دانلود بررسی مواد رادیو اکتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راکتورها و تولید برق

بررسی مواد رادیو اکتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راکتورها و تولید برق پایان نامه بررسی مواد رادیو اکتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راکتورها و تولید برق در 145 صفحه ورد قابل ویرایش

دسته بندی	فنی و مهندسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	339 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	145

بررسی مواد رادیو اکتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راکتورها و تولید برق

 

مقدمه

اورانیوم، عنصری کمیاب محسوب می شود. این عنصر کاربردهای ویژه‌ای دارد؛ بنابراین تهیه، تولید و بازار مصرف آن به گونه ای خاص کنترل می شود. این عمل توسط «آژانس بین المللی انرژی اتمی»، انجام می پذیرد.

در گذشتة نه چندان دور، هر یک از کشورها جداگانه فعالیت می نمودند؛ تا اینکه آژانس مزبور پایه گذاری شد. پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی و تحول سیاسی در شرق اروپا، کشورهای بیشتری به آژانس مزبور، پیوستند. در حال حاضر، آژانس بین المللی انرژی اتمی 120 عضو دارد؛ که کشور ما نیز یکی از آنان است.

در ایران،فعالیت های هسته ای زیر نظر سازمان انرژی اتمی انجام می شود. سازمان مزبور، از چند معاونت تشکی شده؛ که معاونت تولید سوخت هسته‌ای، یکی از آنان است. معاونت مورد نظر، از چند واحد تشکیل می شود؛ که واحدهای اکتشاف و استخراج، سوخت و کانه آرایی دو واحد مهم آن محسوب می شوند.

واحد اکتشاف و استخراج، فعالیت‌های مربوط به اکتشاف و استخراج کانسارهای اورانیوم را، به عهده دارد. واحد سوخت و کانه آرایی، در رابطه با فرآوری کانسنگ های اورانیوم دار، فعالیت می کند.

از نظر اکتشافی، فعالیت های گسترده ای انجام شده ؛ و دو سوم کشور توسط پروازهای هوایی و دورسنجی مورد بررسی قرار گرفته است؛ که این فعالیت ها همچنان ادامه دارد.

پس از کشف مناطقی که دارای معدن اورانیوم هستند مثل منطقه سلقه و معدنکاری اورانیوم و استخراج آن توسط فرآیندهای سنگ معدن آماده تغلیظ شده ، و جهت تهیه در نیروگاه های هسته‌ای مورد استفاده قرار می گیرد. امید است که در این پروژه توانسته باشم نمایی از چرخة سوخت هسته ای در ایران را به رشته تحریر درآورده باشم.

چکیده

با توجه به مصرف روز افزون انرژی درصنایع مختلف، برای تامین انرژی مورد نیاز صنایع مختلف از منابع متفاوتی استفاده می شود.یکی از بهترین و به صرفه ترین منابع انرژی در جهان سوخت هسته ای می باشد که تولید انرژی از سوخت هسته ای در راکتورهای هسته ای صورت می پذیرد و از لحاظ مقدار تولید انرژی در مقایسه با دیگر منابع تولید انرژی سوخت هسته ای از اهمیت خاصی برخوردار است برای تفهیم این موضوع ذکر این مطلب ضروری است که حرارتی که از 500 گرم اورانیوم بدست می آید معادل حرارتی است که از 1500 تن زغال سنگ بدست می‌آید. بنابراین می توان گفت سوخت هسته ای یکی از بهترین و بزرگترین منابع تولید انرژی محسوب می شود. از آنجائیکه سوخت هسته ای مورد نیاز نیروگاههای هسته ای از ایزوتوپی از عنصر اورانیوم بنام اورانیوم 238 که در طبیعت فراوان یافت می شود و 99% از پوسته زمین را تشکیل می دهد تامین می شود. لذا اکتشاف این عنصر پرتوزا از اهمیت خاصی برخوردار است. مراحل مختلفی برای اکتشاف این عنصر استراتژیک طی می شود تا در نهایت به مناطق محدود امید بخش رسید. در مراحل اولیه ابتدا بررسی می شود که کانی سازی اورانیوم از لحاظ زمین شناسی در چه مناطقی می تواند وجود داشته باشد، بعد از مطالعات اولیه با توجه به این مطلب که عناصر سنگینی مثل اورانیوم در طبیعت از نظر ساختمان اتمی ناپایدار هستند ودائماً تمایل دارند که به حالت پایدار برگردند. این گرایش باعث تولید اشعة گاما، آلفا و بتا می‌شود. بیشترین تشعشات این عناصر اشعه گاما است و این اشعه نیز بوسیله شمارنده، سنتیلومتر، اسپکترومتر و سایر دستگاهها قابل اندازه گیری هستند.لذا برای پیدا کردن مناطقی که احتمال وجود عناصر رادیواکتیو در آنها وجود دارد. اشعه گاما را ابتدا دروسعت زیاد توسط اندازه گیری های هوایی توسط هواپیما یا هلی کوپتر برای مناطق وسیع وبزرگ تعیین می کنند. نتیجه این رادیومتری این عناصر می باشد. با پردازش و تفسیر دانسته های رادیومتری هوایی در محدوده هایی که با توجه به رادیومتری هوایی امید بخش تشخیص داده شد، عملیات رادیومتری زمینی و اندازه گیری اشعه گامای عناصر در مقیاس کوچکتر وزمینی انجام می شود تا در نهایت بعد از مراحل اکتشاف مقدماتی و تفضیلی و با حفر گمانه ها و تخمین ذخیره به کانسارهای اقتصادی اورانیوم رسید. پس از عملیات اکتشاف تفضیلی،مرحله بهره برداری و استخراج سنگهای حاوی  اورانیوم صورت می‌گیرد. در مرحله بعدی با فرآوری این سنگها توسط روشهای مختلف از جمله خردایش و آسیاب آنها، فلوتاسیون و لیچینگ کانیهای اورانیوم از سنگهای باطله جدا شده و بصورت یک کیک زرد رنگی از سنگها استحصال می شود. در مراحل بعدی این کیک زرد تحت عملیات غنی سازی انجام می گیرد و به اورانیوم غنی شده که همان سوخت هسته ای است تبدیل می شود. در این حالت اشعه گاما بسیار قوی است. اشعه های گاما از نظر منشاء تولید به دو دسته تقسیم می شوند:

