ساد الاتجاه خلال الأعوام الخمسين الأخيرة، منذ أن بدأت الوحدات الضخمة لتعدين اليورانيوم واستخلاصه، نحو الزيادة في مردود الكلفة، وأمان العاملين، والأمان البيئي، وفي عدد الخيارات التقانية المتاحة لمهندس المناجم وخبير الفلزات. ويتأثر قرار أي شركة تعدين بخصوص اتباع طريقة معينة لتعدين اليورانيوم أو معالجة خاماته بعدد من العوامل الخاصة بالموقع، والتي لا تشمل جيولوجية المتوضع فقط بل أيضا ً حجمه وموقعه، ومدى توفر التجهيزات واليد العاملة والخبرة
السابقة في معالجة متوضعات مماثلة، وكذلك تكلفة التعدين والمعالجة. وسوف تستعرض هذه الورقة، خطوة بخطوة، طرائق التعدين وعمليات الاستخلاص المستخدمة حاليا ً في مراكز إنتاج اليورانيوم في الغرب والشرق، وتخلص إلى جدول مرجعي يسهل الرجوع إليه.
خلفية تاريخية :
اكتشف اليورانيوم لأول مرة عام 1789 من قبل الصيدلية الألماني مارتين هاينريش كلابروث في مخبره في برلين. وقد تحقق اكتشافه بينما كان يجري تجاربه على عينه من خامة مجهولة متحصل عليها من المناجم في "جواشيمثال" الواقعة حاليا ً في جمهورية التشيك. وقد اعتقد في ذلك الوقت أن العينة المذكورة هي خامة التوتياء والحديد، لكنها كانت بالواقع خامة اليورانيوم المعروفة باسم "بتشبلند pitchblende" (يورانينايت uraninite).
قام كلابروث بحلّ البتشبلند في حمض الآزوت ثم عادل المحلول بكربونات البوتاسيوم مما أدى إلى تشكل راسب أصفر . واعقتد كلابروث أن هذا الراسب يحتوي على عنصر جديد، ولهذا حاول اختزاله بتسخينه بشدة في بوتقة من فحم الخشب. وقد أعطى هذا مسحوقا ً أسود وصفه فيما بعد على أنه "نوع غريب من شبه المعدن". وعندما اعتقد بأنه عزل المعدن أعلن اكتشافه وأطلق عليه اسم "يورانيوم" على شاكلة اسم كوكب يورانوس المكتشف حديثا ً، وكان ذلك في محاضرة ألقاها أمام الأكاديمية البروسية للعلوم في برلين بتاريخ 24 أيلول من عام 1789. ولأكثر من 50 عاما ً ساد اعتقاد بأن هذه المادة، التي تُمثل بالفعل أكسيد اليورانيوم ، هي اليورانيوم ذاته. وظل الأمر كذلك حتى عام 1841 عندما تمكّن العالم الفرنسي إيوجين ملشيور بليغو E.M. Peligot من عزل المعدن.
ووجد بليغو أن كلور اليورانيوم اللامائي يعطي الكثير من مكِّوناته عند تفاعله مع الماء، وبذلك استنتج أن المادة التي اعتُقد سابقا ً أنها اليورانيوم كانت في الحقيقة أكسيد اليورانيوم الذي لا يمكن اختزاله بوساطة الهدروجين أو الكربون. وقام الباحث بتسخين حفنة من مع البوتاسيوم في بوتقة من البلاتين مما تسبَّب في تفاعل عنيف أدى إى ابيضاض البوتقة من شدة الحرارة؛ وعند إزاحة الزيادة من البوتاسيوم وكلور البوتاسيوم تبقى مسحوق معدن اليورانيوم الذي يختلف تماما ً عن المادة التي اعتبرت سابقا ً على أنها اليورانيوم.
وفي عام 1903 أدى استخلاص ماري كوري لعنصر الراديوم، إلى إقامة عدد من منشآت استخلاص الراديوم في الأعوام القليلة التي تلت، كما أدى إلى أول تعاظم سريع في تعدين اليورانيوم. ومنذ ذلك الوقت، وبسبب تنامي الطاقة النووية وتطبيقاتها، أصبح اليورانيوم مصدرا ً للطاقة فائق الأهمية مما أدى إلى مزيد من القفزات في تعدين اليورانيوم وفي التطويرات التقانية لعمليات استخلاصه.
الحالة الراهنة :
يوجد في الوقت الحاضر 55 منجما ً لتعدين اليورانيوم موزعة في 21 من دول العالم، علما ً بأن 32% من الإنتاج العالمي يأتي من كندا بمفردها. ويبين الجدول 1 أن حوالي 84% من جملة الإنتاج العالمي لليورانيوم خلال عام 1992 يأتي من 10 دول فقط، وأن جزءا ً كبيرا ً منه يأتي من رابطة الدول المستقلة (CIS). هذا، ويبين الجدول 2 الشركات الأولى في العالم العاملة في تعدين اليورانيوم مرتَّبة حسب إنتاجها في عام 1992. ويؤكد هذا الجدول أن صناعة إنتاج اليورانيوم قد أصبحت بالفعل مندمجة بحيث يأتي 67% من جملة الإنتاج العالمي من 10 شركات فقط، كما أن 30% منه يأتي من شركتين فقط.
الجدول1- الدول العشر الأولى على مستوى العالم، والمنتجة لليورانيوم في عام 1992.
