Acta Montanistica Slovaca Ročník 12 (2007), mimoriadne číslo 1, 115-125
Těžba radioaktivních surovin jako počátek jaderného palivového cyklu
Bedřich Michálek.1
Mining of Radioactive Raw Materials as an Origin of the Nuclear Fuel Chain
The mining of radioactive raw materials may be considered as an origin of the nuclear fuel chain and thus determines the amount
of radioactive wastes which have to be stored safety in the final stage of the fuel chain. The paper informs about the existing trends in
mining of radioactive raw materials in the world, provides an overview of development in mining in the Czech Republic and of
possibilities of future exploiting some uranium deposits. It points a possibility of non-traditional obtaining uranium from mine waters
from underground uranium mines closed and flooded earlier.
Key words: nuclear power supply, uranium mining, Rožná deposit, mine waters.
Úvod
Jaderná energetika prožívá v současné době svou renesanci a v blízké budoucnosti se stane nepochybně
rozhodujícím faktorem hospodářského růstu celé řady zemí. Jaderné elektrárny si udržují svůj podíl
na světové produkci elektřiny kolem 16 % od devadesátých let až do nového století. Koncem roku 2004 bylo
ve světě v provozu 438 jaderných energetických reaktorů s celkovou kapacitou 364 GWe. Faktorem
s narůstajícím významem je zvyšování výrobní kapacity stávajících provozovaných reaktorů pomocí
zlepšovacích opatření vůči uvádění nových reaktorů do provozu. Současně bylo ve světě koncem roku 2004
dalších 25 reaktorů ve výstavbě či dočasně odstavených z provozu s úhrnnou kapacitou 26 GWe. Lze
očekávat, že tyto jednotky budou uvedeny do provozu během příštích deseti let, čímž částečně nahradí
uzavření několika starších (a obvykle menších) reaktorů. Zpráva publikovaná Agenturou pro jadernou energii
OECD a Mezinárodní agenturou pro atomovou energii předpovídá, že kolem roku 2025 světová kapacita
jaderné energie vzroste ze současných 370 GWe na 450 GWe až 530 GWe. V této souvislosti je potřeba najít
odpověď na dvě základní otázky a to, zda budou zajištěny dostatečné zdroje přírodního uranu pro očekávané
potřeby jaderných elektráren a jak bude lidstvo nakládat s vyhořelým palivem z jaderných elektráren.
Jaderný palivový cyklus
Palivový cyklus jaderných
elektráren je poměrně složitý.
Na rozdíl od uhlí, které se po malé
úpravě může hned použít k výrobě
elektřiny, musí vytěžený uran projít
řadou technologických procesů, než
je možné ho použít jako paliva
v jaderné elektrárně. Přesto jsou
palivové náklady jaderné elektrárny
nižší než náklady elektrárny spalující
fosilní paliva. Je to dáno především
vysokým energetickým obsahem
uranu. Teoreticky nahradí 1 kg uranu
3 miliony kg černého uhlí, i když
v současných typech reaktorů se
využijí řádově jen procenta
energetického obsahu uranu.
Obr. 1. Schéma jaderného palivového cyklu.
Fig. 1. Scheme of nuclear fuel chain.
1
Ing. Bedřich Michálek, Ph.D., DIAMO státní podnik, odštěpný závod GEAM, 592 51 Dolní Rožínka, Česká republika.
(Recenzovaná a revidovaná verzia dodaná 18. 1. 2007)
115
Bedřich Michálek: Těžba radioaktivních surovin jako počátek jaderného palivového cyklu
Přehled těžby uranu ve světě
Již citovaná zpráva Agentury pro jadernou energii OECD a Mezinárodní agentury pro atomovou energii
s názvem "Uran 2005 - zásoby, produkce a poptávka" soudí, že světové zásoby uranu "jsou více než
přiměřené" pro naplnění plánovaných požadavků. Identifikovaný objem konvenčních zásob uranu, které
mohou být těženy za méně než 130 USD/kg právě současné ceny na spot trhu jsou stanoveny
na 4,7 milionu tun. Při základu objemu výroby elektřiny z jádra za rok 2004 je tento objem dostačující
na 85 let. Avšak zpráva odhaduje celkové světové zásoby uranu na více než 35 milionů tun. Předpokládaný
růst výroby energie z jádra však zvýší roční potřebu uranu na objem 80.000 až 100.000 tun vůči
67.450 tunám za rok 2004.
VÝVOJ SPOT CENY URANU
(do roku 2005 podle stavu v prosinci příslušného roku)
27,00
16,55
12,15
20,70
14,00
7,15
9,65
40,75
8,45
43,20
5,95
5,95
6,50
6,20
22,25
22,00
17,00
15,25
16,75
9,20
9,80
7,40
7,90
15,70
10,00
11,75
35,00
15,00
23,50
41,00
7,15
43,25
7,00 9,50
10,20
53,25
36,25
0
10
20
30
40
50
60
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
20.9.2006
CenaUSD/lbU3O8
Pramen:
Mining Journal - Nuexco (London Prices)
Ux Consulting Company (údaje od roku 2004)
DIAMO, o.z. SUL
referát tech. informací
Obr. 2. Vývoj ceny uranu.
Fig. 2. Uranium price development.
