Урану на всіх не вистачить. Як дефіцит сировини загальмував атомну енергетику?

Для запланованого відновлення атомної енергетики немає сировини. Видобуток урану зростає повільніше за амбіції великих країн.

Історія атомної енергетики – це про Атланта, який досі не розправив плечі. Ядерні реактори вважаються чистими, стабільними та дешевими в експлуатації, однак цій технології так і не судилося підкорити світ.

Спочатку її розвиток спіткнувся об трагедію на атомній електростанції (АЕС) Three Mile Island у 1979 році, через яку США на 33 роки припинили будівництво нових реакторів. Через сім років сталась аварія на Чорнобильській АЕС, яка налякала весь світ.

Добила крихку репутацію атомних електростанцій аварія на ” Фукусіма-1 ” у 2011 році. І хоча людських жертв там майже не було, вона подарувала “зеленим” політикам аргументи для масового переходу на альтернативні джерела електроенергії.

Побудовані раніше АЕС закривали після вичерпання їх ресурсу або навіть раніше. А нових реакторів майже не будували.

Лише велика війна в Україні, і спровоковане діями росіян подорожчання нафти та газу змусили світ повернутись до “мирного атому”. У наступні 17 років World Nuclear Association ( WNA ) очікує зростання виробництва ядерної енергії на 75%.

На шляху до будівництва сотень нових атомних реакторів чимало випробувань. Видобуток урану зростає повільніше за амбіції великих країн, а складні ланцюги постачань ядерного палива вже потерпають від війн, санкцій та державних переворотів.

Відродження атомної енергетики

Світ взяв курс на зменшення викидів вуглецевого газу, а отже – заміну “брудних” вугільних станцій та мазуту, на які наразі припадає близько 40% виробництва електроенергії на планеті.

Самих лише вітряків та сонячних панелей недостатньо, адже їх потужності залежать від погоди. Відновлювальна енергетика стане надійною лише через кілька десятиліть після поширення технологій зберігання та перерозподілу енергії. А поки потрібне принаймні одне стабільне джерело електрики.

Ідеальним варіантом довгий час вважався газ. Саме під блакитне паливо будували свою енергетичну інфраструктуру країни Заходу та Азії. І досить скоро про це пошкодували.

Росія, ключовий експортер газу, перекрила постачання у Європейський Союз та “зламала” весь світовий ринок блакитного палива. Тож ЄС почав купувати скраплений газ, притягуючи до себе все більше танкерів, та розкручуючи ціни до рекордних показників.

Міні-АЕС для України: чи врятують країну малі модульні реактори, про які згадував Зеленський

В останні роки держави все частіше використовують торгівлю енергоносіями як зброю. Країни, які не мають власного видобутку газу та вугілля, кинулись шукати острівець стабільності. І знайшли його в атомній енергетиці.

Чудовий приклад – Японія . Після аварії на АЕС “Фукусіма-1”, влада закрила більшість ядерних реакторів та зменшила частку атомних станцій у виробництві електрики з 30% до 4%. Енергосистему перебудували під природний газ та вугілля, які купували на світовому ринку.

У підсумку країна страждає від зростання цін на енергоносії та змушена йти на компроміси з державою-спонсором тероризму , купуючи російський скраплений газ. А у випадку воєнного конфлікту в регіоні вся енергетика країни опиниться під загрозою через вразливість портів.

Все це підштовхнуло владу до відродження в Японії атомної енергетики. До перезапуску готують близько 20 реакторів. За планом, вже у 2030 році АЕС вироблятимуть 20-22% електроенергії країни.

В подібній ситуації опинилась й Туреччина . Країна намагається пом’якшити свою залежність від імпорту газу та вугілля, реалізуючи великі атомні проєкти з росіянами та китайцями .

Китай постійно зростає та потребує більше енергії, однак 60% електрики виробляє з вугілля. Влада планує відмовитись від цього енергоносія до 2060 року. Щоб замінити вугільні електростанції, країна планує будувати шість-вісім нових ядерних реакторів на рік. Разом в Китаї та Індії зараз будують 29 з 57 нових реакторів, які зводять по всьому світу.

Ще кілька років тому Сполучені Штати взяли курс на продовження терміну служби своїх АЕС, а також розвиток технологій малих модульних реакторів . Вони будуть дешевшими, простішими у будівництві та комерційно привабливішими. На їх будівництво та випробування в США видаватимуть мільярди доларів державних субсидій.

Після палких дискусій атомний “злам” стався і в Євросоюзі . Група країн на чолі з Францією домоглася включення атомної енергетики до списку екологічно чистих, чим поліпшила галузі доступ до фінансування з боку інвесторів та урядів. “Зламу” сприяла газова війна з Росією та прагнення блоку першими досягти “вуглецевої нейтральності”.