الدولة إنتاج عام 1992
(طن يورانيوم) % من الإنتاج
العالمي
كندا 9385 /32.5
النيجر 2965 /10.3
كازاخستان/كيرغيستان 2500 /8.7
أسترالية 2346 /8.1
روسية 2200/ 7.6
فرنسة 2127/ 7.4
أوزبكستان/طاجكستان 2070 /7.2
الولايات المتحدة الأمريكية 1808/ 6.3
جنوب إفريقية 1769/ 6.3
ناميبيا 1692
المجموع 23862/84.1
المجموع العالمي 24302/ 100.0
(المصدر: معهد اليورانيوم)
الجدول2- الشركات العشر الأولى على مستوى العالم مرتبة حسب إنتاجها لليورانيوم في عام 1992 .
الشركة البلد إنتاج عام 1992
(طن يورانيوم) % من الإنتاج
العالمي
Caneco كندا 5200 / 15.0
Cogema فرنسة 4200 / 12.0
Uranerz ألمانيا 2600 /7.5
KATEP كازاخستان 2500 /7.3
Priargunsky روسية 2200 /6.4
Navoi أوزبكستان 2070 /6.0
Diamo جمهورية التشيك 1600 /4.7
ERA أسترالية 1145 /3.3
Anglo American جنوب أفريقية / 3.1
RTZ ناميبية 700 2.0
المجموع 23286 / 67.3
المجموع العالمي 34421 /100.0
(المصدر: معهد اليورانيوم)
الجدول3- المناجم العشرة الأولى لعام 1992 في العالم الغربي فقط:
المنجم البلد المالك الرئيسي نوع المنجم إنتاج عام 1992
(طن يورانيوم) % من الإنتاج
العالمي
Key Lake كندا Cameco/Uranerz منجم مفتوح 5461 15.9
Rabbit Lake كندا Cameco/Uranerz منجم مفتوح/ تحت الأرض 2154 6.3
Akouta النيجر Cogema تحت الأرض 1977 5.8
Rossing ناميبية RTZ منجم مفتوح 1692 4.9
Olympic Dam أسترالية WMC/BP ناتج ثانوي (نحاس) 1189 3.5
Ranger أسترالية ERA منجم مفتوح 1145 3.3
Vaal Reefs جنوب أفريقية Anglo American ناتج ثانوي(ذهب) 1070 3.1
Arlit النيجر Cogema منجم مفتوح 988 2.9
Herault فرنسة Cogema منجم مفتوح/ تحت الأرض 885 2.6
La Crouzille فرنسة Cogema منجم مفتوح/ تحت الأرض 805 2.3
المجموع العالمي 17166 50.6
(المصدر: معهد اليورانيوم)
طرائق تعدين اليورانيوم :
إن الطريقتين الأكثر استخداما ً في تعدين اليورانيوم هما المنجم المفتوح والتعدين تحت سطح الأرض. وهذا موضّح في الجدول 3 الذي يرتب فيه قائمة المناجم العشرة الأولى في العالم الغربي. أما الطريقة الثالثة وهي الإذابة أو التعدين في الموقع فلا تزال محدودة التطبيق. واختيار طريقة التعدين يعتمد أساسا ً على تكاليفها النسبية والتي تتأثر بعوامل مثل حجم متوضعات الخام وشكلها ونوعيتها وعمقها وثخانتها. وتشتمل عادة عملية اتخاذ القرار على تقدير الحدود القصوى للتعدين (أي الحجم الأعظمي للمادة التي يمكن استغلالها بربح) وعلى تحليل اقتصادي للعملية (أي تحليل الحساسية على البارامترات ذات الأهمية الكبيرة مثل نوعية التغذية ومعدلات التعدين والطحن والاسترداد من الطحن ورأس المال اللازم إلخ)؛ وبعد ذلك يغدو ممكنا ً اتخاذ قرار اقتصادي بالاعتماد على أعظم قيمة صافية راهنة أو أعظم معدل عائد على الملكية. وفي بعض الحالات، تكون المحصلة مزيجا ً من عدة طرائق في آن واحد أو على التسلسل. ويجمع الملحق أ، في نهاية هذه المقالة، بيانات حول جميع مناجم اليورانيوم العاملة حاليا ً والاحتياطية في العالم وطرائق التعدين والطحن المستخدمة كما هي الحال في 31 كانون الأول من عام 1992، كما يرتب هذه المعلومات في جدول مرجعي مريح وسهل الاستخدام. وينبغي الرجوع إلى هذا الملحق عند قراءة الأقسام المتعلقة بطرائق تعدين وتصنيع خامات اليورانيوم.
التعدين بالمنجم المفتوح :
يستخدم التعدين بالمنجم المفتوح عندما تكون المتوضعات ضحلة وعندما تتكون الطبقة الساترة من تربة مندمجة مخلخلة. وتتيح طرائق التعدين بالمنجم المفتوح درجة من الانتقائية أعلى من طرائق التعدين تحت الأرض، كما يمكن من خلالها استرداد المادة الأقل جودة.
وفور تحديد جسم الخامة، يجري تصميم المنجم وتحديد طريقة إزاحة النفايات وتصريفها. وبسبب الحجم النسبي للنفايات، فإن لإزاحتها أعظم التأثيرات الإجمالية الاقتصادية على عملية التعدين. وكلما كان التصميم لإزاحة النفايات أفضل، كانت الاقتصاديات الخاصة بالمنجم أفضل. ويمكن تقريبا ً تقسيم وظائف عملية التعدين بالمنجم المفتوح إلى كشف أو تعرية المنجم، وتعدينه، ثم نقل الخامة إلى المطحنة. وتتطلب كل من هذه الوظائف تجهيزات وطرائق مختلفة تتوقف على نوعية الصخر.
