Bài viết trình bày nguồn cung cấp urani chủ yếu đến từ các hoạt động khai thác mỏ, ngoài ra còn một phần từ các nguồn thứ cấp khác. Sản phẩm của quá trình khai thác và chế biến urani là yellowcake với hàm lượng từ 75 - 85% U3 O8. Sản phẩm này sẽ được chuyển tới các nhà máy chế tạo nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân, phục vụ cho ngành năng lượng nguyên tử trên thế giới.
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN QUẶNG URANI Lê Quang Thái, Nguyễn Văn Tùng Trung tâm Công nghệ Urani, Viện Công nghệ xạ Urani khai thác chủ yếu phục vụ cho nhu cầu phát triển điện hạt nhân Ngoài ra, lượng nhỏ urani sử dụng để sản xuất đồng vị phóng xạ y tế, nghiên cứu khoa học số lĩnh vực khác Các phương pháp khai thác urani bao gồm khai thác lộ thiên, khai thác hầm lò khai thác chỗ (in-situ) Một phần nhỏ urani thu hồi sản phẩm phụ trình chế biến loại khoáng sản khác Nguồn cung cấp urani chủ yếu đến từ hoạt động khai thác mỏ, phần từ nguồn thứ cấp khác Sản phẩm trình khai thác chế biến urani yellowcake với hàm lượng từ 75 - 85% U3O8 Sản phẩm chuyển tới nhà máy chế tạo nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân, phục vụ cho ngành lượng nguyên tử giới Với phát triển công nghệ điện hạt nhân nhu cầu lượng ngày cao, việc khai thác chế biến urani tiếp tục phát triển giới với nhiều triển vọng tương lai NGUỒN TÀI NGUYÊN URANI Bảng Nguồn tài nguyên urani theo quốc gia, năm 2019 Hiện nay, tổng trữ lượng urani thăm dò giới khoảng 6,15 triệu tấn, chủ yếu 15 quốc gia (chiếm đến 95% trữ lượng giới) Úc nước có nguồn tài nguyên urani lớn giới, chiếm đến 28%, Kazakhstan với 15%, Canada, Nga Namibia 9%, 8% 7% số nước khác Bảng cho thấy nguồn tài nguyên urani khai thác quốc gia Ngồi ra, năm có khoảng 12.000 urani cung cấp từ số hoạt động bao gồm việc Hoa Kỳ Nga ngừng hoạt động đầu đạn hạt nhân, giải trừ vũ khí hạt nhân, trình pha trộn nguồn urani độ giàu cao trước Các nguồn urani khác kho dự trữ phủ công ty, đặc biệt lượng lớn urani nghèo cịn lại từ q trình làm giàu trước đây, làm giàu lại quy trình hiệu Một phần nhỏ đến từ urani thu từ việc 46 Số 68 - Tháng 9/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN tái chế nhiên liệu qua sử dụng Nhu cầu urani toàn cầu khoảng 67.000 tU/năm Do đó, nguồn tài nguyên urani giới đáp ứng nhu cầu khoảng 90 năm 20 quốc gia, Kazakhstan nước có sản lượng lớn (chiếm khoảng 42% nguồn cung giới vào năm 2019), Canada (13%) Úc (12%) (xem bảng 2) Sản lượng urani toàn cầu giai đoạn dự báo (2021-2025) dự kiến tăng với tốc độ CAGR 6,2% để đạt 65,2 kt vào năm 2025 Kazakhstan, SẢN LƯỢNG KHAI THÁC URANI Hầu hết mỏ quặng urani khai thác quốc gia nắm giữ số mỏ urani lớn có hàm lượng trung bình lớn 0,10% ura- giới, dự kiến nhà cung cấp lớn ni Một số mỏ Canada có lượng quặng khổng giới vài năm tới Với mỏ urani lộ thiên lồ với hàm lượng trung bình lên tới 20% urani tiềm năng, Namibia kỳ vọng nhà Tuy nhiên, có số mỏ khai thác cung cấp urani bật cho thị trường toàn cầu với lượng quặng thấp, 0,02% urani Hiện Hơn nữa, việc khởi động lại mỏ Cigar Lake vào nay, mỏ urani khai thác khoảng tháng năm 2021 đảm bảo nguồn cung cấp urani từ Canada Bảng Sản lượng khai thác urani giới (tấn) Số 68 - Tháng 9/2021 47 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN Urani thu hồi từ nguồn quặng URANI phương pháp khác khai thác lộ thiên, Công nghệ khai thác chế biến urani thể khai thác hầm lò, hòa tách đống khai thác hình Sản phẩm trình khai chỗ Các đặc trưng phương pháp thác chế biến quặng urani yellowcake có khai thác tổng hợp bảng hàm lượng urani khoảng 75 - 85% Hình Cơng nghệ khai thác chế biến urani giới 48 Số 68 - Tháng 9/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Bảng Các phương pháp khai thác urani Các kỹ thuật khai thác có ưu nhược điểm khác Năm 2019, tổng sản lượng khai thác kỹ thuật khai thác chỗ chiếm đến 57%, khai thác hầm lị khai thác lộ thiên 36% Ngồi ra, urani thu hồi sản phẩm phụ q trình khai thác khống sản khác khai thác vàng Nam Phi, khai thác đồng mỏ Olympic Dam Úc, khai thác mỏ phốt phát Maroc Florida Lượng urani chiếm khoảng 7% tổng sản lượng urani giới Sản phẩm từ trình khai thác mỏ dung dịch urani có hàm lượng urani khoảng - g/l Dung dịch urani làm giàu lên với hàm lượng urani khoảng 10 - 12 g/l phương pháp trao đổi ion chiết dung mơi Đối với q trình trao đổi ion, nhựa trao đổi ion sử dụng để thu hồi urani từ dung dịch hịa tách, sau nhựa trao đổi ion rửa giải dung dịch Na2SO4 Na2CO3 để thu dung dịch có nồng độ Số 68 - Tháng 9/2021 49 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN sử dụng để hoàn thổ lại khu vực mỏ sau Đối với phương pháp chiết dung môi, dung kết thúc khai thác phương pháp khai môi chứa tác nhân chiết amin bậc (R3N) thác lộ thiên, khai thác hầm lò hòa tách đống pha loãng kerosel sử dụng để thu hồi Các loại chất thải rắn phát sinh từ trình xử urani từ dung dịch hòa tách, dung dịch (NH4)2SO4 lý quặng lưu giữ tập trung hồ sử dụng để giải chiết urani từ dung môi để chứa thải dạng bùn thải Trong hồ chứa bùn thu dung dịch có nồng độ urani cao có lượng nước bao phủ bề mặt bùn thải để giảm thiểu tối đa phát thải khí radon Các phản ứng xảy sau: Nước thải từ trình xử lý quặng chế biến Quá trình chiết urani: urani thu gom xử lý tập trung tái tuần hoàn lại để giảm thiểu lượng nước cần sử 2R3N + H2SO4 → (R3NH)2SO4 2(R3NH)2SO4 + UO2(SO4)34- → (R3NH)4UO2(SO4)3 dụng trình Tất mỏ sau kết thúc khai thác + 2SO42hồn thổ để đảm bảo khơng xảy mơi trường Q trình giải chiết: Các hồ chứa bùn thải xử lý triệt để nước (R3NH)4UO2(SO4)3 + 2(NH4)2SO4 → 4R3N + thải Hồ chứa bùn chứa chất thải rắn lại (NH4)4UO2(SO4)3 + 2H2SO4 bao phủ khoảng hai mét đất sét lớp đất Sau đó, urani thu hồi cách kết tủa với mặt với đủ đá để chống xói mịn Điều để NH3 để tạo thành yellowcake Phản ứng kết tủa giảm mức xạ gamma tốc độ phát xạ radon xuống mức gần mức thường xảy sau: vùng thân quặng cuối phủ lớp 2NH3 + 2UO2(SO4)34- → (NH4)2U2O7 + 4SO42thực vật