Uranyum Çıkarma Yöntemleri Nelerdir? Nasıl Uranyum Elde Edebiliriz?

Uranyum geri kazanımı için birkaç farklı yaklaşım ve yöntem vardır. Geleneksel bir uranyum madeninde ve değirmeninde, uranyum cevheri, tipik olarak derin yeraltı şaftları veya sığ açık ocaklar yoluyla yer altından çıkarılır. Cevher, ezilmek ve uranyumu çıkarmak amacıyla kimyasal bir işleme tabi tutulduğu bir değirmene taşınır. Uranyum, sarımsı rengi nedeniyle "sarı kek" (İng: "yellowcake") adı verilen bir malzeme üretecek biçimde konsantre edilir. Alternatif olarak, bir yığın liç işlemi kullanılarak cevherden uranyum geri kazanılabilir. Yığın liç işleminde cevher, tasarlanmış bir bariyerin önüne yerleştirilir ve üzerine asit püskürtülür. Uranyum, çözelti içinde çözülür ve bariyerde toplanır. Çözelti, "sarı kek" üretmek için ek kimyasal işleme tabi tutulur.

Yerinde geri kazanım (İng: "in situ recovery" veya kısaca "ISR") işleminde, tipik olarak oksijen ve/veya hidrojen peroksit ile karıştırılmış su ve ayrıca sodyum karbonat veya karbon dioksit içeren, "sıvılaştırıcı" adı verilen bir çözelti, yeraltına pompalanır. Çözücü, uranyumu çözelti içinde çözer. Çözelti daha sonra yüzeye pompalanır ve burada yine "sarı kek" üretmek için ek işleme ve konsantrasyona tabi tutulur. ISR, şu anda örneğin Amerika Birleşik Devletleri'nde uranyum çıkarmak için kullanılan baskın yöntemdir. Ancak, ISR yöntemi yalnızca belirli yeraltı koşulları altında gerçekleştirilebilir.

Geleneksel Uranyum Değirmenleri

Geleneksel yöntemleri 3 başlık altında incelemek mümkündür:

1. Açık Ocak Madenciliği
2. Yeraltı Madenciliği
3. Öğütme

Bunların her birine tek tek bakalım.

Açık Ocak Madenciliği

Şerit madenciliği olarak da bilinen açık ocak madenciliği, yer altındaki cevheri elde etmek için yüzeysel toprağın ve ekonomik değeri olmayan kayaların ayrıştırılmasıdır. Cevher kaliteleri normalde %0.5'in altındadır. Bu tür madencilik, yalnızca uranyum cevheri yüzeye yakınsa (genelde 120 metreden az) mümkündür. Laguna Pueblo'daki Jackpile Madeni, bir zamanlar dünyanın en büyük açık ocak uranyum madeniydi.

Avantajları

• Yeraltı madenciliğinden daha ucuzdur.
• Daha iyi havalandırma mümkündür (açık havada yapılır).
• Yeni madenler, uranyuma yönelik son hücum sırasında uygulanandan çok daha katı çevre, güvenlik ve sağlık kurallarına uymaktadır. Örneğin, yeni bir açık ocak, arazi üzerindeki ayak izinin boyutlarını en aza indirmek için aşamalı madencilik, dolgu ve ardından nihai ıslah ile bir maden ve ıslah planı geliştirmek zorundadır.

Dezavantajları

• Çevre üzerinde devasa bir ayak izi vardır.
• Atık kaya yığınları çok büyük olabilir.
• Atık kayaların etkin bir şekilde çıkarılması ekonomik olmayabilir, ancak bir kez atmosfere maruz kaldıklarında çevre için tehlikeli hale gelirler.
• İyileştirme son derece maliyetli ve zaman alıcıdır. Yeraltı suyunun restorasyonu son derece maliyetli olabilir.
• Maden çalışanlarının sağlığı, toz ve radon maruziyeti nedeniyle tehlikeye girebilir. Yakındaki yaşam alanları toz, gürültü ve diğer sorunlar (drenaj havuzlarının delinmesi) nedeniyle olumsuz sağlık etkilerine maruz kalabilir.

Yeraltı Madenciliği

Yeraltı madenciliği, açık ocaktan elde edilemeyecek kadar derin olan cevherlere ulaşmak ve daha yüksek konsantrasyonlarda uranyum elde etmek için kullanılır. Cevher delinir, daha sonra enkaz oluşturmak için patlatılır ve daha sonra önce yüzeye, ardından bir değirmene taşınır.

Avantajları

• Daha küçük bir yüzey ayak izine sahiptir.
• Daha az atık kaya çıkarır.
• Madencilik teknolojisindeki ve güvenlik takibindeki gelişmeler, geçmişte madencilikle ilgili olarak yaşanan radyasyon ve sağlık sorunlarının çoğunu ortadan kaldırmıştır. Bunlar arasında daha iyi havalandırma sistemleri, robotik madenciliğe başvurma ve çalışanların izin verilen radyasyon dozlarını aşmadığından emin olmak için izleme rozetleri yer almaktadır.

Dezavantajları

• Masraflıdır.
• Yerel akiferleri ciddi şekilde etkileme potansiyeli vardır ve verilen hasarı düzeltmek çok pahalı olabilir.
• En azından eski yeraltı madenlerinde toz, radon ve dizel dumanları, yetersiz havalandırma nedeniyle madencilerin sağlığı için ciddi bir tehdit oluşturuyordu.