والمعدات المستخدمة في تعرية الساتر تشمل الجرّارات المجهزة بممزقات وقاشطات وجاروفات تدار بطاقة الديزل وأسطولا ً من الشاحنات الكبيرة. وتعد التعرية بالقاشطات الطريقة الأساسية المستخدمة من أجل الصخور الطريقة؛ ولكن، مع الزيادة في عمق الحفر تصبح طريقة القشط هذه غير عملية بالنسبة لساتر يُزاح إلى سطح المنجم حيث اضحت المسافات كبيرة جدا ً وأضحى الرفع العمودي عاليا ً جدا ً . لذلك، تستخدم كبديل عندئذ أساطيل من الشاحنات مع الجاروفات والمحمّلات. وغالبا ً ما يجري رمي النفايات في مناطق من المنجم سبق تنقيتها وتعدينها وذلك لتقليل مسافات النقل إلى الحد الأدنى وللمساعدة في استصلاح وإعادة تأهيل المنجم.
وبعد إزاحة الساتر العلوي، تستخدم مسابر قياس الإشعاع من أجل تعيين الحدود الدقيقة لمناطق توضع الخامة. ويُعدّ إحكام المسح وسيلة هامة في أي عملية للتعدين حيث أنه يسهل عمليتي الانتقاء والتحكم بالنوعية. وتستخرج الخامات من مواقعها باستخدام الجاروفات والمحمّلات الأمامية والرفوش المدارة بالديزل وكذلك الساحبات والعزّاقات. ويجري رصد مستمر لعملية التعدين بواسطة ماسحات إشعاع محمولة مجهزة بمكاشيف وميضية.
ويجري حفر خنادق محيطية في أرضية المنجم للتحكم باقتحام المياه الجوفية أثناء التعدين؛ وتتجمع المياه الجوفية في هذه الخنادق ثم تضخ منها إلى مواقع حيث يمكن استخدامها في عمليات الطحن والتصنيع اللاحقة. والتخلص من المياه يُعد أمرا ً ملحا ً بشكل خاص أثناء عمليات التعدين الانتقائية حيث توجد إمكانية لحدوث تمديد مفرط بهذه المياه.
التعدين تحت سطح الأرض :
تتطلب متوضعات الخام الأعمق تعدينا ً تحت سطح الأرض. وبالإمكان استخدام عدد متنوع من التقانات بسبب اختلافات في شكل وأجسام الخامات وحجمها ونوعيتها. ففي المتوضعات الصغيرة للخام تستخدم – على سبيل المثال – أنفاق أفقية أو منحدرات تتجه نحو جدار واد ٍ أو أرض منحدرة للوصول إلى جسم الخامة. ويجري استخراج الخام بطرائق التعدين المكشوف open cast mining التي غالبا ً ما تدعم بسقف مثبت بصوامل أو بالأعمدة في حالة المساحات الأوسع. ويسترد الخام بواسطة الحفل اليدوي والنقل باستخدام محملات ومزيحات أمامية. وقد تغرز أسطوانة شاقولية shaft مغلقة بالإسمنت لتصل إلى جسم الخامة في حال المتوضعات الأضخم. وتستخدم حفيرات (وهي أنفاق تمتد أفقيا ً من الأسطوانة الشاقولية عند مستويات مختلفة) من أجل الوصول إلى متوضعات الخامة. وتشمل تقنيات التعدين عددا ً من الطرائق – كطريقة الغرفة والعمود room – and – pillar، وطيقة تراجع الجدار الطويل longwall retreat، وطيقة الدعامات panal method. ويتوقف الاختيار لواحدة منها تبعاً لاستقرارية الأرض وحجم جسم الخامة وشكلها وكلفة استخلاصها. ويجري ثقب الخام آليا ً ويُنسف ثم ينقل بواسطة حاويات إلى الممر الرئيس لنقل الخام. وينقل الخام تحت الأرض إما بواسطة عربات ذات سكة تسير إما بالكهرباء أو الديزر أو باسطة عربات بدون سكة ذات عجلات مطاطية.
وبسبب اقتحام المياه الجوفية مشكلة لعملية التعدين تحت الأرض. وتضخ هذه المياه من المنجم وتستخدم عادة كمياه عمليات في مصنع الخامات. وتشكل عمليتا التهوية وضبط الإشعاع جزءا ً أساسيا ً في أي عملية تعدين لليورانيوم، وبخاصة في المناجم تحت سطح الأرض. ويجري وصل مراوح ضخمة مع فتحات تهوية لسحب هواء المنجم الذي يدخل إلى ممره الشاقولي وبذلك يمنع أي تراكم لغاز الرادون. ويُعدّ التحكم الدقيق جدا ً بسويات الإشعاع في مناطق العمل أمرا ً ضروريا ً للمحافظة على سويات تعرض منخفضة لعمال المناجم.
