ТЕХНОЛОГИИ / ИЮНЬ – ИЮЛЬ #3_2023

Урановое место силы

Текст: Ирина ДОРОХОВА по материалам книги «Уран: геология, добыча, экономика» (В. Л. Живов, А. В. Бойцов, М. В. Шумилин. М.: РИС «ВИМС», 2012), а также данных МАГАТЭ и Всемирной ядерной ассоциации (WNA)

Основной объем урана добывается сегодня из месторождений песчаникового (инфильтрационного) типа. Однако это не единственный тип урановых месторождений. Есть жильные месторождения (см. «Новый атомный эксперт» № 2). Есть и месторождения других типов: несогласия, интрузивные, гематитовые брекчии, конгломераты и калькретовые. Познакомимся с ними поближе.

Месторождения типа несогласия
Для далекого от геологии человека термин непонятен: кто с кем не согласен? В геологии несогласием называют залегание слоев с нарушением хронологии. Так получается, если, например, по ­какой-то причине осадки прекратили накапливаться, а ранее накопленные отложения стали размываться, и затем снова началось осадконакопление.

Как показывают датировки руд, месторождения несогласия формировались в несколько этапов. Первичные концентрации образовались 1,7−1,35 млрд лет назад, затем они перераспределялись, возможно, пополнялись. По мнению канадских геологов, месторождения формировались при взаимодействии восстановительных растворов, идущих снизу вверх по разломам в фундаменте, с несущими уран окислительными растворами, поступавшими сверху вниз по пористым осадочным породам.

Самые известные в мире месторождения типа несогласия расположены в бассейне реки Атабаски. К ним относятся многие крупные урановые месторождения Канады: Cigar Lake, McArthur, Millennium, Midwest, Shea Creek и другие. Их выделяют в отдельный подтип, названный по имени реки. Главная их особенность — ​очень высокое, до десятков процентов, содержание урана в руде. Рудные тела нередко сложены массивным настураном — ​одним из ключевых урановых минералов. Для сравнения, среднее содержание урана в песчаниковых месторождениях — ​сотые доли процента.

Оруденение в месторождениях подтипа Атабаски может локализовываться как над поверхностью несогласия, в осадках (пример — ​Cigar Lake), так и с обеих сторон от нее — ​в кристаллическом фундаменте и осадках (Shea Creek). Ученые отмечают связь оруденения с наличием графита: залежи зачастую располагаются над выходами графитсодержащих пород на поверхность несогласия.

Второй подтип, Арнемленд, назван по области в Австралии. К нему относятся австралийские месторождения Ranger, Koongarra, Jabiluka. Месторождения такого типа встречаются и в Канаде, например, Rabbit Lake. У них различная геометрия, их особенность — ​локализация только в породах фундамента. Содержание урана в них — ​до первых процентов.

Третий подтип — ​Квебек. Рудные тела залегают в песчаниках выше поверхности несогласия — ​обычно на несколько метров, но иногда и на несколько сотен. Рудные тела представляют собой линзы или ленты мощностью (толщиной) от единиц до десятков метров, содержание урана в них — ​от десятых долей процента до нескольких процентов. Месторождение такого типа было обнаружено и в России — ​это Карху в Приладожье. Пока месторождения квебекского подтипа не отрабатываются.

По данным выпуска МАГАТЭ «Uranium — ​Resources, Production and Demand — ​2022″ (далее — ​"Красная книга»), объем разумно извлекаемых ресурсов в месторождениях несогласия составляет 733,86 тыс. тонн урана в категориях себестоимости свыше $ 40/кг урана. После переоценки ресурсов с наиболее низкой себестоимостью (ниже $ 40/кг урана) в Канаде не осталось.
Интрузивные месторождения
Интрузии — ​это геологические объекты, образующиеся, когда магма поднимается из глубины к поверхности земной коры, но не получает выхода, а кристаллизуется в глубине.

Интрузивные месторождения пока обнаружены только в Намибии. Самое известное из них — ​Rössing, уже почти отработанное, а также его южный «сосед», на базе которого действует рудник Husab. Урановые минералы (уранинит, браннерит и бетафит) в виде вкраплений распределены по густой ветвящейся сети, пронизывающей вмещающие породы. Для того чтобы уран не улетучился, а кристаллизовался в пределах интрузии, необходимы особые условия — ​либо быстрая кристаллизация, либо химическое связывание с нелетучими элементами: торием, титаном, редкоземельными металлами. Анализ руд намибийских рудников показывает, что в данном случае присутствовали оба этих фактора.

