تحقیق فرآوری کانسنگ های اورانیوم دار

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: معرفی مواد پرتو زا
1-1- رادیواکتیو 2
1-1-1- اثر شیمیایی 2
1-1-2- اثر لومینسانس ( فسفرسانس) 2
1-1-3- اثر یونیزاسیون 2
1-2- تاریخچه و کاربرد 7
1-2-1- تاریخچه مواد رادیواکتیو 7
1-2-2- کاربرد مواد رادیواکتیو 7
1-2-2-1- تکنولوژی هسته ای 7
1-3- شیمی عناصر رادیواکتیو 12
1-3-1- شیمی اورانیوم 12
1-3-2- شیمی توریوم 14
1-4- کانی شناسی اورانیوم و توریوم 14
1-4-1- اتونیت 14
1-4-2- کارنوتیت 15
1-4-3- توربرنیت (کالکولیت) 15
1-4-4- دیگر کانیهای اورانیوم و توریم 15
1-5- وسایل آشکارسای رادیواکتیو 17
1-5-1- آشکارشازی اشعه به کمک سنتیلومتر 17
1-5-2- آشکارسازی رادیواکتیو به کمک شمارنده گایگر 17
1-5-3- اسپکترومترهای اشعه 18
1-5-4- روشهای اکتشافی اورانیوم آشکارسازی اشعه 23
1-5-4-1- امانومتری 23
1-5-4-2- ترک اچ 23
1-5-4-3- هلیوم متری 24
1-5-4-4- اتورادیوگرافی 24
1-6- معرفی اورانیوم ( خواص و کاربرد ) 25
1-6-1- منشاء و اهمیت خطرات رادیولوژیکی 26
1-6-2- محتوی اورانیوم سنگها 29
1-6-3-1- کنگلومراها 31
1-6-3-2- ماسه سنگها 32
1-6-3-2-1- کانسارهای پنکوفکوردانت 32
1-6-3-2-2- کانسارهای هلالی شکل 34
1-6-3-2-3- کانسارهای استک 35
1-6-3-3- کانسارهای نوع رگه ای شکل 36
1-6-3-4- کانسارهای رگه ای ماگمایی 38
1-6-3-5- کانسارهای نوع درون ماگمایی 39
1-6-3-6- کانسارهای نوع کالکریت 40
1-6-3-7- سنگهای فسفاتیک اورانیوم دار 41
1-6-3-8- شیلهای سیاه دریایی اورانیوم دار 42
فصل دوم :
2-1- کلیات اکتشاف رادیولوژی 44
2-1-1- اصول فیزیکی اکتشاف اورانیوم به وسیله اندازه گیری تابش گاما 44
2-1-2- منتشر کننده های تابش گاما 45
2-1-3- فعل و انفعالات فرآیندهای پراکنش الکترومغناطیسی 52
2-1-4- تابش گاما از سریهای K40,Th, U 54
2-1-5- منابع تابش گاما 56
2-1-6- تکنیکهای نمایش داده ها 57
2-2- اصول و مبانی مغناطیس سنجی 61
2-2-1- خواص مغناطیسی سنگها و کانیها 61
2-2-2- مغناطیس زمین 63
2-3- اندازه گیریهای مغناطیسی هوا برد 64
2-3-1- اندازه گیریهای مغناطیسی هوابرد 64
2-3-2- اجزاء دستگاههای اساسی در مگنتومتری هوایی 65
2-3-3- نصب سیستم آشکارساز 65
2-3-4- ثبت خروجی و آشکار ساز 67
2-3-5- روش اندازه گیری 67
2-3-6- پردازش داده ها 70
2-3-7- تفسیر نتایج 71
2-3-8- فایده و محدودیتهای روش مغناطیسی هوایی 73
2-3-9- قابلیتهای اجرایی روش مغناطیسی هوایی 74
فصل سوم : اکتشاف اورانیوم در ایران
3-1- تاریخچه سازمان انرژی اتمی ایران 77
3-2- فعالیتهای انجام شده در زمینه اکتشاف اورانیوم در ایران 77