З великих країн в опозиції до атомки стоїть хіба що Німеччина, яка цьогоріч під тиском “зелених” закрила всі свої АЕС. Щоправда, повного політичного консенсусу по цьому рішенню там немає. Вже лунають заклики не демонтувати німецькі реактори, а лише законсервувати їх.

Загалом можна стверджувати, що в атомну енергетику нарешті повірив увесь світ, тож потреба у ядерному паливі кратно зростатиме. І це – перший виклик для галузі.

Дефіцит урану

Для виробництва електрики з вугілля або газу потрібно купити сировину та з мінімальною обробкою доставити до місця спалювання. З ядерним паливом ситуація інша. Уранову руду спочатку добувають, обробляють кислотою, роблять конверсію, збагачують і лише потім створюють “капсули” з ядерним паливом.

Обробка урану є капіталомісткою та складною, тому на глобальному рівні цим займаються лише кілька компаній: дві міжнародні – Orano та Urenco, а також “Росатом”. Для нарощування виробництва палива доведеться інвестувати в увесь технологічний ланцюг, а не тільки у видобуток сировини.

І проблеми можуть початись вже на першому етапі. Профільна асоціація WNA попереджає про дефіцит урану, якщо не буде інвестицій у розробку нових шахт.

Річ у тім, що видобуток урану зазвичай відстає від попиту. У 2022 році шахти покрили лише 74% потреби АЕС. Решта припадає на вторинні джерела сировини: повторно перероблений “збіднений” уран, комерційні запаси та високозбагачений уран з ядерних арсеналів.

Уран, який діставали з ядерних ракет та переробляли на паливо, довгий час був одним з ключових джерел сировини для АЕС. У 1993 році США та Росія розпочали програму “Мегатони у мегавати”, за якою 20 тисяч ядерних боєголовок “переплавили” в енергетичний уран. В останні роки дії програми лише російський “збройний” уран забезпечував 13% світового попиту, витісняючи видобуток з уранових шахт.

У 2013 році російсько-американська угода завершилась. “Збройний” уран почав закінчуватись, але видобуток на шахтах не зріс – все зіпсувала аварія на “Фукусіма-1”. Таким чином уранові шахти протягом десятиліть залишалися недоінвестованими, а фінансування розвідки нових родовищ впало в рази.

Нові ядерні реактори потрібно не тільки запустити, але й зробити для них стратегічні запаси палива на роки вперед, як того вимагають норми безпеки. Отже, зараз світу потрібно багато урану і якомога швидше. WNA очікує , що до 2040 року попит на цю сировину подвоїться.

В ядерних арсеналах по всьому світу залишається близько 1500 тонн високозбагаченого урану. Якщо переробити половину з них у ядерне паливо, цього вистачило б покрити світовий попит на кілька років. Але сьогодні важко уявити, що ядерні країни підуть на масове скорочення арсеналів, адже ситуація у світі спонукає лише до їх нарощування.

З одного боку попит на уран зростатиме найшвидшими темпами за останні десятиліття, а з іншого – світ не матиме “плеча” у вигляді розбавленого “збройного” урану. Первинний же видобуток сировини страждає від хронічного недофінансування.

Вихід один – підвищити ціни, щоб привабити інвесторів. Лише за рік вартість урану на спотовому ринку зросла майже на 40% – до 73 дол за фунт (0,45 кг). І це лише початок.

Економічні складнощі не є вироком для галузі, однак це може загальмувати її розвиток. Ба більше, напруга, яка супроводжуватиме вирішення проблем з забезпечення ураном, зробить атомну енергетику вразливою перед ще одним викликом – геополітичним.

Війни, санкції та державні перевороти

Ядерні технологічні ланцюги розкидані по всій Земній кулі. І це велика проблема для світу, який все більше потопає у війнах та використовує торгівлю як зброю.

46% уранової руди добувається в Казахстані. Ця країна позиціює себе як нейтральна і не погрожує припиненням постачань. Однак логістичні шляхи до ЄС пролягають через РФ. Спроба західних компаній знайти альтернативні маршрути вже призвели до затримок . До того ж країну, затиснуту між Росією та Китаєм, важко назвати стабільною – у 2022 році там сталась спроба державного перевороту.

4% видобутку зосереджено у Нігері, де нещодавній державний переворот уже вдарив по постачанням урану для Франції. Частка здається невеликою, але в умовах напруженого ринку втрата цих обсягів може ще більше підігріти ціни. Ще 8% уранової руди добувається в Росії та Китаї, які зараз конфронтують із західними країнами.

На території України зосереджено 2% світових покладів урану. Це більше, ніж у будь-якій країні ЄС. Близькість до ринків збуту та високі світові ціни з роками стимулюватимуть і вітчизняну ядерну галузь.

Видобуток урану – це лише половина проблем. Картина стане ще складнішою, якщо подивитись на країни, які його збагачують. Передове місце тут посідає Росія, на заводи якої припадає третина всього світового збагаченого урану.

Захід боїться вводити санкції проти “Росатома”. Чому?