Produkce přírodního uranu ve světě za rok 2005 pomalu narůstala a dosáhla objemu cca 41 250 t vůči
40 650 t za rok 2004. Produkce narůstala v Austrálii, Kanadě, Kazachstánu, Namibii, Rusku, USA
a Uzbekistánu, mírně poklesla v Nigeru a Jihoafrické republice. Pozoruhodné je, že k malému nárůstu
produkce, o necelé 3 % dochází při velkém nárůstu tržních cen. Ty na konci roku 2003 činily
14,00 - 14,50 USD/lb, koncem roku 2004 činily 19,90 - 20,25 USD/lb a koncem roku 2005 pak
34,75 - 36,50 USD/lb, což je růst o 75 % (viz obr. 2). Nová produkce tedy není jen funkcí cen, ale i funkcí
času. Největším světovým producentem mezi zeměmi zůstává Kanada s cca 11 600 t uranu, klesá však její
podíl ve světové produkci, i když se rozvíjí těžba na dolech McArthur River, Rabbit Lake a McClean Lake.
Pokračuje výstavba dolu Cigar Lake. Ke svému konci se blíží těžba na dole Eagle Point. Druhým největším
producentem mezi zeměmi je Austrálie, kde pracují doly Ranger a Olympic Dam a provoz loužení in situ
Beverley. Rychle roste produkce Kazachstánu na provozech s loužením „in situ“. Ostatní producenti jako
Rusko, Namibie, Niger, Uzbekistán, USA a Jihoafrická republika mají malé pohyby. Stabilní zůstává
produkce v Číně, Ukrajině, Rumunsku, Pákistánu, Indii a stále ještě v České republice (viz tab. 1).
Dolem s největší produkcí (viz tab. 2) je kanadský důl McArthur River s těžbou 7 200 t uranu za rok
2005. V pořadí další potom jsou australský Ranger a Olympic Dam, ruský Krasnokamensk a namibijský
Rössing. Nejpoužívanější technologií je konvenční hlubinná a povrchová těžba s podílem 40%, respektive
27%. Loužení „in situ“ se podílí na světové produkci 21,0 %. Zbytek připadá na produkci uranu jako
souběžného a vedlejšího produktu.
Těžba uranu pokrývala v roce 2005 reaktorové požadavky ze 64,9 % (v roce 2004 to bylo 61,4 %, viz
obr. 3). Primární produkce uranu v roce 2006 by se měla zvýšit jak na stávajících dolech, tak uváděním
nových dolů do provozu (Alta Mesa, Kingsville Dome a Vasquez v USA, různé lokality v Kazachstánu,
Langer Heinrich v Namibii, Cigar Lake v Kanadě). V roce 2006 se očekává produkce v objemu 42 300 t
uranu.
116
Acta Montanistica Slovaca Ročník 12 (2007), mimoriadne číslo 1, 115-125
Tab. 1. Přehled zemí těžících uran.
Tab. 1. Overview of uranium producing countries.
Z E M Ě 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5
K A N A D A 1 2 5 2 0 1 1 4 0 6 1 0 4 5 7 1 1 5 9 7 1 1 6 2 8
A U S T R Á L I E 7 7 5 6 6 8 5 4 7 5 7 2 8 9 8 2 9 5 2 2
K A Z A C H S T Á N 2 0 5 0 2 8 0 0 3 3 0 0 3 7 1 9 4 3 5 7
N I G E R 2 9 2 0 3 0 7 5 3 1 4 3 3 2 8 2 3 0 9 3
R U S K O 2 5 0 0 2 9 0 0 3 1 5 0 3 2 0 0 3 4 3 1
N A M I B I E 2 2 3 9 2 3 3 3 2 0 3 6 3 0 3 8 3 1 4 7
U Z B E K I S T Á N 1 9 6 2 1 8 6 0 1 5 9 8 2 0 1 6 2 3 0 0
U S A 1 0 1 1 9 1 9 7 7 9 8 4 6 1 0 3 9
U K R A J I N A 7 5 0 8 0 0 8 0 0 8 0 0 8 0 0
J I Ž N Í A F R I K A 8 7 3 8 2 4 7 5 8 7 5 5 6 7 4
Č Í N A 6 5 5 7 3 0 7 5 0 7 5 0 7 5 0
Č E S K Á R E P U B L I K A 4 5 6 4 6 5 4 5 2 4 1 2 4 0 8
B R A Z Í L I E 5 8 2 7 0 3 1 0 3 0 0 0
I N D I E 2 3 0 2 3 0 2 3 0 2 3 0 2 3 0
N Ě M E C K O 2 7 2 1 2 1 5 0 1 5 0 7 7
R U M U N S K O 8 5 9 0 9 0 9 0 9 0
P A K I S T Á N 4 6 3 8 4 5 4 5 4 5
Š P A N Ě L S K O 3 0 3 7 0 0 0
F R A N C I E 1 9 5 2 0 0 7 7
P O R T U G A L S K O 3 2 0 0 0
C E L K E M S V Ě T 3 6 3 6 6 3 5 8 6 5 3 5 6 2 0 4 0 2 1 9 4 1 5 9 8
P R O D U K C E P Ř Í R O D N Í H O U R A N U ( t u n y U )
Tab. 2. Uranové doly s nejvyšší těžbou.