В качестве попутного компонента уран встречается и в интрузивных редкометалльных и редкоземельных месторождениях. Крупнейшее месторождение этого типа — ​Kvanefjeld в Гренландии. Однако владелица лицензии, австралийская Energy Transition Minerals, пока не определилась, будет ли она складировать уран в хвосты или все же извлекать как товарный продукт. Основные продукты, на которых строится экономика потенциального предприятия, — ​концентраты цинка и РЗМ. Отработка месторождения пока не началась.

По данным «Красной книги», разумно извлекаемые ресурсы в месторождениях интрузивного типа составляют почти 347 тыс. тонн урана, все они сосредоточены в объектах себестоимостью выше $ 80/кг урана.
Таблица 1. Производство урана по типам месторождений (за 2022 год по данным WNA)
Метасоматический тип
Метасоматическими называются породы, подвергшиеся изменениям под воздействием растворов. Растворение одних минералов и образование других происходят практически одновременно.

Метасоматические месторождения обнаружены на Украине, поэтому в геологии выделяют особый, украинский подтип урановых месторождений. Они расположены в полосе от Кировограда (Кропивницкого) до Кривого Рога. Месторождения украинского подтипа обнаружены также в Камеруне и Австралии. Они древние, сформировались около 1,8 млрд лет назад. Рудные залежи имеют сложную форму: линзовидную, жилоподобную или даже факелообразную (последняя отличается разветвлениями в верхней части). Мощность месторождений по вертикали достигает сотен метров, но протяженность их по горизонтали невелика — ​не более 100 метров.

Также метасоматические месторождения есть в Бразилии. Они находятся в трех районах: Санта Квитерия, Эспиньярас (оба на севере страны) и Лагоа-­Реал (в центре). Метасоматические месторождения в Лагоа-­Реале и Эспиньярасе залегают в гранито-­гнейсовом субстрате, а месторождение Itataia в Санта-­Квитерии — ​в мраморах. Урановый минерал — ​урансодержащий апатит коллофан — ​образует в Itataia крупную обособленную залежь, ресурсы которой превышают 140 тыс. тонн с содержанием урана около 0,18 %.

По данным «Красной книги», разумно извлекаемые ресурсы месторождений метасоматического типа составляют почти 402 тыс. тонн урана, причем они содержатся в объектах всех категорий себестоимости (от менее $ 40 до $ 260/кг урана).
Гематитовые брекчии
На Земле пока обнаружено только одно месторождение этого типа — ​Olympic Dam в Австралии. Это комплексное железо-­медно-золото-­серебряно-урановое месторождение. Экономика строится на извлечении и продаже меди, золота, серебра и урана.

Рудная залежь Olympic Dam имеет грибовидную форму. Мощность «шляпки» у «корня» превышает 300 метров, занимаемая ею площадь — ​несколько квадратных километров. Месторождение древнее, возраст руд — ​около 1,6 млрд лет. Содержание урана в верхней части месторождения 0,04−0,06 %, с глубиной оно постепенно снижается до 0,025 %. Месторождение уникально, в числе прочего, потому, что высокосернистые соединения меди ассоциированы с кислородными минералами урана. В более мелких подобных объектах, обнаруженных в Южной Австралии, урана почти нет.

Ресурсы Olympic Dam, по данным «Красной книги», составляют 1 млн тонн урана — ​это крупнейший единичный объект. Гематитовые брекчии — ​второй по объему ресурсов тип месторождения — ​источник урана. В «Красной книге» эти ресурсы относят к категории свыше $ 80/кг урана, однако фактически себестоимость во многом определяется общими затратами на добычу меди как основного полезного ископаемого.
Кварцево-­галечные конгломераты
Это древнейшие осадочные образования, их возраст более 2,5 млрд лет. Свое название они получили из-за того, что наибольший объем в них занимает кварцевая галька. Считается, что это россыпи, сформировавшиеся тогда, когда атмосфера была бескислородной, поэтому в них накапливались сульфиды и минералы урана. Геометрически рудные тела представляют собой струи — ​они и формировались древними водными потоками. В месторождениях этого типа минералы урана соседствуют с пиритом и россыпным золотом; пропорции золота и урана в разных месторождениях разные. Так, в районе Витватерсранда (ЮАР) высокое содержание золота (более 5 г/т), а содержание урана, напротив, очень низкое (0,01−0,03 %), основной минерал — ​уранинит. Отрабатывают эти объекты ради золота, хотя в XX веке южноафриканские месторождения были одним из основных источников урана с начала развития мировой ядерной отрасли — ​первый уран здесь был добыт в 1952 году.