Росія володіє найбільшою кількістю вільних потужностей зі збагачення, а також єдина у світі здатна виробляти високопробний низькозбагачений уран (HALEU). Саме на ньому мають працювати новітні американські малі модульні реактори. Це вже не кажучи про те, що РФ є постачальником палива для 18-ти ядерних реакторів у країнах ЄС.

Оскільки “Росатом” є компанією-рейдером, яка захопила найбільшу в Європі Запорізьку АЕС, рано чи пізно вона опиниться під санкціями. Навіть загроза такого сценарію гальмує розвиток галузі та інвестиції в неї.

Майбутнє атомних електростанцій світу залежатиме від боротьби з геополітичними викликами та швидкістю перебудови технологічних ланцюгів під нові реалії. Отже, боротьба атомної енергетики тільки починається.

✅Уранова руда: способи видобутку, застосування, найбільші родовища

У період “холодної війни” між СРСР і Америкою, що супроводжувалася також перегонами озброєнь, вінцем зброї масового ураження в обох сторін стали атомні бомби. Їх безпрецедентна міць, а також відомі всім зі школи п’ять вражаючих факторів стали можливі завдяки закладеному в бомбі хімічному елементу Урану (U).

Однак, як виявилося, в наш час у цього радіоактивного елемента є і безліч інших застосувань. А оскільки в чистому вигляді уран не зустрічається, поговоримо з вами про його видобутку з уранових руд.

Відмінності по насиченості

Уранова руда – це корисні копалини, або ж мінерали, які містять частинки урану в кількості, достатній для економічно вигідної їх обробки. Іншими словами, чим більше частка цього важкого металу в одиниці руди, тим дешевше обійдеться його видобуток.

У плані насиченості ураном, руди бувають позабалансовими, убогими, рядовими, багатими і супербагатими. І якщо в гіршому випадку концентрація може ледве досягати 0,03 від одного відсотка породи, то в кращому випадку концентрація дорівнює третині відсотка.

Види уранових руд

У даних руд досить широка Класифікація. Крім вищеописаних відмінностей по насиченості, також існують відмінності по виду хімічних сполук, що містять уран, за параметрами зернистості, а також за умовами освіти.

Отже, згідно з хімічною класифікацією, можна розпізнати залізо-окисну, карбонатну, каустобіолієву, силікатну і сульфідну руди. Від даних видів руди буде залежати також і спосіб переробки. Карбонатні руди обробляються за допомогою содового розчину, залізо-окисні – плавляться в доменних печах, а на силікатні впливають кислотами.

Зернистість руди впливає на подальший спосіб збагачення. Руда урану може мати зерна довжиною в поперечнику від 0,015 мм (така зветься дисперсної) і аж до 25 мм, і вище (грубозерниста).

Уранова руда: способи видобутку, застосування, найбільші родовища

Ну а згідно умов утворення, всі руди діляться на три типи: метаморфогенні, екзогенні і ендогенні. Перші виходять через зміщення уранових руд з початкових позицій.

Другі утворюються безпосередньо на земній поверхні завдяки руху підземних вод і акумуляції опадів. А треті – з’являються, завдяки пегматитовим розплавам при високих температурах і вологості. Типи утворення уранових руд частково також впливають на методи їх добування, про які розповімо нижче.

Способи добування урану

Щоб витягти на світ Божий речовини, що містять один і найважчих металів, існує три класичних способи: відкритий, підземний і вилуговування.

Відкритий тип видобувачі використовують у випадках, коли родовище залягає не надто глибоко, до 50 метрів. Тут на допомогу приходять важкі машини, на зразок самоскидів, бульдозерів і навантажувачів, в результаті спільної роботи яких з’являється величезний котлован. Мінусами даного способу є більш низька якість видобутих копалин, а також завдання шкоди по екології місцевості.

Підземний тип, не мудруючи лукаво, полягає в пробиванні шахти (іноді на глибину до двох кілометрів), з подальшим витяганням руди з підземних надр. Більш витратний спосіб, в порівнянні з першим.

Адже потрібно ще забезпечити існування на таких глибинах шахтарям, організувати систему подачі кисню, відведення токсичного газу, радону, і так далі. Але руда, що видобувається тут, є рудою більш високого сорту.

Самий екологічний і найефективніший спосіб-вилуговування. У родовище урану, пробуривши попередньо свердловину, підводять по трубах луг. Вступивши в реакцію з нашим “радіоактивним скарбом”, отримуємо вилужений уран.

Вийшло нове з’єднання насосами викачується наверх. Недоліком же цього методу є те, що його можна використовувати тільки на породах пісковика і тільки в тому випадку, якщо мета видобутку знаходиться нижче рівня підземних вод.

У роботі з ураном слід дотримуватися всіх необхідних заходів безпеки, включаючи носіння костюмів радіоактивного захисту. Адже навіть в маленькій кількості цей елемент є токсичним і радіоактивним.