Các hầm lò sau khai thác Sản phẩm lọc, rửa loại tạp chất dung hồn thổ lượng chất thải rắn sau dịch axit HNO3 nước, sấy khô đóng gói xử lý Đối với khai thác chỗ, cần tiến thùng thép hành rửa trôi để phục hồi lại trạng nguồn Sản phẩm cuối yellowcake có hàm lượng nước ngầm ban đầu Sau hoàn thổ, urani khoảng 75 - 85% Yellowcake chuyển cần tiếp tục giám sát cách đo đạc chất lượng tới nhà máy chuyển hóa để chế tạo UF6 làm mơi trường khu vực thời gian tùy giàu urani, chế tạo nhiên liệu cho nhà máy theo quy định quốc gia điện hạt nhân số mục đích khác urani cao KẾT LUẬN QUẢN LÝ CHẤT THẢI VÀ HOÀN THỔ Năng lượng hạt nhân lựa chọn cần MỎ SAU KHI KHAI THÁC thiết để đảm bao nhu cầu lượng giới Các chất thải rắn lỏng phát sinh từ trình ngày tăng nguồn khai thác chế biến urani phải quản lý lượng hóa thạch dần cạn kiệt Do vậy, việc chặt chẽ chúng chất thải phóng xạ thăm dị, khai thác chế biến urani tiếp Tất nguồn thải phát sinh đánh giá tục phát triển Nguồn cung cấp urani mức độ phóng xạ để có biện pháp xử lý phù hợp giới chủ yếu từ khai thác mỏ, phần nhỏ từ nguồn khác đáp ứng nhu Các loại chất thải rắn quặng cầu giới Công nghệ khai thác urani bao gồm 50 Số 68 - Tháng 9/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN phương pháp khai thác lộ thiên, khai thác hầm lò, hòa tách đống khai thác chỗ Sản phẩm cuối trình khai thác chế biến urani yellowcake có hàm lượng urani từ 75 - 85% Yellowcake chuyển tới nhà máy chuyển hóa để chế tạo UF6 làm giàu urani, chế tạo nhiên liệu cho nhà máy điện hạt nhân số mục đích khác Chất thải phát sinh từ q trình khai thác chế biến urani xử lý giám sát chặt chẽ theo quy định quốc gia Các khu vực mỏ sau khai thác hoàn thổ tiếp tục giám sát để đảm bảo an tồn mơi trường thời gian định TÀI LIỆU THAM KHẢO OECD NEA & IAEA, Uranium 2020: Resources, Production and Demand (‘Red Book’) https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/mining-of-uranium.aspx PRODUCTION OF YELLOW CAKEIN CHEMICAL MILL- build-up and description of technologies, DIAMO state enterprise, branch plant GEAM Dolní Rožínka, plant Chemical mill https://www.epa.gov/radtown/radioactive-wasteuranium-mining-and-milling Primary Extraction, IAEA - INT2019 Interregional Workshop on Case Study of Conventional Uranium Production: from Exploration to Closure October 14 to 18th, 2019, Prague, Czech Republic Số 68 - Tháng 9/2021 51 ... TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN Urani thu hồi từ nguồn quặng URANI phương pháp khác khai thác lộ thiên, Công nghệ khai thác chế biến urani thể khai thác hầm lò,... khai thác hình Sản phẩm trình khai chỗ Các đặc trưng phương pháp thác chế biến quặng urani yellowcake có khai thác tổng hợp bảng hàm lượng urani khoảng 75 - 85% Hình Công nghệ khai thác chế biến. .. rắn quặng cầu giới Công nghệ khai thác urani bao gồm 50 Số 68 - Tháng 9/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN phương pháp khai thác lộ thiên, khai thác hầm lò, hòa tách đống khai thác