Мировой рынок урана

 

     Уран - химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса 238,029; обозначается символом U (лат. Uranium), относится к семейству актиноидов. Уран широко распространён в природе. Кларк урана составляет 0,0003% (вес.), концентрация в морской воде 3 мкг/л. Количество урана в слое литосферы толщиной 20 км оценивается в 1,3·1014 т. 

     Основная масса урана находится в кислых породах с высоким содержанием кремния. Значительная масса урана сконцентрирована в осадочных породах, особенно богатых органикой. В больших количествах как примесь уран присутствует в ториевых и редкоземельных минералах (ортит, сфен CaTiO3[SiO4], монацит (La,Ce)PO4, циркон ZrSiO4, ксенотим YPO4 и др.). Важнейшими урановыми рудами являются настуран (урановая смолка, уранинит) и карнотит. Основными минералами - спутниками урана являются молибденит MoS2, галенит PbS, кварц SiO2, кальцит CaCO3, гидромусковит и др.

 

 

     Основными формами нахождений урана в природе являются уранинит, настуран (урановая смолка) и урановые черни. Они отличаются только формами нахождения; имеется возрастная зависимость: уранинит присутствует преимущественно в древних (докембрийских породах), настуран - вулканогенный и гидротермальный - преимущественно в палеозойских и более молодых высоко- и среднетемпературных образованиях; урановые черни - в основном в молодых - кайнозойских и моложе образованиях - преимущественно в низкотемпературных осадочных породах.

     Содержание урана в земной коре составляет 0,0003%, он встречается в поверхностном слое земли в виде четырёх разновидностей отложений. Во-первых, это жилы уранинита, или урановой смолки (диоксид урана UO2), очень богатые ураном, но редко встречающиеся. Им сопутствуют отложения радия, так как радий является прямым продуктом изотопного распада урана. Такие жилы встречаются в Демократической Республике Конго, Канаде (Большое Медвежье озеро), Чехии и Франции. Вторым источником урана являются конгломераты ториевой и урановой руды совместно с рудами других важных минералов. Конгломераты обычно содержат достаточные для извлечения количества золота и серебра, а сопутствующими элементами становятся уран и торий. Большие месторождения этих руд находятся в Канаде, ЮАР, России и Австралии. Третьим источником урана являются осадочные породы и песчаники, богатые минералом карнотитом (уранил-ванадат калия), который содержит, кроме урана, значительное количество ванадия и других элементов. Такие руды встречаются в западных штатах США. Железоурановые сланцы и фосфатные руды составляют четвёртый источник отложений. Богатые отложения обнаружены в глинистых сланцах Швеции. Некоторые фосфатные руды Марокко и США содержат значительные количества урана, а фосфатные залежи в Анголе и Центральноафриканской Республике ещё более богаты ураном. Большинство лигнитов и некоторые угли обычно содержат примеси урана. Богатые ураном отложения лигнитов обнаружены в Северной и Южной Дакоте (США) и битумных углях Испании и Чехии.

     В слое литосферы толщиной 20 км содержится примерно 1014 т, в морской воде 109 - 1010 т. Россия по запасам урана, с учетом резервных месторождений, занимает третье место в мире (после Австралии и Казахстана). В месторождениях России содержится почти 550 тыс.т запасов урана, или немногим менее 10% его мировых запасов; около 63% их сосредоточено в Республике Саха (Якутия). Основными месторождениями урана в России являются: Стрельцовское, Октябрьское, Антей, Мало-Тулукуевское, Аргунское молибден-урановые в вулканитах (Читинская область), Далматовское урановое в песчаниках (Курганская область), Хиагдинское урановое в песчаниках (Республика Бурятия), Южное золото-урановое в метасоматитах и Северное урановое в метасоматитах (Республика Якутия). Кроме того, выявлено и оценено множество более мелких урановых месторождений и рудопроявлений.

     Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: 238U (изотопная распространённость 99,2745%, период полураспада T1/2 = 4,468·109 лет), 235U (0,7200%, T1/2 = 7,04·108 лет) и 234U (0,0055%, T1/2 = 2,455·105 лет). Последний изотоп является не первичным, а радиогенным, он входит в состав радиоактивного ряда 238U.