التعدين بالنض في الموقع :
تتبع طريقة التعدين بالنض في الموقع in situ leaching فقط في حال وجود متوضعات رملية مفككة لليورانيوم تقبع تحت مستوى الماء الأرضي ضمن مكمن مائي محصور. ويجب أن يكون معدن اليورانيوم في الخامة من نوع قابل للمعالجة بطريقة النض المقترحة. ورغم أن هذه التقنية تمنح خيارا ً صالحا ً لاسترداد اليورانيوم من متوضعات متدنية النوعية، إلا أنها مقيدة، ليس بموقع السوق فقط، وإنما بعدد المتوضعات المناسبة للخامة.
تحفر آبار حقن لإدخال محاليل النض وآبار إنتاج لإخراج محلول اليورانيوم المهيأ، وتصل هذه الآبار في عمقها إلى 800 قدم ويجري تبطينها بمادة الـ PVC. ويمكن ضبط الجريان البيني ما بين الآبار والمكمن المائي ذي التدفق المحلي بين الآبار، وبترتيب مواقع الآباب بحيث تشكل زوايا محددة مع اتجاه جريان المياه الجوفية. وتعاني المتوضعات العميقة من مشاكل تخرب في التغليف وأداء ضعيف للآبار.
وخلال التشغيل تتولد نفايات سائلة وأخرى صلبة يجري التخلص منها في منشآت مرخصة لهذا الغرض. وبعد استنفاد الخامة، ينبغي أن تعالج المياه الدوّارة بحيث تستعيد المياه الجوفية الحد الأدنى لمواصفاتها النوعية السابقة. وفي بعض المتوضعات، قد يكتفي بعملية غسيل بسيطة نسبيا ً، في حين تتطلب مواقع أخرى مجموعة أكثر تعقيدا ً من المعالجات الكيميائية والغيل. وبعد فترة من الاستقرار والرصد، ينبغي أن تخضع عملية إعادة تأهيل المياه الجوفية للفحص من قبل الهيئات المختصة المناسبة. وفي حال قبول نتائج الفحص يجري إغلاق الآبار وانتزاع رؤوسها، ثم تسوى وتنعم طبقة التربة السطحية ويعاد بذرها بالأنواع النباتية الملائمة.
معالجة الخامة :
تتميز عمليات التعدين لمعالجة خامات اليورانيوم بما يستخدم من طرائق النض وطرائق تنقية محاليل النض وتركيزها. ويبين الشكل 1 مخطط تدفق بسيط لمعالجة اليورانيوم بدءا ً من مصدر المادة الخام وانتهاء بمركّز أكسيد اليورانيوم الجاهز للتنقية.
ويجب التأكيد على أن اختيار طريقة استخلاص اليورانيوم هو بحد ذاته مشروع نوعي شديد التأثر بالجيولوجيا وعلم الفلزات. ويبين أيضا ً الملحق أ قائمة بطرائق معالجة خامات اليورانيوم المستخدمة حاليا ً في مناجم اليورانيوم العاملة والاحتياطية في العالم بتاريخ 31 كانون الأول 1992.
تحضير خام التغذية :
أ- التحطيم والطحن. على الرغم من الاختلاف الكبير في تحضير خام التغذية تبعا ً لأنواع مختلفة من خامات اليورانيوم، تستخدم أنظمة تحطيم وطحن قياسية نسبيا ً من أجل إنقاص حجم الحبيبات. وقد استخدمت في البدايات دارات التحطيم والطحن بالكرات والقضبان التقليدية، لكن المستخدم حاليا ً، على نطاق واسع، هو الطحن شبه ذاتي التولد SAG) semi-autogenous grinding) أو ذاتي التولد (AG) في حال كونهما ملائمين للخامات مع استبعاد عملية التحطيم. وتجنب عملية التحطيم يؤدي إلى تقليل الغبار أو أخطار التعرض للإشعاع في موقع المصنع. وبينما يستخدم الطحن ذاتي التولد صخورا ً مؤهلة وقاسية كوسط وحيد للطحن، يستخدم الطحن شبه ذاتي التولد وسطا ً للطحن تشكل فيه الكرات الفولاذية حجما ً يراوح ما بين 2 و 15 %؛ أمّا في مطاحن الكرات ball mills فتشكل كرات الطحن الفولاذية ما يقارب 40% من حجم وسط الطحن المستخدم فيها.