Видобуток урану в світі

Світове лідерство з видобутку урану утримує зараз Австралія зі своїм родовищем Олімпік Дам, що приносить до трьох тисяч тонн металу на рік. В Австралії зосереджена третина світових ресурсів з видобутку урану.

Далі – Казахстан, практично з 12% від загальносвітового видобутку. Найвідоміші локації з видобутку:

І почесна бронза дістається країні з двома орлами на гербі. У Росії зосереджено близько десятої частини уранового потенціалу землі. Що стосується місць видобутку, в основному, дані заходи відбуваються в Респуліці Бурятія, в Читинській області, а також на Ямалі.

Відомі російські джерела видобутку урану:

• Дибринське.
• Істочне.
• Колічканське.
• Кореткондинське.
• Намаруське родовища.

Застосування урану

Застосовувати ж такий, здавалося б, небезпечний хімічний елемент, можна далеко не тільки у військовому ремеслі. Бурий, жовтий, зелений, і чорний пігменти для звичайних художніх фарб виготовляються на урановій основі. Художникам, для створення відмінних картинок, даний елемент дуже корисний.

Також уран застосовується при створенні фотографій, злегка додають його при створенні кольорових стекол. Ну і, звичайно ж, ядерний двигун, ядерний реактор. Адже енергія, яку дає цей елемент, полягає не тільки в потужності ядерних бомб, а й в атомних електростанціях, здатних забезпечувати живленням цілі міста.

Таблиця з поясненнями на тему “Уранова руда: Видобуток, застосування та головні родовища”

Висновок

Уранова руда є ключовим ресурсом для сучасної енергетики та багатьох галузей промисловості. Видобуток та переробка урану вимагають застосування різноманітних технологій та строгого дотримання екологічних та безпекових норм. Хоча уран має важливе значення для виробництва ядерної енергії, це також викликає занепокоєння щодо екологічного впливу та ризиків для здоров’я.

Економічне значення уранових родовищ є величезним, особливо для країн з великими запасами цього мінералу, таких як Казахстан та Канада. Водночас, управління цим ресурсом вимагає відповідального підходу, з урахуванням не тільки економічного потенціалу, але й можливого впливу на навколишнє середовище та здоров’я людини.

Де видобувають уранові руди у світі

Світ: потреби та запаси

На сьогодні, за даними МАГАТЕ, у світі експлуатується 451 ядерний реактор (у 31 країні світу), які загалом виробляють близько 11% світової генерації електроенергії. Хоча ряд країн відмовляється від використання ядерної, як і від теплової енергії, та тримаєть курс на відновлювальну.

Відмова від електроенергії, виробленої на ТЕС, зумовлена, в першу чергу, необхідністю зменшити забруднення атмосфери продуктами горіння вугілля та знизити темпи глобальних кліматичних змін, адже за прогнозами, підвищення температури на планеті може зрости на 39% до 2050 року. За таких умов потреба у чистій низьковуглецевій енергії буде ще актуальнішою, ніж нині. А тому варто думати про мінімізацію використання вугілля, доповнюючи енергетичний профіль країни чистішими маневровими джерелами.

Немає нічого дивного в тому, що при наявному нині тренді на енергію сонця, вітру та води, країни, наші сусіди (у тому числі й найближчі) прагнуть досягнути збалансованого енергетичного міксу й планують посилити власну енергетичну галузь потужностями атомної енергетики. Так, зокрема, Польща висловлює намір будувати АЕС, а в Білорусі вже зовсім скоро буде введено в експлуатацію два реактори ВВЕР-1200.

Спорудження атомних енергоблоків у свою чергу означає збільшення попиту на ядерне паливо. На сьогодні відомими є три види ядерного палива – уранове, торієве та плутонієве. Два останні види не використовуються через ряд причин, хоча й розглядаються як перспективні. У зв’язку з цим уранове паливо залишається єдиним, яке нині експлуатується на ядерних реакторах світу, а відтак попит та ціна на уран зростатимуть. За деякими підрахунками, сумарна потреба в урані станом на 2030 рік може становити від 50 до 140 тонн на рік. Сьогодні ж, за даними МАГАТЕ, загалом у світі видобувається близько 60 тис. тонн урану щороку і, за оцінками вчених із Агентства з ядерної енергії (ААЕ) та МАГАТЕ, при збереженні актуального рівня динаміки попиту на уран, світових запасів (без урахування запасів нерозвіданих родовищ) вистачить приблизно на 118 років.

Станом на 2018 рік уран видобували 20 країн з-поміж 170 членів МАГАТЕ. Лідерами з видобутку урану вже упродовж тривалого часу залишаються Казахстан, Канада й Австралія, які загалом видобувають близько двох третин урану у світі. Проте збагаченням урану й виробництвом ядерного палива займаються виключно кілька країн.

Розподіл світових запасів урану. Мапа МАГАТЕ

Хто і де в Україні видобуває уранову руду?