1- منشا اول سنگ طبیعی یا منابع طبیعی است.

2- منشاء دوم تولیدات صنعتی می باشد مثل اورانیوم غنی شده برای مصرف در راکتورها.

اورانیوم طبیعی اشعه گامای ضعیفی دارد، اما اشعه گامای چشمه‌های مصنوعی، گامای فوق العاده قوی دارد. عمده مصرف اورانیوم غنی شده بصورت سوخت هسته ای در راکتورهای هسته ای برای تولید برق می باشد. اما مصارف دیگری نیز دارد که از جمله مصرف در راکتورهای تحقیقاتی برای مطالعات هسته ای می باشد. از این فرآورده  برای مصارف دیگر از جمله تولید رادیو داروها برای اندام و سلولهای سرطانی که فقط در آنها جذب می شود و آنها را از بین می برد نیز استفاده می کنند، رادیوداروها در راکتورهای تحقیقاتی بدست می آیند. مصرف دیگر استفاده از اشعه گامای حاصل از شکافت هسته ای در راکتورهای تحقیقاتی است که از این اشعه ای گاما برای مصارف پزشکی، کشاورزی و تولید رادیو داروها استفاده می کنند و مخربترین کاربرد آن استفاده از این منبع انرژی هسته ای در بمبهای اتمی و ویرانگر با شدت تخریب بالا می باشد.

با توجه به کاربردهای مخلتف عناصر رادیواکتیو و هم چنین تولید انرژی زیاد توسط سوخت هسته ای در راکتورهای هسته ای، بنابراین برای تولید بهینه و انرژی مقرون به صرفه تر از دیگر منابع با توجه به منابع گسترده و عیار بالای اورانیوم در محدوده هایی از کشورمان ایران، می توان برای تولید انرژی در دامنه زیاد از سوخت هسته ای استفاده کرد که برای این کار تاسیس نیروگاه های هسته ای مختلف در کشور از جمله نیروگاه اتمی بوشهر در حال اجراء می باشد و برای تامین سوخت هسته ای این نیروگاهها باید منابع اورانیوم موجود در کشورمان شناسایی و بعد از طی مراحل مختلفی اکتشافی و استخراجی تبدیل به سوخت هسته ای نیروگاهها و راکتورهای هسته ای مختلف در کشور از جمله نیروگاه اتمی بوشهر در حال اجراء ی باشد و برای تامین سوخت هسته ای این نیروگاهها باید منابع اورانیوم موجود در کشورمان شناسایی و بعد از طی مراحل مختلفی اکتشافی و استخراجی تبدیل به سوخت هسته ای نیروگاهها و راکتورهای تحقیقاتی برای مصارف دیگر شود. با راه اندازی نیروگاههای هسته ای در کشور می توان به تولید انرژی زیادی که از این روش بدست می آید دست یافت. البته باید به این نکته مهم توجه داشت که این امر با ضریب ایمنی بالایی صورت پذیرد زیرا خطر احتمالی یک نیروگاه هسته ای بزرگ کمتر از یک بمب اتمی نیست، بنابراین باید تمام نکات و زوایای ایمنی و بروز خطر احتمالی در نظر گرفته شود تا فجایعی مثل انفجار نیروگاه اتمی چرنوبیل روسیه هیچگاه در جهان تکرار نشود.

