Часть 1: здесь.
Технологическая цепочка получения топлива для реакторов АЭС
Самое важное. Самое полезное. Самое интересное...
Часть 1: здесь.
Технологическая цепочка получения топлива для реакторов АЭС
Уран на месторождениях Казахстана песчаникового типа добывается методом подземного выщелачивания. Рудные поля разрабатываются до глубины 700 м. Содержание урана в них от 0,005 до 0,06%, редко до 0,1%. это очень бедные руды (very low-grade ore). В рудные пласты закачными скважинами подаётся слабый раствор серной кислоты с кислородом, что приводит к растворению урансодержащих минералов. Образовавшийся субстрат выкачивается добывающими скважинами. Это позволяет за 3–5 лет извлечь из разрабатываемого участка рудного поля до 70–90% урана. Из продуктивного раствора извлекают урансодержащие минералы и получают урановый концентрат — жёлтый кек (45–50% урана). Жёлтый кек подвергается аффинажу с получением закиси-окиси урана (U3O8), кристаллического вещества, устойчивого к действию кислот (84–87% урана). Это товарная продукция всех рудников мира. Именно закись-окись урана фигурирует в мировой статистике его ресурсов, запасов, добычи, продажи и цены.
На следующем этапе получения топлива закись-окись урана подвергают конверсии и превращают в газ гексафторид урана (UF6), который является исходной субстанцией для обогащения. Последняя технологическая операция приводит к увеличению содержания в уране газа его радиоактивного изотопа U-235 с природного (0,72%) до 3–5%. Гексафторид обогащённого урана хранят в специальных контейнерах, в так называемых Банках ядерного топлива. Из него изготовляют топливные таблетки — оксид урана (UO2), которые помещают в трубки из циркониевого сплава. Это и есть тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ), главный конструктивный элемент ядерного реактора. ТВЭЛы объединяют примерно по 200 штук в законченные топливные сборки, готовые для использования на АЭС. Сборки, конструктивно ориентированные на конкретные типы реакторов, являются товарной продукцией всей технологической цепочки получения топлива.
Считается, что добыча урана методом подземного выщелачивания является экологически чистой. Это действительно так. Серная кислота в рудном пласте переводит урансодержащие минералы в растворимые соли. Та её часть, которая не была задействована в этом процессе, вступает в реакцию с карбонатами. Небольшое их количество всегда присутствует в песчаниках. Результатом реакции является гипс. То есть, серной кислоты в пласте гарантированно не остаётся. Раствор, оставшийся после извлечения урансодержащих минералов, закачивают в выработанные пласты рудного поля. Таким образом, баланс химических элементов в последних практически не меняется. Извлекаются урансодержащие минералы, а добавляется немного серы, которая приводит к увеличению в пласте процентного содержания гипса. На самом руднике ведётся строжайший контроль всех его систем. Он облегчается тем, что малейшие утечки продуктивного раствора легко выявляются радиометрами. Но проблемы, конечно, имеются. Не вся жидкость с растворёнными солями урана выкачивается из пластов добывающими скважинами. И автору настоящего текста не понятна дальнейшая «химическая жизнь» этой субстанции. В специальной литературе этот вопрос не рассматривается. Решение обозначенной проблемы видится только одно. Метод подземного выщелачивания должен применяться для гидродинамически изолированных рудных пластов. А это гарантированно обеспечить невозможно. Теоретически жидкость с растворёнными солями урана может мигрировать за пределы рудного поля вплоть до поверхности земли. То есть не имеется 100% гарантии экологической чистоты метода подземного выщелачивания урана.
В СССР уран добывался в основном в шахтах или карьерах. А это горные выработки, отвалы, хвостохранилища и шламонакопители. Эти последствия добычи урана имеют повышенный уровень радиации и представляют большую экологическую угрозу. Их необходимо рекультивировать по довольно сложным и трудозатратным технологиям. То есть рекультивация территорий, подвергшихся воздействию уранодобывающих производств, является одной из технологических цепочек получения топлива для реакторов АЭС.
Проекты Казахстана в ядерной энергетике
Совместные проекты «Казатомпрома» и «Росатома» рассмотрены в . Здесь мы их кратко обозначим.
1. Добыча урана внучкой «Росатома» Uranium One в составе СП с «Казатомпромом». В 2013 г. её добыча составила 4915 т урана (21,8% от общей добычи урана в Казахстане и 49,6% от его добычи иностранными компаниями).
2. Обогащение урана «Казатомпромом» на «Уральском электрохимическом комбинате» (с сентября 2013 г.).
3. Совместное с «Росатомом» строительство на территории Казахстана АЭС мощностью 1200 МВт (меморандум).
4. Развитие сотрудничества в сфере добычи и производства редкоземельных металлов (меморандум). У Uranium One имеется конкретный проект добычи скандия.