Tab. 2. The largest uranium producing mines.
McARTHUR RIVER KANADA CAMECO hlubinně 7200 / 7200 17,7 / 17,2
RANGER AUSTRÁLIE ERA (RIO TINTO 68%) povrchově 4753 / 5006 11,7 / 12,0
OLYMPIC DAM AUSTRÁLIE WMC(od 2005 BHP BILLITON) vedlejší produkt/hlubinně 3735 / 3688 9,2 / 8,8
KRASNOKAMENSK RUSKO TVEL hlubinně 3000 / 3300 7,4 / 7,9
RÖSSING NAMIBIE RIO TINTO (69%) povrchově 3038 / 3147 7,5 / 7,5
McCLEAN LAKE KANADA COGEMA povrchově 2310 / 2112 7,9 / 5,0
RABBIT LAKE KANADA CAMECO hlubinně 2087 / 2316 5,1 / 5,5
AKOUTA NIGER COGEMA/ONAREN hlubinně 2005 / 1778 4,9 / 4,2
ARLIT NIGER COGEMA/ONAREN povrchově 1277 / 1315 3,1 / 3,1
BEVERLY AUSTRÁLIE HEATHGATE loužení in situ 919 / 828 2,2 / 2,1
VAAL RIVER JIŽNÍ AFRIKA ANGLOGOLD vedlejší produkt/hlubinně 756 / 674 1,9 / 1,8
NEJVĚTŠÍ DOLY Z HLEDISKA PRODUKCE URANU
stav 2004/2005
ZEMĚ VLASTNÍK/SPOLEČNOST ZPŮSOB TĚŽBY
% SVĚTOVÉ
PRODUKCE
PRODUKCE (t U)DŮL
Již tři roky se trh jeví stále příznivější pro producenty uranu, ale právě zveřejněné údaje za rok 2005
ukazují, že výroba se rozvíjí pomalu. Investují se miliardy dolarů, ale přibývá málo nových producentů
schopných větší produkce v blízké budoucnosti. Bez ohledu na to, zda jejich produkce bude větší či menší,
v příštích 7 - 8 letech
lze čekat, že na
uspokojování větší
části poptávky se
budou podílet jen tři
zdroje: projekty
loužení in situ
KazAtomPromu v
Kazachstánu, doly
Cameca a Cogemy
v kanadské pánvi
Athabasca (především
Cigar Lake), avšak ne
jen tento důl) a důl
Olympic Dam
společnosti BHP
Billiton v Austrálii.
Obr. 3. Pokrytí
reaktorových potřeb těžbou
přírodního uranu
Fig. 3. Reactor
requirements versus
uranium production
117
Bedřich Michálek: Těžba radioaktivních surovin jako počátek jaderného palivového cyklu
Obr. 4. Celková
produkce uranu
ve světě v období
1945 – 2005.
Fig. 4. Total uranium
production in the world
in 1945 – 2005.
Těžba uranu v České republice
Uranové hornictví patřilo od roku 1945 až do poloviny 90. let minulého století k významným
průmyslovým odvětvím v České republice a v produkci uranového koncentrátu zaujímala Česká republika
přední místo ve světě (viz obr. 4). Exploatace ložisek uranové rudy byla prováděna velmi intenzivně a to
převážně hlubinným způsobem. Od konce 80. let minulého století však docházelo postupně ke snižování
těžby uranové rudy jednak z důvodu vytěžení některých ložisek a zejména pak z důvodu výrazného snížení
možnosti odbytu v důsledku politicko-ekonomických změn, které se udály na přelomu 80. a 90. let minulého
století. V současné době probíhá těžba pro potřeby české energetiky již pouze v jednom hlubinném dole na
ložisku Rožná s plánovaným ukončením těžby v roce 2008.
Ložiska uranu a jejich exploatace
Ložiska uranu v České republice se nacházejí v širší geologické soustavě než je vlastní území České
republiky, a to v Českém masívu, který představuje denudační trosku variského horstva a jednu z největších
uranonosných provincií v Evropě. Uranové zrudnění je v něm zastoupené endogenními i exogenními ložisky,
přičemž endogenní ložiska jsou vázána převážně na krystalinické série a granitoidní masívy, mladší exogenní
ložiska potom na platformní útvary permokarbonu, křídy a terciéru.
Endogenní ložiska jsou v oblasti Příbram, západní Morava, západní Čechy, Jáchymov a Horní Slavkov.
Z hlediska geologické stavby, morfologie rudních těles a ložiskové akumulace rud se jedná o tři geneticky
odlišné typy hydrotermálních ložisek:
1. ložiska v tektonických zónách a žílách krystalinických hornin Českého masívu (Rožná, Olší, Zadní
Chodov),
2. žíly v horninách geosynklinálního strukturního patra vázané na velké granitoidní masívy (Příbram,
Jáchymov, Horní Slavkov),
3. tektonické zóny a žíly ve variských granitoidech (ložisko Vítkov z oblasti západní Čechy).
Exogenní ložiska jsou zastoupena v křídových sedimentech, které jsou reprezentovány v místech
uranové mineralizace pískovci a prachovci. Jedná se o subhorizontálně uložená rudní tělesa polygenního typu
(infiltrační a hydrotermální) o velké mocnosti. Z exploatovaných ložisek České republiky jsou to ložiska
Stráž pod Ralskem a Hamr.