-1- رادیواکتیویته (Radio activity)

فروپاشی خودبخود هسته یک اتم باعث گسیل پرتوهائی از اتم می گردد که این پدیده را رادیواکتیویته وپرتوهای ساطع شده را در مجموع تشعشعات رادیو اکتیو می نامند که خود شامل اشعه فروپاشی خودبخود هسته یک اتم باعث گسیل پرتوهائی از اتم می گردد که این پدیده را رادیواکتیویته وپرتوهای ساطع شده را در مجموع تشعشعات رادیو اکتیو می نامند که خود شامل اشعه  از جنس هسته هلیم  (بارمثبت)، اشعة  از الکترونها ( بار منفی ) و اشعه  است که آن نیز از سری امواج الکترومانیتیک با فرکانس بالا می باشد و می توان ذرات فوتون را به آن نسبت داد. قدرت نفوذ اشعه  در شرایط متعارفی در حدود چند سانتیمتر در هوا بوده بطوریکه با یک ورق کاغذ براحتی می توان جلوی آنها را سد کرد. اشعة حداکثر تا 5/1 میلی متر در سرب قابلیت نفوذ داشته و بالاخره اشعة  دارای قدرت نفوذ بسیار زیادی است و تا چندین سانتیمتر در سرب نفوذ می کند. پرتوهای رادیواکتیو بهنگام برخورد با مواد گوناگونی سه اثر مختلف از خود بجا می گذارند:

1-1-1- اثر شیمیائی:

نظیر اثر نور بر امولوسیونهای حساس وفیلم عکاسی ( که منجر به کشف اشعة رادیواکتیو توسط هانری بکرل (1896) گردید):

1-1-2- اثر لومینسانس ( فسفرسانس) :

این پدیده تحت عنوان Scintillation در ساختمان دستگاه های سنتیلومتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

1-1-3- اثر یونیزاسیون:

که باعث یونیزه شدن برخی از گازها می شود که این خاصیت نیز بنوبه خود اساس کار برخی از وسایل سنجش رادیواکتیویته می باشد. (شمارشگر های گایگر)

هستة اتم با تشعش پرتوهای  به هسته‌ای متفاوت با خواص جدید تبدیل می‌گردد. به عبارتی با تغییر جرم و عدد اتمی که ناشی از خروج پروتونها در قالب اشعه  و الکترونها در قالب اشعة  است اتم جدیدی بوجود می‌آید. این پدیده تحت عنوان تلاش هسته‌ای یا تلاشی رادیواکتیو[1]نامیده می شود. می‌دانیم مقدار تغییرات لحظه ای فوق نسبت به اتمهای حاضر در اتم(N) در لحظة دلخواه (T) مقدار ثابتی است ( قانون تجزیه) ، یعنی:

(  = مقدار ثابت برای هر ایزوتوپ )                                                         

به عبارتی نسبت تلاشی هر هسته با تعداد اتمهای حاضر آن ایزوتوپ بوجود آمده نسبت مستقیم دارد.                                                                                

(N تعداد اتمهای اولیه در لحظه t=0)                             

قانون تجزیه

هرگاه حالتی رادر نظر بگیریم که نصف اتمهای اولیه تبدیل به اتمهای حاضر شده اند یعنی نسبت  باشد، داریم:

در اینجا t را با  نمایش داده و آنرا نیمه عمر آن اتم می نامیم.

(Half-Life)                                                                                    

پس  مدت زمان لازم برای تبدیل نصف اتمهای اولیه به اتمهای ثانویه می باشد. این زمان برای اتمهای گوناگون متفاوت بوده و مثلاً برای پلونیوم – 214 برابر  ثانیه وب رای اروانیوم –238 برابر  سال می باشد. این فعل و انفعالات تا جائی ادامه می‌یابد که منتهی به ایجاد یک اتم پایدار گردد. تا به حال سه سری از این واکنش ها شناسایی شده اند که پس از طی مراحل واسطه‌ای همگی به سرب ختم می‌شوند. در شکلهای (1-1) و (1-2) دو سری اورانیوم –238 و توریم – 232 نشان داده شده اند.

در علم زمین شناسی از پدیده فوق برای تعیین سن مطلق (Absolute Age) سنگها استفاده می‌شود که به روشهای مختلف مثل روش اورانیوم، روش پتاسیم آرگن، روش روبیدیم – استرونسیوم و کربن –14 انجام می پذیرد.

1-2-1- تاریخچه

مواد  رادیواکتیو اورانیوم در سال 1789 توسط M.H.Klaproth کشف و بخاطر همزمانی آن با کشف سیاره اورانوس در آن دهه (1781) بنام اورانیوم خوانده شد ولی برای اولین بار بطور خالص توسط Peligot (1841) تهیه گردید. توریوم نیز در سال 1828 توسط J.Berzelius کشف شد. با کشف پدیده رادیواکتیویته توسط بکرل، (1896) و مطالعات پرارزش بعدی توسط دانشمندانی نظیر راترفورد، کوری، گابگر، مایر، ویلورد،  بکلر، چادویک و سرانجام کشف رادیواکتیویتة مصنوعی توسط ایرن و ژولیوکوری (1934) اهمیت مواد رادیواکتیو فزونی یافت.

