Uran U-atom.jpg §uhlí §ropa, zemní plyn §hydráty metanu §uran § §geotermální energie § Obr. 1: Světová spotřeba primární energie. [1] Obr. 2: Regionální spotřeba primární energie. [1] §nejtěžší prvek v přírodě § §průměrný obsah v litosféře a hydrosféře 2-4 ppm § §uran – průměrný obsah izotopů 238U – 99,284 % 235U – 0,711 % 234U – 0,005 % § §pro štěpné reakce přímo využitelný jen izotop 235U => nutnost obohacování na 3-5 % § §oxidy a hydroxidy uraninit/smolinec (UO2) brannerit, davidit • §silikáty coffinit U(SiO4)(OH)4 thorit, uranofán § §fosfáty, vanadáty, azrenáty torbernit Cu(UO2)2(PO4)2 .8-12H2O, autunit [Ca2+] ningyoit (U, Ca, Ce)2(PO4)2 . H2O, brockit, monazit carnotit K2(UO2)2(V2O8)2 .3H2O, ťujamunit [Ca2+] arsenáty - nováčekit §karbonáty schröckingerit, liebigit §sulfáty zippeit, uranopilit §organolity U-antraxolit § §počet U-minerálů v ČR – 113 §nejvíce zastoupeny fosfáty-vanadáty a oxidy-hydroxidy §nejhojnější lokality Jáchymov, Zálesí, Příbram, Rožná •Obr. 3: uraninit •(Shinkolobwe mine/Katanga/D.R.C.). [2] uraninit_3.jpg •Obr. 4: varieta uraninitu/smolinec •(Jáchymov/ČR). [2] pitchblende_5.jpg •Obr. 5: ťujamunit (žlutá), malachit (zelená) •(Mashamba west mine/Katanga/D.R.C.). [2] tyuyamunit.jpg •Obr. 6: torbernit (tmavá z.), autunit (světlá z.) •(Le Boucheron/Limousin reg./France). [2] torbernit.jpg Série Skupina Typ Formace Podtyp Endogenní pegmatitová metasomatizované U-Th karbonatitová akumulace v ultrabazikách apatit-magnetitová akumulace v karbonatitech pyrochlorová magmatogenní metasomatity skarnová U-skarny albititová U-Th porfyrových rud uran-molybdenitová hydrotermální žilná plutonická křemen-uranová U-Au-Mo U-karbonátová uraninit-karbonátový uraninit-sulfidicko-karbonátový pětiprvkový (Ag-U-Bi-Co-Ni) hematit-brekciová (IOCG-U) unconformity regionálně metamorfogenní regionálně metamorfovaná fosilní rýžoviska (Au-U) Exo-endogenní (přechodná) infiltrační uranonosné pískovce U-Mo-Cu U-V-Cu U-FeS2 U-Zr-Ti-P uhelné sloje a břidlice U±V,Ge kaustobiolity živičné řady U uranonosné vápence U Exogenní sedimentární klastická: a) fosilní rýžoviska Au-U konglomeráty b) plážová rýžoviska U-Th-Zr chemogenní a biochemická oxidy U,V černé břidlice U fosfority U Tab. 1: Genetická klasifikace uranových ložisek (podle Havelky, 1981), upraveno [3] §14 ložiskových kategorií (dle geologického uložení a ekonomického významu) § §unconformity §sandstone §breccia complex §vein §volcanic §intrusive §metasomatite §surficial §quartz-pebble conglomerate Obr. 7: Typy uranových ložisek, dle klasifikace IAEA. [4] hlubinná, povrchová těžba tlaková filtrace oddělení kapalné složky rmutu od pevné kyselé – H2SO4 alkalické – Na2CO3 „vychytání“ kationtů UO2 a aniontů U- komplexů z výluhu, pomocí měničů iontů; ionexy = organický skelet s funkční skupinou; kuličky vel. 0,3-1,5 mm yellow cake Na2U2O7 or (NH4)2U2O7 yellow cake (= diuranan sodný nebo amonný zbavený vody) U3O8 (>80 % U) proces „vypírání“ kationty – H2SO4 anionty – NH4NO3 + HNO3 NH3 + vzduch dříve NaOH, Mg(OH)2 vypalování ~ 750 °C 0,07-0,30 mm třídění Obr. 8: Schéma úpravy uranové rudy. [5] zvýšení koncentrace U z rud s obsahem 0,3 % (3 kg U na 1 t rudy) na 70% (700 kg na 1 t rudy) Obr. 9, 10: Zpracování uranové rudy na tzv. „žlutý koláč“ – výrobní linka a konečný poloprodukt. [6,7] UO2(s) + 4HF(g) --> UF4(s) + 4H2O(g) UF4(s) + F2(g) --> UF6(g) konverze U3O8 obohacování 235U §plynná difúze §centrifugace §energeticky, časově a technologicky náročné §obohacené palivo ve formě UO2 se lisuje a slinuje do tablet • • MOX = mixed oxide fuel §palivo s více jak jedním oxidem štěpného materiálu §obvykle UO2 a PuO2 §alternativní palivo pro LWR (light water reactor) • Obr. 11: Výroba jaderného paliva. [8] difúze = UF6 je pod tlakem protlačován keramickými porézními přepážkami v mnohastupňových difúzních kaskádách. Molekuly hexafluoridu s izotopem U235 jsou lehčí a tedy oproti molekulám s izotopem U238 nepatrně pohyblivější, takže procházejí o něco málo rychleji. Aby ve výsledném produktu byl více zastoupen izotop U235, je třeba proces asi 1000x opakovat (USA, Francie). MOX = směsné palivo s ochuzeným uranem Obr. 12: Palivová peleta (cca 1x1 cm). [9] Obr. 13: Palivové proutky. [10] Dukovany – 126 palivových proutků, souborů v reaktoru 349, délka 2,5 m Temelín – 312 palivových proutků (386 ks pelet v jednom), souborů v reaktoru 126, délka 3,5 m World uranium deposits U – USA, Wyoming infiltrační ložiska Obr. 14: Uranová ložiska Austrálie. [11] §4 činná ložiska §a dalších 30 neaktivních § §infiltrační pískovce a vápence §unconformity §hematit-brekciová formace § §celkové zásoby: > 1,6 Mt U §kovnatost nízká (< 0,3 % U3O8) §těžba OP, UG, ISL §celková produkce: 5983 t U § §Olympic Dam §největší důl světa v kategorii polymetal. hydrotermálních lož. §primární produkce – Cu, U §v menší míře Ag, Au, REE §zásoby ~ 300 kt U §těžba – 2955 t U/ročně Obr. 15, 16: BHP's Olympic Dam mine. [12, 13] rozměry dolu: 4,1 x 3,5 x 1 km Obr. 17: Uranová ložiska Kanady. [14] §2 činná ložiska §8 neaktivních § §unconformity §hematit-brekciová formace § §celkové zásoby: > 500 kt U §kovnatost vysoká (až 26 % U3O8) §těžba OP, UG §celková produkce: 9145 t U § §McArthur River §nejproduktivnější důl světa – 7339 t U/rok (15 % svět. těžby) §zásoby ~ 200 kt U §kovnatost – prům. 13% U3O8 Obr. 18: Uranová ložiska Kazachstánu. [16] §6 uranonosných provincií §22 činných ložisek §37 neaktivních (prozkoumaných) § §infiltrační pískovce §hydrotermální žilná (vein type) § §celkové zásoby: > 800 kt U §kovnatost nízká (< 0,2 % U3O8) §těžba ISL §celková produkce: 19451 t U § §největší producent U od r. 2009 §36 % světové produkce §potenciální zdroje v různých lož. typech ~ 380 kt U §produkce činných ložisek: 502-2600 t U/ročně §nejvýznamnější doly: Trotkuduk, Inkai, Budenovskoye Obr. 19: Zásoby uranu (recoverable resources) ve vybraných zemích, rozdělené podle nákladů na