پایان نامه بررسی مواد رادیو اکتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راکتورها و تولید برق در 145 صفحه ورد قابل ویرایش
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
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
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- آزمایشگاه فرایند لیچینگ
اصولاً اجرای پروژه های متالوژیکی بر روی نمونه کان سنگ های اورانیوم،
ابتدا بطور کامل در آزمایشگاهها ارزیابی میشود و در نهایت، پیشرفت و تکمیل
نتایج حاصل از کار آزمایشگاهی است که اطلاعات لازم فنی جهت مناسب ترین روش
علمی و عملی فرایند استخراج اورانیوم از کان سنگ را در مقیاس صنعتی ارائه
میدهد. از این نظر، پیشرفت تکنولوژی همیشه از نتایج مطلوب آزمایشگاهی،
پروژه ای با ارزش است.
بدین لحاظ، پس از ارزیابی های مقدماتی کان سنگ در آزمایشگاههای مربوط از نظر سنگ نگاری، مورفولژی[1]، کانی شناسی و تعیین و اندازه گیری کمیت های فیزیکی و شیمیایی، نخستین مرحلة فرایند شیمیایی تغلیظ اورانیوم (لیچینگ) شروع می گردد.
نقش آزمایشگاه فرایند لیچینگ در واقع، بررسی و تجزیه و تحلیل عوامل اساسی
در تداوم مؤثر فرایند فوق میباشد. روش متعارف جهت دستیابی به بهترین شرایط
برای فرایند لیچینگ در واقع ثابت گرفتن کلیة عوامل، به استثنای یک مورد و
انجام آزمایشهای لازم بر روی آن با دامنه تغییرات محدود میباشد. پس از
انجام آزمایشهای موردنیاز و مقایسة نتایج بدست آمده با یکدیگر، بهترین
نتیجه جهت عامل متغیر مشخص می گردد. عوامل مؤثر در این ارتباط عبارت است از
:
الف- غلظت و میزان اسید،
ب- قابلیت هدایت الکتریکی، PH
ج- دمای واکنش،
د- مدت زمان،
هـ- نوع اکسیدان ها.
و- سطح و ابعاد دانه ها،
ز- وزن مخصوص مخلوط و
ح- سرعت بهمزن.
نتایج حاصله از آزمایشها به قسمت مهندسی فرایند گزارش گردیده که واحد
مزبور با در دست داشتن اطلاعات فوق اقدامات لازم را به عمل میآورد.
لازم به تذکر است که آزمایشهای مزبور همگی در ارتباط با فرایند لیچینگ
اسیدی میباشد. سایر وظایف عمده آزمایشگاه در این حیطه، مرتبط با شناخت
عوامل ترمودینامیکی و فیزیکوشیمیایی در لیچینگ کربناتی و نیز لزوم شستشو در
فشار و لیچینگ چند مرحله ای است. امکان کاربرد تکنیک جدید در لیچینگ تپه
ای[2]، تراوشی[3] و باکتریال[4]نیز
از مواردی است که می بایست در آزمایشگاه شیمی دقیقاً، مورد بررسی قرار
گرفته تا بر اساس اطلاعات حاصله، به مناسب ترین روش استخراج سنگ معادن
مخلتف که از دیدگاه اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد، دست یافته و آنرا در
مقیاس صنعتی بکار گرفت.
7-2- آزمایشگاه فرایند خالص سازی و تغلیظ
اصولاص، تصفیه و خالص سازی اورانیم به دو روش استخراج با حلال و استخراج با تبادل یونی توسط رزین به انجام می رسد.
7-2-1- استخراج با حلال
روش تصفیه با حلال برای خالص سازی مواد بخصوص از زمان بکارگیری اورانیم به
عنوان مادة مولد انرژی تکامل و رواج زیادی پیدا کرده، و فرایندهای مختلفی
در سطح صنعتی تدوین گردیده است؛ تکنیک تصفیه با حلال دارای سه مرحله به شرح
زیر میباشد:
الف- استخراج با حلال[5] ،
ب- شستشوی ناخالصی ها از حلال[6] و
ج- بازیابی مادة خالص از حلال.
طبیعت تصفیه فلزات با حلال و تشکیل کمپلکس های قابل انتقال به فاز آلی از
اهمیت اساسی برخوردار بوده و در نتیجه، منطقی است که چگونگی انتقال فلز به
فاز آلی را بر اساس ماهیت شیمیایی آن طبقه بندی کرد. در این طبقه بندی به
طور کلی سه نوع انتقال صورت می پذیرد:
1- گروهی که با فلز تولید یک مادة قابل انتقال به فاز آلی میکند.