1-2-2- 1- کاربرد:

مواد رادیواکتیو انفجار دو بمب اتمی در 1945 قدرت بسیار عظیم انرژی اتمی را بر همگان روشن ساخت و از آن ببعد موج جدیدی برای اکتشاف اورانیوم و دستیابی به انرژی هسته‌ای آغاز گشت. تا قبل از آن تاریخ مهمترین استفاده از سنگهای معدنی اورانیوم بخاطر تهیه رادیوم بود که برای اولین بار توسط کوری ها کشف شده بود. رادیوم در آن موقع بعنوان یک منبع رادیواکتیو برای آزمایشات فیزیکی و شیمیائی گوناگون اربرد داشت و در نتیجه اورانیوم بعنوان یک محصول فرعی[2] رادیوم محسوب می شد.

از خود اورانیوم نیز بعنوان ماده رنگین در صنایع سرامیک و شیشه سازی عکاسی و بعنوان کاتالیزور در برخی واکنشهای شیمیائی و موارد محدود دیگری استفاده می‌شد.

1-2-1-1- تکنولوژی هسته‌ای:

نیاز به اورانیوم برای مصارف صنعتی با کنترل انرژی اتمی آغاز شد و پیشرفتهای بسیار چشمگیری در تکنیکهای اکتشافی و استخراج آن بوقوع پیوست. اهمیت انرژی اتمی را زمانی بهتر درک می‌کنیم که بدانیم چیزی حدود 500 گرم اورانیوم خالص ( که مکعبی به ابعاد 5/1 اینچ می شود) در حدود 10000 وات- ساعت انرژی تولید می‌کند که معادل انرژی حاصل از احتراق 1500 تن زغالسنگ است. در حال حاضر در حدود 375 نیروگاه اتمی در جهان در حال کار بوده و در حدود 15% انرژی مورد نیاز در جهان را تأمین می ‌کنند و صنایع دیگری نیز با استفاده از انرژی اتمی مشغول بکار هستند.

کاربردهای وسیع تکنولوژی هسته‌ای را در همه جا می‌توان یافت از جمله در ایران از فعالیتهای سازمان انرژی اتمی ایران در زمینة استرلیزاسیون با اشعة گاما و یا تولید رادیوایزوتوپ های داروئی می‌توان نام برد.

اورانیوم خالص طبیعی حاوی حدود 28/99% ایزوتوپ اورانیوم –238 و 71/0% اورانیوم – 235 و0057/0 % اورانیوم –234 است که در این میان تنها ایزوتوپ – 235 قابلیت شکافتن با نوترونهای حرارتی را داراست و از این رو بایستی بوسیله روشهای پیچیده‌ای از اورانیوم طبیعی جدا شود. دو ماده دیگر نیز بعنوان سوخت می‌توانند بکار روند: اورانیوم –233 که بطریق «تحولات زاینده» از توریوم – 232 بدست می آید و نیز پلوتونیوم –239 که آن نیز بطور مصنوعی از اورانیوم –238 حاصل می شود. ولی تقریبا تمامی راکتورهای در حال بهره برداری در جهان با اورانیوم – 235 و تعداد کمی با پلوتونیوم –239 کار می‌کنند.

بنابراین هدف اصلی پروژه های اکتشافی عنصر اورانیوم می باشد چرا که فعلاً توریوم مصرف چندانی مگر بعنوان دیرگداز در ساخت برخی آلیاژهای مخصوص ندارد و مصرف جهانی آن تنها حدود 300 تن در سال است. در قسمتهای بعدی نیز اکثراً تأکید بر اورانیوم داشته و فقط در مواردی از توریوم نیز ذکر می شود.

پس از استفاده از سوختهای هسته ای در راکتورها برخی از مواد باقیمانده مجدداً با اعمال فرایندهائی روی آنها بعنوان سوخت به راکتور بازگردانده و برخی بصورت پس مانده‌ها بایستی از جریان خارج شوند. امروزه مسئله از بین بردن و یا به عبارت صحیح تر از سترس خارج شدن این مواد که فوق العاده قدرت آلوده کنندگی دارند از جمله مشکلات فرعی تکنولوژی هسته‌ای می باشد. بخصوص آنکه مسئله دفن زباله های اتمی نیاز به مطالعات و بررسی بسیار دقیق و کنترل شده ژئوتکنیکی و مهندسی بهداشت دارند؛ چرا که نشت این مواد در اثر هر عامل پیش بینی نشده ای می تواند زندگی و محیط زیست همه موجودات را بشدت به خطر اندازد.