3-2-1- منطقه ساغند 77
3-2-2- منطقه گچین (بندرعباس) 78
3-2-3- منطقه انارک 79
3-2-3-1- ناحیه کالیکافی 79
3-2-3-2- ناحیه طالمسی 79
3-2-4- منطقه جاموزیان 79
3-2-5- منطقه عروسان 79
فصل چهارم : معدنکاری اورانیوم
4-1- معدنکاری اورانیوم 81
4-2- خصوصیات معدنکاری اورانیوم 81
4-3- روشهای معدنکاری اورانیوم 82
4-3-1- روش استخراج روباز 82
4-3-1-1- ایمنی رادیولوژیکی در معادن روباز اورانیوم 83
4-3-2- روشهای استخراج زیرزمینی 84
4-3-2-1- روش استخراج بلوکی یا تخریب بزرگ 85
4-3-2-2- روش استخراج با احداث طبقات فرعی 85
4-3-2-3- روش استخراج انباره ای 85
4-3-2-4- روش استخراج کند و آکند 86
4-3-2-5- روش زیربرش و پرکردن 86
4-3-2-6- روش استخراج چالهای طولانی و موازی 86
4-3-2-7- روش استخراج V.C.R 87
4-3-2-8- روش استخراج اتاق و پایه 87
4-3-2-9- روش جبهه کار کوتاه با خاکریزی 88
4-3-2-10- روش استخراج جبهه کار طولانی 88
فصل پنجم : فرآیند آماده سازی سنگ معدن استخراج شده
5-1- آماده سازی سنگ معدن 90
5-1-1- سیلو 90
5-1-2- سنگ شکن فکی 90
5-1-3- سنگ شکن مخروطی 90
5-1-4- الک متحرک نوسانی 90
5-1-5- آسیاب گلوله ای دوار 91
5-1-6- جداکننده مغناطیسی 91
5-1-7- تیکنر 91
5-3- استخراج اورانیم از سنگ معدن 91
5-2-1- فرایند لیچینگ 91
5-2-1-1- متغیرهای فرآیند 93
5-2-1-1-1- اندازه سنگ معدن 93
5-2-1-1-2- غلظت اسید 93
5-2-1-1-3- اکسیداسیون 94
5-2-1-1-4- درجه حرارت و زمان عملیات 94
5-2-1-1-5- وزن مخصوص و گرانروی 95
5-2-2- جداسازی جامد – مایع 95
5-3- خالص سازی و تغلیظ 96
5-3-1- استخراج با حلال 97
5-3-2- تبادل یونی با رزین 101
5-4- رسوب گیری 103
5-5- آبگیری و کلینه کردن 104
5-6- اطلاعات مربوط به مصرف مواد شیمیایی درکارخانه نیمه صنعتی 105
فصل ششم: مشخصات وخصوصیات دستگاهها
6-1- سیلو 111
6-2- سنگ شکن فکی 112
6-3- تسمه نقاله 113
6-4- سنگ شکن مخروطی 113
6-5- الکهای متحرک نوسانی 114
6-6- آسیاب گلوله ای دوار 115
6-7- طبقه بندی گننده مارپیچی 117
6-8- جدا کننده مغناطیسی 119
6-9- تیکنر 121
6-10- مخازن لیچینگ 122
6-11- صافی بشکه ای 123
6-12- سانتریفیوژ 124
6-13- مخلوط کننده وجدا کننده 126
6-14- جریان سنج 127
6-15- رسوب دهنده 129
6-16- کوره 129
فصل هفتم : نقش آزمایشگاه ها در فرآیند تغلیظ
7-1- آزمایشگاه فرآیند لیچینگ 131
7-2- آزمایشگاه فرآیند خالص سازی و تغلیظ 132
7-2-1- استخراج با حلال 132
7-2-2- استخراج با تبادل یونی توسط رزین 134
7-3- آزمایشگاه فرایند رسوب گیری 134
7-4- آزمایشگاه تجزیه و تحلیل مواد 135
فصل هشتم : آماده سازی محصول جهت استفاده در راکتورها و تولید برق 138

