағынының ішінде үздіксіз жүзеге асырады. Диірмендер міндетті түрде классификатормен (релелі, спиральды немесе гидроциклонды), тқйық циклде жұмыс істейді. Жіңішке ұсақтау кезінде қайта ұсақтаудың қауіптілігін жою үшін тұйық циклдің мәні артады. Циркуляциялық күш-жүгі 500-600%-ға жетеді.
Көп жағдайда жіңішке ұсақтауды флотациялық байыту фабрикасында немесе гидрометаллургиялық зауытта (мысалы, содалық шаймалауда) жүзеге асырады.
Кенді шар тәріздес және сымды диірмендерде ұсақтау кезінде құрыштың көп шығындалуына байланысты (әдетте кеннің 0,3-0,4 кгт). Кейбір уран зауыттарында 30 мм-ден бастап 0,7 мм-ге дейін ұсақтауда кендерді құрғақ өзіндік ұсақтау диірмендерін табысты қолдануда. Мұндай диірмендер құм електермен немесе классификатормен тұйық циклде жұмыс істейді. Сол мақсатпен бұрын жұмыс жасаған шар тәріздес диірмендерді енді көбінесе кендігалекті диірмендерімен ауыстыруда. Кендігалекті диірмендер және құрғақ өзіндік ұсақтау диірмендері - 75 мм-ден бастап +31 мм-ге дейінгі өлшемдегі кен кесектерін қолдану арқылы шар пайдаланбай ұнтақтауға арналған. Диірменді жабдықтайтын кен, 8 мм түйір өлшеміне ие. Мұндай диірмендерді қолдану - ұсақтайтын қондырғының өнімділігін арттыруға, құрыш шығынын азайтуға және де осылардың нәтижесінде, шаймалау кезіндегі қышқыл мен тотықтырғыш заттың шығындарын азайтуға мүмкіндік береді.
Бұл үрдістерді қолдануда, кенді шаймалауға дайындау барысында жүргізілетін операциялардың сандарын кемітумен сипатталатын, бөлшектеу-ұсақтау үрдісін жетілдірудің белгілі-бір тенденциясы байқалады. Бұл мәселеге қатысты өте маңызды, тез дамып келе жатқан бағыт - алдын-ала бір сатылы бастапқы бөлшектеуден өткен кенді өзіндік ұсақтау. Бұл үрдістің маңызды экономикалық артықшылығы - бірнеше операцияларды мысалы, ұсақтаудың бірінші немесе екінші сатысында да орта кесекті және ұсақ кесекті бөлшектеуді, аралық сатылармен байланысты конвейерлік тасымалдау мен шаң ұстау жүйесін, сондай-ақ бөлшектенген кенді бункерлеуді қысқартуды жою мүмкіндігі 1971 жылы пайдалануға енгізілген.
Кенід өзіндік ұсақтау нобайы болат (құрыш) шарларын, сымдармен және ұсақ жұмыр тастармен ұсақтаудың жақсы жасап шығарылған дәстүрлі типтік нобайларына қарағанда, индивидуальды. Бұл, сірә, үрдістің жаңалыңы мен, сондай-ақ әрбір кезекті жобада нақты бір кеннің ерекшеліктерін ескере отырып, аса жетілген және экономикалық тиімді шешімдерді іздестірумен түсіндіріледі.
1.8 Уран кендерін өндіру технологиясы
Уран табиғатынан радиоактивті металл болғандықтан оны өндіру оңай шаруа емес, сол үшін оның өндірілуіне тәсілдеріне баса назар аударылған. Қазіргі кезде мамандар әлемдік тәжірибеде уран өндірудің үш түрлі тәсілі бар екенін алға тартады. Оның бірі - ашық карьерлік әдіс, екіншісі - жабық шахталық әдіс, үшіншісі - жерасты шаймалау әдісі.
Алайда бұдан бөлек уран кенін өндіруде, жер бедерінің ерекшелігіне байланысты қолданылатын тағы басқа көптеген түрлері бар. Мәселен, қысыммен қышқылдық шаймалау әдісі, бұл әдістің ерекшелігі уран кенін шаймалауға күкірт қышқылы көп кететін болғандықтан, шығынын азайту үшін оттегі қысымымен қиын өңделетін уран титанатын, темір және жердегі сирек металдары бар комплексті кенді шаймалауға болады. Тағы бір кеңінен таралған әдіс карбонаттық немесе содалық шаймалау, бұл әдіс қолданылуы жағынан қышқылдық шаймалаудан кейінгі екінші орында тұр. Келесі бір уран өндіру әдісінің бірі үйінді ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz