第六章 核燃料循环

核工业西北地质局二Ｏ八大队
核工业地质局二一六大队
核工业东北地质局二四三大队
核工业西北地质局二Ｏ三研究所
核工业中南地质局二三Ｏ研究所
核工业东北地质局二四Ｏ研究所
核工业华东地质局二七Ｏ研究所
核工业西南地质局二八Ｏ研究所
核工业华南地质局二九Ｏ研究所
铀矿石
种类
沥青铀矿
钾钒铀矿
铀含量
影响铀矿床工业的主要因素
矿石品位 矿床储量 开采条件
普查勘探工作程序
区域地质调查、普查和详查、揭露评价、勘探等 地形测量、地质填图、原始资料编录等 我国需要5年以上的时间
铀矿地质勘查
野外勘探
遥感合成图
铀矿
铀矿地质勘探
核工业地质局
核工业总公司
核工业北京地质研究院
核工业航测遥感wenku.baidu.com心
铀矿石平均含铀品位为：0.15％
富矿：>0.4%
铀的矿冶工艺
从铀矿中提取、浓缩、纯化精制天然铀产品的过程
提炼方式
铀的选矿
重力选矿、磁选选矿、放射性选矿
铀的水冶
将铀溶解的化学反应过程（用酸或碱的水溶液）
铀的纯化
从纯净的溶液中提取铀（浓缩和纯化使铀和杂质分开）达到较高和 核纯级要求的产品 (天然铀)
世界铀资源用于反应堆的产能效率
按能值折算为标准煤单位：Gt标准煤
天然铀资源
用于热中子反应堆
不回收核 回收核燃料
燃料
并复用钚
复用钚
用于快中 子反应堆
勘定储量：5Mt
81
118
236
8850
推测储量：25Mt
405
590 1180 44250
包括海水中的铀：25Gt
40500
59000 11800 442500
世界铀资源
勘定储量：5Mt 推测储量：25Mt 包括海水中的铀：25Gt 世界上重要的铀矿资源国家
澳大利亚44％ 哈萨克斯坦20％ 加拿大18％ 南非8％ 美国、独联体、刚果、尼日利亚等
我国的东北、西北、西南及中南地区都蕴藏有铀
世界铀资源分布
加拿大
哈萨克斯坦
美国
价格
南非
澳大利亚
用于埋藏较浅的矿体 方法剥离表土和覆盖岩石，使矿石出露，然后进行采矿 穿孔爆破、采装、运输和排土 机械化程度高、生产能力大、生产成本低、劳动条件好
地下开采：井巷掘进
用于埋藏较深的矿体 凿岩爆破 井巷工程：决定了矿山基建时间
原地浸出（地浸）in situ leaching,ISL
通过地表钻孔将化学反应剂注入矿带，通过化学反应选择性地溶解 矿石中的铀，并将浸出液提取出地表
具有生产成本低，劳动强度小 仅适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床（砂岩型）
湖南彬州放射性选矿厂
特点 • 中国第一个铀矿 • 选矿厂位于矿附近 • 苏联技术 • 建于1960年 • 磁选分离
铀矿石的加工－冶炼
Uranium Ore Processing
铀含量
铀矿石中的铀含量只有千分之二
核燃料循环系统
铀矿石开采和冶炼 铀转化 铀同位素浓缩 核燃料元件制造 核电站 乏燃料后处理 废物处理
前端
后端
核燃料的制造
冶炼
转化
矿石 组装
黄饼
六氟化铀
烧结
浓缩
组件
芯块
6.2 核燃料循环前端
世界铀资源 铀矿地质勘查 铀矿石开采和选冶 Mining 铀水冶
Uranium Ore Processing
铀矿石平均含铀品位为：0.15％
富矿：>0.4%
储量测量：
航空测量
谱仪
铀矿石
铀储量
探明储量：经过地质勘探，计算分析，得到的具体储量
预测储量：铀的矿床、矿田和成矿区域中比较有利的地区，根据 这些地区的成矿条件推算出来的
放大10000倍
铀矿
铀矿石
中国第一块铀矿石
我国的铀资源
中国是铀矿资源不甚丰富 我国铀矿探明储量居世界第10位之后，不能适应
我国铀矿分布图
新疆
河北
陕西
云南
江西 浙江 湖南
广西 广东
我国的铀矿分布
已探明的铀矿
大小铀矿床(田)200多个 矿床以中小型为主
主要分布
江西、广东、湖南、广西，以及新疆、辽宁、云南、河北、内蒙 古、浙江、甘肃等省(区)
主要的铀矿床
相山铀矿田、郴县铀矿床、下庄铀矿田、产子坪铀矿田、青龙铀 矿田、腾冲铀矿床、桃山铀矿床、小丘源铀矿床、黄村铀矿床、 连山关铀矿床、蓝田铀矿床、若尔盖铀矿床、芨岭铀矿床、伊犁 铀矿床、白杨河铀矿床
核工程导论
第六章 核燃料循环 Nuclear Fuel Cycle
张继革 上海交通大学 2010
第六章 核燃料循环
6.1 核燃料循环体系 6.2 核燃料循环前端 6.3 堆内燃料循环 6.4 核燃料循环后端
6.1 核燃料循环体系 Nuclear Fuel Cycle
前端 后端
Nuclear Fuel Cycle
已经建成和新建的厂矿
衡阳铀矿、郴州铀矿、大浦街铀矿、上饶铀矿、抚州铀矿、乐安 铀矿、翁源铀矿、衢州铀矿、澜河铀矿、仁化铀矿、本溪铀矿、 蓝田铀矿、伊犁铀矿等
铀矿石开采Mining
地位和作用
从地下矿床中开采出工业品位的铀矿石 或将铀经化学溶浸，生产出液体铀化合物
铀的开采
露天开采：露天出入沟
1t天然铀的产能值（MWd/t）
5500*
8000 * 16000 * 600000
折算为标准煤吨数
16225
23600 47200 1770000
*: 分离工厂贫铀中U－235含量取0.2％
铀矿地质勘查
地位和作用
不属于核燃料循环 提供铀矿储量信息
铀矿种类和价值
已发现170多种铀矿床及含铀矿物 具有实际开采价值只有14~18% 一般铀含量0.1~0.3%, 水银的50倍，黄金的1000倍 最高的含量21%,加拿大 主要在花岗岩中
铀化合物的转化
Conversion (UO2, UO3, UF4, UF6, U3O8, U)
铀的浓缩
Uranium Enrichment
核燃料元件制造
Fuel Fabrication (AGR, FBR, GCR, LWR, MAGNOX, MOX, PHWR, RBMK, Pellets)
发展核电的长远需要 矿床规模以中小为主 矿石品位偏低
一般在千分之一含量就要开采，成本较高 开发堆浸、地浸技术，可降低成本
我国逐步发现了花岗岩型38%、火山岩型22% 、砂 岩型19.5%和碳硅泥岩型16%四大类型的铀矿床
北方铀矿区以火山岩型、砂岩型为主地浸 南方铀矿区以花岗岩型为主堆浸