těžbu. [17] §okamžité obchody/dlouhodobé, smluvní kontrakty §nabídka přesáhne v následujících letech poptávku §produkční, ekonomické problémy => zranitelnost trhu Obr. 20: Vývoj ceny uranového koncentrátu U3O8 v USD/lb. [18] historické maximum $136/lb finanční krize a globální recese Reaktory a zásoby uranu Obr. 21: Hlavní těžební a úpravárenské kapacity uranového hornictví . [20] 1 – Rožná 2 – Brzkov 3 – Břevniště 4 – Hamr 5 – Jasenice-Pucov 6 – Osečná-Kotel 7 – Stráž p. Ralskem §ložiska hydrotermálního a infiltračního typu §prozkoumáno 164 ložisek, těženo 66 §celková produkce v období 1946-2000 činí 107080 t U §největší ložiska: Příbram (8), Rožná, Stráž, Hamr, Jáchymov (9) §jediná těžební společnost – Diamo Tab. 2: Základní statistické údaje o uranových ložiskách v ČR. [20] §v současnosti v provozu 435 jaderných reaktorů s celkovou kapacitou 374 GW § §ve výstavbě (65), objednaných (167), navržených (317) § §jaderné velmoci: USA, Rusko, Japonsko, J. Korea, EU § §nejběžnější typy reaktorů jsou lehkovodní (PWR, VVR) – tzv. 2. generace, budované v 70.-80. letech §budoucností pak reaktory 3. a 4. generace (EPR, AP1000 nebo SFR, SCWR a další) Několik čísel V Evropě se uloží na skládky ročně kolem 50 miliónů tun popílku. Obsah uranu tu kolísá od 0,01% až do 0,03% U3O8. WildHorse se domnívá, že vyloužení uranu z tohoto popílku může být levnou a rychlou cestou, jak získat uran pro jadernou energetiku. Uhelná elektrárna o výkonu 1000 MW spotřebuje během ročního provozu 5 miliónů tun uhlí a také 440 tisíc tun vápence pro odsiřovací zařízení. Za stejnou dobu vyprodukuje 6,5 miliónu tun oxidu uhličitého, 750 tisíc tun popela, 7700 tun oxidu siřičitého, asi 4000 tun oxidů dusíku a 400 tun těžkých kovů (mimo jiné kadmia, olova, arzénu a rtuti). Severočeské uhlí obsahuje 4 až 9 gramů uranu na tunu, což znamená, že v popelu z uhelného 1000 MW bloku bude za rok 20 až 40 tun uranu. Spotřeba přírodního uranu pro jeden rok provozu JE Temelín je cca 690 tun, Dukovany 330t/r. Uhelné elektrárny jako zdroj uranu pro jaderné zdroje? Zdroj: WNA, Sparton Resources, Vesmír §uložení a likvidace vyhořelého paliva § §havárie jaderné elektrárny § §výroba jaderných zbraní § §využívání vyhořelého radioaktivního paliva § §reaktory 3. – 4. generace § §minimální produkce skleníkových plynů §Uhelná elektrárna (o výkonu 1000MW) spotřebuje 2-6 mil. tun uhlí a vyprodukuje 960t CO2/GWh § §plynová elektrárna spotřebuje ročně 2-3 mld. m3 plynu a produkuje 480t CO2/GWh § §olejová elektrárna spotřebuje 1,5 mil. tun topného oleje a vyprodukuje 730t CO2/GWh § §jaderná elektrárna spotřebuje ročně pouhých 35 t paliva a vyprodukuje 47krát méně „skleníkových plynů“ než elektrárna na zemní plyn a 97krát méně než v případě uhelné elektrárny •[1] BP Global. [online]. 2013 [cit. 2013-03-18]. Dostupné na: http://www.bp.com/liveassets/bp_internet/globalbp/globalbp_uk_english/reports_and_publications/stat istical_energy_review_2011/STAGING/local_assets/pdf/nuclear_energy_section_2012.pdf •[2] Mineralogy Database. [online]. 