核工業(yè)組成及其工作流程

1、55、核工業(yè)體系的組成及其流程核工業(yè)是一個十分廣大的系統(tǒng)工程，其組成體系包括：鈾礦勘探、鈾礦開采與鈾的提取、燃料元件制造、鈾同位素分離、反應(yīng)堆發(fā)電、乏燃料后處理、同位素應(yīng)用以及與核工 業(yè)相關(guān)的建筑安裝、儀器儀表、設(shè)備制造與加工、安全防護(hù)及環(huán)境保護(hù)。56、核燃料循環(huán)及其組成核燃料循環(huán)是核工業(yè)體系中的重要組成部分。所謂核燃料循環(huán)是指核燃料的獲得、使 用、處理、回收利用的全過程。燃料循環(huán)通常分成兩大部分，即前端和后端，它包括鈾礦開采、礦石加工（選礦、浸 出、沉淀等多種工序） 、鈾的提取、精制、轉(zhuǎn)換、濃縮、元件制造等；后端包括對反應(yīng)堆輻 照以后的乏燃料元件進(jìn)行鈾钚分離的后處理以及對放射性廢物處理、貯存

2、和處置。57、鈾礦地質(zhì)勘探鈾是核工業(yè)最基本的原料。鈾礦地質(zhì)勘探的任務(wù)，是查明和研究鈾礦床形成的地質(zhì)條件，闡明鈾礦床在時間上和空間上分布的規(guī)律，運(yùn)用鈾礦床形成和分布的規(guī)律指導(dǎo)普查勘 探，探明地下的鈾礦資源。地殼中的鈾，以鈾礦物、類質(zhì)圖象（形成含鈾礦物）和吸附狀態(tài)的形式存在。由于鈾 的化學(xué)性質(zhì)活潑，所以不存在天然的純元素。鈾礦物主要是形成化合物。目前已發(fā)現(xiàn)的鈾 礦物和含鈾礦物有 170 種以上，其中只有 25-30 種鈾礦物具有實(shí)際的開采價值。鈾礦床是鈾礦物的堆積體。鈾礦床是分散在地殼中的鈾元素在各種地質(zhì)作用下不斷集中而成的，也是地殼不斷演變的結(jié)果。查明鈾礦床的形成過程，對有效地指導(dǎo)普查勘探具 有

3、十分重要的意義并不是所有的鈾礦床都有開采、進(jìn)行工業(yè)利用的價值。影響鈾礦床工業(yè)評價的因素很 多，有礦石品位、礦床儲量、礦石技術(shù)加工性能、礦床開采條件，有用元素綜合利用的可 能性和交通運(yùn)輸條件等。其中礦石品位和礦床儲量是評價鈾礦床的兩個主要指標(biāo)。鈾礦普查勘探工作的程序，包括區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、普查和詳查、揭露評價、勘探等相互 銜接的階段。同時還伴隨 - 系列的基礎(chǔ)地質(zhì)工作，如地形測量、地質(zhì)填圖、原始資料編錄、 巖石礦物鑒定、樣品的化學(xué)和物理分析、礦石工藝試驗(yàn)等。58 鈾礦開采鈾礦開采是生產(chǎn)鈾的第一步。 它的任務(wù)是把工業(yè)品位的鈾礦廠從地下礦床中開采出來， 或?qū)⑩櫧?jīng)化學(xué)溶浸，生產(chǎn)出液體鈾化合物。鈾礦的開采與

4、其它金屬礦的開采基本相同，但 是由于鈾礦有放射性，能放出放射性氣體（氡氣） ，品位較低，礦體分散（單個礦體的體積 ?。┖托螒B(tài)復(fù)雜，所以鈾礦開采又有一些特殊的地方。鈾礦開采方法主要有露天開采、 地下開采和原地浸出采鈾三種方法。 露天開采是按一 定程序先剝離表土和覆蓋巖石，使礦石出露，然后進(jìn)行采礦，這種方法一般用于埋藏較淺 的礦體。地下開采是通過掘進(jìn)聯(lián)系地表與礦體的一系列井巷，從礦體中采出礦石，地下開采的 工藝過程比較復(fù)雜。一般在礦床離地表較深的條件下采用這種方法。原地浸出采鈾是通過地表鉆孔將化學(xué)反應(yīng)劑注入礦帶，通過化學(xué)反應(yīng)選擇性地溶解礦 石中的有用成分 - 鈾，并將浸出液提取出地表，而不使礦石繞

5、圍巖產(chǎn)生位移。這種采鈾方 法與常規(guī)采礦相比，生產(chǎn)成本低，勞動強(qiáng)度小，但其應(yīng)用有一定的局限性，只適用于具有 一定地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的礦床 59鈾提取工藝鈾提取工藝的基本任務(wù)是將開采出來的礦廠加工富集成含鈾是較高的中間產(chǎn)品，通常 稱為鈾化學(xué)濃縮物，經(jīng)過進(jìn)一步強(qiáng)化，加工成鈾氧化物作為下一步工序的原料。常規(guī)的鈾提取工藝一段包括，礦石品位、磨礦、礦石浸出，母液分離、溶液純化、沉 淀等工序。礦廠開采出來后，經(jīng)過破碎磨細(xì)，使鈾礦物充分暴露，以便于浸出，然后在一定的工 藝條件下，借助一些化學(xué)試劑（即浸出劑）與其它手段將礦廠中有價值的組分選擇性地溶 解出來。有兩種浸出方法，即酸法和堿法。浸出液中，不僅鈾含量低，