Z hlediska typů ložisek podle systému otvírky, přípravy a dobývání se tedy jedná o dva typy průmyslově
využívaných ložisek:
118
Acta Montanistica Slovaca Ročník 12 (2007), mimoriadne číslo 1, 115-125
1. rudní tělesa (ložiska) zónového, žilného i metasomatického typu, strmě uložená v pevných horninách
s mocností zrudnění převážně 1,5 – 2,0 m, méně často až 10,0 m,
2. rudní tělesa (ložiska) o velké mocnosti (10,0 – 20,0 m) subhorizontálně uložená v pískovcích
a prachovcích.
Obr. 5. Hlavní těžební a úpravárenské kapacity uranového hornictví.
Fig. 5. Major localities of uranium mining and treatment.
Systém otvírky, přípravy a dobývání ložisek uranu
Ložiska lokalizovaná v strmě uložených žílách, zónách a metasomatických tělesech v pevných
horninách, byla otevřena svislými jámami a z nich hlavními patrovými překopy ve vertikální vzdálenosti
50 až 80 m. Další průzkum a zároveň detailní otvírka pokračovala směrnými překopy nebo chodbami.
Komíny, kterými se připravovaly jednotlivé bloky, byly raženy z rozrážek nebo sledných chodeb. Dobývání
bylo vedeno v jednotlivých horizontálních lávkách o výšce 2,5 – 3,0 m při použití těchto dobývacích metod:
• výstupková dobývací metoda se zakládáním vydobytých prostor vlastní, méně často cizí zakládkou,
• výběrová dobývací metoda s ponecháním nevydobytých celíků,
• dobývání na skládku,
• sestupné lávkování na zával pod umělým stropem,
• v metasomatických rudních tělesech ložiska Vítkov bylo také použito dobývání příčnými otevřenými
komorami.
Hloubkový rozsah dobývání byl zpravidla od povrchu do hloubky 600 – 700 m. V extrémně velkých
hloubkách se dobývalo ložisko Zadní Chodov (1250 m) a zejména Příbram (1550 m), v současné době
i ložisko Rožná (1100 m).
Exogenní ložiska Hamr a Křižany, která jsou tvořena velkými rudními tělesy v pískovcích
a prachovcích, byla dobývána metodou komora – pilíř (délka komory až 150 m, šířka komory 4 – 5 m)
a velmi omezeně metodou stěnování a zátinkování. Vzhledem k tomu, že na těchto ložiscích bylo nutné
ochránit povrch a zejména zvodněný turonský horizont v nadloží rudních těles (představuje největší
zásobárnu pitné vody v Čechách), byly vydobyté prostory zakládány zpevněnou zakládkou o pevnosti
4 – 10 MPa. Ložisko se nachází v hloubce cca 250 m a bylo otevřeno svislými jamami. Otvírkové překopy
byly ve většině případů raženy pod rudními tělesy (celík 15 – 30 m). Z nich byly pro odtěžení vyraženy
do příslušných přípravných chodeb, ražených už přímo v rudních tělesech, odtěžovací komíny.
Ložisko Stráž pod Ralskem se dobývalo kyselým loužením uranové rudy z vrtů přímo v rudních
tělesech (loužení in situ). Těžba v cenomanských pískovcích na ploše 6,3 km2
byla prováděna cca 9300 vrty
z povrchu do hloubky přes 200 m. Loužícím médiem byla H2SO4 (použito 3,7 mil.t), H2NO3 (0,27 mil.t), HCl
(0,025 mil.t) a NH3 (0,1 mil.t). Likvidace kyselých těžebních roztoků čerpáním z horninového prostředí
probíhá od roku 1996 a bude trvat ještě desítky let.
119
Bedřich Michálek: Těžba radioaktivních surovin jako počátek jaderného palivového cyklu
Přehled exploatace jednotlivých ložisek
V České republice bylo od roku 1945 vytěženo celkem cca 109 000 tun uranu. Na těžbě se podílelo
6 hlavních těžebních oblastí, malé množství bylo rovněž vytěženo v rámci geologického průzkumu i v jiných
regionech. Doba těžby v jednotlivých oblastech a jejich podíl na celkové těžbě je uveden v tab. 3 a celková
produkce uranu v letech 1945 – 2005 pak na obr. 6. Uranový průmysl představoval významného
zaměstnavatele, maximální počet zaměstnanců činil 48 000 v roce 1953, v 70 a 80 letech minulého století
se počet zaměstnanců pohyboval v rozmezí 30 000 – 33 000 včetně všech pomocných činností (geologický
průzkum, strojírenská výroba, výzkumná a vývojová pracoviště aj.).
Tab. 3: Přehled exploatace jednotlivých ložisek uranu..
