کانسارهای اورانیوم و تکامل کره زمین

[فاطمه قطب تحریری]

اورانیوم در طبیعت دارای 3 ایزوتوپ 234، 235 و 238 است.

ایزوتوپ 235 قابلیت شکافت هسته ای و تولید انرژی مناسب را دارد. برای این منظور باید میزان آن از 7 دهم درصد که در طبیعت موجود است به 3/5 تا 5 درصد برسد تا در نیروگاه اتمی مورد استفاده قرار گیرد؛ به این عملیات که طی مراحل پیچیده ای صورت می گیرد غنی سازی می گویند.

چرخه سوخت اورانیوم با استخراج و آسیاب کانسنگ اورانیوم جهت تولید کیک زرد شروع شده و سپس به هگزا فلوراید اورانیوم (uf6) تبدیل می شود.

هگزا فلوراید اورانیوم که یک ترکیب گازی است مخلوطی از ایزوتوپ 235 و 238 است که توسط لوله هایی وارد سانتریفیوژ می شود، که با سرعت 60 هزار دور در دقیقه و بیشتر می چرخد.
سانتریفیوژهایی که سرعت بیشتر و ارتفاع بلندتری داشته باشند غنی سازی را بهتر و بیشتر انجام می دهند.

ترکیب گازی uf6 تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز قرار می گیرد و ذرات سنگین تر (238) آن نزدیک دیواره و ذرات سبک تر یعنی 235 (کمتر تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز قرار می گیرند) نزدیک محور جمع می شوند.

عامل جداسازی دو ایزوتوپ نیروی گریز از مرکز است و عامل دیگر ، گرمای حاصل از اصطکاک ایجاد شده در اثر برخورد ذرات به یکدیگر است. بر این اساس ذراتی که گرم تر هستند به سمت بالای لوله و آنها که خنک تر هستند به سمت پایین لوله سانتریفیوژ مهاجرت می کنند. یعنی ایزوتوپ های 235 بیشتری در بالا و 238 بیشتری در پایین جمع می شوند.

یک سانتریفیوژ به تنهایی توانایی غنی سازی اورانیوم 235 از 7 دهم درصد به 3/5 درصد را ندارد بنابراین باید تعداد زیادی سانتریفیوژ به صورت آبشار به هم متصل شود تا قادر به غنی سازی اورانیوم 235 تا حد 3/5 درصد شود.

محصول هر سانتریفیوژ به عنوان خوراک سانتریفیوژ بعدی مورد استفاده قرار می گیرد و محصول غنی شده باز فرآوری شده و uf6 غنی شده تبدیل به دی اکسید اورانیوم می شود؛ سپس تحت فشار قرار گرفته و قرص های سوخت را بوجود می آورد که داخل میله های سوخت قرار می گیرد.

قرص ها ی سوخت را حرارت می دهند تا به سرامیکی سخت تبدیل شوند. متناسب با طراحی راکتور و نوع سوخت مورد نیاز این قرص های کوچک را دسته بندی کرده و در لوله ای قرار می دهند . این لوله از آلیاژی خاص ساخته شده است که در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و رسانایی حرارتی بسیار بالایی دارد . میله ی سوخت آماده شده است و برای استفاده در راکتور به نیروگاه فرستاده می شود . میله های سوخت در قلب راکتور قرار می دهند , به این ترتیب انرژی آزاد می شود و باعث گرم شدن آب اطراف میله ها می شود , آب گرم شده بخار می شود و توربین ها را می چرخاند و با چرخش توربین ها برق تولید می شود .

[فاطمه قطب تحریری]

کانسارهای اورانیوم رابطه نزدیکی با مراحل تکامل کره زمین نشان می دهند. طبق گزارش (نش و دیگران، 1981) چهار مرحله مهم در سیکل تکاملی زمین دیده می شود:

1) تشکیل نخستین پوسته قاره ای (4/6 تا 2/8 میلیارد سال): در این مرحله نخستین پوسته قاره ای شکل گرفته است. این پوسته از سنگ های اولترامافیکی و مافیکی تشکیل شده و ضخامت آن بسیار کم است. در محدوده زمانی 3/4 تا 2/8 میلیارد سال کمربند گرینستون شکل گرفته اند. کانی سازی اورانیوم در این محدوده زمانی گزارش نشده است زیرا جنس پوسته به طور عمده از سنگ های مافیکی و اولترامافیکی بوده است.

2) مرحله استقرار پوسته های قاره ای و اتمسفر بدون اکسیژن آزاد (2/2 تا 2/8 میلیارد سال): ویژگی های مهم این دوره عبارتند از: تشکیل و نفوذ نخستین توده های گرانیتی، افزایش ضخامت پوسته های قاره ای و تشکیل حوضه های رسوبی درون قاره ای. به دلیل عدم وجود اکسیژن آزاد، کانی اوراننیت به صورت آواری حمل و همزمان با کنگلومرا تشکیل گردیده است. کانسارهای اورانیوم که در این محدوده زمانی تشکیل گردیده اند به نوع پلاسر نیز معروفند. حدود 20 درصد ذخایر اورانیوم کشف شده در کشورهای غربی از نوع پلاسر است.