Урановидобувна промисловість України розвивається за Державною цільовою економічною програмою «Ядерне паливо України». Останніми роками видобуток урану в нашій країні коливається приблизно в межах від 500 до 800 тонн на рік, що не дозволяє забезпечити потреби вітчизняної атомної енергетики навіть на 50%. Брак власного урану Україна покриває за рахунок імпорту з Росії та Казахстану, а також закуповує ядерне паливо у компанії Westinghouse, але планів забезпечити себе ураном власного видобутку не полишає.

Загалом потреба в урановому оксидному концентраті для українських АЕС становить 2,5 тис. тонн на рік. Щоб зрозуміти логіку, наведемо приклад: реактор потужністю 1000 МВт, працюючи з навантаженням близько 80% , потребує 20 тонн ядерного палива зі вмістом 3,5% урану-235. Щоб отримати такий об’єм ядерного палива, необхідно провести збагачення приблизно 153 тонн природного урану. Варто зауважити, що, у свою чергу, для отримання 1 тонни оксиду урану U₃O₈ і руди зі вмістом урану-235 0,1% слід добути з надр близько 1000 тонн руди.

Нині Україна посідає перше місце за покладами уранових руд в Європі. За даними, які наводить World Nuclear Association, вони становлять 114 100 тонн, що складає 2% від світових запасів, та посідають 11 місце у світі. Загалом відомо 14 типів уранових руд та більше 100 уранових мінералів, проте промислове значення мають лише 12 із них, серед яких найважливіше значення мають уранова смолка, ураніт та карнотит.

Якщо взяти до уваги факт, що вартість урану станом на червень 2020 року на світовому ринку становить близько 33,15 доларів США за фунт (73,06 доларів за 1 кілограм), проти ціни на початок квітня близько 29 доларів за фунт (63,91 доларів за 1 кілограм), то справа виглядає для нашої країни не так уже й погано. Єдиними конкурентами України в Європі в цій галузі є Чехія, яка не так давно добувала близько 300 тонн урану щорічно, та Румунія, яка видобуває близько 80 тонн уранового оксидного концентрату та повністю забезпечує потреби власних АЕС.

Шахта «Інгульська». Джерело: nfuel.gov.ua

Та ціни на уран зараз не відзначаються стабільністю. У 2016 році вони сягнули мінімальної позначки, та й зараз ціна не є достатньо високою. До того ж, як зауважує Брет Молдован, спеціаліст МАГАТЕ з уранового виробництва, «упродовж останніх кількох років накопичився надлишок запасів уранового концентрату, що призвело до зниження цін. Це було викликано високими темпами виробництва разом зі зниженням попиту. А тому, за актуальної ціни на уран, експлуатувати багато рудників економічно недоцільно». Через це багато уранових рудників переведено у режим утримування та обслуговування. Таким чином, можна сказати, що уранова криза – проблема, притаманна не лише Україні.

В Україні поклади уранової руди містять до 0,1% урану. За даними ліцензіата Східного гірничо-збагачувального комбінату (СхідГЗК), за хімічним складом наші руди є алюмосилікатними, малозалізистими, монометальними. До прикладу, канадська руда, поклади якої значною мірою локалізовані у басейні Атабаска на півночі Сасквачевану та пов’язані з докембрійськими кварцовими конгломератами, середня концентрація урану складає ж 0,08% (від 0,03 до 0,18%), а австралійська містить до 0,2% і більше урану та головним її компонентом є мідь, а уран, золото та срібло добуваються супутньо. Вона складається із середньо-зернистого халькопіриту, борніту, халькозину, дрібнозернистої уранової обманки та бранериту, а також золота, срібла та рідкоземельних мінералів.

Загалом в Україні до Державного балансу корисних копалин зараховано 17 родовищ, із яких 14 розташовуються в Кіровоградській області, 2 – в Миколаївській та 1 у Дніпропетровській, а в цілому розвідано 21 родовище зі значними запасами руди, що містить 0,1% урану.

Запаси ж детально розвіданих, але поки що не задіяних уранових родовищ у Кіровоградському рудному районі, за сумарними запасами здатні були б, за прогнозами, забезпечити потреби українських АЕС, як мінімум, на найближчі 100 років.

Зосередження уранових руд в Україні. За даними ДНТЦ ЯРБ

Видобувати уран в Україні почали на 11 родовищах ще у 1945 році. Чотири із них (Жовторіченське, Первомайське, Девлатово та Братське) вичерпалися ще до 70-х років ХХ століття. Три – Сафонівське, Северинівське та Квітневе або перебувають у стані консервації, або не розробляються через низку обставин, а відповідно діючими є лише Ватутінське (Відокремлений підрозділ Смолінська шахта, смт Смоліне Кіровоградської області); Мічурінське і Центральне родовища (Відокремлений підрозділ Інгульська шахта, м. Кропивницький) та Новокостянтинівське родовище (Відокремлений підрозділ Новокостянтинівська шахта, яка реалізує капітальне будівництво об’єктів підземного та поверхневого комплексу шахти, та введена до складу ДП «Схід ГЗК» з 1 вересня 2010 року відповідно до наказу Міністра палива та енергетики України від 26 листопада 2009 року за № 659, с. Олексіївка Кіровоградської області).