Tab. 3. Overview of exploitation of particular uranium deposits.
objem těžby
% z celkové těžby v ČR
Příbram Příbram 1949 - 1992 36,5
Rožná, Olší, Zálesí-Javorník, Chotěboř, 1952 - dosud Rožná,
Slavkovice-Petrovice, Radvanice ukončení těžby 2008
Hamr, Křižany 1974 - 1993 10,4
1969 - 1996
od 1996 získáván uran
sanací horninového prostředí
Zadní Chodov, Vítkov, Dyleň,
Okrouhlá Radouň, Hájek, Ruprechtov
Jáchymov Jáchymov 1947 - 1962 6,3
Horní Slavkov Horní Slavkov 1949 - 1963 2,2
geologický Jasenice-Pucov, Brzkov, Licoměřice,
průzkum Ustaleč
západní Morava
doba exploataceložiska uranutěžební oblast
1955 - 1990 1,5
Stráž pod Ralskem (loužení in situ)
západní Čechy
severní Čechy
19,0
15,1
1954 - 1992 9,0
Obr. 6. Produkce uranu v České republice v letech 1945 – 2005.
Fig. 6. Uranium production in the Czech Republic in 1945 – 2005.
Uranové ložisko Rožná
Ložisko Rožná bylo nalezeno v roce 1954 automobilním gama průzkumem. Komplexní vyhledávací
a průzkumné práce probíhaly od roku 1954 a poté souběžně s exploatací až do roku 1991. Těžba ložiska byla
zahájena v roce 1957. Je jediným uranovým ložiskem, kde těžba dosud trvá. Předpokládané ukončení těžby
je v roce 2008 a to z důvodu vytěžení bilančních zásob uranové rudy do hloubkové úrovně 1 200 metrů pod
povrchem. I když byly zásoby ověřeny i pod touto hloubkovou úrovní, s jejich těžbou se již neuvažuje.
V současné době je těžba prováděna v jednom hlubinném dole, úprava vytěžené rudy na chemické úpravně
situované v těsné blízkosti dolu. Uplatňováno je alkalické loužení za atmosférického tlaku při teplotě 80 °C,
výtěžnost se pohybuje kolem 95 %. Výsledným produktem úpravny je uranový koncentrát, diuranát amonný
(NH4)2U2O7 tzv. „žlutý koláč“ (yellow cake), který je v konverzních závodech v zahraničí zpracováván
120
Acta Montanistica Slovaca Ročník 12 (2007), mimoriadne číslo 1, 115-125
na palivo pro jaderné elektrárny. Organizačně tvoří důl a chemická úpravna odštěpný závod GEAM, který
je součástí státního podniku DIAMO.
Geologie ložiska Rožná
Uranové ložisko Rožná je součástí rudního pole Rožná – Olší. Patří mezi hydrotermální nízkoteplotní
ložiska vázaná na tektonické zóny a žíly v metamorfovaných horninách Českého masívu. Geomorfologicky
je ložisková oblast součástí Českomoravské vrchoviny představující denudační trosku variského horstva.
Na ložisku je stanoven dobývací prostor, jehož maximální plošný rozsah byl 11,95 km2
, v současné době již
pouze 8,76 km2
. Délka zrudnělého úseku ekonomicky využitelných zásob ložiska je cca 8 km. Ložisko se
nachází v komplexu metamorfovaných sedimentárně-efuzivních hornin prekambrického stáří. Horninový
komplex je tvořen především plagioklas-biotitickými až amfibolickými rulami různého stupně migmatitizace
a amfibolity. V menší míře jsou zastoupeny mramory a erlány. Leží v tektonicky výrazném pásmu
na východním okraji moldanubika, které je charakteristické intenzivním provrásněním horninového
komplexu do protáhlých izoklinálních vrás směru SSV – JJZ a vývojem mohutných tektonických zón
hlubokého dosahu. Vrásové struktury jsou dislokovány zlomovými liniemi několika směrů.
Podélné (směrné) dislokace směru 340 – 355° s úklonem 45 – 70° k západu lze z genetického pohledu
rozdělit na tektonické zóny a k nim zpeřené dislokace – žíly. Zóny, jejichž směrná délka dosahuje
10 – 12 km, mají převážně mocnost několika metrů, maximálně 25 metrů. Výplň zón tvoří drcená okolní
hornina charakteru mylonitu nebo brekcie s výraznou grafitizací. Podíl žilných minerálů (kalcit, grafit, pyrit)
činí maximálně 5 – 10 %. Uranové zrudnění v těchto zónách se vyskytuje ve velkých rudních tělesech
(plošně až desítky hektarů) a je tvořeno převážně mineralizací disperzního (rozptýleného) charakteru. Směrná
délka žil, které jsou zpeřenými dislokacemi hlavních zón, je maximálně 4 – 5 km. Jejich mocnost dosahuje
až 2,5 metru a výplň je tvořena drcenou okolní horninou s vyšším podílem žilné výplně. Uranové zrudnění
se vyskytuje ve středně velkých rudních tělesech a je většinou kontrastního čočkovitého charakteru.
Hlavními uranovými minerály jsou coffinit a uraninit. Uranová mineralizace je variského stáří. Střední
obsah U kovu v těžené rudě z ložiska byl od počátku exploatace 0,114 % (1,14 kg U kovu na tunu rudy).
Pevnost v tlaku výplně zón je cca 25 MPa, pevnost okolních hornin je 70 – 120 MPa. Horniny
bezprostředního nadloží a podloží zón a žil jsou většinou rozpukány.
Otvírka ložiska
Otvírka ložiska byla provedena z povrchu 9 jámami, další dvě jámy jsou slepé, vyhloubené z 12.,
respektive z 18. patra na 24. patro. Maximální dosažená hloubka je 1 200 metrů pod povrchem.