مقدمه
اورانیوم، عنصری کمیاب محسوب می شود. این عنصر کاربردهای ویژه ای دارد؛ بنابراین تهیه، تولید و بازار مصرف آن به گونه ای خاص کنترل می شود. این عمل توسط "آژانس بین المللی انرژی اتمی"، انجام می پذیرد.
در گذشته نه چندان دور، هر یک از کشورها جداگانه فعالیت می نمودند؛ تا اینکه آژانس مزبور پایه گذاری شد. پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی و تحول سیاسی در شرق اروپا، کشورهای بیشتری به آژانس مزبور، پیوستند. در حال حاضر، آژانس بین المللی انرژی اتمی 120 عضو دارد؛ که کشور ما نیز یکی از آنان است.
در ایران،فعالیت های هسته ای زیر نظر سازمان انرژی اتمی انجام می شود. سازمان مزبور، از چند معاونت تشکی شده؛ که معاونت تولید سوخت هسته ای، یکی از آنان است. معاونت مورد نظر، از چند واحد تشکیل می شود؛ که واحدهای اکتشاف و استخراج، سوخت و کانه آرایی دو واحد مهم آن محسوب می شوند.
واحد اکتشاف و استخراج، فعالیت های مربوط به اکتشاف و استخراج کانسارهای اورانیوم را، به عهده دارد. واحد سوخت و کانه آرایی، در رابطه با فرآوری کانسنگ های اورانیوم دار، فعالیت می کند.
از نظر اکتشافی، فعالیت های گسترده ای انجام شده ؛ و دو سوم کشور توسط پروازهای هوایی و دورسنجی مورد بررسی قرار گرفته است؛ که این فعالیت ها همچنان ادامه دارد.
پس از کشف مناطقی که دارای معدن اورانیوم هستند مثل منطقه سلقه و معدنکاری اورانیوم و استخراج آن توسط فرآیندهای سنگ معدن آماده تغلیظ شده ، و جهت تهیه در نیروگاه های هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد. امید است که در این پروژه توانسته باشم نمایی از چرخه سوخت هسته ای در ایران را به رشته تحریر درآورده باشم.

