铀是原子序数为92的元素,其元素符号是U,是自然界中能够找到的最重元素。在自然界中存在三种同位素,均带有放射性,拥有非常长的半衰期(数十万年~45亿年)。
铀资源总量超过280万吨
2023年7月21日,核工业铀矿勘查高质量推进会在内蒙古呼和浩特市开幕,会上发布了近十年我国铀矿勘查成果。近十年来,我国新增的铀矿资源量占我国开展铀矿勘探以来查明总量的1/3,其中优质可采资源量占比超过70%。
铀资源是指天然赋存于地壳内或地壳上部铀的富集体,就其形态和数量而言,在当前或可以预见的将来,它们能成为经济上和技术上可以开采和提取的铀矿产品。中国的铀矿地质工作已经完成了传统模式向高质量发展的转型,确保了我国天然铀稳定高效供应。根据最新全国铀矿资源潜力评价预测,我国铀资源总量超过280万吨,这显示我国铀矿资源潜力巨大。
铀是原子序数为92的元素,其元素符号是U,是自然界中能够找到的最重元素。在自然界中存在三种同位素,均带有放射性,拥有非常长的半衰期(数十万年~45亿年)。此外还有12种人工同位素(226U~240U)。铀在1789年由马丁·海因里希·克拉普罗特(Martin Heinrich Klaproth)发现。铀化合物早期用于瓷器的着色,在核裂变现象被发现后用作为核燃料。2023年4月,日本与韩国科学家发现了一种以前未知的铀同位素——铀-241 。
自然产生的最重的金属。呈银白色,具有硬度强、密度高、可延展、有放射性等特征。一般在铀与氧、氧化物或硅酸盐的结合中发现铀。铀原子能发生裂变反应,释放大量能量从而可以应用于发电,核武器制造等领域。第二次世界大战中盟军的核武器计划引发对铀的需求,铀的生产应运而生。到20世纪70年代,铀的生产工业已稳固地建立起来。
铀能与多种金属生成金属间化合物。铀具有化学性质活泼、各向异性结构和机械性能较差等缺陷。铀合金的某些性质优于金属铀,这在核燃料元件制造中相当重要。添加适量的其他金属,如铌、铬、钼或锆能改善铀的热导率、晶体结构及金相结构、热处理特性、辐照稳定性和耐蚀性等。铀广泛存在于地壳和海水中。
铀矿物按成因可分为原生铀矿和次生铀矿两大类。除沥青铀矿外,原生铀矿均存在于伟晶岩中,原生矿物经风化和热液作用易转变成各种次生矿物。铀矿的成因、产状、含铀量及伴生矿物和围岩均会影响到铀矿的加工工艺。已发现的铀矿物和含铀矿物约有500多种。其中常见并具有工业实用价值的仅二三十种。下表所列为重要的铀矿物。
除澳大利亚、加拿大有一些较大的富铀矿床(含铀1%~10%)外,大多数铀矿的含铀品位为0.1%~0.2%。铀水冶厂大多直接处理铀原矿,但通过选矿能提高矿石品位,降低成本。一些国家正采用放射分选机对块状铀矿石进行选矿。为了综合利用或改善铀矿石加工性能,有的矿石还需经配矿、焙烧等预处理。此外,含铀的磷酸盐矿、褐煤、页岩、铀矿水、含铀铜废石堆浸液和海水等都可成为提铀的原料。例如,1988年美国从湿法磷酸等副产品中回收的铀达1500t,约占其总产量5190t铀的29% 。
根据中研普华产业研究院发布的《2021-2026年中国铀资源产业运行分析及投资机会研究报告》显示:
2019年澳大利亚铀资源储量共计169.27万吨,占总储量的27.53%,全球排名第一;哈萨克斯坦铀资源储量共计90.68万吨,占总储量的14.75%,全球排名第二;加拿大铀资源储量共计56.49万吨,占总储量的9.19%,全球排名第三。随着近几年全球铀矿勘查开发力度的加大,世界诸多国家铀矿资源量均有增加。
由于铀的化学性质很活泼,所以自然界不存在游离态的金属铀,它总是以化合状态存在着。已知的铀矿物有一百七十多种,但具有工业开采价值的铀矿只有二、三十种,其中最重要的有沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀)、品质铀矿(主要成分为二氧化铀)、铀石和铀黑等。很多的铀矿物都呈黄色、绿色或黄绿色。有些铀矿物在紫外线下能发出强烈的荧光。正是铀矿物(铀化合物)这种发荧光的特性,才导致了放射性现象的发现。
铀及其一系列衰变子体的放射性是存在铀的最好标志。人的肉眼虽然看不见放射性,但是借助于专门的仪器却可以方便地把它探测出来。因此,铀矿资源的普查和勘探几乎都利用了铀具有放射性这一特点:若发现某个地区岩石、土壤、水、甚至植物内放射性特别强,就说明那个地区可能有铀矿存在。
铀主要是作为核电站反应堆的燃料。截至2018年年底,全球在运机组454台,总装机容量超过4亿千瓦。世界在建核电机组54台,总装机容量5501.3万千瓦。与此同时,2018年,全球有4台机组新开工建设,1台机组重启建设(韩国的新古里6号)。2018年,全球核电预计需求天然铀6.5万吨,美国、法国、中国和俄罗斯是最主要的需求国。
2021年全球铀矿矿山产量达48332吨,较2020年增加了601吨,同比增长1.26%,但仍然低于2014-2019年平均水平。全球铀矿需求主要来源于铀矿矿山生产,但自2016年来全球铀矿产量占全球需求量的比例逐年下滑,2021年全球铀矿产量占全球需求量的77%,较2014年的85%减少了8%。
利用低品位铀矿石及其他含铀物料以扩大铀资源。重视铀的就地浸出、堆浸、细菌浸出等浸出方法的开发和推广应用,以节省能耗和降低生产成本。开发并推广应用快中子增殖堆,提高天然铀的利用率。研究开发无废物工艺,减轻铀对环境的污染。发展节能的离心法、激光法等同位素分离方法,替代耗能高的扩散法。
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