Z jednotlivých jam byly vyraženy patrové otvírkové překopy, které zpřístupnily rudní tělesa v zónách nebo
žílách. Vertikální vzdálenost pater je cca 50 metrů.
Patra jsou rozfárána z hlavních překopů směrnými překopy vedenými v podloží zón, ze kterých jsou
raženy krátké rozrážky protínající rudné struktury. Horizontální vzdálenost dvou sousedních rozrážek
je zpravidla 50 až 60 metrů.Tím je vymezen rozsah dobývacích bloků. Jednotlivé dobývací bloky jsou
připraveny pro vlastní dobývání pomocí blokových komínů, které jsou raženy ze spodního směrem
k hornímu patru přímo v zóně (nebo žíle) nebo v jejím podloží podle geologických podmínek v konkrétním
místě.
Dobývací metody
Pro exploataci ložiska byly používány dvě základní dobývací metody, „Výstupkové dobývání
se zakládáním vydobytých prostor“ a „Sestupné lávkování na zával pod umělým stropem“, respektive jejich
jednotlivé varianty podle konkrétních podmínek. Odlišnost jednotlivých variant obou základních metod
je dána především různým provedením přípravních prací na bloku (situování komína v zóně nebo v jejím
podloží, situování mezipatrových rozrážek apod.). Od konce 80. let je pro exploataci používána výhradně
dobývací metoda sestupného lávkování na zával (obr. 7).
Princip metody spočívá v sestupném dobývání (z horního patra směrem ke spodnímu) dobývkového
bloku horizontálně raženými lávkami výšky 3 m pod umělým stropem. Vydobyté prostory jsou zaplňovány
závalem průvodních hornin z nadloží a podloží a destruované dřevěné výztuže vydobytých úrovní.
Prostorové vymezení bloku je opět 60 – 65 m na výšku patra (po úklonu zóny) a směrně 50 – 60 m s tím,
že patrová rozrážka je situována uprostřed bloku. Hranice sousedních bloků jsou zpravidla vedeny
v poloviční vzdálenosti mezi patrovými rozrážkami. Blok je připraven k dobývání vyražením středového
blokového komína z patrové rozrážky ze spodního patra na horní. Po vydobytí lávky, jejíž šířka závisí na
průběhu zrudnění, je na urovnanou počvu položen umělý strop z kulatiny a drátěného pletiva. Zával
průvodních hornin je vyvolán destrukcí dřevěné výztuže lávky (použitím trhací práce). Při mocnostech nad
4 m je lávka rozdělena na pásy o šířce do 4 m, které jsou dobývány a postupně zavalovány od nadloží
směrem do podloží.
121
Bedřich Michálek: Těžba radioaktivních surovin jako počátek jaderného palivového cyklu
Obr. 7. Schéma dobývací metody sestupné lávkování na zával pod umělým stropem.
Fig. 7. Scheme of the mining method of top slicing and caving under the artificial roof.
Přehled exploatace ložiska
Ložisko bylo předáno k těžbě v roce 1957 a od té doby trvá nepřetržitá exploatace. Generální postup
dobývání je shora dolů, to znamená, že nejdříve byly dobývány podpovrchové partie ložiska (uranová
mineralizace byla nalezena již v hloubce 2,0 – 2,5 m pod povrchem). Postupně dobývání pokračovalo
do stále větších hloubek, v současné době je těžiště dobývacích prací v hloubce 950 až 1 100 m pod
povrchem. Otvírka ložiska je provedena až na úroveň 1 200 m (24. patro), ale s dobýváním v této hloubkové
úrovni se již ve větším rozsahu neuvažuje z důvodu obtížných báňsko – geologických a mikroklimatických
podmínek a výskytu pouze menších rudních těles. Od počátku exploatace ložiska do roku 2005 bylo
vytěženo celkem 15,509 mil. tun rudy s průměrným obsahem 0,114 kg U/t rudy, což představuje 17 699 t
uranu (obr. 8).
Těžba na ložisku Rožná bude ukončena v roce 2008. Důvodem ukončení těžby bude vytěžení všech
ekonomicky těžitelných zásob ložiska. Předpokladem dalšího pokračování těžby je provedení dalšího
průzkumu a otvírky nových pater a tím přesunutí těžby do hloubek 1 200 metrů a větších, tj. do podmínek
výrazně horších, než ve kterých probíhá nyní.
ZÁKLADNÍ UKAZATELE TĚŽBY NA LOŽISKU ROŽNÁ
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
1957
1959
1961
1963
1965
1967
1969
1971
1973
1975
1977
1979
1981
1983
1985
1987
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
množstvíUkovu(t)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
obsahUkovuvrudě(%)
množství vytěženého U kovu průměrný obsah U kovu v těžené rudě
množství vytěženého U kovu
průměrný obsah U kovu v těžené rudě
Obr. 8. Základní
ukazatele těžby na ložisku
Rožná.
Fig. 8. Basic indicators
of mining in the Rožná
deposit.
