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 راكتورهای هسته ای برای تولید برق می باشد اما مصارف دیگری نیز دارد كه از جمله مصرف در راكتورهای تحقیقاتی برای مطالعات هسته ای می باشد از این فرآورده برای مصارف دیگر از جمله تولید رادیو داروها برای اندام و

فرآوری كانسنگ های اورانیوم دار

فهرست مطالب

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

فصل اول: معرفی مواد پرتو زا

1-1- رادیواكتیو .................................................................................................. 2

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

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

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

1-2- تاریخچه و كاربرد ...................................................................................... 7

1-2-1- تاریخچه مواد رادیواكتیو........................................................................ 7

1-2-2- كاربرد مواد رادیواكتیو ......................................................................... 7

1-2-2-1- تكنولوژی هسته ای ........................................................................... 7 

1-3- شیمی عناصر رادیواكتیو ........................................................................... 12

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

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

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

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

1-4-2- كارنوتیت ................................................................................................ 15

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

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

1-5- وسایل آشكارسای رادیواكتیو ................................................................... 17

1-5-1- آشكارشازی اشعه  به كمك سنتیلومتر .............................................. 17

1-5-2- آشكارسازی رادیواكتیو به كمك شمارنده گایگر .................................. 17

1-5-3- اسپكترومترهای اشعه ........................................................................ 18

1-5-4- روشهای اكتشافی اورانیوم آشكارسازی اشعه ................................ 23

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

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

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

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

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

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

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

1-6-3-1- كنگلومراها ......................................................................................... 31

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

1-6-3-2-1- كانسارهای پنكوفكوردانت............................................................. 32

1-6-3-2-2- كانسارهای هلالی شكل ................................................................ 34

1-6-3-2-3- كانسارهای استك ......................................................................... 35

1-6-3-3- كانسارهای نوع رگه ای شكل ........................................................... 36

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

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

1-6-3-6- كانسارهای نوع كالكریت ................................................................... 40

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

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

فصل دوم :

2-1- كلیات اكتشاف رادیولوژی .......................................................................... 44

2-1-1- اصول فیزیكی اكتشاف اورانیوم به وسیله اندازه گیری تابش گاما........ 44

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

2-1-3- فعل و انفعالات فرآیندهای پراكنش الكترومغناطیسی ............................ 52

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

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

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

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

2-2-1- خواص مغناطیسی سنگها و كانیها ......................................................... 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 آشكارساز........................................................................ 65

2-3-4- ثبت خروجی و آشكار 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 : اكتشاف اورانیوم در ایران

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

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

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

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

3-2-3- منطقه انارك ........................................................................................... 79

3-2-3-1- ناحیه كالیكافی ................................................................................... 79

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

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

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

فصل چهارم : معدنكاری اورانیوم

4-1- معدنكاری اورانیوم .................................................................................... 81

4-2- خصوصیات معدنكاری اورانیوم ................................................................ 81

4-3- روشهای معدنكاری اورانیوم ..................................................................... 82

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

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

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

4-3-2-1- روش استخراج بلوكی 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 كند و آكند ................................................................ 86

4-3-2-5- روش زیربرش و پركردن ................................................................. 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 كار كوتاه با خاكریزی ................................................... 88

4-3-2-10- روش استخراج جبهه كار 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 شكن فكی ...................................................................................... 90

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

5-1-4- الك متحرك نوسانی ............................................................................... 90

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

5-1-6- جداكننده مغناطیسی ............................................................................... 91

5-1-7- تیكنر ...................................................................................................... 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- اكسیداسیون ................................................................................. 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 كلینه كردن ................................................................................. 104

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

فصل ششم: مشخصات وخصوصیات دستگاهها

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

6-2- سنگ شكن فكی .......................................................................................... 112

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

6-4- سنگ شكن مخروطی .................................................................................. 113

6-5- الكهای متحرك نوسانی .............................................................................. 114

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

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

6-8- جدا كننده مغناطیسی................................................................................... 119

6-9- تیكنر ........................................................................................................... 121

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

6-11- صافی بشكه ای ........................................................................................ 123

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

6-13- مخلوط كننده وجدا كننده ......................................................................... 126

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

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

6-16- كوره ........................................................................................................ 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 راكتورها و تولید برق...... 138

 

 

 

 

 

مقدمه

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

در گذشتة نه چندان دور، هر یك از كشورها جداگانه فعالیت می نمودند؛ تا اینكه آژانس مزبور پایه گذاری شد. پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی و تحول سیاسی در شرق اروپا، كشورهای بیشتری به آژانس مزبور، پیوستند. در حال حاضر، آژانس بین المللی انرژی اتمی 120 عضو دارد؛ كه كشور ما نیز یكی از آنان است.