چکیده
با توجه به مصرف روز افزون انرژی درصنایع مختلف، برای تامین انرژی مورد نیاز صنایع مختلف از منابع متفاوتی استفاده می شود.یکی از بهترین و به صرفه ترین منابع انرژی در جهان سوخت هسته ای می باشد که تولید انرژی از سوخت هسته ای در راکتورهای هسته ای صورت می پذیرد و از لحاظ مقدار تولید انرژی در مقایسه با دیگر منابع تولید انرژی سوخت هسته ای از اهمیت خاصی برخوردار است برای تفهیم این موضوع ذکر این مطلب ضروری است که حرارتی که از 500 گرم اورانیوم بدست می آید معادل حرارتی است که از 1500 تن زغال سنگ بدست می آید. بنابراین می توان گفت سوخت هسته ای یکی از بهترین و بزرگترین منابع تولید انرژی محسوب می شود. از آنجائیکه سوخت هسته ای مورد نیاز نیروگاههای هسته ای از ایزوتوپی از عنصر اورانیوم بنام اورانیوم 238 که در طبیعت فراوان یافت می شود و 99% از پوسته زمین را تشکیل می دهد تامین می شود. لذا اکتشاف این عنصر پرتوزا از اهمیت خاصی برخوردار است. مراحل مختلفی برای اکتشاف این عنصر استراتژیک طی می شود تا در نهایت به مناطق محدود امید بخش رسید. در مراحل اولیه ابتدا بررسی می شود که کانی سازی اورانیوم از لحاظ زمین شناسی در چه مناطقی می تواند وجود داشته باشد، بعد از مطالعات اولیه با توجه به این مطلب که عناصر سنگینی مثل اورانیوم در طبیعت از نظر ساختمان اتمی ناپایدار هستند ودائماً تمایل دارند که به حالت پایدار برگردند. این گرایش باعث تولید اشعه گاما، آلفا و بتا می شود. بیشترین تشعشات این عناصر اشعه گاما است و این اشعه نیز بوسیله شمارنده، سنتیلومتر، اسپکترومتر و سایر دستگاهها قابل اندازه گیری هستند.لذا برای پیدا کردن مناطقی که احتمال وجود عناصر رادیواکتیو در آنها وجود دارد. اشعه گاما را ابتدا دروسعت زیاد توسط اندازه گیری های هوایی توسط هواپیما یا هلی کوپتر برای مناطق وسیع وبزرگ تعیین می کنند. نتیجه این رادیومتری این عناصر می باشد. با پردازش و تفسیر دانسته های رادیومتری هوایی در محدوده هایی که با توجه به رادیومتری هوایی امید بخش تشخیص داده شد، عملیات رادیومتری زمینی و اندازه گیری اشعه گامای عناصر در مقیاس کوچکتر وزمینی انجام می شود تا در نهایت بعد از مراحل اکتشاف مقدماتی و تفضیلی و با حفر گمانه ها و تخمین ذخیره به کانسارهای اقتصادی اورانیوم رسید. پس از عملیات اکتشاف تفضیلی،مرحله بهره برداری و استخراج سنگهای حاوی اورانیوم صورت می گیرد. در مرحله بعدی با فرآوری این سنگها توسط روشهای مختلف از جمله خردایش و آسیاب آنها، فلوتاسیون و لیچینگ کانیهای اورانیوم از سنگهای باطله جدا شده و بصورت یک کیک زرد رنگی از سنگها استحصال می شود. در مراحل بعدی این کیک زرد تحت عملیات غنی سازی انجام می گیرد و به اورانیوم غنی شده که همان سوخت هسته ای است تبدیل می شود. در این حالت اشعه گاما بسیار قوی است. اشعه های گاما از نظر منشاء تولید به دو دسته تقسیم می شوند:
