Как в Казахстане добывают уран

Казахстан – мировой лидер на рынке природного урана. Несмотря на пандемию и глобальный экономический спад в 2020 году, национальная компания «Казатомпром», уполномоченная структура в урановой отрасли, смогла сохранить за собой первое место по объему добычи и продаж на своем рынке, занимая на нем 22,5%-ную долю.

Успехи республики на этом рынке обеспечивают не только большие запасы (вторые по размеру после Австралии), но и геологические особенности. Благодаря залеганию природного урана в проходимых породах (например, песчаниках) здесь можно использовать способ «подземного скважинного выщелачивания». Он помогает, с одной стороны, снизить себестоимость добычи, а с другой, снизить влияние добычи на окружающую среду.

На примере одного из урановых месторождений – Каратау на юге Казахстана – рассказываем, как добывают природный уран в нашей стране.

Совместная разработка

Урановое месторождение, на которое попал журналист «Курсива», находится в Созакском районе Туркестанской области. Здесь, после степей, располагается рудник «Каратау». Месторождение открыли еще в 1979 году, но промышленная эксплуатация началась лишь в конце 2000-х годов. Перед началом добычи – в 2005-м – было создано совместное предприятие ТОО «Каратау», по 50% в котором владеют «Казатомпром» и компания Uranium One, входящая в группу российского «Росатома».

Права на разведку, добычу и сбыт урана на этом руднике действуют до июля 2040 года. До тех пор предстоит освоить значительные объемы ресурсов: в годовом отчете «Казатомпрома» за 2020 год говорится, что к концу прошлого года совокупный объем рудных запасов месторождений, включая годовое истощение, составляет 41,4 тыс. тонн урана. В целом же за один 2020 год здесь добыли 2 460 тонн урана.

На «Каратау» производство состоит из трех этапов: добыча урана, его переработка до товарного десорбата и аффинажное производство. Рассказываем о технологических процессах подробнее.

Не карьер, а скважина

Вопреки расхожему мнению, уран добывают не в карьерах или шахтах, а бурением скважин, которые располагают по геотехнологическому полигону на месторождении. Благодаря методу подземного скважинного выщелачивания (ПСВ) не нужно строить капитальные сооружения – достаточно бурить скважины. 

На полигоне в «Каратау» сейчас разрабатывают около 80 блоков – участков земли, на каждом из которых бурят несколько закачных и одну откачную скважину.

По закачным подается раствор, который под давлением уходит под землю – на глубину около 600 метров. Именно там происходит основной химический процесс добычи – кислота вступает в реакцию с рудой, растворяет в себе уран и через откачную скважину уходит обратно на поверхность обогащенный раствор.

Скважины на полигоне / Фото АО «НАК «Казатомпром»

Затем он поступает в пескоотстойники, а оттуда – в цех продуктивных растворов. Уже оттуда раствор после извлечения из него урана возвращается на полигон.
В него добавляют нужный объем кислоты и вновь отправляют в оборот. Система работает герметично и сбалансированно – если под землю закачано, допустим, 2 тыс. кубических метров раствора, то откачано должно быть ровно столько же.

На полигоне / Фото АО «НАК «Казатомпром»

Метод ПСВ в Казахстане можно использовать из-за геологических условий. Уран содержится в проницаемых породах – песчанике, который, в свою очередь, «зажат» между водоупорными слоями. Так соблюдается водоупорность.

Из-за этого можно добывать из руды уран, не допуская растекания раствора. А чтобы была циркуляция раствора между закачными и откачными скважинами, между ними создается разрежение: на закачке жидкость подают под давлением, а на откачке – вытягивают под давлением.

Такой метод добычи позволяет снизить себестоимости продукции в 2–2,5 раза, несмотря на то, что руды месторождений, отрабатываемые способом ПСВ, беднее по содержанию урана. Также он дает возможность поддерживать высокий – 80-90% – уровень извлечения урана из недр, полностью автоматизировать процессы добычи и переработки сырья, а также щадяще действует на недра и окружающую среду.
 
Благодаря таким преимуществам, помимо Казахстана, ПСВ используют в США, Австралии и Израиле, а также на отдельных месторождениях в России. Из-за низкого содержания урана в руде под землей – около 0,001% (в случае «Каратау»), после извлечения пустот не образуется.
Сейчас на полигоне «Каратау» в разработке около 80 блоков, срок отработки каждого – от 2 до 7 лет.

Сорбция-десорбция

С полигона продуктивный раствор с ураном попадает в Цех продуктивных растворов.
Здесь на перерабатывающей установке уран сначала выделяют из раствора с помощью ионообменных смол – сорбента, материала, способного обменивать свои ионы на ионы урана. Это процесс сорбции. К слову, после него раствор – уже без урана – возвращается на полигон.

Цех продуктивных растворов / Фото АО «НАК «Казатомпром»

Следом идет процесс десорбции, когда поглощенный сорбентом уран при помощи специального раствора переходит в состояние концентрированного товарного десорбата. Содержание урана в нем – около 70 грамм на литр. Полученный десорбат направляют на аффинажное производство. 

Цеха на руднике «Каратау» / Фото АО «НАК «Казатомпром»

Здесь раствор проходит процессы осаждения, фильтрации и прокалки. На выходе получают конечный продукт – закись-окись урана с концентрацией урана в 84%. Его и отправляют с месторождения заказчикам.

Закись-окись урана / Фото АО «НАК «Казатомпром»

А вот так выглядят промежуточные этапы переработки урана от десорбата до закиси-окиси.

Фото АО «НАК «Казатомпром»

А что дальше?

Контракт на разработку рудника завершается в 2040 году – к тому времени добыча должна прекратиться. После этого срока начнется ликвидация месторождения.
С самого начала разработки недропользователь отчисляет деньги в так называемые «ликвидационный фонд» и после ее завершения разрабатывает проект ликвидации, а также направляет запрос Министерству энергетики на использование денег из ликвидационного фонда.

Рудник «Каратау» / Фото АО «НАК «Казатомпром»

Ликвидация заключается в том, что скважины разбуривают и делают на них «цементные пробки». Все наземные сооружения убирают и делают замеры радиации. Если где-то на земле ее уровень выше нормативного, то грунт «снимают» и заменяют на «чистый».

После этого проходит рекультивация – недропользователь обязан вернуть землю в тот вид, в котором он принимал участок.