6、而且雜質(zhì)種類多，含量高，必須將這些雜質(zhì)去除才能達(dá)到 核電要求。這一步溶液純化過程，有兩種方法可供選擇，離子交換法（又稱吸附法）和溶 劑萃取法。沉淀出鈾化學(xué)濃縮物的工藝過程是水冶生產(chǎn)的最后一道工序。沉淀物經(jīng)洗滌、 壓濾、干燥后即得到水冶產(chǎn)品鈾化學(xué)濃縮物，又稱黃餅。60濃縮鈾生產(chǎn)技術(shù)以同位素分離為目的，提高鈾 -235 濃度的處理即為濃縮。通過濃縮獲得滿足某些反應(yīng) 堆所要求的鈾 -235 豐度的鈾燃料?，F(xiàn)代工業(yè)上采用的濃縮方法是氣體擴(kuò)散法和離心分離法。 濃縮處理是以六氟化鈾形式進(jìn)行的。此外，還有激光法、噴嘴法、電磁分離法、化學(xué)分離 法等。對鈾同位素進(jìn)行分離，使鈾 -235 富集。分離后余下的尾料，

7、即含鈾 -235 約 0.3 的 貧化鈾可作為貧鈾彈的材料等61. 反應(yīng)堆用的燃料元件經(jīng)過提純或同位素分離后的鈾，還不能直接用作核燃料，還要經(jīng)過化學(xué)，物理、機(jī)械 加工等復(fù)雜而又嚴(yán)格的過程，制成形狀和品質(zhì)各異的元件，才能供各種反應(yīng)堆作為燃料來 使用。這是保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。按組分特征，可分為金屬型、陶瓷型和彌散型三種；按幾何形狀分，有柱狀、棒狀、環(huán)狀、板狀、條狀、球狀、棱柱狀元件；按 反應(yīng)堆分，有試驗(yàn)堆元件，生產(chǎn)堆元件，動力堆元件（包括核電站用的核燃料組件） 。核燃料元件種類繁多，一般都由芯體和包殼組成。核燃料元件在核反應(yīng)堆中的工作狀況十分惡劣，長期處于強(qiáng)輻射、高溫、高流速甚至 高

8、壓的環(huán)境中，因此，芯體要有優(yōu)良的綜合性能。對包殼材料還要求有較小的熱中子吸收 截面（快堆除外），在使用壽期內(nèi)，不能破損。因此，核燃料元件制造是一種高科技含量的 技術(shù)。62乏燃料的后處理輻照過的燃料元件從堆內(nèi)卸出時，無論是否達(dá)到設(shè)計(jì)的燃耗深度，總是含有一定量裂 變?nèi)剂希òㄎ捶至押托律模??；厥者@些寶貴的裂變?nèi)剂希ㄢ?-235 ，鈾- 233 和钚）以便 再制造成新的燃料元件或用做核武器裝料，是后處理的主要目的。此外，所產(chǎn)生的超鈾元 素以及可用作射線源的某些放射性裂變產(chǎn)物（如銫 - 137 ，鍶 -90 等）的提取，也有很大的 科學(xué)和經(jīng)濟(jì)價值。乏燃料后處理具有放射性強(qiáng)，毒性大，有發(fā)生臨界事故的

9、危險(xiǎn)等特點(diǎn)，因而必須采取 嚴(yán)格的安全防護(hù)措施。后處理工藝可分下列幾個步驟：（1）冷卻與首端處理：冷卻將乏燃料組件解體，脫除元件包殼，溶解燃料芯塊等。（2）化學(xué)分離：即凈化與去污過程，將裂變產(chǎn)物從U -Pu中清除出去，然后用溶劑淬取法 將鈾- 钚分離并分別以硝酸鈾酰和硝酸钚溶液形式提取出來。3）通過化學(xué)轉(zhuǎn)化還原出鈾和钚（4）通過凈化分別制成金屬鈾（或二氧化鈾）及钚（或二氧化钚 ） 。放射性廢物處理與處置在核工業(yè)生產(chǎn)和核科學(xué)研究過程中，會產(chǎn)生一些具有不同程度放射性的固態(tài)、液態(tài)和 氣態(tài)的廢物，簡稱為“三廢” 。在放射性廢物中，放射性物質(zhì)的含量很低，但帶來的危害較 大。由于放射性不受外界條件（如物理、化學(xué)、生物方法）的影響，在放射性廢物處理過 程中，除了靠放射性物質(zhì)的衰變使其放射性衰減外，無非是將放射性物質(zhì)從廢物中分離出 來，使?jié)饧派湫晕镔|(zhì)的廢物體積盡量減小，并改變其存在的狀態(tài)，以達(dá)安全處置的目的