1- منشا اول سنگ طبیعی یا منابع طبیعی است.
2- منشاء دوم تولیدات صنعتی می باشد مثل اورانیوم غنی شده برای مصرف در راکتورها.
اورانیوم طبیعی اشعه گامای ضعیفی دارد، اما اشعه گامای چشمه های مصنوعی، گامای فوق العاده قوی دارد. عمده مصرف اورانیوم غنی شده بصورت سوخت هسته ای در راکتورهای هسته ای برای تولید برق می باشد. اما مصارف دیگری نیز دارد که از جمله مصرف در راکتورهای تحقیقاتی برای مطالعات هسته ای می باشد. از این فرآورده برای مصارف دیگر از جمله تولید رادیو داروها برای اندام و سلولهای سرطانی که فقط در آنها جذب می شود و آنها را از بین می برد نیز استفاده می کنند، رادیوداروها در راکتورهای تحقیقاتی بدست می آیند. مصرف دیگر استفاده از اشعه گامای حاصل از شکافت هسته ای در راکتورهای تحقیقاتی است که از این اشعه ای گاما برای مصارف پزشکی، کشاورزی و تولید رادیو داروها استفاده می کنند و مخربترین کاربرد آن استفاده از این منبع انرژی هسته ای در بمبهای اتمی و ویرانگر با شدت تخریب بالا می باشد.
با توجه به کاربردهای مخلتف عناصر رادیواکتیو و هم چنین تولید انرژی زیاد توسط سوخت هسته ای در راکتورهای هسته ای، بنابراین برای تولید بهینه و انرژی مقرون به صرفه تر از دیگر منابع با توجه به منابع گسترده و عیار بالای اورانیوم در محدوده هایی از کشورمان ایران، می توان برای تولید انرژی در دامنه زیاد از سوخت هسته ای استفاده کرد که برای این کار تاسیس نیروگاه های هسته ای مختلف در کشور از جمله نیروگاه اتمی بوشهر در حال اجراء می باشد و برای تامین سوخت هسته ای این نیروگاهها باید منابع اورانیوم موجود در کشورمان شناسایی و بعد از طی مراحل مختلفی اکتشافی و استخراجی تبدیل به سوخت هسته ای نیروگاهها و راکتورهای هسته ای مختلف در کشور از جمله نیروگاه اتمی بوشهر در حال اجراء ی باشد و برای تامین سوخت هسته ای این نیروگاهها باید منابع اورانیوم موجود در کشورمان شناسایی و بعد از طی مراحل مختلفی اکتشافی و استخراجی تبدیل به سوخت هسته ای نیروگاهها و راکتورهای تحقیقاتی برای مصارف دیگر شود. با راه اندازی نیروگاههای هسته ای در کشور می توان به تولید انرژی زیادی که از این روش بدست می آید دست یافت. البته باید به این نکته مهم توجه داشت که این امر با ضریب ایمنی بالایی صورت پذیرد زیرا خطر احتمالی یک نیروگاه هسته ای بزرگ کمتر از یک بمب اتمی نیست، بنابراین باید تمام نکات و زوایای ایمنی و بروز خطر احتمالی در نظر گرفته شود تا فجایعی مثل انفجار نیروگاه اتمی چرنوبیل روسیه هیچگاه در جهان تکرار نشود.

