Uranyum

Uranyum doğada zeunerite, uraninite ve pitchblende gibi minerallerin içinde bulunan sert, gri renkli, yoğunluğu yüksek bir metaldir. İlk kez 1789 yılında Alman Kimyager Martin Heinrich Klaproth tarafından keşfedilmiştir. Bundan bir yıl kadar önce Uranüs gezegeninin keşfedilmesinden esinlenilerek adı Uranyum diye konmuştur.

Uranyum yer kabuğunda diğer bazı atomlara nispeten bol miktarda bulunmaktadır. Yer kabuğunun 1 tonunda ortalama 3 gram Uranyum bulunmaktadır. Her türlü arazide uranyum bulunmaktadır. Özellikle granitik özelliğe sahip dağlarda bol miktarda uranyum bulunmaktadır.

 

Yer kabuğunda cıvanın 50 katı, altının 1000 katı miktarında uranyum bulunmaktadır. Fakat uranyumun bir maden olarak işletilebilmesi için yoğun bir şekilde bulunması gerekmektedir. Özellikle ticari değer taşıyan madenlerde uranyum konsantrasyonu %0.1'in üzerinde bulunmaktadır. Konsantrasyonu düşük olacak şekilde deniz ve okyanus suyu da çok büyük miktarda uranyum içermektedir. Uranyum sudan 18.7, kurşundan 1.7 kat daha yoğundur. Diğer metallere kıyasla oldukça ağırdır.

Uranyum ilk kez 1841 yılında Fransız Eugene Peligot tarafından saf metal olarak ayrıştırılmıştır. 1904 yılında Rutherford Uranyum'un enerji kaynağı olabileceğini belirlemiştir. 1942 yılında ilk kez nükleer yakıt olarak kullanılmıştır. 1945 yılında atom bombasında kullanılmıştır. 1956 yılında ilk kez ticari elektrik enerjisi üretiminde kullanılmıştır.

Uranyum doğada bulunan en ağır elementlerden biridir. Aslında dünyada madenciliği yapılan en ağır elementtir. Çekirdeğinde 92 adet proton bulunmaktadır. Doğada çoğunlukla iki farklı izotop olarak bulunmaktadır. Bunlardan ilki çekirdeğinde 143 nötron bulunan Uranyum-235 ve diğeri de çekirdeğinde 146 nötron bulunan Uranyum-238 .zotopudur. Doğada birde Uranyum-234 izotopu bulunmaktadır ki bunun doğada bulunan miktarı ihmal edilebilecek kadar azdır.

Uranyum-235 çekirdeği nükleer teknoloji açısından çok önemlidir. Çünkü bu uranyum izotopu belirli şartlar altında kolaylıkla bölünerek büyük miktarda enerjinin açığa çıkmasına sebep olmaktadır. Bu gibi çekirdeklere nükleer teknolojide bölüngen (fissile) adı verilmektedir.

Uranyum aynı zamanda ışınım (radyoaktivite) olayının keşfinede katkı sağlamıştır. 1896 yılında Henry Becquerel Uranyum atomlarının ışınetkin olduğunu belirlemiştir. Bu da ışınım olayının Marie Curie tarafından daha detaylı bir şekilde incelenmesinde zemin hazırlamıştır.

 

Uranyum Madenleri

Dünyadaki ekonomik değere sahip uranyum madenleri aşağıdaki haritada gösterilmiştir. Bu haritadan da görülebileceği gibi Uranyum madeni açısından en zengin ülke Avustralyadır. Bu ülkeyi Kazakistan ve Kanada takip etmektedir. Haritada gösterilen uranyum miktarları metrik-ton cinsinden olup maden miktarları hakkında bilgi bulunmayan ülkelere "Bilgi Yok" anlamına gelen B/Y işareti konulmuştur (Çin, Hindistan, Pakistan, vs.)

 

Dünyada 3 farklı türde uranyum madencilik yöntemi bulunmaktadır. Bunlardan ilki açık madenciliktir. Eğer uranyum madeni yüzeye çok yakın yerde bulunmaktaysa, bu yöntem kullanılmaktadır. Uranyum yüzeyden çok derindeyse yer-altı madenciliği kullanılmaktadır. Son yıllarda geliştirilmiş bir diğer yöntem de in-situ madenciliğidir. Belirli bir maden yatağında hangi yöntemin kullanılacağı tamamen ekonomisi ve maden sahasının özelliği ile alakalı bulunmaktadır.