2013 [cit. 2013-03-18]. Dostupné na: http://www.mindat.org •[3] Havelka, J.: Prolémy zajišťování nerostných surovinových zdrojů. Praha, VŠB, Geoindustria 1981. •[4] Freewest Resources. [online]. 2013 [cit. 2013-03-18]. Dostupné na: http://www.freewest.com/properties/quebec/george_river/ •[5] All for Power. [online]. 2013 [cit. 2013-03-19]. Dostupné na: http://www.allforpower.cz/UserFiles/files/frybort_jadernepalivo.pdf •[6] Basiswissen-Kernenergie. [online]. 2013 [cit. 2013-03-19]. Dostupné na: http://www.kernenergie-wissen.de/uran2.html •[7] Atom Info. [online]. 2013 [cit. 2013-03-19]. Dostupné na: http://atominfo.cz/2011/10/iran-zacal-vyrabet-„zluty-kolac“-polotovar-pro-jaderne-palivo/ •[8] Nuclear fuel fabrication. [online]. 2013 [cit. 2013-03-19]. Dostupné na: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Fuel-Fab rication/#.UUnjvSrKB-Q •[9] Vesmír. [online]. 2013 [cit. 2013-03-19]. Dostupné na: http://www.vesmir.cz/clanek/odpady-z-palivoveho-cyklu-jadernych-elektraren •[10] Energy web. [online]. 2013 [cit. 2013-03-19]. Dostupné na: http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=1&ee_chapter=3.6.7 •[11] WNA. [online]. 2013 [cit. 2013-03-20]. Dostupné na: http://www.world-nuclear.org/info/Country-Profiles/Countries-A-F/Australia--Uranium/#.UUnD2yrKB-Q •[12] Adelaidenow. [online]. 2013 [cit. 2013-03-20]. Dostupné na: http://www.adelaidenow.com.au/news/south-australia/not-dammed-sa-has-a-bright-future/story-e6frea83 -1226459396215 •[13] SBS. [online]. 2013 [cit. 2013-03-20]. Dostupné na: http://www.sbs.com.au/news/article/1608781/SA-MPs-approve-Olympic-Dam-expansion •[14] WNA. [online]. 2013 [cit. 2013-03-20]. Dostupné na: http://www.world-nuclear.org/info/Country-Profiles/Countries-A-F/Canada--Uranium/#.UUnD0yrKB-Q • •[15] WNA. [online]. 2013 [cit. 2013-03-20]. Dostupné na: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Mining-of-Uranium/World-Uranium-Mining-Product ion/#.UUnSUCrKB-T •[16] WNA. [online]. 2013 [cit. 2013-03-20]. Dostupné na: http://www.world-nuclear.org/info/Country-Profiles/Countries-G-N/Kazakhstan/#.UUnWyirKB-Q •[17] World uranium resources. [online]. 2013 [cit. 2013-03-20]. Dostupné na: http://www.wise-uranium.org/umaps.html?set=ures. •[18] UxC. [online]. 2013 [cit. 2013-03-21]. Dostupné na: http://www.uxc.com/review/uxc_PriceChart.aspx?chart=spot-u3o8-full •[19] Investičníweb.cz. [online]. 2013 [cit. 2013-03-21]. Dostupné na: http://www.investicniweb.cz/fx-komodity/komodity/2010/8/4/uran-trilety-medvedi-trh-konci/ •[20] ČGS. [online]. 2013 [cit. 2013-03-21]. Dostupné na: http://www.geology.cz/extranet/publikace/online/surovinove-zdroje/SUROVINOVE-ZDROJE-CESKE-REPUBLIKY -2012.pdf •[21] WNA. [online]. 2013 [cit. 2013-03-21]. Dostupné na: http://www.world-nuclear.org/info/Facts-and-Figures/World-Nuclear-Power-Reactors-and-Uranium-Requir ements/#.UUo5ASrKB-Q