در ایران،فعالیت های هسته ای زیر نظر سازمان انرژی اتمی انجام می شود. سازمان مزبور، از چند معاونت تشكی شده؛ كه معاونت تولید سوخت هسته‌ای، یكی از آنان است. معاونت مورد نظر، از چند واحد تشكیل می شود؛ كه واحدهای اكتشاف و استخراج، سوخت و كانه آرایی دو واحد مهم آن محسوب می شوند.

واحد اكتشاف و استخراج، فعالیت‌های مربوط به اكتشاف و استخراج كانسارهای اورانیوم را، به عهده دارد. واحد سوخت و كانه آرایی، در رابطه با فرآوری كانسنگ های اورانیوم دار، فعالیت می كند.

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

پس از كشف مناطقی كه دارای معدن اورانیوم هستند مثل منطقه سلقه و معدنكاری 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 كه در این پروژه توانسته باشم نمایی از چرخة سوخت هسته ای در ایران را به رشته تحریر درآورده باشم.

 

چكیده

با توجه به مصرف روز افزون انرژی درصنایع مختلف، برای تامین انرژی مورد نیاز صنایع مختلف از منابع متفاوتی استفاده می شود.یكی از بهترین و به صرفه ترین منابع انرژی در جهان سوخت هسته ای می باشد كه تولید انرژی از سوخت هسته ای در راكتورهای 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 ذكر این مطلب ضروری است كه حرارتی كه از 500 گرم اورانیوم بدست می آید معادل حرارتی است كه از 1500 تن زغال سنگ بدست می‌آید. بنابراین می توان گفت سوخت هسته ای یكی از بهترین و بزرگترین منابع تولید انرژی محسوب می شود. از آنجائیكه سوخت هسته ای مورد نیاز نیروگاههای هسته ای از ایزوتوپی از عنصر اورانیوم بنام اورانیوم 238 كه در طبیعت فراوان یافت می شود و 99% از پوسته زمین را تشكیل می دهد تامین می شود. لذا اكتشاف این عنصر پرتوزا از اهمیت خاصی برخوردار است. مراحل مختلفی برای اكتشاف این عنصر استراتژیك طی می شود تا در نهایت به مناطق محدود امید بخش رسید. در مراحل اولیه ابتدا بررسی می شود كه كانی سازی اورانیوم از لحاظ زمین شناسی در چه مناطقی می تواند وجود داشته باشد، بعد از مطالعات اولیه با توجه به این مطلب كه عناصر سنگینی مثل اورانیوم در طبیعت از نظر ساختمان اتمی ناپایدار هستند ودائماً تمایل دارند كه 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، اسپكترومتر و سایر دستگاهها قابل اندازه گیری هستند.لذا برای پیدا كردن مناطقی كه احتمال وجود عناصر رادیواكتیو در آنها وجود دارد. اشعه گاما را ابتدا دروسعت زیاد توسط اندازه گیری های هوایی توسط هواپیما یا هلی كوپتر برای مناطق وسیع وبزرگ تعیین می كنند. نتیجه این رادیومتری این عناصر می باشد. با پردازش و تفسیر دانسته های رادیومتری هوایی در محدوده هایی كه با توجه به رادیومتری هوایی امید بخش تشخیص داده شد، عملیات رادیومتری زمینی و اندازه گیری اشعه گامای عناصر در مقیاس كوچكتر وزمینی انجام می شود تا در نهایت بعد از مراحل اكتشاف مقدماتی و تفضیلی و با حفر گمانه ها و تخمین ذخیره به كانسارهای اقتصادی اورانیوم رسید. پس از عملیات اكتشاف 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 كانیهای اورانیوم از سنگهای باطله جدا شده و بصورت یك كیك زرد رنگی از سنگها استحصال می شود. در مراحل بعدی این كیك زرد تحت عملیات غنی سازی انجام می گیرد و به اورانیوم غنی شده كه 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 راكتورها.