فصل اول

معرفی مواد پرتوزا

1-1- رادیواکتیویته (Radio activity)
فروپاشی خودبخود هسته یک اتم باعث گسیل پرتوهائی از اتم می گردد که این پدیده را رادیواکتیویته وپرتوهای ساطع شده را در مجموع تشعشعات رادیو اکتیو می نامند که خود شامل اشعه فروپاشی خودبخود هسته یک اتم باعث گسیل پرتوهائی از اتم می گردد که این پدیده را رادیواکتیویته وپرتوهای ساطع شده را در مجموع تشعشعات رادیو اکتیو می نامند که خود شامل اشعه از جنس هسته هلیم (بارمثبت)، اشعه از الکترونها ( بار منفی ) و اشعه است که آن نیز از سری امواج الکترومانیتیک با فرکانس بالا می باشد و می توان ذرات فوتون را به آن نسبت داد. قدرت نفوذ اشعه در شرایط متعارفی در حدود چند سانتیمتر در هوا بوده بطوریکه با یک ورق کاغذ براحتی می توان جلوی آنها را سد کرد. اشعه حداکثر تا 5/1 میلی متر در سرب قابلیت نفوذ داشته و بالاخره اشعه دارای قدرت نفوذ بسیار زیادی است و تا چندین سانتیمتر در سرب نفوذ می کند. پرتوهای رادیواکتیو بهنگام برخورد با مواد گوناگونی سه اثر مختلف از خود بجا می گذارند:
1-1-1- اثر شیمیائی:
نظیر اثر نور بر امولوسیونهای حساس وفیلم عکاسی ( که منجر به کشف اشعه رادیواکتیو توسط هانری بکرل (1896) گردید):
1-1-2- اثر لومینسانس ( فسفرسانس) :
این پدیده تحت عنوان Scintillation در ساختمان دستگاه های سنتیلومتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.
1-1-3- اثر یونیزاسیون:
که باعث یونیزه شدن برخی از گازها می شود که این خاصیت نیز بنوبه خود اساس کار برخی از وسایل سنجش رادیواکتیویته می باشد. (شمارشگر های گایگر)
هسته اتم با تشعش پرتوهای به هسته ای متفاوت با خواص جدید تبدیل می گردد. به عبارتی با تغییر جرم و عدد اتمی که ناشی از خروج پروتونها در قالب اشعه و الکترونها در قالب اشعه است اتم جدیدی بوجود می آید. این پدیده تحت عنوان تلاش هسته ای یا تلاشی رادیواکتیو1نامیده می شود. می دانیم مقدار تغییرات لحظه ای فوق نسبت به اتمهای حاضر در اتم(N) در لحظه دلخواه (T) مقدار ثابتی است ( قانون تجزیه) ، یعنی:
( = مقدار ثابت برای هر ایزوتوپ )
به عبارتی نسبت تلاشی هر هسته با تعداد اتمهای حاضر آن ایزوتوپ بوجود آمده نسبت مستقیم دارد.
(N تعداد اتمهای اولیه در لحظه t=0)
قانون تجزیه

هرگاه حالتی رادر نظر بگیریم که نصف اتمهای اولیه تبدیل به اتمهای حاضر شده اند یعنی نسبت باشد، داریم:

در اینجا t را با نمایش داده و آنرا نیمه عمر آن اتم می نامیم.
(Half-Life)
پس مدت زمان لازم برای تبدیل نصف اتمهای اولیه به اتمهای ثانویه می باشد. این زمان برای اتمهای گوناگون متفاوت بوده و مثلاً برای پلونیوم – 214 برابر ثانیه وب رای اروانیوم -238 برابر سال می باشد. این فعل و انفعالات تا جائی ادامه می یابد که منتهی به ایجاد یک اتم پایدار گردد. تا به حال سه سری از این واکنش ها شناسایی شده اند که پس از طی مراحل واسطه ای همگی به سرب ختم می شوند. در شکلهای (1-1) و (1-2) دو سری اورانیوم -238 و توریم – 232 نشان داده شده اند.
در علم زمین شناسی از پدیده فوق برای تعیین سن مطلق (Absolute Age) سنگها استفاده می شود که به روشهای مختلف مثل روش اورانیوم، روش پتاسیم آرگن، روش روبیدیم – استرونسیوم و کربن -14 انجام می پذیرد.

شکل (1-1): سری تلاشی رادیواکتیو مربوط به اورانیوم – 238 که به ایزوتوپ پایدار
سرب -206 ختم می شود.