به طور خلاصه کلیه مراحل اکتشاف ،استخراج، کانه آرائی و غنی سازی، تهیه میله های سوخت راکتور ، تولید جریان برق از نیروگاه های هسته ای و سرانجام دفن پس مانده ها را در سیکلی به نام چرخه سوخت هسته ای[3] نمایش می‌دهیم ؛ (شکل 2-1) ابتدای این چرخه‌ها با اکتشاف و استخراج این مواد از زمین شروع شده و انتهای آن نیز با دفن این مواد در زمین خاتمه می یابد. که بدین ترتیب لزوم حضور کارشناسان معدن، زمین شناسی و ژئوتکنیک را در این دو مرحله و داشتن یک اطلاعات کلی از سایر مراحل را برای این افراد بخوبی توجیه می کند.

بنا به گزارشات آژانس بین المللی انرژی اتمی میزان تقاضا برای اورانیوم از 100-85 هزار تن (  با ضریب تبدیل 85/0 ) در سال 1985 به حدود 800-200 هزار تن در سال 2000 خواهد رسید. ( این آمار شامل بلوک شرق نمی‌شود).

در شکلهای (2-2) و((2-3) میزان تولید جهانی و نیز میزان تقاضا برای اورانیوم در سطح جهان نشان داده شده است.

-1- معدنکاری اورانیوم [1]

معدنکاری اورانیوم، مرحله ای بین اکتشاف کانسارهای اورانیوم و فرآوری آن است. معدنکاری اورانیوم، جدا کردن کانسنگ خام از سنگ در برگیرندة‌ طبیعی و همچنین انتقال جهت آرایش و فرآوری را، شامل می شود.

در ابتدای بحث این سوال پیش می آید که : « آیا معدنکاری اورانیوم متفاوت از معدنکاری سایرفلزات است؟» پاسخ به این پرسش این است که معدناکری اورانیوم مشابه معدنکاری سایر فلزات بوده و همان عوامل موثر در عملیات مربوطه تاثیر خواهند داشت؛ فقط به دلایل خصوصیات ویژه اورانیوم فن آوری ها یا روشهایی بکار گرفته می شوند که نکات فنی واقتصادی را، مدنظر قرار دهند.

4-2- خصوصیات معدنکاری اورانیوم

معدنکاری اورانیوم به دلایل ویژگیهای خاص این فلز، دارای خصوصیات زیر می باشد:

1) اورانیوم از عناصر رادیواکتیو بوده و خصوصیت مهم آن، تشعشع زایی است. تشعشعات محصولات ناشی از تجزیة کانسنگ اورانیوم، برای سلامتی خیلی مضر است. معدنکاران نبایستی در معرض بیشتر از یک مقدار مجاز از هوای حاوی گاز رادن قرار گیرند.

2) خصوصیت دیگر، کانی سازی نامنظم آن است. این سبب می شود که روش های استخراجی خاص بکار گرفته شده، و به منظور بدست آوردن عیارهای یکنواخت کانسنگ خام جهت فرآوری باید به کنترل عیار توجه شود. کنترل عیار را می توان با نمونه برداری دقیق از کانسنگ و بررسی چالشهای انفجاری از نظر میزان تشعشع زایی- بعنوان تابعی از عیار کانسنگ – انجام داد پس می توان چنین در نظر گرفتن که عملیات معدنکاری در مقایسه با سایر کانسنگ ها ساده تر است.با این روش می توان بخوبی و بصورت انتخابی عملیات معدنکاری را ، انجام داد.

3)  خصوصیت دیگر آن، قابلیت حل در محلولهای شیمیایی (اسیدی و قلیایی) است. اورانیوم براحتی در محلولهای مذکور حل شده و این نوعی از روش معدنکاری، تحت عنوان معدنکاری انحلالی[2] را ارائه می دهد.

4-3- روشهای معدنکاری اورانیوم

همانطوریکه توضیح داده شد، معدنکاری اورانیوم همانند سایر روشهای معدنکاری کانسنگ ها صورت می پذیرد؛ ولی خصوصیاتی از آن سبب می شوند که بتوان روشهای دیگری را اعمال نمود یا در بعضی مواقع بعلت خطرات بایستی ایمنی بیشتری را، رعایت کرد.

معمولاً روشهای معدنکاری زیر را می توان برای کانسارهای اورانیوم در نظر گرفت

1)     روش استخراج روباز[3] ؛

2)      روش استخراج زیرزمینی[4] ؛

3)     روش استخراج انحلالی (فروشویی) درجا[5].

4-3-1- روش استخراج روباز

روشهای استخراج روباز اورانیوم، مشابه سایر کانسارها انجام می شود. عوامل فنی و اقتصادی مورد نظر در این زمینه، کانسار را جهت استخراج روباز صورت می سازند.

چالزنی[6] با استفاده از چالزن های اتومتیک با راحتی و ایمنی انجام می شود. به دلیل طبیعت کانی های اورانیوم، بررسی وضعیت چالهای آتشبازی- از نظر میزان پرتوزایی جهت تعیین ناحیه حاوی کانسنگ با عیار مطلوب – می تواند انجام پذیرد که این خود، اطلاعات مفیدی را بدست می دهد که به عملیات آتشباری[7] کمک می کند.