ب- التركيز الأولي: تخضع خامات اليورانيوم إلى عملية تركيز أولي قبل النض وذلك لزيادة جودة خام التغذية، وهذا له فائدة اقتصادية حيث ترتفع إنتاجية اليورانيوم عن تلك التي تحددها السعة التشغيلية للمصنع. كذلك تزيح هذه العملية عناصر معدنية يحتمل أن تسيء إلى عملية نض اليورانيوم واسترداده، كما تعطي مخلفات نظيفة يمكن رفضها والتخلص منها بسهولة دون أن تسبب إشكالات بيئية. لكنه، من الصعب إجراء عملية التركيز الأولي لمعظم خامات اليورانيوم نظرا ً لطبيعة الانتشار الناعم لليورانيوم فيها، ولهذا يُلجأ، عوضا ً عن ذلك، إلى اختيار عمليات منخفضة التكلفة مثل النض في الموقع وغسيل الأكوام. وتعتمد عمليات التركيز الأولي على اختلافات في الخصائص الفيزيائية (كالحجم والشكل والكثافة وخواص السطح) واختلافات في الخصائص الإشعاعية تؤثر في فضل العنصر المرغوب فيه. ويوضح الجدول 4 المبين أدناه التجهيزات المتلازمة مع الأنواع المختلفة من طرائق الفصل:
الجدول4- مبادئ عمليات الفصل والأجهزة العائدة إليها:
مبدأ الفصل جهاز الفصل
أشعة غاما مفرز قياس إشعاعي
حجم/شكل مناخل، فرازات مخروطية
كثافة طاولات، خضخاضات، لولبيات، مخاريط
مغنطيسية مسايرة فاصلات مغنطيسية رطبة عالية الشدة
خواص السطح تعويم
عملية النض:
أ- النض الحامضي: وهي الطريقة السائدة لنض اليورانيوم وحلّه وذلك بسبب كلفتها المنخفضة نسبيا ً وتوفرها الواسع. وتجري أكسدة اليورانيوم الموجود في المعلق المائي للخامة وحلّه في الحامض داخل خزانات النض. وبالإمكان استخدام إما الخلط الميكانيكي أو الهوائي في معامل النض الحامضي وذلك تبعا ً لحجم الحبيبات وتوزعها الحجمي وطبيعة الحت لمعلّق خام التغذية. ويجري ترتيب إجراءات إضافة الحمض بحيث تلبي متطلبات الخامة المعالجة، لكن معظمها يستخدم حمض الكبريت. ويُحدّد اختيار المؤكسد بمدى وفرته وكلفته ولكن يجري عادة اختيار ثاني أكسيد المنغنيز او كلورات الصوديوم. ومن الضروري في بعض المصانع استخدام درجات حرارة مرتفعة وأزمنة إقامة طويلة (حتى 48 ساعة) للحصول على استخلاصات نضيّة جيدة. وتساهم اليورانيوم، ولذا لا بد من المحافظة على تحكم وثيق لزيادة التلامس النضي، وبالتالي تقليل كمية الكواشف المستخدمة والمخلفات الناتجة. ويمكن استخدام قياسي الناقلية وتركيز أيون الهدرجين (pH) للتحكم بإضافة الحمض.
ب- النض بالضغط: يغدو ضروريا ً في أنواع محددة من الخامات التي لا يمكن معالجتها تحت ظروف ضغط جوي نظامي (كما هو الحال في خامات معقدة أو تجمعات حبيبية التوزع ناعمة وحاملة للبيريت والتي تعدّ قديمة جيولوجيا ً ومؤكسدة) أن تُنضّ تحت ضغط أعظم من الضغط الجوي وعند درجة حرارة أعلى، ويجري ذلك عادة إما في موصدات autoclaves أو مفاعلات أنبوبية. ومن الممكن استخدام النض الحمضي، لكن النض القلوي هو الأفضل ملاءمة للخاماة المحتوية على نسبة عالية من الحجر الكلسي الذي سيتطلب كميات كبيرة من الحمض لتعديله إذا ما استخدمت عملية النض الحمضي. وبعد تحطيم الخام وترطيبه وتحويله إلى معلق يُنض على مرحلتين: المرحلة الأولى عند ضغط مرتفع ودرجة حرارة عالية، تعقبها المرحلة الثانية عند ضغط جوي. ويتحقق معدل استرجاع أعلى بزيادة الضغط الجزئي للأكسجين ورفع درجة حرارة النض إلى أعلى من C°100 بعد ذلك، يفصل محلول النض الحامل لليورانيوم عن المواد الصلبة غير المنحلة في سلسلة من عمليات الترشيح بالتيار المعاكس. ثم يجري ترسيبه مباشرة على صورة ثاني يورانات الصوديوم.
ت- الخلط بالحمض. تستخدم تقنية النض هذه لمعالجة خامات الحجر الرملي المحتوية على كميات عالية من الغضارة وتشتمل على خلط حبيبات الرمل والغضار مع الماء عادة أو مع محلول وسيط كيميائي بواسطة عمليات الدحرجة أو الطحن أو الدعك أو التحريك ضمن طبق مطحنة جافة أو رطبة أو في مطحنة خاصة. وتستلزم هذه التقنية تشرب الخامة بحمض الكبريت داخل طبول دوّارة ثم تشربها بالمؤكسد فوق سيور ناقلة، ثم تركها لترتاح فترة من الزمن حتى انحلال اليورانيوم الذي يجري نضه في النهاية.
ث- النض في الموقع: وفي هذه التقنية لا تزاح الخامة من موضعها الجيولوجي بل يحقن محلول نض مناسب (lixiviant) – يحتوي عادة على كربونات أو بيكربونات الأمونيوم أو الصوديوم أو الكالسيوم – مغنيزيوم، أو حمض الكبريت ممزوجا ً مع مؤكسد كالأكسجين أو الماء الأكسجيني – إلى منطقة الخامة تحت مستوى الماء الأرضي. ويهاجر محلول النض عبر الحجر الرملي ويتلامس مع فلزات اليورانيوم ويؤكسدها ثم ينضها بسهولة بواسطة محاليل الكبريتات أو الكربونات أو البيكربونات. ويجري تحرير اليورانيوم كمعقد منحل ثم يضخ إلى السطح حيث يسترجع بالتبادل الأيوني.