5. Развитие сотрудничества в сфере альтернативной энергетики (совместное заявление).
Таким образом, интеграция России и Казахстана по состоянию на сегодня охватывает сегмент технологической цепочки от добычи урана до его обогащения. В будущем будет включать и производство электроэнергии на АЭС.
Но у Казахстана имеются и другие проекты в этой области, не завязанные на «Росатом».
1. На Ульбинском металлургическом заводе с советских времён ведётся производство топливных таблеток.
2. С канадской Cameco Corporation , которое будет производить гексафторид урана. Конверсионное производство создаётся на базе Ульбинского завода в 2016 г. На полную мощность (12 тыс. т гексафторида урана в год) оно выйдет в 2018 г.
3. В июне 2008 г. подписано соглашение с французской Areva по созданию СП, которое на базе того же Ульбинского завода построит производственную линию изготовления топливных сборок мощностью 1200 т урана в год. Производство будет включать отдельную линию мощностью 400 т урана для реакторов французского дизайна. Соглашение с Areva включает и оговорённые объёмы добычи урана СП «Катко» (Areva — 51%) — , всего 120 тыс. т. В 2012 г. добыто 3,6 тыс. т. В 2013 г. планировалось добыть 4,0 тыс. т. На конец 2013 г. СП «Катко» добыто . Доля Areva в добыче СП составляет 2000 т, что соответствует четверти годовой потребности французских АЭС. При планах общей добычи 120 тыс. т доля Areva составит 60 тыс. т. Отметим, что на французских рудниках всего добыто 74 тыс. т урана. Это и есть цена вопроса участия Areva в проекте добычи урана в Казахстане.
4. Начались практические работы по размещению на территории Казахстана международного Банка ядерного топлива МАГАТЭ.
Казахстан уверенно идёт к формированию всей технологической цепочки получения топлива для АЭС.
Для добычи урана методом подземного выщелачивания нужны большие объёмы серной кислоты. В Казахстане её производство находится на высоком уровне. Тем не менее в последние годы оно отставало от потребностей. В 2012 г. произведено 1,5 млн т кислоты, импортировано (в основном из России) — 517 тыс. т (минимальная цена — 200 долл. за тонну). Примерно 80% кислоты использовано при добыче урана. Но уже в 2013 г. потребности серной кислоты при его добыче составили порядка 2 млн т. В первом . А в августе ТОО «Казфосфат» по производству кислоты мощностью 600 т в год. В конце текущего года на Степногорском горно-химическом комбинате планируется запустить производство серной кислоты . То есть в 2015 г. Казахстан полностью обеспечит свои потребности в ней. Сырьём для производства серной кислоты являются отходящие газы цветной металлургии («Казахмыс», «Казцинк») и комовая сера («Казфосфат», Степногорский комбинат), получаемая в процессе очистки нефти месторождения Тенгиз.
В области добычи урана Казахстан имеет и собственные технологические разработки. Одна из самых ярких — создание мобильного комплекса по переработке растворов подземного выщелачивания ( в июне текущего года). Он предназначен для добычи урана на месторождениях, находящихся на значительном удалении от стационарных перерабатывающих комплексов. Производительность — около 20–25 тонн урана в год. На основе мобильных комплексов появляется возможность разработки небольших по запасам месторождений урана.
Кто и как пришёл в Казахстан
Историю добычи урана в Казахстане «Росатомом» и Uranium One мы рассмотрели в . Уран в Казахстане добывают (в составе СП) и другие иностранные компании: японские консорциум энергетических компаний Energy Asia Limited., компании Sumitomo Corporation и The Kansai Electric Power Co., китайская CGNPC Uranium, а также упомянутые ранее Areva и Cameco. Японские компании получили доступ к добыче урана в Казахстане по схеме «активы на активы». В мае 2007 г. о сотрудничестве «Казатомпрома» с японскими фирмами, а в августе этого года японская Toshiba Corp. уступила ему (за 540 млн долл.) , специализирующейся в области электроэнергетики, в том числе в строительстве АЭС и производстве для них топлива. В работе японских компаний в Казахстане имеются и элементы СРП. В доля Energy Asia Limited составляет 95%, «Казатомпрома» — 5%. Работы на 100% финансируются японским консорциумом. При этом он получает 70% добытого урана. Соглашение подписано до 2025 г. с правом его продления ещё на 20 лет.