     Подземная добыча (из шахт) в 2009 году поставляла приблизительно 60,000 тонн оксида урана (U3O8) в концентрате, содержащего 50,772 tU, что приблизительно 78% потребления. Рынок был сбалансирован из вторичных источников, включая государственные запасы урана, однако эти запасы теперь в основном исчерпаны.

     Восприятие неизбежного дефицита привело "наличную цену" для незаконтрактованных продаж более чем до 100 US$ за фунт U3O8 в 2007 году, однако цена возвратилась к $40-45 за двенадцать месяцев до июля 2010 года.

     Большая часть урана, однако, поставляется в соответствии с долгосрочными контрактами, и цены в новых контрактах имеют, отраженную в прошлом премию относительно рынка наличного товара.

     Необходимо отметить, что цены, которые предприятия, вероятно, будут платить за текущую поставку уранового коцентрата, составляют только одну треть стоимости топлива, загруженного в ядерный реактор. Остальное - это, главным образом, стоимость обогащения.

     Данные International Nuclear Inc. от конца 2007 года показывают, что для шахтного производства 50,000 тонн урана в год (приблизительно текущий уровень) и с увеличением до 60,000 тонн урана в год, US$30/фунт плюс размер прибыли - вероятная цена. Затраты, возможно, в настоящее время несколько возросли, однако затраты возрастают значительно при более высоком спросе на уран.

     Кроме поставок из существующих и вероятных новых шахт, поставка ядерного топлива может быть из вторичных источников включая:

• переработанный уран и плутоний из отработанного топлива,

• повторно обогащенные хвосты обедненного урана,

• военный оружейный уран,

• гражданские запасы,

• военный плутоний оружейной марки, как топливо MOX.

     Главные коммерческие перерабатывающие заводы работают во Франции и Великобритании с мощностью более чем 4000 тонн используемого топлива ежегодно. Продукция данных заводов повторно входит в топливный цикл и используется при изготовлении свежей смешанной окиси (MOX) топливных элементов. Приблизительно 200 тонн MOX используются каждый год, что эквивалентно не менее чем 2000 тонн U3O8 от шахт.

     Военный уран для оружия обогащен к намного более высоким уровням, чем тот же уран для гражданского топливного. Оружейный сорт - приблизительно 97%-ый U-235, и он может быть перемешан в отношении 1:25 с обедненным ураном (или 1:30 с обогащенным обедненным ураном), чтобы уменьшить содержание U-235 приблизительно до 4%, подходящих для использования в энергетическом реакторе. С 1999 по 2013 год из 30 тонн оружейного урана ежегодно производят приблизительно 10,600 тонн урана для гражданских реакторов.

     В исторической перспективе, производство урана пошло сначала по линии пополнения военных материальных запасы и затем, в начале 1980-ых годов, переориентировалось на гражданские запасы. Именно переработка этих военных запасов компенсирует нехватку в поставке от шахт с середины 1980-ых годов.

     США и Россия согласились избавиться каждый от 34 тонн военного плутония к 2014 году. Большая часть из него, вероятно, будет использоваться в качестве сырья для заводов MOX, чтобы сделать приблизительно 1500 тонн топлива MOX, которое будет прогрессивно использовано в гражданских реакторах.

     Каждый год в мире приблизительно 435 реакторов объединенной мощностью более чем 370 ГВт, потребляют 77,000 тонн косида урана в концентрате, содержащего 65,500 тонн урана (tU) от шахт (или эквивалент от запасов или вторичных источников). Мощности растут медленно, и в то же самое время реакторами управляют более продуктивно с более высокими коэффициентами использования мощностей и реакторными уровнями энергии. Однако, эти факторы, увеличивающие спрос на топливо, компенсируются тенденцией на увеличение КПД, таким образом, с 1970 по 1990 год потребление урана на кВт·ч в Европе из-за таких улучшений сократилось на 25% и продолжает сокращаться в настоящее время.

     Каждый ГВт увеличенной мощности потребует дополнительной добычи урана в руде приблизительно 200 тонн ежегодно в обычных условиях, и 400-600 тонн урана для первой загрузки топлива.

     Топливо burnup измеряется в мегаватах в день на тонну урана, и многие электростанции увеличивают начальное обогащение своего топлива (например, с 3.3% U-235 до более чем 4.0%) и затем используют его дольше до содержания U-235 в нем только 0.5% (вместо 1.0%).