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 راكتورهای هسته ای برای تولید برق می باشد. اما مصارف دیگری نیز دارد كه از جمله مصرف در راكتورهای تحقیقاتی برای مطالعات هسته ای می باشد. از این فرآورده  برای مصارف دیگر از جمله تولید رادیو داروها برای اندام و سلولهای سرطانی كه فقط در آنها جذب می شود و آنها را از بین می برد نیز استفاده می كنند، رادیوداروها در راكتورهای تحقیقاتی بدست می آیند. مصرف دیگر استفاده از اشعه گامای حاصل از شكافت هسته ای در راكتورهای تحقیقاتی است كه از این اشعه ای گاما برای مصارف پزشكی، كشاورزی و تولید رادیو داروها استفاده می كنند و مخربترین كاربرد آن استفاده از این منبع انرژی هسته ای در بمبهای اتمی و ویرانگر با شدت تخریب بالا می باشد.

با توجه به كاربردهای مخلتف عناصر رادیواكتیو و هم چنین تولید انرژی زیاد توسط سوخت هسته ای در راكتورهای 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 كشورمان ایران، می توان برای تولید انرژی در دامنه زیاد از سوخت هسته ای استفاده كرد كه برای این كار تاسیس نیروگاه های هسته ای مختلف در كشور از جمله نیروگاه اتمی بوشهر در حال اجراء می باشد و برای تامین سوخت هسته ای این نیروگاهها باید منابع اورانیوم موجود در كشورمان شناسایی و بعد از طی مراحل مختلفی اكتشافی و استخراجی تبدیل به سوخت هسته ای نیروگاهها و راكتورهای هسته ای مختلف در كشور از جمله نیروگاه اتمی بوشهر در حال اجراء ی باشد و برای تامین سوخت هسته ای این نیروگاهها باید منابع اورانیوم موجود در كشورمان شناسایی و بعد از طی مراحل مختلفی اكتشافی و استخراجی تبدیل به سوخت هسته ای نیروگاهها و راكتورهای تحقیقاتی برای مصارف دیگر شود. با راه اندازی نیروگاههای هسته ای در كشور می توان به تولید انرژی زیادی كه از این روش بدست می آید دست یافت. البته باید به این نكته مهم توجه داشت كه این امر با ضریب ایمنی بالایی صورت پذیرد زیرا خطر احتمالی یك نیروگاه هسته ای بزرگ كمتر از یك بمب اتمی نیست، بنابراین باید تمام نكات و زوایای ایمنی و بروز خطر احتمالی در نظر گرفته شود تا فجایعی مثل انفجار نیروگاه اتمی چرنوبیل روسیه هیچگاه در جهان تكرار نشود.

 

فصل اول

 

معرفی مواد پرتوزا

 

1-1- رادیواكتیویته (Radio activity)

فروپاشی خودبخود هسته یك اتم باعث گسیل پرتوهائی از اتم می گردد كه این پدیده را رادیواكتیویته وپرتوهای ساطع شده را در مجموع تشعشعات رادیو اكتیو می نامند كه خود شامل اشعه فروپاشی خودبخود هسته یك اتم باعث گسیل پرتوهائی از اتم می گردد كه این پدیده را رادیواكتیویته وپرتوهای ساطع شده را در مجموع تشعشعات رادیو اكتیو می نامند كه خود شامل اشعه  از جنس هسته هلیم  (بارمثبت)، اشعة  از الكترونها ( بار منفی ) و اشعه  است كه آن نیز از سری امواج الكترومانیتیك با فركانس 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 بطوریكه با یك ورق كاغذ براحتی می توان جلوی آنها را سد كرد. اشعة حداكثر 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 كند. پرتوهای رادیواكتیو 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 عكاسی ( كه منجر به كشف اشعة رادیواكتیو توسط هانری بكرل (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:

كه باعث یونیزه شدن برخی از گازها می شود كه این خاصیت نیز بنوبه خود اساس كار برخی از وسایل سنجش رادیواكتیویته 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 كه ناشی از خروج پروتونها در قالب اشعه  و الكترونها در قالب اشعة  است اتم جدیدی بوجود می‌آید. این پدیده تحت عنوان تلاش هسته‌ای یا تلاشی رادیواكتیو^[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.

---