شکل (1-2) : سری تلاشی رادیواکتیو مربوط به توریوم -232 که به ایزوتوپ پایدار
سرب -208 ختم می شود.
1-2-1- تاریخچه
مواد رادیواکتیو اورانیوم در سال 1789 توسط M.H.Klaproth کشف و بخاطر همزمانی آن با کشف سیاره اورانوس در آن دهه (1781) بنام اورانیوم خوانده شد ولی برای اولین بار بطور خالص توسط Peligot (1841) تهیه گردید. توریوم نیز در سال 1828 توسط J.Berzelius کشف شد. با کشف پدیده رادیواکتیویته توسط بکرل، (1896) و مطالعات پرارزش بعدی توسط دانشمندانی نظیر راترفورد، کوری، گابگر، مایر، ویلورد، بکلر، چادویک و سرانجام کشف رادیواکتیویته مصنوعی توسط ایرن و ژولیوکوری (1934) اهمیت مواد رادیواکتیو فزونی یافت.
1-2-2- 1- کاربرد:
مواد رادیواکتیو انفجار دو بمب اتمی در 1945 قدرت بسیار عظیم انرژی اتمی را بر همگان روشن ساخت و از آن ببعد موج جدیدی برای اکتشاف اورانیوم و دستیابی به انرژی هسته ای آغاز گشت. تا قبل از آن تاریخ مهمترین استفاده از سنگهای معدنی اورانیوم بخاطر تهیه رادیوم بود که برای اولین بار توسط کوری ها کشف شده بود. رادیوم در آن موقع بعنوان یک منبع رادیواکتیو برای آزمایشات فیزیکی و شیمیائی گوناگون اربرد داشت و در نتیجه اورانیوم بعنوان یک محصول فرعی2 رادیوم محسوب می شد.
از خود اورانیوم نیز بعنوان ماده رنگین در صنایع سرامیک و شیشه سازی عکاسی و بعنوان کاتالیزور در برخی واکنشهای شیمیائی و موارد محدود دیگری استفاده می شد.
1-2-1-1- تکنولوژی هسته ای:
نیاز به اورانیوم برای مصارف صنعتی با کنترل انرژی اتمی آغاز شد و پیشرفتهای بسیار چشمگیری در تکنیکهای اکتشافی و استخراج آن بوقوع پیوست. اهمیت انرژی اتمی را زمانی بهتر درک می کنیم که بدانیم چیزی حدود 500 گرم اورانیوم خالص ( که مکعبی به ابعاد 5/1 اینچ می شود) در حدود 10000 وات- ساعت انرژی تولید می کند که معادل انرژی حاصل از احتراق 1500 تن زغالسنگ است. در حال حاضر در حدود 375 نیروگاه اتمی در جهان در حال کار بوده و در حدود 15% انرژی مورد نیاز در جهان را تامین می کنند و صنایع دیگری نیز با استفاده از انرژی اتمی مشغول بکار هستند.
کاربردهای وسیع تکنولوژی هسته ای را در همه جا می توان یافت از جمله در ایران از فعالیتهای سازمان انرژی اتمی ایران در زمینه استرلیزاسیون با اشعه گاما و یا تولید رادیوایزوتوپ های داروئی می توان نام برد.
اورانیوم خالص طبیعی حاوی حدود 28/99% ایزوتوپ اورانیوم -238 و 71/0% اورانیوم – 235 و0057/0 % اورانیوم -234 است که در این میان تنها ایزوتوپ – 235 قابلیت شکافتن با نوترونهای حرارتی را داراست و از این رو بایستی بوسیله روشهای پیچیده ای از اورانیوم طبیعی جدا شود. دو ماده دیگر نیز بعنوان سوخت می توانند بکار روند: اورانیوم -233 که بطریق "تحولات زاینده" از توریوم – 232 بدست می آید و نیز پلوتونیوم -239 که آن نیز بطور مصنوعی از اورانیوم -238 حاصل می شود. ولی تقریبا تمامی راکتورهای در حال بهره برداری در جهان با اورانیوم – 235 و تعداد کمی با پلوتونیوم -239 کار می کنند.
بنابراین هدف اصلی پروژه های اکتشافی عنصر اورانیوم می باشد چرا که فعلاً توریوم مصرف چندانی مگر بعنوان دیرگداز در ساخت برخی آلیاژهای مخصوص ندارد و مصرف جهانی آن تنها حدود 300 تن در سال است. در قسمتهای بعدی نیز اکثراً تاکید بر اورانیوم داشته و فقط در مواردی از توریوم نیز ذکر می شود.
پس از استفاده از سوختهای هسته ای در راکتورها برخی از مواد باقیمانده مجدداً با اعمال فرایندهائی روی آنها بعنوان سوخت به راکتور بازگردانده و برخی بصورت پس مانده ها بایستی از جریان خارج شوند. امروزه مسئله از بین بردن و یا به عبارت صحیح تر از سترس خارج شدن این مواد که فوق العاده قدرت آلوده کنندگی دارند از جمله مشکلات فرعی تکنولوژی هسته ای می باشد. بخصوص آنکه مسئله دفن زباله های اتمی نیاز به مطالعات و بررسی بسیار دقیق و کنترل شده ژئوتکنیکی و مهندسی بهداشت دارند؛ چرا که نشت این مواد در اثر هر عامل پیش بینی نشده ای می تواند زندگی و محیط زیست همه موجودات را بشدت به خطر اندازد.
به طور خلاصه کلیه مراحل اکتشاف ،استخراج، کانه آرائی و غنی سازی، تهیه میله های سوخت راکتور ، تولید جریان برق از نیروگاه های هسته ای و سرانجام دفن پس مانده ها را در سیکلی به نام چرخه سوخت هسته ای3 نمایش می دهیم ؛ (شکل 2-1) ابتدای این چرخه ها با اکتشاف و استخراج این مواد از زمین شروع شده و انتهای آن نیز با دفن این مواد در زمین خاتمه می یابد. که بدین ترتیب لزوم حضور کارشناسان معدن، زمین شناسی و ژئوتکنیک را در این دو مرحله و داشتن یک اطلاعات کلی از سایر مراحل را برای این افراد بخوبی توجیه می کند.
بنا به گزارشات آژانس بین المللی انرژی اتمی میزان تقاضا برای اورانیوم از 100-85 هزار تن ( با ضریب تبدیل 85/0 ) در سال 1985 به حدود 800-200 هزار تن در سال 2000 خواهد رسید. ( این آمار شامل بلوک شرق نمی شود).
در شکلهای (2-2) و((2-3) میزان تولید جهانی و نیز میزان تقاضا برای اورانیوم در سطح جهان نشان داده شده است.