122
Acta Montanistica Slovaca Ročník 12 (2007), mimoriadne číslo 1, 115-125
Likvidace dolů a odstraňování následků těžby a úpravy uranové rudy
Likvidace hlubinných uranových dolů a odstraňování následků těžby a úpravy spočívá v likvidaci
a zabezpečení důlních děl, případně volných prostor po dobývání v podzemí, ve vytvoření nového vodního
režimu důlních vod, odstranění nebo nalezení nového využití povrchových objektů, rekultivaci odvalů,
poklesových kotlin a propadů, a zejména sanaci a rekultivace odkališť chemických úpraven. Zcela
specifickým problémem je sanace chemické těžby na ložisku Stráž pod Ralskem, kde chemická těžba byla
ukončena v roce 1996. Odstraňování kyselých roztoků z podzemních kolektorů a sanace horninového
prostředí bude trvat ještě desítky let.
Uvedená činnost je zajišťována státním podnikem DIAMO, resp. jeho odštěpnými závody. Pro postup
prací, resp. jednotlivé akce jsou odsouhlaseny Ministerstvem průmyslu a obchodu priority, které na jedné
straně zohledňují časovou aktuálnost prací z pohledu možného ohrožení životního prostředí a zdraví
obyvatelstva v okolí jednotlivých lokalit a na straně druhé reálné možnosti státního rozpočtu, ze kterého jsou
všechny tyto práce hrazeny. Nejvyšší prioritu mají činnosti spojené s nakládáním s kontaminovanými vodami
a zabezpečení odkališť, následně pak likvidace hlavních důlních děl, případně jiných důlních prostor
ohrožujících svými negativními projevy povrch.
Likvidace uranových dolů, úpraven, odkališť a zahlazení všech následků hornické činnosti je technicky
poměrně složitý, časově a finančně náročný proces. Vedle řešení vlastních hornických problémů je nutno
řešit i v průběhu likvidačních a sanačních prací specifické problémy uranového hornictví, tj. práce se zdroji
ionizujícího záření a ochrana životního prostředí a obyvatelstva před případným únikem radionuklidů. Proto
i v etapě likvidace a sanace je zajišťováno důsledné monitorování jak vlastního pracovního prostředí
a pracovníků, tak životního prostředí, tj. výpustí a okolí jednotlivých lokalit, a činnosti podléhají dozoru
Státního úřadu pro jadernou bezpečnost.
Na lokalitách, kde provedený způsob likvidace a sanace neodpovídá současným požadavkům
na zajištění bezpečnosti a zejména ochrany životního prostředí (jedná se o lokality, kde těžba a úprava uranu
skončila v 60 letech minulého století), jsou postupně realizována opatření ke zlepšení stavu.
Vliv těžby uranu na životní prostředí
Uranové hornictví, které vědomě a záměrně přichází do styku s přírodními zdroji ionizujícího záření,
musí řešit specifické problémy, které jsou spojené s možným únikem zdrojů záření do prostředí. Z tohoto
hlediska je nutno věnovat největší pozornost důlním vodám, které rozpouštějí uran a radium, a přestavují
tedy transportní médium radionuklidů. Je proto nutné, jak v období exploatace ložiska, tak ve fázi likvidace
těžby, řádné hospodaření s důlními vodami v režimu „jímání – řízený odvod z podzemí – čištění –
vypouštění“. Jen tak totiž bude zabezpečeno, že mělké podzemní a povrchové vody nebudou ohroženy
nekontrolovatelným únikem
kontaminovaných důlních vod
z ložiska.
Obr. 9. Blokové schéma čištění důlních vod
sorpcí uranu na ionexu.
Fig. 9. Block diagram of mine water
purification by sorption of uranium in ion
exchangers.
123
Bedřich Michálek: Těžba radioaktivních surovin jako počátek jaderného palivového cyklu
Pro čištění důlních vod jsou v zásadě uplatněny dvě možné technologie. Základní technologie
je založena na sorpci uranu na iontoměničích (ionex, např. typu Varion) za současného srážení v důlní vodě
obsaženého radia (Obr. 9). Tato technologie čištění důlních vod umožňuje získávat z důlních vod uran,
respektive uranový koncentrát, jako doprovodný efekt čištění vod i dlouho po ukončení klasické exploatace
ložiska (viz příklad ložiska Olší, obr. 10). Jako eluční roztok je možné kromě chemikálií uvedených ve
schématu (tj. Na2SO4 + Na2CO3) použít roztok kyseliny dusičné (HNO3) nebo roztoku chloridu sodného
s uhličitanem sodným (NaCl a Na2CO3 v poměru 10:1). Srážení eluátu je prováděno buď plynným čpavkem
(NH3) nebo hydroxidem sodným (NaOH) a získaný uranový koncentrát je chemickým složením buď diuranát
amonný ( (NH4)2U2O7) nebo diuranát sodný (Na2U2O7). Proces čištění důlních vod se předpokládá na
jednotlivých lokalitách s ukončenou těžbou po dobu více než několik desítek let, až dosáhnou koncentrace
rozpuštěných látek ve vyváděných důlních vodách ze zatopených dolů hodnot přípustných pro jejich přímé
vypouštění.
Druhá technologie, tj. srážení hydroxidem vápenatým ve vodě rozpuštěného uranu spolu s dalšími prvky
(Ra, Fe, Mn aj.) a ukládání odvodněné sraženiny na zabezpečené skládce je uplatňováno na těch ložiscích
s ukončenou těžbou,
kde obsahy uranu ve
vodách nejsou
významné
(do 0,5 mg.l-1
),
avšak překračují
limity obsahů
rozpuštěných látek
stanovené pro
vypouštění důlních
vod do vodotečí.