آتشباری مطابق معمول با آنفو[8] - در صورت عدم وجود آب – انجام می پذیرد . با انجام و بررسی های میزان پرتودهی چالهای آتشباری حفر شده؛ می‌توان آتشباری انتخابی را برای کانسنگ، و آتشباری توده ای[9] را برای باطله و بعد از آن انجام داد.

درجه وشیب کاواک[10] به شرایط سنگ بستگی دارد. عرض و ارتفاع پله ها، ضرورتاً با توجه به نحوه کانی سازی واندازه لوازم بارگیری در نظر گرفته می شوند.

سنگ سخت توسط شاولها یا لودرهای سر به پیش[11] در کامیونها بارگیری می شود. در سنگ نرم بارگیری و باربری توسط اسکریپر صورت می‌پذیرد. در این معادن سکوهایی جهت تعیین میزان پرتودهی سنگ درون کامیونها، نصب شده اند که کامیونها از زیر آنها رد شده، و در نهایت مشخص می شود که بطور تقریبی بار درون هر کامیون چه عیاری دارد.

4-3-1-1- ایمنی رادیولوژیکی در معادن روباز اورانیوم

مخاطره و ریسک پرتودهی در این معادن کمتر از معادن زیرزمینی است؛ زیرا گاز رادن در هوای اتمسفر- به حجم بی نهایت- رقیق می شود.

حجم هوایی که گاز رادن را تولید می کند؛ مورد بررسی قرار گرفته وبهتر است که بدترین شرایط در نظر گرفته شود. البته مقدار گاز رادن تولید شده در سطح معدن می تواند در مدلهای اتمسفری برای تحلیل قرارداده شود؛ اما با فرض عدم حرکت هوا و حجم محدود شده آن- که گاز رادن را منتشر می کند- بررسی صورت می گیرد.

اختلاف قابل توجه بین عملیات روباز و زیرزمینی در تخمین حجم هوایی است که،رادن را تولید می کند. برای عملیات استخراج روباز؛ رادن تولید شده در حجم بی نهایت زیاد هوا منتشر می شود و در بیشتر موارد تمرکز رادن پایین بوده و معمولاً هیچ مخاطره ای بری کارگران وجود ندارد.

بهر جهت در بدترین شرایط؛ مثلاً یک فضای معین در داخل ارتفاع 10 متری دربالای عملیات در نظر گرفته شده وزمان رسیدن تمرکز ( غلظت) به مقدار مورد نظر محاسبه می شود.

4-3-2- روشهای استخراج زیرزمینی

با افزایش عمق، مزایای معدنکاری روباز کاهش می یابد و برای کانسارهای در اعماق 50 تا 200 متر، معدنکاری زیرزمینی بیشتر مورد نظر است.

با توجه به شرایط زمین و مرفولوژی کانسنگ به معدنکاران روشهای استخراج زیرزمینی را در نظر می گیرند.

1)     روش استخراج بلوکی یا تخریب بزرگ[12]؛

2)      روش استخراج با احداث طبقات فرعی[13]؛

3)     روش استخراج انباره ای[14] ؛

4)      روش کند و آکند[15] ؛

5)     روش زیربرش و پرکردن[16]؛

6)      روش چالهای طولانی موازی[17]

7)      روش V.C.R[18]

8)     روش استخراج اتاق و پایه [19]

9)      روش جبهه کار کوتاه با خاکریزی [20]

10)            روش استخراج جبهه کار طولانی[21]

4-3-2-1- روش استخراج بلوکی یا تخریب بزرگ

شرایط عمومی انجام این روش، وجود کانسارهای پرضخامت با دیواره های سخت و کانسنگ نرم است. پس از هر مرحله آتشباری، کانسنگ بطور منظم در تراز پایین تر بازگیری می شود.

این روش یکی از ارزانترین روشهاست؛ ولی با این روش نمی توان در کانسارهای اورانیوم انتخابی عمل نمود و انجام آن در کانسارهای اورانیوم محدود شده است.

4-3-2-2- روش استخراج با احداث طبقات فرعی

این روش که کاربرد بیشتری جهت فلزات پایه توده ای دارد- بعلت رقت زیاد در معادن اورانیوم کمتر بکار گرفته می شود.با این وجود، این روش را نبایستی به راحتی کنار گذاشت، باید توجه داشت که این روش را می توان جهت کانسارهای توده ای[22] و استوک ورکی[23] بکار گرفت؛ بسته به اینکه چگونه بتوانیم روش سنگجوری[24] و کانه آرایی[25] را همسو کنیم.