Öğütme

Hem geleneksel yeraltı hem de açık ocak madenciliğinde, kayaların içinde çok az (normalde <%0,3) uranyum bulunur. Bu nedenle uranyum, önce kayadan çıkarılmalı ve sonrasında konsantre edilmelidir. Öğütme işlemi, kayanın çok ince parçalar halinde ezilmesini ve toz haline getirilmesini ve bir bulamaç oluşturmak için su eklenmesini içerir. Geleneksel bir uranyum öğütücüsü/değirmeni, aşağıdaki işlemleri kullanarak uranyumu çıkaran bir kimyasal tesis olarak düşünülebilir:

1. Kamyonlar, uranyum cevherini, çıkarılmadan (veya liçlenmeden) önce daha küçük parçacıklar halinde ezilmek üzere değirmene teslim eder. Çoğu durumda, liç ajanı olarak sülfürik asit kullanılır; ancak uranyumu cevherden süzmek için alkali çözeltiler de kullanılabilir. (Cevherden uranyumun %90-95'ini çıkarmaya ek olarak, süzme maddesi ayrıca molibden, vanadyum, selenyum, demir, kurşun ve arsenik dahil olmak üzere birkaç başka "ağır metal" bileşenini de çıkarır.)
2. Değirmen daha sonra çıkarılan uranyumu sarımsı renginden dolayı "sarı kek" olarak adlandırılan bir malzeme üretmek üzere konsantre eder.
3. Son olarak, sarı kek, nükleer güç reaktörlerinde kullanılmak üzere yakıt üretmek üzere, nükleer yakıt döngüsünün aşamaları boyunca işlendiği bir uranyum dönüştürme tesisine nakledilir.
4. Kalan kaya bulamacı bir atık barajına pompalanır. Bu artıklar yüzeye maruz kalır ve çevreye ağır metaller salınmasına neden olabilir.

Konvansiyonel değirmenler tipik olarak nüfus yoğunluğunun düşük olduğu bölgelerde bulunur ve yaklaşık 160 kilometrelik bir coğrafi yarıçap içindeki madenlerdeki cevheri işlerler.

Avantajları

• Geleneksel olarak çıkarılan cevherlerden uranyum çıkarmak için tek etkili yöntemdir.
• Modern değirmenlerin, eski değirmenlere göre operasyonlarını düzenleyen daha katı kanunlar vardır.

Dezavantajları

• Çevre, maden artıklarına maruz kalır ve kalan uranyum (veya ağır metaller) etrafa saçılabilir.
• Verilen hasarı geri döndürmek çok pahalı olabilir.
• Daha önceleri, atık bulamacındaki suyun çıkarılmasına yardımcı olmak için gözenekli ünitelere yerleştirildi. Bu, bölgedeki yeraltı sularında ciddi bozulma potansiyeli yaratmaktaydı.

Yerinde (In Situ) Geri Kazanım

Yerinde geri kazanım (ISR), şu anda yeraltından uranyum elde etmek için kullanılan iki ana ekstraksiyon yönteminden biridir. ISR tesisleri, diğer madencilik ve öğütme yöntemlerinin çok pahalı veya çevresel açıdan yıkıcı olabileceği düşük kaliteli (veya "düşük tenörlü") cevherlerden uranyumu geri kazanmaktadır. Bu yöntem, şu süreci takip eder:

1. Tipik olarak oksijen ve/veya hidrojen peroksit ile karıştırılmış su ve ayrıca sodyum karbonat veya karbon dioksit içeren ve Lixiviant adı verilen bir çözelti, uranyumu çözmek için bir dizi kuyudan cevher gövdesine enjekte edilir.
2. Çözücü, daha sonra bir dizi geri kazanım kuyusunda toplanır ve bu kuyulardan bir işleme tesisine pompalanır ve burada uranyum, bir iyon değiştirme işlemiyle çözeltiden çıkarılır.
3. Uranyum özütü daha sonra saflaştırılır, konsantre edilir ve "sarı kek" üretmek amacıyla kurutulur.
4. Son olarak, sarı kek, nükleer güç reaktörlerinde kullanılacak yakıtı üretmek amacıyla, nükleer yakıt döngüsünün aşamaları boyunca işlendiği bir uranyum dönüştürme tesisine nakledilecek şekilde, 55 galonluk varillerde paketlenir.

NRC

Avantajları

• küçük yüzey ayak izi,
• çok az atık kaya (kuyuların açılması sırasında oluşur),
• ucuz başlangıç maliyeti,
• geleneksel madencilik ve öğütme operasyonlarından daha ucuza iyileştirilebilir,
• işçiler için daha az radyasyona maruz kalır,
• daha küçük, daha yüksek eğitimli işgücü.

Dezavantajları

• akiferlerin yerel olarak kontamine olma riski (ABD'de çözeltiler genelde nötre yakın olsa da),
• aktif ekstraksiyon durduktan sonra bile sular pompalanmalı ve gözetim altında tutulmalıdır,
• atık su bertarafı ve halkın korkusu.

Yığın Liçi ve İyon Değiştirme Tesisleri

Yığın liç/iyon değiştirme işlemleri aşağıdaki süreci takip eder:

1. Küçük, ezilmemiş cevher parçaları, geçirimsiz bir plastik, kil veya asfalt pedi üzerinde, altında delikli borular olan bir "yığın" içine yerleştirilir.
2. Daha sonra içerdiği uranyumu çözmek için cevherin üzerine asidik bir çözelti püskürtülür.
3. Uranyum açısından zengin çözelti, toplanmak ve bir iyon değişim sistemine aktarılmak üzere delikli borulara akar.
4. İyon değişim sistemi, sarı kek üretmek üzere uranyumu çıkarır ve konsantre eder.
5. Son olarak, sarı kek, nükleer güç reaktörlerinde kullanılacak yakıtı üretmek amacıyla, nükleer yakıt döngüsünün aşamaları boyunca işlendiği bir uranyum dönüştürme tesisine nakledilecek şekilde, 55 galonluk varillerde paketlenir.