ج- نض الأكوام: تستخرج الخامة ثم تكوَّم على مصطبة فوق نظام للتجميع. ويجري توزيع محاليل النض على السطح العلوي للكومة حيث تتغلغل نحو الأسفل خلال جسم الخامة. وقد يتشكل جسم الخامة من مخلفات منجمية أو مادة محطمة خشنة القوام. وبينما يكون نض الأكوام أكثر اعتمادا ً على التركيب المعدني من النض بالخضّ التقليدي، فإنه يوفر طريقة تكلفة رأس المال فيها منخفضة، لاسترداد اليورانيوم من بعض متوضعاته ذات النوعية المتدنية. كذلك، يمكن لنض الأكوام أن يخفف القلق البيئي حيث أن المحتوى الرطوبي المنخفض نسبيا ً لمخلفات النض سيقلل إلى حد أدنى مشاكل التخلص من النفاية، كما أن الخشونة النسبية لحجم هذه المخلفات سيقلل إلى حد كبير مشاكل حتها بالرياح وانتشار الغبار.
ح- النض الحيوي: تقوم بكتريا الـ Thiobacillus ferrooxidans بأكسدة الكبريتيدات إلى حمض الكبريت وأيونات الحديدوز إلى حديديك، علما ً بأن النوع الأخير يوفر سعة كيميائية مؤكسدة. لكنه، وبسبب الأذى الإشعاعي للخلايا البكتيرية، لم تتنامَ تقنية النضّ الحيوي لليورانيوم إلى نقطة يمك معها أن تحل محل نظم الأكسدة الكيميائية مع النض والسائدة حاليا ً، بل ظلت تقنية مكملة أو ملحقة بهذه النظم.
فصل الصلب عن السائل :
بعد عملية النض، تعمد جميع عمليات الاستخلاص (باستثناء دارة الراتنج في المعلق) إلى فصل المواد الصلبة عن المحلول الحامل لليورانيوم. ويجري غسل المواد الصلب إلى حد أدنى من كمية اليورانيوم المنحل فيها.
ويجري تحريك محلول الغسيل بعكس تيار سير المواد الصلبة وذلك لتوفير أعظم كفاءة غسيل لحجم معين من محلول الغسل. وبالإمكان إجراء فصل المواد الصلبة عن السائل وغسلها بأي نبيطة تفصل الصلب عن السائل وتكون موائمة لظروف العملية واقتصادياتها. وقد تشمل نبائط كهذه المغلِّظات، والمرشحات الطبلية، والمرشحات القرصية، والمرشحات الأفقية، والرفازات المخروطية، والمصنفات المشطية، والمصنفات اللولبية. بعد ذلك يصبح المحلول المروَّق الحامل لليورانيوم جاهزا ً للتركيز والتنقية وإعطاء منتج نهائي من اليورانيوم عالي الجودة.
التركيز والتنقية :
أ- المبادل الأيوني (IX). كانت صناعة اليورانيوم القائد في تطوير تقانة التبادل الأيوني. وتستخدم هذه التقانة لاسترداد اليورانيوم وتركيزه من معلَّق الخامة أو المحاليل المروّقة ضمن الدارة الحمضية أو القلوية على حد سواء. وتستخدم راتنجات النمط الأنيوني ذات الأساس القوي أو المتوسط والتي تمتزّ، تفضيليا ً، معقدات أنيون اليورانيوم وتستبعد في الوقت نفسه الكاتيونات المعدنية الأمر الذي يتسبب في درجة عالية من التنقية. ويجري تحميل الراتنجات من محلول التغذية المنضوض بالكربونات أو بحمض الكبريت، ثم تعرّى عن طريق غسلها بمحلول الكلوريدات أو النترات أو البيكربونات أو كبريتات الأمونيوم مع حمض الكبريت. بعد ذلك، يجري ترسيب وتجفيف اليورانيوم الموجود في الغسالة. وتوجد أربعة أنواع رئيسة من دارات التبادل الأيوني والتي منها ثلاثة قيد التشغيل حاليا ً، وهي:
دارة التبادل الأيوني ذات السرير الثاتب: وتتألف من أعمدة مستقرة محشية بالراتنج وهي نوع يتطلب محلول تغذية مُروَّق لأن أي مواد صلبة سترُشّح إلى الخارج بواسطة السرير وبالتالي ستؤدي بوحدة IX إلى الانسداد. ويجري تغذية الأعمدة بمحلول النض ويُمتزُّ اليورانيوم على الراتنج. بعد ذلك يجري غسل الراتنج واستخلاص اليورانيوم منه.
دارة التبادل الأيوني ذات السرير المتحرك: أو نظام التبادل الأيوني المستمر، وله عدد من التصاميم المختلفة التي تستخدم مقصورات متعددة للأعمدة وأحواضا ً متعددة للراتنج وتدفقا ً سفليا ً نابضا ً، ولكنها جميعها تعتمد على نظرية الأعمدة المستقرة التي يجري فيها نقل الراتنج إلى أعمدة منفصلة من أجل التحميل والغسيل والكسح. وبشكل خاص، يُعد هذا النظام جذّابا ً لأن مخزون الراتنج في نظام مستمر أقل بكثير من ذلك الذي يتطلبه نظام التبادل الأيوني ذي السرير الثابت. كذلك يعد هذا النظام جيد الملاءمة لمعالجة أحجام كبيرة من محاليل التغذية ذات التراكيز الأيونية المرتفعة نسبيا ً والعكرة نوعا ً ما (ليست مروَّقة لكنها تظل محتوية على أقل من 1% من وزنها مواد صلبة).