2- دسته ای که تشکیل تجمع یونی می دهد،[7]
3- رده ای که باعث پوشیده شدن فلز با مولکولهای مواد حلال می گردد[8]
شرایط و پارامترهای فرایند تصفیه با حلال در آزمایشگاه تعیین شده و عبارت است از:
1- ظرفیت جذب فلز[9]
2- غلظت حلال در رقیق کننده،
3- نسبت حجمی فازها[10]
4- تعیین مراحل استخراج و بازیابی
5- سرعت انتقال اورانیم و در نهایت تعیین زمان تماس لازم
6- اثر حرارت در استخراج
7- ضریب تقسیم
8- پارامترهای سینتیکی
9- حالات فیزیکی مواد
10- ضریب سرعت استخراج[11] و
11- سرعت استخراج[12].
با مشخص گردیدن عوامل مذکور، اطلاعات لازم برای تصفیه اورانیوم محلول های
لیچینگ جمع آوری شده و منحنی تعادلی موردنیاز ترسیم می گردد.
اطلاعات بدست آمده در اختیار مهندسی فرایند قرار گرفته و اقدامات بعدی صورت می پذیرد.
7-2-2- استخراج با تبادل یونی توسط رزین
شرایط و عوامل مؤثر در فرایند تصفیه با رزین علاوه بر شرایط شیمیایی که
قبلا در رابطه با فرایند استخراج با حلال ذکر شد، موارد زیر را نیز در برمی
گیرد:
1- شرایط فیزیکی محلول های اورانیم دار،
2- عوامل مربوط به جذب[13] و پاکیزه سازی رزین
3- اطلاعات مربوط، حجم سیالات لازم برای استخراج و بازیابی،
4- تعیین نقطة پیدایش اورانیوم از انتهای ستون رزین به هنگام جذب[14] و
5- وجود موام مزاحم قابل استخراج و مواد مسموم کنندة رزین و چگونگی برطرف کردن آنها برای استفاده مجدد از رزین
7-3- آزمایشگاه فرآیند رسوب گیری
مروری بر سوابق عملیات رسوب گیری از محلول های حاوی اورانیوم نشان میدهد
که قبل از ابداع و بکارگیری تکنیک های جدید در تصفیه و پالایش محلول های
لیچینگ، انجام عمل رسوب گیری شامل فرایندهای شیمیایی پیچیده و پرهزینه ای
در حذف عناصر همراه و مزاحم بوده است. با وجود این، هنوز نیز می بایست
مراقبت ها و دقت های خاص و تکنیک های ویژه در این مرحله مبذول گردد تا
محصول حاصل از این مرحله پس از عمل آب گیری و خشک کردن و تکلیس آن در دمایی
مناسب بتواند به عنوان محصول حد واسط خوب در تهیة اکسیدنهایی اورانیم Uo2 بکار گرفته شود.
محلول های حاوی اورانیم حاصل از مرحله لیچینگ عمدتاً دارای دو ویژگی اسیدی
یا قلیایی است و چنانچه همین خصوصیات محلول بعد از عبور از رزین های تبادل
یونی یا در استخراج با حلال نیز حفظ شود، می بایست دو روش عمل متفاوت در
رابطه با محلول های تصفیه شده «اسیدی» و یا «قلیایی» بکار گرفته شود.
رسوب گیری از محلول های قلیایی بسته به نوع ماده رسوب دهنده به سه دسته تقسیم میشود:
الف- افزایش یک باز قوی،
ب- اسیدی کردن، خروج گاز CO2 و سپس خنثی سازی با یک باز، و
ج- احیا با هیدروژن.
روش دیگری نیز موسوم به روش ویژه موجود است که طی آن در محلول های لیچینگ
(تحت فشار) با استفاده از کربنات آمونیم جهت خارج ساختن آمونیاک و دی اکسید
کربن عمل عریان سازی با بخار صورت میگیرد.
رسوب گیری از محلول های اسیدی به دو روش زیر صورت می پذیرد:
1- کاربرد یک باز نظیر آهک، سود سوزآور، اکسید منیزیم و آمونیاک، و
2- بهره گیری از آب اکسیژنه.
نکته ای که در عمل رسوب گیری حائز اهمیت است، بکارگیری صحیح داده های
آزمایشگاهی جهت طراحی و ساخت مخازن مخلوط کننده، کنترل و تنظیم PH محیط
رسوب، کنترل حجم ورودی محلول ها و مواد رسوب دهنده به سیستم، کنترل دما و
نیز دور مناسب بهمزن مخازن و … میباشد.