В канадских месторождениях в районе озера Элиот содержание урана на порядок выше — ​десятые доли процента, — ​но золота почти нет. Основной урановый минерал там — ​баннерит. В Бразилии и на Украине содержание и золота, и урана на месторождениях этого типа низкое. Николо-­Козельское месторождение на Украине и объекты в Канаде уже отработаны. Месторождения этого типа в Бразилии в отработку не вовлекались. В ЮАР добыча ведется только на руднике Moab Knotsong, где основной продукт — ​золото.

Разумно извлекаемые ресурсы месторождений кварцево-­галечно-конгломератного типа, по данным «Красной книги», составляют около 254,4 тыс. тонн урана.
Таблица 2. Производство урана на крупнейших рудниках (за 2022 год по данным WNA)
Калькретовый тип
Месторождения этого типа сформировались в специфических условиях — ​сухом пустынном климате, в котором активно испаряются грунтовые воды. Активнее всего процесс идет в руслах временных, пересыхающих в сухой сезон рек и озер, где на поверхности образуются известковые породы — ​калькреты. Если грунтовые воды насыщены урановыми соединениями, они остаются в калькретах, образуя месторождения, приуроченные к древним или существующим речным долинам. Неудивительно, что месторождения этого типа сосредоточены в южных странах: Намибии (самое известное — ​Langer Heinrich), Ботсване, ЮАР и Австралии.

Чаще всего калькретовые урановые месторождения сложены ванадатом уранила — ​карнотитом, поэтому из них легко извлекать не только уран, но и ванадий. Калькретовые месторождения расположены на небольшой глубине, поэтому объем вскрыши (пустой породы, которую необходимо удалить, чтобы получить доступ к руде) минимален. В некоторых случаях не требуются даже буровзрывные работы, уран можно извлекать методом кучного выщелачивания, то есть с минимальными издержками. Однако содержание урана в калькретовых месторождениях обычно низкое — ​от тысячных до первых сотых долей процента. Исключение — ​месторождение Yelliree в Австралии, где среднее содержание урана — ​около 0,16 %. Пока в эксплуатации находится только Langer Heinrich.

В «Красной книге» калькретовые месторождения отнесены к приповерхностным и названы крупнейшими представителями этого типа. Разумно извлекаемые запасы месторождений приповерхностного типа составляют 166,75 тыс. тонн урана.
Выделяются несколько типов месторождений, которые пока не отрабатываются или объем добычи на которых незначителен. К их числу относят месторождения в углеродистых сланцах, карстах, углях и лигнитах.
Месторождения в углеродистых сланцах
Они были обнаружены лишь в двух районах мира: Тюрингии (Германия) и горах Ауминзатау (Узбекистан). Объекты в Тюрингии, несмотря на низкое содержание урана (меньше 0,006 %), активно отрабатывались в советское время — ​они находились на территории ГДР. По данным МАГАТЭ, объем добычи составил около 100 тыс. тонн урана. Затем добыча была прекращена.

Месторождения Узбекистана (Джантуар, Косчека, Рудное) были открыты в 1960‑х годах; они оказались относительно небольшими и бедными по содержанию урана (в среднем 0,05 %) и в отработку вовлечены не были. Выше современного уровня грунтовых вод залегают уранилванадаты, ниже — ​настуран. Извлекаемые ресурсы месторождений в углеродистых сланцах Узбекистана, по данным «Красной книги», оцениваются в 33 тыс. тонн урана.

В целом разумно извлекаемые ресурсы месторождений этого типа оцениваются в неполные 1,7 тыс. тонн урана, все они находятся в категории до $ 130/кг урана.