3) مرحله پوسته سیالیک پایدار و اتمسفر اکسیژن دار (2/2 تا 0/4 میلیارد سال) : از اوایل پروتروزوئیک پوسته های قاره ای توسعه زیادی یافتند. برای نخستین بار اکسیژن آزاد در اتمسفر و آب بوجود آمد در نتیجه سنگ های کربناته تشکیل شدند. کانی سازی اورانیوم از این زمان به بعد از نوع رسوبی شیمیایی است. در حوضه های درون قاره ای رسوبات شیمیایی و آواری شروع به رسوب کردن نمودند و اورانیوم در این مرحله به صورت محلول حمل و سپس در شرایط احیایی که توسط جلبک ها ایجاد می گردیده، بر جای گذاشته شد.

4) مرحله توسعه کیاهان و تشکیل اورانیوم در رسوبات رودخانه ای (0/4 میلیارد سال تا عهد حاضر) : در این مرحله به دلیل توسعه گیاهان و تشکیل ترکیبات آلی در رسوبات قاره ای ، اورانیوم فاصله زیادی را از منشا طی ننموده و در رسوبات قاره ای برجای گذاشته شده است. 45 درصد اورانیوم کشورهای غربی در ماسه سنگ های رودخانه ای کشف شده است.

کانسارهای نوع ماسه سنگی بیشترین ذخیره اورانیوم دنیا را به خود اختصاص می دهند. کانسارهای نوع کنگلومرا و دگرشیبی مخصوص پرکامبرین هستند و احدود 36 درصد از تمامی دخایر کشورهای غربی را به خود اختصاص می دهند.

[فاطمه قطب تحریری]

کانسارهای اورانیوم در ماسه سنگ ها :

مهمترین ذخایر اورانیوم دنیا در ماسه سنگ های رودخانه ای تشکیل شده اند

حدود 45 درصد ذخایر اورانیوم کشف شده کشورهای غربی و 95 درصد اورانیوم آمریکا از نوع ماسه سنگی است.

کانسارهای اورانیوم نوع ماسه سنگی به سه گروه رول فرونت، آبراهه ای و مسطح تقسیم می شوند.

این کانسارها عمدتا از 400 میلیون سال پیش تا کنون تشکیل شده اند.

سنگ دربرگیرنده از نوع ماسه سنگ آرکوز یا توف است که در محیط رودخانه یا حوضچه های کم عمق تشکیل شده اند.

اورانیوم موجود در پگماتیت ها، توف های اسیدی آلکالن و آلکالی گرانیت ها توسط آب های سطحی اکسیده شده و حمل می شوند.

آب های غنی از اورانیوم در جهت شیب توپوگرافی حرکت نموده و ضمن تغییر شرایط اکسیدان محیط و با عبور از مواد آلی، اورانیوم به صورت اوراننیت برجای گذاشته می شود.

فاکتورهای مهم و موثر در تمرکز اورانیوم عبارتند از: نفوذپذیری بالا، وجود مواد جذب کننده نظیر زغال، اکسیدهای آهن و منگنز و کانی های رسی، شرایط احیا کننده نظیر وجود مواد آلی و سولفیدها.

در اکثر ذخایر شرایط احیا کننده نقش مهمی در تشکیل ذخیره داشته است.

[فاطمه قطب تحریری]

کانسارهای اورانیوم همراه کنگلومرای پرکامبرین:

این کانسارها که به نوع پلاسر نیز معرفند، قدیمی ترین کانسارهای اورانیوم کشف شده محسوب می شوند.

این کانسارها در اواخر آرکئن و اوایل پروتروزوئیک در محدوده زمانی 2/2 تا 2/75 میلیارد سال تشکیل و عمدتا در سپرهای پرکامبرین آفریقای جنوبی، کانادا، استرالیا، برزیل، هندوستان و آمریکا کشف شده اند.

مهمترین کانسارهای پلاسر در آفریقای جنوبی و کانادا واقع شده اند و حدود 20 درصد ذخایر اورانیوم کشف شده از نوع پلاسرند.

این کانسارها در حاشیه حوضه های کم عمق درون قاره ای و همراه رسوبات دلتایی تشکیل شده اند. به دلیل عدم وجود اکسیژن آزاد ، اوراننیت به صورت آواری حمل و در محیط رودخانه ای و یا حاشیه حوضه های کم عمق درون قاره ای برجای گذاشته شده است.

کنگلومرای حاوی اورانیوم دارای جورشدگی مناسب است و اجزای تشکیل دهنده کنگلومرا بطور عمده از سنگ های گرانیتی متعلق به اواخر آرکئن منشا گرفته اند.

قطعات کوارتز در داخل این کنگلومرا فراوان یافت می شود و عیار اورانیوم، در جایی که قطعات کوارتز فراوان هستند، بالاست. از ویژگی های این کنگلومرا بالا بودن مقدار پیریت (10 تا 30 درصد) ، وجود زیرکون و مونازیت را می توان نام برد.