 

 

Açık Madencilik

Maden cevherinin yer yüzeyine yakın olduğu durumlarda açık madencilik yapılmaktadır. Bu tür madencilikte yer yüzeyindeki ince katman açılarak altındaki uranyum minerallerinin bulunduğu bölgeye ulaşılmaktadır. Daha sonra mineral bölgesi dinamitlerle patlatılarak gevşek yığınlar haline dönüştürülmekte, bu maden cevheri kamyonlarla yüklenerek genellikle maden sahasının yakınına kurulan uranyum arıtma tesisine götürülmektedir.

Açık-madencilikte cevherin çıkartılması sırasında maden sahası aşama aşama daha genişletilmekte ve daha derine inilmektedir. Bu genişleme işlemi sırasında taşıma kamyonlarının madenin çıkartıldığı bölgeye kolaylıkla ulaşabilmesi gerekmektedir. Dolayısıyla maden sahası basamaklar halinde spiral yollar olarak şekillendirilmektedir.

Açık madencilik maden cevheri yaklaşık 70-80 metreye kadar olan derinliklerde bulunduğunda ekonomik olmaktadır. Bu derinliğin üzerine çıkıldığında, madenin üzerindeki tabakayı kaldırmanın maliyeti çok yükselmekte ve dolayısıyla artan derinlikle beraber yer-altı madenciliği tercih edilmektedir.

 

 

Yer Altı Madenciliği

Maden cevherinin açık madencilik yapılamacak derinlikte bulunduğu durumlarda yer-altı yöntemi kullanılmaktadır. Bu yöntemde yer altındaki cevher blokları belirlenmekte, bu bloklardan aşağıya doğru 1.8 metre genişliğinde büyük delikler açılmaktadır. Bu deliklerin çevresinde de ince kanallar oluşturulmaktadır. Bu ince kanalların birleştiği en alt ağız noktasında dinamit patlatılarak bu blokların gevşek yığınlara dönüşmesi sağlanmaktadır. Patlatılan bu bloklar 100 metre yükseklikte, 50 metre genişlikte olabilmektedir. Bu gevşek yığınlar daha sonra özel maden kepçeleri yardımıyla alınarak asansörlerle yer yüzeyine çıkartılmaktadır. Maden cevheri işlenmek üzere arıtma tesisine gönderilmektedir.

Yer-altı madencilğinde, maden kanalların çok iyi havalandırılması büyük önem taşımaktadır. Madencilik işlemleri sırasında ortaya çıkan tozlar ışınetkin maddeler içerdiğinden ve bir ağır metal olan uranyum oksit canlılar için zehirli madde özelliği taşıdığından, maden işçilerinin tozları solumamaları için maden sahasında sıkı önlemlerin alınmış olması gerekmektedir.

Yer-altı madenlerinin ayrıca yeterli sayıda ışınım-ölçer aygıtlarla donatılması ve çalışanların zararlı derecelerde ışınıma maruz kalmamaları için özel tedbirlerin alınması gerekmektedir.

Düşük uranyum konsantrasyonuna sahip madenlerin işlenmesi büyük miktarda enerjiye ve suya ihtiyaç duymaktadır.

 

 

In-Situ Madenciliği

In-situ madenciliğinde, yer yüzeyinden maden cevherinin bulunduğu bölgeye delikler açılmaktadır. Sülfürük asit veya alkalin çözeltisi bu deliklerden cevherin bulunduğu bölgeye enjekte edilmektedir. Cevherin içerdiği uranyum enjekte edilen çözeltide erimektedir. Bu şekilde uranyumu kapan çözelti tekrar yer yüzeyine pompalanmaktadır. Çözelti-uranyum karışımı bir ayrıştırma tesisine gönderilerek çözelti ile uranyum birbirlerinden ayrıştırılmaktadır. Çözelti tekrar kullanılmak üzere geri gönderilmekte ve bu şekilde tekrar tekrar kullanılmaktadır.