Месторождения в карстовых образованиях известны только в двух районах. Это карстовые брекчиевые трубки в американской Аризоне и карстовые полости на поверхности известняков в районе Бакума (Центрально-­Африканская Республика).

В Аризоне в слоистой осадочной толще, низ которой сложен известняками, сформировались карстовые полости. Они заполнялись лежавшими выше породами, которые обрушивались в полости, как в вертикальную трубу. В этих трубах сформировалась восстановительная среда, где и отлагался уран, приносимый с кислородсодержащими водами. Аризонские месторождения небольшие, но довольно богатые — ​содержание доходит до нескольких процентов. Они отрабатывались в 1990—2000‑х годах, сегодня их можно считать истощенными. По данным «Красной книги», разумно извлекаемые ресурсы месторождений в брекчиевых трубках оцениваются всего в 405 тонн урана.

В Бакуме другая ситуация: месторождения в этом районе приурочены к карстовым полостям на выходах известняковой толщи и расположены на поверхности. Одноименным месторождением владеет французская Orano. Предполагалось, что пилотная открытая добыча с производством 1,2 тыс. тонн урана в год будет запущена еще в 2010 году. Однако запуск задержался, а в конце 2011 года был и вовсе отложен, объект не запущен до сих пор. По оценкам Orano, ресурсы месторождения составляют неполные 36,5 тыс. тонн урана с содержанием 0,2 % и себестоимостью ниже $ 260/кг урана.
Месторождения в углях и лигнитах
Они были обнаружены в разных регионах. Угли и лигниты — ​сильные восстановители, сорбенты и водоупоры, поэтому на них осаждается циркулирующий в растворах уран, поступающий с грунтовыми и поверхностными водами.

Попытки извлекать уран из таких месторождений предпринимались в 1950‑х годах в республиках бывшего СССР и в ГДР, однако подобрать экономичную технологию извлечения урана не удалось. В частности, пробовали сжигать уголь в котельных, а из золы извлекать уран. Однако обнаружилось, что при сжигании урансодержащего угля радиоактивность переходила на топки котельных установок.

По данным «Красной книги», ресурсы месторождений в углях и лигнитах оцениваются в неполные 15,8 тыс. тонн урана.
Урансодержащие горные породы
Геологи выделяют два типа месторождений, которые потенциально могут стать источниками урана. Первый — ​месторождения фосфатов. Однако из-за того, что концентрации урана минимальны (порядка 0,005−0,015 %), уран из фосфатных месторождений не извлекают. Пожалуй, единственное исключение -месторождение Меловое на полуострове Мангышлак в Казахстане, где ураном (до десятых долей %) были обогащены костные остатки ископаемых рыб. Подобные объекты есть в Прикаспии и Калмыкии, но они меньше, содержание урана в них ниже, поэтому в отработку они вовлечены не были.

Тем не менее в «Красной книге» объем разумно извлекаемого урана в фосфатных месторождениях оценивают во внушительные 96,26 тыс. тонн.

Еще один вид урансодержащих горных пород — ​углеродистые черные сланцы, обнаруженные в породах стран Балтии. Безуспешные попытки добывать уран из них предпринимались в Швеции и Эстонии (образовывалось большое количество опасных хвостов).

По данным «Красной книги», объем разумно извлекаемых ресурсов в черных сланцах оценивается лишь в 1,7 тыс. тонн урана.

В целом наибольший объем разумно извлекаемых ресурсов содержится в песчаниковых месторождениях, на втором месте — ​Olympic Dam, уникальное месторождение в гематитовых брекчиях. На третьем — ​месторождения несогласия, на четвертом — метасоматические объекты.

Если оценивать объем производства, то лидирует также добыча из песчаниковых месторождений, а прочие места распределяются в зависимости от объемов производства на крупных объектах, таких как Cigar Lake или Husab. 2020−2022 годы прошли под знаком пандемии коронавируса и резкого изменения ситуации на энергетических рынках, поэтому результаты добычи на рудниках в эти годы (данные за 2022 год см. «Производство урана по типам месторождений» и «Производство урана на крупнейших рудниках») вряд ли можно назвать соответствующими долгосрочному положению дел в уранодобывающей отрасли.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