Запаси Новокостянтинівського родовища оцінюють як найпотужніші у Європі, та такі, що входять у першу десятку світу та становлять близько 76 тис. тонн, з яких технічно можна добути не менше 70 тис. тонн.

Усі ці шахти, за оцінками спеціалістів, здатні «продукувати» до 4 тис. тонн уранової руди щороку. Передбачалось навіть нарощення видобутку десь близько 6,4 тис. тонн сировини на рік у період між 2025—2030 роками, а пізніше – навіть до 7,5 тис. тонн на рік.

Відповідно до заяви про визначення обсягу стратегічної екологічної оцінки проєкту Державної стратегічної екологічної оцінки на період до 2024 року, завданням № 1 щодо уранового виробництва ставилось збільшення обсягу видобутку уранової руди за рахунок освоєння Новокостянтинівського, Квітневого та інших нових родовищ урану, реконструкція гідрометалургійного заводу в м. Жовті Води, збільшення ємності «хвостосховища» для розміщення відходів переробки уранових руд, реконструкція об’єктів з виробництва іонообмінних смол в м. Кам’янське, впровадження нових прогресивних технологій переробки уранових руд.

Такий чином, урановидобувна галузь мала б отримати значну державну підтримку для розвитку та розширення виробництва. Проте зараз, у силу обставин, за даними Звіту про Управління Схід ГЗК за 2019 рік, обсяги виробництва уранового концентрату суттєво зменшились.

Маючи потужні запаси уранової руди, Україна не входить до числа країн, що можуть самостійно збагачувати уран та виготовляти ядерне паливо. Проте на гідрометалургійному заводі у Жовтих Водах на Дніпропетровщині із уранової руди українських родовищ отримують урановий оксидний концентрат – «жовтий кек», що має вигляд жовтої порошкоподібної речовини і є матеріалом для отримання ізотопів урану 233 та 235, які використовуються у атомній енергетиці.

Отриманий урановий концентрат частково використовується для потреб внутрішнього ринку після збагачення та фінального виробництва ядерного палива (2019 рік – контракти з ДП «НАЕК «Енергоатом» від 5 грудня 2018 №8-020-08-18-00962 та від 19 грудня 2018 №8-020-08-18-00971) та частково експортується до інших країн. Зокрема, у 2019 році Східний ГЗК реалізував експорт уранового оксидного концентрату (УОК) відповідно до контракту від 30 листопада 2018 № 914/09, укладеного з INTERNEXCO GMBH, Швейцарія.

Як видобувають уранову руду в Україні та за кордоном

Міклош Гашпар та Ноя Мейх’ю у статті «Злети та падіння: економіка урановидобувного виробництва» для бюлетня МАГАТЕ «Уран. Від розвідки до реабілітації» наголошують, що «видобуток урану практично нічим не відрізняється від видобутку решти основних металів: розвідка, отримання ліцензії, розробка родовища і закриття рудника по завершенню служби».

Загалом, щоб отримати уран на місці ймовірного залягання уранових руд, потрібно досить багато часу та зусиль. Так, зокрема, розвідка родовища займає від 10 до 15 років, підготовка техніко-економічного обґрунтування – від року до трьох. Стільки ж часу приблизно займе спорудження рудника, власне експлуатація родовища, а саме видобування та переробка для отримання уранового концентрату становить від 5 до 50 років, залежно від багатства родовища. Після завершення експлуатації на реабілітацію та відновлення потрібно буде витратити ще від 2 до 10 років.

Звісно, все це знаходить відображення у вартості отриманої сировини.

Собівартість українського урану дещо вища за собівартість цього продукту в конкурентів, однак для європейських партнерів Україна має одну дуже суттєву перевагу – відстань. Коли йдеться про транспортування «жовтого кеку» з, скажімо, Австралії чи Канади до будь-якої з країн Європи, то транспортування з України є значно простішим, вигіднішим та безпечнішим. Європейські ж АЕС потребують близько 18–19 тис. тонн урану щорічно, і постачальниками для них виступають Австралія, Канада та деякі африканські країни.

На вартість сировини впливає також спосіб її видобування. На сьогодні уранову руду видобувають звичайними гірничими способами (відкритим та підземним способами), способами підземного видобування (свердовинного та блочного) та купного вилуговування.

Відкритий або кар’єрний спосіб застосовують, коли руда залягає недалеко від поверхні. Цей спосіб найпростіший та найдешевший. Підземний – якщо руда залягає глибоко. Небезпека цього способу видобутку урану в тому, що газ радон – один із продуктів розпаду урану – радіоактивний і чинить негативний вплив на організм. А отже, коли йдеться про уранові шахти, то їх експлуатація неможлива без наявності потужних вентиляційних систем.