 

AVANTAJLARI: In-Situ yöntemi sayesinde düşük konsantrasyona sahip madenler işlenebilmektedir. Üretim daha hızlı bir şekilde yapılabilmekte ve üretim sırasında sağlığa zararlı tozlar oluşmamaktadır. Ayrıca bu tür madenleri kurmak ve işletmek çok daha düşük maliyete sahip bulunmaktadır. Madencilik sırasında daha küçük hacimlerde katı atık oluşmakta ve yer yüzeyinde herhangi bir zarar meydana gelmemektedir.

DEZAVANTAJLARI: Diğer yandan bu tür madenlerde madenin çıkartıldığı derin bölgelerde özellikle yer altı sularına hasar söz konusu olabilmektedir. Özellikle çözelti olarak sülfürik asit kullandığında bu zarar daha fazla olabilmektedir. Bu madencilikten sonra yer altı sularına verilen zararın düzeltilmesi zor ve masraflı olabilmektedir.

 

 

Uranyum Arıtma

Madenden çıkartılan uranyum cevheri "sarı pasta" adı verilen uranyum oksit haline dönüştürülmektedir. Bu amaçla cevherin bir dizi işlemden geçirilmesi gerekmektedir.

Uranyum arıtma tesisleri genellikle maden sahalarının çok yakınına kurulmaktadır. Aşağıdaki resimde gösterilen Avustralya'nın Ranger uranyum madeni buna en güzel örneği teşkil etmektedir. Resmin üst kısmında uranyum cevherinin açık madencilikle çıkartıldığı maden sahası görülmektedir. Bu maden sahasının hemen yakınında da cevherlerin işlendiği arıtma tesisi bulunmaktadır.

Madenden çıkartılan uranyum cevheri arıtma tesisinde kamyonlar yardımıyla getirilmekte ve bu tesiste bir dizi işlemden geçirilmektedir. Ortaya "sarı pasta" adı verilen verilen ve kimyasal gösterimi U3O8 olan "uranyum oksit" bileşiği çıkmaktadır. Bu aşamalar hakkında daha fazla bilgi almak için aşağıdaki aşamalar tuşuna tıklayınız.

 

Arıtma Tesisleri

Uranyum maden cevheri, madenden çıkartıldıktan sonra genellikle maden sahası yakınlarına kurulan ve arıtma tesisine gönderilmektedir. Bu tesisde maden cevheri bir dizi işlemden geçirilerek cevherin içerdiği uranyum mineral ayrıştırılmaktadır ve sarı pasta diye adlandırılan U3O8'e dönüştürülmektedir. Bu sayfada arıtma tesislerinde maden cevherine uygulanan işlemler sırasıyla gösterilmiştir. Bu işlemler hakkında daha fazla bilgi almak için her işlemle ilgili resmin üzerine tıklayınız.

 

 

1. Madenden Çıkarma

Sırasıyla delme ve dinamitle patlatma işlemleri sonucunda maden cevheri parçalara ayrılmaktadır. Daha sonra taşıma kamyonlarına yüklenmektedir.

Maden, ışınım (radyasyon) tarayıcılarından gerçirilmekte ve her kamyon dolusu cevherin ışınım seviyesi belirlenmektedir. Bu ölçüm sonucunda cehver ya düşük-seviyeli stok alanına ya da kırıcılara gönderilmektedir. Cevher atıkları ise ayrı bir saklama alanına alınmaktadır.

 

 

 

2. Ezme

Uranyum maden filizi taşıma kamyonları ve taşıma bantları yardımıyla işlenmemiş maden depo sahasına getirilmektedir. Burada maden filizi, 19 mm'den daha küçük parçacıklar haline gelene kadar bir dizi kırma-ezme düzeneğine sokulmaktadır.

İnceltilmiş maden filizi tartıldıktan sonra başka bir saklama alanına yığılmaktadır.

 

3. Öğütme

Ezilmiş ve inceltilmiş maden filizi ıslak öğütme işlemine tabi tutulmaktadır. Öğütme işlemi 4.3 m çapına sahip çelik çubuk kırıcılar yardımıyla gerçekleştirilmektedir.

Bu işlemin ardından maden filizi çamur kıvamında bulamaça dönüşmektedir.

 

4. Katıdan Özütleme

Bulamaç haline gelmiş maden filizi katıdan özütleme-oksidasyon işlemlerine tabi tutulmak üzere büyük kapların içine alınmaktadır. Bu kapların içinde mekanik çalkalama düzenekleri bulunmaktadır ve filiz çalkalama sonucunda hamur haline dönüşmektedir.