VÝNOS URANU Z DŮLNÍCH VOD - LOŽISKO OLŠÍ
0
50
100
150
200
250
300
350
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
množstvíčerpanýchvod(tis.m3)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
výnosU(kg),obsahUvevodách/100(mg/l)
množství čerpaných vod výnos U z důlních vod obsah U v důlních vodách/100
obsah uranu v důlních vodách
výnos uranu z důlních vod
množství čerpaných důlních vod
Obr. 10. Výnos uranu při
čištění vyváděných
důlních vod ze
zatopeného ložiska Olší.
Fig. 10. Yield of uranium
at the purification of mine
waters drained from
the flooded deposit
of Olší.
Teoretické možnosti využití ložisek uranu po ukončení hlubinné těžby
Myšlenka netradičního využití důlních vod opuštěných a zatopených uranových dolů jako druhotného
zdroje uranu je založena na samovolném přírodním procesu rozpouštění uranových minerálů v důlních
vodách po předchozí oxidaci v etapě exploatace ložiska. S postupem zatápění se koncentrace uranu
ve vodách výrazně zvyšuje a současně dochází k vertikální stratifikaci důlních vod. V hlubších horizontech
bývalého dolu jsou koncentrace uranu výrazně vyšší než v podpovrchových částech dolu. Z hlediska čištění
vyváděných vod je jednoznačný požadavek na vyvádění vod podpovrchových, tj. s minimálními obsahy
rozpuštěných látek, z hlediska maximalizace výnosu uranu z důlních vod by naopak bylo žádoucí vyvádět
vody s vysokými koncentracemi uranu, tj. z hlubších částí dolu. Využití důlních vod zatopených bývalých
uranových dolů na endogenních ložiscích, tj. v oblastech Příbram, západní Čechy a Dolní Rožínka, jako
druhotného zdroje uranu s doprovodným efektem snížení nutné doby čištění vyváděných vod řeší výzkumný
grantový projekt, který byl pro léta 2006 – 2008 schválen a přijat Grantovou agenturou České republiky pod
názvem „Netradiční využití ložisek uranu po ukončení hlubinné tĕžby“. Nositelem projektu a hlavním
řešitelem je Institut geologického inženýrství Hornicko – geologické fakulty VŠB – TU Ostrava
za spolupráce Přírodovědecké fakulty MU Brno a státního podniku DIAMO. Pro tento projekt se podařilo
sestavit řešitelský tým, který sdružuje významné vědecké kapacity v oborech hydrogeologie a geochemie
spolu se zkušenými provozními techniky státního podniku DIAMO. Potvrzení myšlenky intenzivního využití
důlní vody ze zatopených uranových dolů jako druhotného zdroje suroviny teoretickými propočty
a počítačovým modelováním by umožnilo následnou realizací získávat nezanedbatelné množství uranu.
Významný by byl rovněž doprovodný efekt na zkrácení nutné doby čištění důlních vod, které
je v podmínkách České republiky financováno ze státního rozpočtu.
124
Acta Montanistica Slovaca Ročník 12 (2007), mimoriadne číslo 1, 115-125
Závěr
České uranové hornictví je těsně spjato s vývojem mezinárodních vztahů a vnitřní situací v bývalém
Československu po roce 1945, kdy se uran stal strategickou vojenskou surovinou a později jako energetická
surovina strategickým zbožím. Z čistě odborného pohledu představuje uranové hornictví krátkou, ale
významnou kapitolu českého hornictví. Přispělo k rozvoji celé řady vědních disciplín, hornických
a návazných oborů jakož i průmyslovému rozvoji některých oblastí.
V souvislosti s výrazným růstem poptávky a cen energetických surovin v posledních letech jsou zcela
jistě na místě úvahy o možnostech dalšího pokračování těžby uranu na území České republiky i po roce
2008. I když většina ložisek již byla vytěžena, přesto zůstávají významné zásoby uranové rudy v oblasti
severních Čech (v současné době vedeny jako nebilanční, cca 100 000 t U) a v některých menších lokalitách
západní Moravy (Brzkov, Věžnice aj.). Případná exploatace by vyžadovala především další detailní
geologický průzkum a na jeho základě pak ekonomický rozbor efektivnosti těžby spolu s řešením
ekologických dopadů případné těžby.
Literatura - References
1. Kolektiv autorů: Československá ložiska uranu, ČSUP, Praha, 1984.
2. Kolektiv autorů: Sborník dobývacích metod (včetně doplňků), GEAM, Dolní Rožínka, 1981.
3. Michálek B., Navrátil P.: Ekonomická a báňsko - technická analýza dobývacích metod na ložisku
Rožná, URGP 10/2000.
4. Kolektiv autorů: Rudné a uranové hornictví České republiky, Anagram, Ostrava, 2003.
5. Michálek, B., Hájek, A., Navrátil, P.: Poznatky z těžby uranového ložiska Rožná, URGP 10/2004.
6. Kříbek, B., Hájek, A.: Uranové ložisko Rožná – Model pozdně varijských a povarijských
mineralizací, Česká Geologická služba, Praha, 2005.
7. Informační materiály s.p. DIAMO
125