النظام المنخلي لمزيج الراتنج في معلق screen – mix resin – in – pulp: ويستخدم هذا النظام سلسلة من الخزانات من أجل امتزاز اليورانيوم على الراتنج ثم غسله واستخلاصه في المحلول. ويتدفق الراتنج والمحلول في اتجاهين متعاكسين داخل الخزانات ويجري فصلهما بواسطة مناخل مع استخدام هواء مضغوط في عملية الخض. هذا، وتستطيع هذه العملية أن تعالج معلقات (أو روبات) يصل محتواها من المواد الصلبة إلى 20 %.
نظام السلال للراتنج في معلق basket resin – in – pulp: وقد جرى أيضا ً تطوير هذا النظام للتخلص من ضرورة فصل المواد الصلبة من السائل في خامات تتمتع بخصائص ترسيب وترشيح ضعيفة نسبيا ً. ويتألف هذا النظام من سلسلة سلال مكعبة مملوءة بالراتنج يجري غمسها وخضها صعودا ً ونزولا ً في المحلول المعالج الموجود في الخزانات. ويجري استخلاص اليورانيوم بتدوير روبة التغذية والكاسح eluant ومحلول الغسيل ضمن الخزان. وفي الوقت الراهن لا يجري تشغيل اي من أنواع أنظمة السلال المذكورة آنفا ً.
ب – الاستخلاص بالمذيبات (SX): يشار عادة إلى هذه التقنية على أنها "تقليدية" بسبب كونها الأكثر استخداما ً لاسترداد اليورانيوم من محاليل حمضية مروَّقة ومركّزة. ويسترد عادة اليورانيوم المنحل بالنض القلوي بالترسيب المباشر. ويجري استخلاص اليورانيوم المنحل بالنضّ القلوي بالترسيب المباشر. ويجري استخلاص اليورانيوم في محلول التغذية المروّق إلى داخل الطور العضوي ثم يُعرّى إلى داخل الطور المائي. يستلزم استخلاص اليورانيوم (وتنقيته) من محلول مائي إلى المائي. يستلزم استخلاص اليورانيوم (وتنقيته) من محلول مائي إلى محلول مائي آخر استخدام وسطاء كيميائية مختلفة (مستخلصات، ممددات، مُعدِّلات)، كما يتطلب جهازا ً مناسبا ً. وتتألف دارة الاستخلاص عادة من سلسلة أحواض للاستخلاص يتدفق عبرها محلول التغذية والمذيب العضوي في تيارين متعاكسين. ويمكن استخدام المذيبات الأنيونية أو الكاتيونية على حد سواء حيث أن أيّا ً منهما قادر على تحقيق تركيز جيد وكفاءة عالية للتنقية. وهناك عمليتان تُستخدمان على نطاق واسع، ألا وهما طريقة Dapax، التي تستخدم حموضا ً فسفورية ألكيلية ككاتيون، وطريقة Amex التي تستخدم الأمينات كأنيون. وتضاف المعدِّلات إلى المذيبات لزيادة انحلالية الأيونات المستخلصة ولمنع تشكُّل مستحلبات مستقرة مما يُحسِّن فصل الأطوار. وفي المرحلة اللاحقة، يخلط المحلول العضوي مع محلول كبريتات الامونيوم أو محلول كربونات أو كلور الصوديوم وذلك لتعرية اليورانيوم إلى داخل طور مائي بحيث يصبح جاهزا ً للترسيب.
ج - الجمع بين التبادل الأيوني والاستخلاص بالمذيب (طريقة ELUEX). في هذه الطريقة يُمتزّ اليورانيوم على راتنجات المبادل الأيوني ثم تغسل الراتنجات بحمض قوي، يلي ذلك تغذية الغسالة إلى نظام استخلاص بالمذيب من النوع Dapax أو Amex. ومن فوائد هذه الطريقة الحصول على منتج نهائي أكثر نقاوة والتخلص من الحاجة إلى وسطاء كلورية أو نتراتية وما ينجم عنها من مشاكل، وكذلك خفض تكاليف التشغيل.
ترسيب المنتج وتجفيفه :
يمر المحلول المائي الحامل لليورانيوم إما في دارة الاستخلاص بالمذيب SX أو في دارة التبادل الأيوني (IX) منتقلا ً إلى موقع عملية الترسيب وفي بعض المصانع، يظل تركيز بعض الشوائب مرتفعا ً جدا ً إلى الحد الذي لا يسمح بترسيب اليورانيوم بنقاوة كافية. لذلك، تُجرى عملية إزاحة وسطية لهذه الشوائب باستخدام الجير أو المغنيزيا. ويجري ترسيب منتج اليورانيوم من المحلول باستخدام أنواع متعددة من المرسبات، مثل الأمونيوم والمغنيزيا والصودا الكاوية وفوق أكسيد الهدروجين. ويتوقف اختيار المرسب على طبيعة الخام والطريقة المستخدمة. ويكون الناتج النهائي على صورة ثنائي يورانات duranate أو فوق أكسيد اليورانيوم uranium peroxide.
ويجري في المغلظات سحب الماء من اليورانيوم المترسب. ثم يُرشح ويُغسل في مرشحات طبلية أو صفائحية أو إطارية. وتتوقف سهولة سحب الماء وغسيل راسب اليورانيوم على شكل البلّورات المترسبة وحجمها، علما ً بأن المرغوب هو الحصول على البلّورات الأكبر والأفضل تشكيلا ً. وتبقى كعكة الترشيح محتوية على كمية لا بأس بها من الرطوبة، ولذلك يجري تجفيفها على درجات حرارة عالية في مجفف مسخن بالبخار المستمر أو فيم جفف ذي مواقد متعددة.