فهرست مطالب

عنوان ................................................................................................................... صفحه

فصل اول: معرفی مواد پرتو زا

1-1- رادیواکتیو .................................................................................................. 2

1-1-1- اثر شیمیایی ........................................................................................... 2

1-1-2- اثر لومینسانس ( فسفرسانس) .............................................................. 2

1-1-3- اثر یونیزاسیون ..................................................................................... 2

1-2- تاریخچه و کاربرد ..................................................................................... 7

1-2-1- تاریخچه مواد رادیواکتیو....................................................................... 7

1-2-2- کاربرد مواد رادیواکتیو ........................................................................ 7

1-2-2-1- تکنولوژی هسته ای .......................................................................... 7 

1-3- شیمی عناصر رادیواکتیو ........................................................................... 12

1-3-1- شیمی اورانیوم ...................................................................................... 12

1-3-2- شیمی توریوم ........................................................................................ 14

1-4- کانی شناسی اورانیوم و توریوم ............................................................... 14

1-4-1- اتونیت ................................................................................................... 14

1-4-2- کارنوتیت ............................................................................................... 15

1-4-3- توربرنیت (کالکولیت) ............................................................................. 15

1-4-4- دیگر کانیهای اورانیوم و توریم ............................................................ 15

1-5- وسایل آشکارسای رادیواکتیو ................................................................... 17

1-5-1- آشکارشازی اشعه  به کمک سنتیلومتر ............................................. 17

1-5-2- آشکارسازی رادیواکتیو به کمک شمارنده گایگر ................................. 17

1-5-3- اسپکترومترهای اشعه ....................................................................... 18

1-5-4- روشهای اکتشافی اورانیوم آشکارسازی اشعه ................................ 23

1-5-4-1- امانومتری ........................................................................................ 23

1-5-4-2- ترک اچ ............................................................................................. 23

1-5-4-3- هلیوم متری ...................................................................................... 24

1-5-4-4- اتورادیوگرافی .................................................................................. 24

1-6- معرفی اورانیوم ( خواص و کاربرد ) ........................................................ 25

1-6-1- منشاء و اهمیت خطرات رادیولوژیکی ................................................... 26

1-6-2- محتوی اورانیوم سنگها.......................................................................... 29

1-6-3-1- کنگلومراها ........................................................................................ 31

1-6-3-2- ماسه سنگها ..................................................................................... 32

1-6-3-2-1- کانسارهای پنکوفکوردانت............................................................ 32

1-6-3-2-2- کانسارهای هلالی شکل ............................................................... 34

1-6-3-2-3- کانسارهای استک ........................................................................ 35

1-6-3-3- کانسارهای نوع رگه ای شکل .......................................................... 36

1-6-3-4- کانسارهای رگه ای ماگمایی ............................................................ 38

1-6-3-5- کانسارهای نوع درون ماگمایی ........................................................ 39

1-6-3-6- کانسارهای نوع کالکریت .................................................................. 40

1-6-3-7- سنگهای فسفاتیک اورانیوم دار ........................................................ 41

1-6-3-8- شیلهای سیاه دریایی اورانیوم دار ................................................... 42

فصل دوم :

2-1- کلیات اکتشاف رادیولوژی ......................................................................... 44

2-1-1- اصول فیزیکی اکتشاف اورانیوم به وسیله اندازه گیری تابش گاما....... 44

2-1-2- منتشر کننده های تابش گاما ................................................................. 45

2-1-3- فعل و انفعالات فرآیندهای پراکنش الکترومغناطیسی ............................ 52

2-1-4- تابش گاما از سریهای K40,Th, U............................................................ 54

2-1-5- منابع تابش گاما .................................................................................... 56

2-1-6- تکنیکهای نمایش داده ها ....................................................................... 57

2-2- اصول و مبانی مغناطیس سنجی ................................................................ 61

2-2-1- خواص مغناطیسی سنگها و کانیها ........................................................ 61

2-2-2- مغناطیس زمین....................................................................................... 63

2-3- اندازه گیریهای مغناطیسی هوا برد............................................................. 64

2-3-1- اندازه گیریهای مغناطیسی هوابرد......................................................... 64

2-3-2-  اجزاء دستگاههای اساسی در مگنتومتری هوایی ................................ 65

2-3-3- نصب سیستم آشکارساز....................................................................... 65

2-3-4- ثبت خروجی و آشکار ساز ................................................................... 67

2-3-5- روش اندازه گیری ................................................................................ 67

2-3-6- پردازش داده ها .................................................................................... 70

2-3-7- تفسیر نتایج ........................................................................................... 71

2-3-8- فایده و محدودیتهای روش مغناطیسی هوایی ....................................... 73

2-3-9- قابلیتهای اجرایی روش مغناطیسی هوایی ............................................. 74

فصل سوم : اکتشاف اورانیوم در ایران

3-1- تاریخچه سازمان انرژی اتمی ایران .......................................................... 77

3-2- فعالیتهای انجام شده در زمینه اکتشاف اورانیوم در ایران ....................... 77

3-2-1- منطقه ساغند ......................................................................................... 77

3-2-2- منطقه گچین (بندرعباس) ....................................................................... 78

3-2-3- منطقه انارک .......................................................................................... 79

3-2-3-1- ناحیه کالیکافی .................................................................................. 79