В Україні, як інформує СхідГЗК, застосовують переважно підземний шахтний спосіб видобутку урану. Мовиться, зокрема, про застосування блочного та купного вилуговування, а також свердловинного вилуговування на родовищах піщаникового типу. Нині технологія підземного вилуговування знайшла широке застосування у Австралії, Казахстані, США. В Україні подібним чином відпрацьовувались Девладівське і Братське родовища та було розпочато роботу на Сафонівському родовищі. Таким способом видобувають значну кількість урану у світі, і він вважається найбільш безпечною та ощадною для довкілля технологією видобутку урану. До того ж, її застосування у 2,5 рази знижує собівартість сировини.

Процес виробництва закису-окису урану складний та багатоступеневий. Так, зокрема, руда з українських шахт надходить на гідрометалургійний завод, де її розвантажують та сортують, а далі подають у видатковий бункер млинового відділення для подрібнення.

За допомогою віброживильників і стрічкових конвеєрів руда транспортується у здрібнювальні блоки, де здрібнюється за схемою напівсамоподрібнення за допомогою сталевих куль діаметром 80-120 міліметрів.

Речовини, що залишаються у нерозчинному вигляді, називають «хвостами», і вимагають особливого поводження.

Спрощена схема виробництва закису-окису урану на гідрометалургійному заводі в Жовтих Водах

На наступній стадії – вилуговуванні – уран із руди переводять у розчин. Більше половини руд вилуговується сірчаною кислотою в автоклавах, частина – вилуговується в пачуках. Процес вилуговування в автоклавах здійснюється за допомогою окиснювача – азотної кислоти при пневматичному перемішуванні, підвищеному тиску та температурі.

З метою підвищення концентрації урану в розчині та його очищення від домішок, здійснюється процес сорбції на синтетичному сорбенті – аніоніті АМП (або його аналогах) та десорбції урану з аніоніту у збагачений розчин, який далі надходить на подальше очищення від домішок і збагачення методом екстракції з отриманням кристалів амонійуранілтрикарбонату (АУТК), які прожарюються при визначеній температурі до закису-окису урану. Термічне розкладання кристалів АУТК проводиться у прожарювальній обертовій печі.

У готовій продукції присутня суміш закису-окису урану (жовтий кек), причому вміст чотиривалентного урану має становити не менше 80%.

Видобування урану методом свердловинного вилуговування на Сафонівському родовищі. Автор – Юлія Балашевська, ДНТЦ ЯРБ

Видобутком уранової руди та виробництвом концентрату природного урану донедавна в Україні займалась виключно єдина компанія – Державне підприємство «Східний гірничо-збагачувальний комбінат», у підпорядкуванні якого окрім шахт перебувають і виробничі майданчики у Дніпропетровській і Кіровоградській областях, 3 заводи та близько 20 допоміжних підрозділів.

У 2019 році вперше в Україні дозвіл на розробку уранових родовищ отримала приватна компанія ТОВ «Атомні енергетичні системи України» (АЕСУ, с. Миколаївка, Миколаївської обл.). Вона заявила про намір видобувати в Миколаївській області до 300 тонн урану на рік, побудувати видобувний і переробний комплекси у Казанківському районі та використовувати потужності СхідГЗК в Жовтих Водах. Родовища, які планує розробляти АЕСУ, були розвідані ще в часи Радянського Союзу, але не розроблювались через відсутність на той час технології ефективного видобутку урану з піщаникових порід. На даний час така технологія широко застосовується у зарубіжних країнах. Залягання породи у цих родовищах – на рівні 50-70 метрів від поверхні, видобування здійснюватиметься методом вилуговування.

Де і як в Україні зберігаються «хвости» уранового виробництва і який вплив мають на персонал, населення та довкілля уранові об’єкти

Посеред інших відходів переробки уранових руд є так звані «хвости». СхідГЗК забезпечує їх зберігання та здійснює моніторинг екологічної ситуації поблизу «хвостосховищ», так само як й інших радіаційно-небезпечних і хімічних об’єктів підприємств, зокрема шахт «Інгульська», «Смолінська», «Новокостянтинівська», гідрометалургійного заводу та ін.

Для переробки однієї тонни уранової руди використовують у замкнутому циклі до 4–5 м 3 оборотної води зі ставків-відстійників «хвостосховищ», які через високий вміст хімічних та радіоактивних речовин забруднюють ґрунти, поверхневі та підземні води, а тому потребують постійного моніторингу й реалізації заходів щодо зменшення шкідливого впливу на довкілля.