التحميل والترحيل :
يجري تحطيم المنتج المجفف (الكعكعة الصفراء) ثم يُنخل إلى الحجم المطلوب، ثم يُعبّأ عن بعد ضمن براميل فولاذية محكمة الإغلاق معدَّة للشحن. هذا ويجري وزن البرميل المملوء ويسجل عليه الوزن قبل ترحيله. ويمكن التحكم بإصدار الغبار خلال تجفيف المنتج وتعبئته بواسطة منظومة لفصل الغبار قبل إطلاقه من فتحة عادم توجد على السطح.
تصريف النفايات والفضلات :
تتألف النفايات من صخور مستخرجة بالحفل (نفايات منجمية)، جرى فصل اليورانيوم عنها. وتحتوي على مقادير منخفضة جدا ً منه وغير قابلة للاستخلاص اقتصاديا ً، ومن مواد تخلفت عن عملية استخلاص اليورانيوم (مخلفات مصنعية). هذا، وتتولد نفايات مشعة وأخرى غير مشعة أثناء معالجة اليورانيوم في المصنع. وتصنف الفضلات عادة على أنها رمال، إذا كانت مكوّنة من مواد صلبة يزيد حجمها عن 75 مكرون، وغرويات slimes، إذا تكونت من مواد صلبة يقل حجمها عن 75 مكرون، وسوائل عبارة عن محاليل الكيميائيات التي نجمت عن الخامة وسطاء التصنيع.
ويعتمد التركيب الكيميائي الدقيق للفضلات على التركيب المعدني لجسم الخامة. ويكون النشاط الإشعاعي لهذه الفضلات متناسبا ً مع نوعية الخامة. ويعود حوالي 15% من النشاط الإشعاعي الكلي الموجود في الخامة إلى النشاط الإشعاعي الذي يحتوي عليه المتنج النهائي للمصنع، أما المتبقي (وقدره 85 %) والذي يتألف من منتجات تفكك اليورانيوم، فيطلق في الفضلات.
والمواد المشعة الرئيسة الموجودة في الفضلات هي: الثوريوم 230، والراديوم 226، والرصاص 210، وبنات أخرى للرادون (نواتج تفكك الراديوم)؛ أما الملوثات غير المشعة في الفضلات فتشابه تلك الناتجة عن قاعدة عمليات تعدين لمعادن أخرى. وتؤثر هذه المواد على الغلاف الحيوي للأرض أو تتراكم في أنسجة النباتات والمتعضيات الحيوانية الدنيا، وبالتالي كان ضروريا ً التعامل معها بحذر للتحكم في تحررها.
وتُوجّه الطرائق الخاصة بتكييف الفضلات وتهيئتها لخفض تأثيراتها الضارة بالبيئة نحو إعادة تدوير مياه الفضلات داخل المصنع وترسيب الراديوم وإزاحته من المحلول وإجراء التعديل neutralization لترسيب المعادن الثقيلة. ولتصريفها من المصنع، تضخ روبة الفضلات إلى خزانات احتجاز حيث تترسب الحبيبات الصلبة، ويعالج الدفيق لإزالة الملوثات قبل صرفه إلى سدّ تخزين الفضلات.
أما أحواض المعالجة فتحتوي على بطانات منخفضة النفوذية للتحكم بالارتشاح؛ ويضاف كلوريد الباريوم إلى الفضلات لترسيب المنحل من الراديوم – 226 على صورة كبريتات الراديوم – باريوم، كما يضاف الحجر الجيري لرفع تركيز أيون الهدروجين (pH). وعندما تتوقف عمليات المعالجة، تترك الفضلات عدة سنوات كي تجف وهي الفترة التي يمكن بعدها حدوث إعادة للتغطية النباتية.
ويتحدد تصميم سدّ تخزين الفضلات بمواصفات موقعه والتي يجب عليها أن تلبي جميع التفاصيل المنظمة. ولا بد في هذا الصدد من تقديم بيانات حول طبوغرافية المنطقة وهدرولوجيتها وتركيبها الجيولوجي ومناخها وخصائص تربتها وزلزاليتها ومدى توفر مواد البناء اللازمة لتشييد سد التخزين وكذلك موقع وخصائص مسالك المياه. إضافة لما سبق، قد تتطلب الهيئات المنظمة ضرورة إجراء دراسات أساسية للبيئة المحلية من أجل تحديد سويات الخلفية الطبيعية لجميع الملوثات التي يمكن أن تتحرر أثناء عمليات استخراج اليورانيوم وذلك لفترة ثلاث سنوات تقريبا ً قبل البدء بالتشغيل. وتعد مراقبة بعض الأمور مثل نوعية المياه، والمناخ، والوسط المحيط، والارتشاح، وغاز الرادون، إلخ، إجراءات محتمة التنفيذ خلال المراحل كافة، أي أثناء فترات البناء والتشغيل وبعد إغلاق المصنع. وقد تطورت وقطعت أشواطا ً طويلة تلك المجالات المتعلقة بإدارة النفايات، وإيقاف التشغيل نهائيا ً، وإصلاح مناجم اليورانيوم التي أضحت خاضعة لتخطيط مفصل كما أصبحت جزءا ً متمما ً لأي عملية تطوير للمناجم.
رد مع اقتباس
مواقع النشر (المفضلة)