Bu hamurun içine katılan ferrik sulfat filizin uranyum içeriğinin oksitlenmesine sebep olmakta ve uranyum sulfirik asit çözeltisi içinde erimektedir.

 

5. Balçık Ayrıştırma

Katıdan özütleme işleminin sonucunda uranyum içeren sulfurik asit çözeltisi ile diğer artık maddeler içeren kum karışımından oluşan bir çeşit balçık ortaya çıkmaktadır. Bu balçık, ayrıştırma düzeneğine girmekte, buradaki döner düzenek yardımıyla, uranyum içeren çözelti ve diğer artıkları içeren kum birbirlerinden ayrıştırılmaktadır. Oluşan artık kum, üzerindeki çözelti artıkları yıkandıktan sonra, bir boru yardımıyla maden atığı saklama alanına pompalanmaktadır.

Bu işlem sonucunda balçık uranyum içeren sulfirik asit çözeltisi oluşmaktadır.

 

6. Kalınlaştırıcı (Kıvamlaştırıcı)

 Çözelti balçığı, birbirleri ile ters yönde hareket eden süzme kıvamlaştırıcılarına girmektedir. Bu kıvamlaştırıcılarda balçıkğın taşıdığı uranyum yıkanmaktadır.

Bu işlem sırasında uranyum içeren ve hamile çözelti adı verilen berrak çözelti kıvamlandırıcıdan dışarıya taşarken, uranyumunu kaybetmiş geri kalan balçık da kumla birleşmekte ve artık sahasına pompalanmaktadır.

 

 7. İyon Özütlemesi

Şeffaf hamile çözelti bu aşamada özel olarak förmüle edilmiş reçine yatağı ile temas etmektedir. Uranyum iyonları bu reçine tarafından yakalanmakta ve çözelti içinden ayrılmaktadır. Reçine yatakları belirli aralıklarla özütleme düzeneğinden çıkartılarak asitle yıkanmakta, böylece reçineye geçen uyanyum reçineden ayrıştırılmaktadır.

Sonuçta ortaya çok daha saflaşmış ve yoğunlaşmış uranyum çözeltisi çıkmaktadır.

 

8. Çözücü Özütlemesi

İyon Özütlemesi düzeneğinden gelen asit çözeltisi bu sefer de çözücü özütlemesi düzeneğine gelmektedir. Bu düzenekte organik çözgen ile karıştırılmaktadır. Organik çözgen uranyum içeren bileşeni kaparak asit çözeltisinden ayrıştırmaktadır. Asit çözeltisi tekrar kullanımak üzere bir önceki aşamadaki yıkama kolonlarına gönderilmektedir.

İkinci bir aşamada, organik çözelti nötür bir sıvı olan amonyum sülfat çözeltisi ile karıştırımaktadır ve amonyum sülfat çözeltisi uranyum açısından zengin sıvıyı kapmakta ve ortaya uranyum diuranit çözeltisi çıkmaktadır.

 

9. Çökeltme

Bir önceki aşamadan gelen sıvıya gaz amonyak basılarak çözeltinin PH'si yükseltilmektedir. Sonuç olarak da amonyum diuranit çökelmektedir.

Çökelen amonyum diuranit sarı bir çamur olarak kıvamlaştırılmaktadır (kalınlaştırılmaktadır).

 

10. Süzme

Amonyum diuranit döner filtreler yardımıyla süzülerek "sarı pasta" olarak bilinen sarı renkli hamur elde edilmektedir.

 

 

11. Kurutma ve Kavurma

Oluşan hamur 700°C sıcaklıkta kurutulmakta ve kavrulmakta (kalsinasyon) ve bu işlem sırasında amonyum sarı renkli hamuru terketmektedir.

Bu işlemin ardından geride sarı renkte ve toz halinde uranyum oksit (U3O8) kalmaktadır. Uranyum oksit daha sonra metal verillere doldurulmaktadır.

 

 

 

 

12. Yükleme ve Yollama

Varillere doldurulan uranyum oksit paketlenerek, nükleer yakıt çevriminde kullanılmak üzere ilgili diğer tesislere gönderilmektedir.