Китай работает в Казахстане по схеме «активы и продажа сырья (нефть, уран, руды) на кредиты»: «Нурсултан Назарбаев о привлечении инвестиций из Поднебесной в размере 43 млрд долларов, а это практически в 2 раза больше всех финансовых средств, вложенных китайскими компаниями в экономику нашей страны за 20 лет» (19.05.2014 г.). В 2009 г. о поставках в Китай до 2020 г. 24,2 тыс. т урана. Но эта цифра будет многократно превышена. В 2012 г. . В 2013 г. — 18 968 т. В том числе из Казахстана 9613 и 14 981 т соответственно. То есть казахстанский уран составляет 74–79% от всего урана, импортированного Китаем. С другой стороны, из Казахстана поставляется в Китай 46–67% от всего добытого урана. Китайская компания CGNPC Uranium участвует в разработке всего одного уранового (CGNPC Uranium — 49%, «Казатомпром» — 51%). По условиям соглашения весь добытый уран поставляется в Китай.
Чётко проявились разные схемы участия иностранных компаний в урановой сфере Казахстана. Американская компания UrAsia Energy Ltd. применила коррупционную схему, хорошо работающую в «банановых республиках». Наверняка она включала и «активы на политические уступки» (отказ США от жёсткой критики политического устройства Казахстана и прямой поддержки оппозиции). Cameco Corporation и Areva добывают в Казахстане уран и имеют планы создания производства высокотехнологических урановых продуктов. Это схема «активы на технологии». Китай работает с Казахстаном по схеме «активы и продажа сырья на кредиты». Японские фирмы — «активы на активы». Россия предложила взаимовыгодную кооперацию государственных компаний «Росатом» и «Казатомпром». Эту схему можно назвать «активы и кооперация на активы и кооперацию». Войти в фактически распределённую сферу добычи урана в Казахстане и занять в ней достойное положение «Росатом» смог путём поглощения её «слабого звена». Им оказалась американская UrAsia Energy Ltd. (Uranium One). Желание США «хапнуть» на территории Казахстана урановые рудники, привело, в конечном счёте, к попаданию одного из их лучших рудников в собственность «Росатома».
А кто сегодня является в Казахстане «слабым звеном»? Похоже, что японские фирмы. Они получили доли в рудниках за счёт разовой сделки (обмена активов) и не вписаны в какую-либо развивающуюся систему взаимовыгодных отношений с Казахстаном. Но с другой стороны … Реально Cameco Corporation и Areva получили активы в Казахстане по схеме «активы на обещание технологий». Будут ли они переданы? Для передачи относительно простой технологии конверсии окиси-закиси урана в его гексафторид нужно разрешение правительства Канады. Скорее всего, эта технология будет передана. Но имеются сомнения в реализации Areva плана создания на территории Казахстана производства топливных сборок, являющихся конечным продуктом технологической цепочки получения топлива для АЭС. Здесь аккумулируется основная часть прибыли. Соглашение о создании СП с Areva подписано в 2008 г. Но оно пока не создано. Не определены и сроки начала создания соответствующего производства. При этом Areva уже получила в Казахстане 10 тыс. т урана и будет его получать в обозримой перспективе по 2 тыс. т в год при крайне низких ценах на эту продукцию. Но не будем слишком пессимистичными. Пока у Казахстана в ядерной сфере реализуются все его планы. Лишь отметим, что у «Казатомпрома» сотрудничество с Cameco Corporation и Areva в области технологий только планируется, а его сотрудничество с «Росатомом» уже имеет практические результаты. «Казатомпром» получил долю в «Уральском электрохимическом комбинате» (12,5%) и начал в 2013 г. обогащать на нём свой уран. от его поставок потребителям.
Не всё так радужно
Итак, Казахстан — главный производитель урана в мире. В 2012 г. он добыл 21 317 т урана (38,3% от его добычи в мире). На мировом рынке средняя цена урана в 2012 г. была примерно 125 долл./кг. Стоимость добытого урана составила 2,7 млрд долл. А кто его главный потребитель? Европа. Свои месторождения урана европейские страны (без Украины) выработали к середине 90-х годов прошлого века. Добыли 460 тыс. т урана. Для своих АЭС им нужно (32% мировой потребности в нём). На этом примере можно показать один из парадоксов урана как топлива для АЭС. Европейцы тратят на уран для своих АЭС «смешные деньги», в 2012 г. всего 2,7 млрд долл., столько же, сколько имеет Казахстан от его продажи. А в марте текущего года цена урана составляла примерно 90 долл./кг. При такой цене европейцам придётся заплатить за уран в текущем году 1,9 млрд долл., столько же, сколько за 5 млрд куб. м российского газа или 2,4 млн т нефти. Диспропорции цен на энергоносители поразительные.
Родился в 1952 г. в Узбекистане. Живёт в Оренбурге. Сфера профессиональной деятельности: поиск, разведка и эксплуатация месторождений нефти и газа. Кандидат геолого-минералогических наук.
© 2009 Технополис завтра
Перепечатка материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши правила строже этих, пожалуйста, пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.
