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

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.

تعداد صفحات 138 word

فهرست مطالب

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