3-2-3-2- ناحیه طالمسی .................................................................................. 79

3-2-4- منطقه جاموزیان ................................................................................... 79

3-2-5- منطقه عروسان ..................................................................................... 79

فصل چهارم : معدنکاری اورانیوم

4-1- معدنکاری اورانیوم .................................................................................... 81

4-2- خصوصیات معدنکاری اورانیوم ............................................................... 81

4-3- روشهای معدنکاری اورانیوم .................................................................... 82

4-3-1- روش استخراج روباز ........................................................................... 82

4-3-1-1- ایمنی رادیولوژیکی در معادن روباز اورانیوم ................................. 83

4-3-2- روشهای استخراج زیرزمینی ................................................................ 84

4-3-2-1- روش استخراج بلوکی یا تخریب بزرگ ............................................ 85

4-3-2-2- روش استخراج با احداث طبقات فرعی ............................................. 85

4-3-2-3- روش استخراج انباره ای ................................................................. 85

4-3-2-4- روش استخراج کند و آکند ............................................................... 86

4-3-2-5- روش زیربرش و پرکردن ................................................................ 86

4-3-2-6- روش استخراج چالهای طولانی و موازی ........................................ 86

4-3-2-7- روش استخراج V.C.R......................................................................... 87

4-3-2-8- روش استخراج اتاق و پایه ............................................................... 87

4-3-2-9- روش جبهه کار کوتاه با خاکریزی .................................................. 88

4-3-2-10- روش استخراج جبهه کار طولانی .................................................. 88

فصل پنجم : فرآیند آماده سازی سنگ معدن استخراج شده

5-1- آماده سازی سنگ معدن ........................................................................... 90

5-1-1- سیلو ...................................................................................................... 90

5-1-2- سنگ شکن فکی ..................................................................................... 90

5-1-3- سنگ شکن مخروطی ............................................................................. 90

5-1-4- الک متحرک نوسانی .............................................................................. 90

5-1-5- آسیاب گلوله ای دوار ........................................................................... 91

5-1-6- جداکننده مغناطیسی .............................................................................. 91

5-1-7- تیکنر ...................................................................................................... 91

5-3- استخراج اورانیم از سنگ معدن ................................................................ 91

5-2-1- فرایند لیچینگ ........................................................................................ 91

5-2-1-1- متغیرهای فرآیند .............................................................................. 93

5-2-1-1-1- اندازه سنگ معدن ........................................................................ 93

5-2-1-1-2- غلظت اسید .................................................................................. 93

5-2-1-1-3- اکسیداسیون ................................................................................ 94

5-2-1-1-4- درجه حرارت و زمان عملیات ..................................................... 94

5-2-1-1-5- وزن مخصوص و گرانروی ........................................................ 95

5-2-2- جداسازی جامد – مایع .......................................................................... 95

5-3- خالص سازی و تغلیظ ............................................................................... 96

5-3-1- استخراج با حلال ................................................................................... 97

5-3-2- تبادل یونی با رزین ............................................................................... 101

5-4- رسوب گیری ............................................................................................. 103

5-5- آبگیری و کلینه کردن ................................................................................ 104

5-6- اطلاعات مربوط به مصرف مواد شیمیایی درکارخانه نیمه صنعتی .......... 105

فصل ششم: مشخصات وخصوصیات دستگاهها

6-1- سیلو ........................................................................................................... 111

6-2- سنگ شکن فکی .......................................................................................... 112

6-3- تسمه نقاله .................................................................................................. 113

6-4- سنگ شکن مخروطی ................................................................................. 113

6-5- الکهای متحرک نوسانی .............................................................................. 114

6-6- آسیاب گلوله ای دوار ................................................................................ 115

6-7- طبقه بندی گننده مارپیچی .......................................................................... 117

6-8- جدا کننده مغناطیسی................................................................................... 119

6-9- تیکنر .......................................................................................................... 121

6-10- مخازن لیچینگ ......................................................................................... 122

6-11- صافی بشکه ای ....................................................................................... 123

6-12- سانتریفیوژ .............................................................................................. 124

6-13- مخلوط کننده وجدا کننده ........................................................................ 126

6-14- جریان سنج ............................................................................................. 127

6-15- رسوب دهنده .......................................................................................... 129

6-16- کوره ........................................................................................................ 129

فصل هفتم : نقش آزمایشگاه ها در فرآیند تغلیظ

7-1- آزمایشگاه فرآیند لیچینگ ........................................................................... 131

7-2- آزمایشگاه فرآیند خالص سازی و تغلیظ ................................................... 132

7-2-1- استخراج با حلال ................................................................................... 132

7-2-2- استخراج با تبادل یونی توسط رزین ..................................................... 134

7-3- آزمایشگاه فرایند رسوب گیری ................................................................. 134

7-4- آزمایشگاه تجزیه و تحلیل مواد ................................................................. 135

فصل هشتم : آماده سازی محصول جهت استفاده در راکتورها و تولید برق.. 138