Значна кількість відходів накопичилась за період діяльності ВО «Придніпровський хімічний завод», де упродовж 1946–1972 років переробляли 65 % уранових руд усього Радянського Союзу. За 1948–1991 роки було створено 9 хвостосховищ, у яких зберігається близько 42 млн. тонн відходів загальною активністю 3,17×10 15 Бк. Значний вміст природного урану в навколишньому середовищі спостерігається і в районі хвостосховищ поблизу м. Жовті Води, де розташовується завод з переробки уранової руди.

За таких умов контроль та заходи задля зменшення техногенного навантаження відходів переробки урану на довкілля мають здійснюватися постійно. Так, зокрема, у 2019 році, у рамках «Меморандуму про співпрацю і партнерство між ДП Схід ГЗК, ДК «Ядерне паливо» та Кіровоградською міськрадою, Кіровоградською облрадою та Кіровоградською ОДА» виконувались заходи із захисту навколишнього природного середовища та радіоекологічного моніторингу довкілля, зміцнено дамби і греблі, нанесено покриття для пляжів для попередження розпорошення пилоподібних часток на хвостосховищі в балці «Щербаківська».

Економічна складова

На сьогодні видобуток Урану в Україні, не зважаючи на те, що він мав би приносити значні прибутки, є справою збитковою. Так, на 2019 рік НКРЕКП затвердила ціну на діоксид урану у розмірі 75 доларів за кілограм, хоча собівартість видобутку на Новокостянтинівській, Смолінській та Інгульській шахтах становить від 79 до 143 доларів за кілограм. При цьому ринкова ціна складала від 27,7 до 29,9 доларів за фунт (тобто від 55,40 до 65,78 доларів за кілограм). За такої політики проводити повноцінний розвиток галузі, забезпечувати радіаційний захист уранових об’єктів, виплачувати вчасно гідну зарплатню персоналу стає справою майже неможливою.

У травні 2020 року СхідГЗК отримав попередження про ймовірне відключення електроенергії через заборгованість, що практично означає затоплення шахт. Нині підприємство має значні борги перед трудовим колективом через невиплату заробітної плати. Причиною цьому стало заборгування «Енергоатому» перед комбінатом, якому, в свою чергу, заборгувало з виплатами Державне підприємство «Гарантований покупець».

Проте все ще є надія, що розробка уранових родовищ із застосуванням нових удосконалених технологій, правильне і відповідальне здійснення управління, грамотний менеджмент здатні вивести Україну в світові лідери урановидобувної галузі. Можливо, подолання монополії в урановидобувній галузі та поява здорової конкуренції допоможе подолати кризову ситуацію.

Які перспективи?

Згідно з «Енергетичною стратегією України на період до 2035 року «Безпека, енергоефективність, конкурентоспроможність», прогнозується поступове нарощення генерації ядерної енергії. Так, коли на 2015 рік передбачалось виробництво 87,6 млрд. кВт*год електроенергії на АЕС, то вже на 2035 – 94 млрд. кВт*год.

Тому для сектору виробництва ядерного палива першочерговими завданнями є забезпечення приросту видобутку урану й цирконію, підготовка до промислового освоєння родовищ, придатних для відкритої експлуатації, розроблення розвіданих родовищ, оптимізація видобутку та створення запасу свіжого ядерного палива (уранового концентрату).

Ішлося також про доцільність розширення номенклатури виготовлення комплектуючих для виготовлення ядерного палива, у тому числі з цирконію, аби пізніше, можливо, вести мову про імпортозаміщення фабрикації ядерного палива шляхом створення в Україні відповідних потужностей. Серед ключових завдань, також, актуалізація загальнодержавної програми розвитку мінерально-сировинної бази України на довгостроковий період з метою розширення власної ресурсної бази урану, інших корисних копалин шляхом здійснення розвідки, розробки та введення в експлуатацію нових родовищ урану.

Уран – це не тільки ядерне паливо, але й…

Зараз основне застосування уран знаходить в атомній енергетиці як ядерне паливо. Проте це не єдиний спосіб його використання. Ізотопи урану застосовують також у медицині, науці та промисловості.

Раніше уран додавали при виробництві скла як пігменти для живопису та розпису кераміки, уранілнітрат на початку ХХ століття застосовували у фотографії – для посилення негативів та тонування світлин у коричневий колір. А карбід урану-235 разом із карбідом ніобію та карбідом цирконію слугує як паливо для ядерних реактивних двигунів. І можливо, саме український уран стане тим паливом, яке колись доправить людство до далеких зірок.

1. Бекман И. Уран. Учебное пособие. Москва: МГУ им. М.В.Ломоносова, Кафедра радиохимии, 2009.
2. Дані Державного науково-технічного центру з ядерної та радіаційної безпеки.
3. Дані Східного гірничо-збагачувального комбінату.
4. Производство урана // МАГАТЭ.
5. Сорокін О. Проблеми розвитку уранової промисловості. Презентація в рамках Міжнародної конференції «Український ядерний форум 2019: ядерна енергетика – стан та тенденції розвитку».