شکل (2-2) : نمودار مربوط به تولید اورانیوم در جهان در طول سالهای (1980-1952)

شکل (2-3)

در حال حاضر در انبارهای کشورهای تولید کننده اورانیوم در حدود 100.000 تن موجود می باشد.
قیمت اورانیوم با توجه به نوسانات اقتصادی جهان که بنوبه خود به بازار جهانی نفت بر می گردد و نیز به میزان عرضه و تقاضای آن بستگی دارد. در عین حال تولید کنندگان اصلی این ماده نیز برای حفظ بازار و دیگر عوامل اقتصادی مربوطه بر روی این ماده نیز برای حفظ بازار و دیگر عوامل اقتصادی مربوطه بر روی این ماده نرخ گذاری می کنند. بطوریکه در سال 1974 برخی پیش بینی نموده بودند که در طول سالهای 1979 تا 1982 می بایست قیمتها از حدود $24 به $30 برای هر کیلوگرم افزایش یابد…
(CANADIAN MINIG JOURNAL, Feb,1974)
در خاتمه این قسمت یادآوری این نکته بجاست که با توجه به گسترش روز افزون تکنولوژی هسته ای، علوم و فنون مرتبط با آن نیزسریعاً در حال گسترش هستند و بد نیست اشاره کنیم که اورانیوم و توریم تنها مواد سوخت
هسته ای بوده و در راه شناسائی، اکتشاف و استخراج و بهره برداری از سایر عناصر طبیعی نیز که مواد ساختمانی در تکنولوژی هسته ای بشمار می روند، پیشرفتهای فراوانی صورت گرفته است. گرافیک بسیار خالص، کادمیوم تنگستن، زیرکونیم، مولیبدن، تانتالیوم، تیتانیوم، نیوبیوم ، آلیاژهای بسیار مخصوص فولاد، منیزیم ، آلومینیم و برخی از عناصر نادر ازجمله دیگر مواد اساسی مورد نیاز در تکنولوژی هسته ای بشمار می روند.
1-3- شیمی عناصر رادیواکتیو
1-3-1- شیمی اورانیوم:
اورانیوم فلزی رادیواکتیو و نقره ای رنگ با ساختمان الکترونی و عدد اتمی 92 و وزن مخصوص آن 04/19 گرم بر سانتی متر مکعب و دارای نقطه ذوب و نقطه جوش است. اورانیوم در گروه آکتینیدها بوده و آخرین عنصر طبیعی جدول مندلیف محسوب می شود. اورانیوم دارای عدد اکسیداسیون 3-4-5 و6 می باشد.
اکسیدهای اورانیوم که از اجزاء اصلی ترکیبات و کانی های اورانیوم بشمار می روند از پیچیده ترین ساختمانهای شیمیائی برخوردارند از این رو فرمول دقیق بسیاری از ترکیبات و کانی های آن بدرستی شناخته نشده است.
مهمترین اکسیدهای اورانیوم، عبارتند از ( به رنگ سیاه قهوه ای) ( به رنگ سیاه سبز) و ( به رنگ زرد نارنجی) معمولترین حالتهای اکسیداسیون اورانیوم در طبیعت هستند که نیز بسادگی بصورت می تواند اکسید شود. کانی های اورانیوم حاوی معمولاً تیره رنگ و فاقد خاصیت فلوئورسانس در زیر اشعه ماوراء بنفش هستند و متامیکتیزاسیون4 در مورد آنها صورت می گیرد.
این دسته غالباً منشاء اولیه داشته و عناصر نظیر Ce, Zr,Ca,Th سایر عناصر نادر خاکی می توانند جانشین یون گردند. کانی های اورانیوم حاوی از دو سری تشکیل شده اند: الف – سری اورانات ها به فرمول کلی و معمولاً به رنگ قرمز، نارنجی و قهوه ای بوده و در معرض اشعه ماوراء بنفش گاهی فلوئورسانس قرمز یا نارنجی از خود نشان می دهند. ب- سری اورانیل ها شامل یون که بطور بارزی پایدار بوده و بخاطر شکل غیرعادی و اندازه بزرگ این یون بندرت جانشینی در مورد آن صورت می گیرد. این کانی ها معمولاً به رنگهای زرد یا سبز بود، و اغلب دارای خاصیت فلوئورسانس مشابهی هستند. کانی های حاوی معمولاً منشاء ثانوی داشته و بندرت متامیکت می شوند .در شکل (3-1) پایداری اکسیدهای ( محلول درآ') بصورت توابعی از PH و Eh محیط نشان داده شده است.
روشهای متعدد پیچیده ای جهت تهیه اورانیوم فلزی وجود دارند که اکثراً در مراحل نهائی آنها از استخراج نیترات اورانیل از محلولهای آبی به کمک اتر و یا سایر محلولهای آلی استفاده می شود.
1-3-2- شیمی توریوم:
توریوم فلزی رادیواکتیو و خاکستری رنگ با ساختمان الکترونی و عدد اتمی 90 و وزن اتمی حدود 038/232 می باشد. وزن مخصوص آن 7/11 گرم برسانتیمتر مکعب و دارای نقطه ذوب 1750 و نقطه جوش 3850 است ( استفاده بعنوان دیرگداز). توریوم در گروه آکتینیدها بوده و بعنوان یکی از دو منبع اصلی مواد رادیو اکتیو طبیعی بشمار می رود. توریوم دارای عدد اکسیداسیون 4 می باشد.
1-4- کانی شناسی اورانیوم و توریم
هر چندکه فراوانی اورانیوم از عناصری مانند نقره، جیوه، کادمیوم و بریلیوم بیشتر است ولی ذخائر اقتصادی آن گسترش چندانی ندارند. مهمترین کانی های اورانیوم از اکسیدهای آن و سپس واناداتهای اورانیم تشکیل شده است. از میان بیش از 200 کانی شناخته شده اورانیوم و توریوم مهمترین آنها عبارتنداز:
1-4-1- اتونیت

رنگ آن زرد روشن تا زرد سبز و بشکل صفحات میکائی شکل است- سیستم تبلور آن تتراگوتال و سختی آن 5/2-2 است – دارای کلیواژ کامل و وزن مخصوص آن 2/3 می باشد. نیمه شفاف و با جلای شیشه ای تا صدفی بوده و بشدت رادیواکتیو است. تحت اشعه ماوراء بنفش دارای خاصیت فلوئورسانس برنگ زرد سبز می باشد. در اثر حرارت تبدیل به متااتونیت با دو الی شش ملکول آب می شود. مقدار متوسط اورانیوم این کانی حدود 1/56-3/48% است. اتونیت کانی ثانویه ناشی از دگرسانی کانی های اورانیم دار در پگماتیت ها و رگه های هیدروترمال است. غالباً در مناطق دگرسانی گرانیت ها نیز مشاهده می شود.

1-4-2- کارنوتیت

رنگ آن زرد روشن و بصورت میکروکریستالین است. معمولاً به شکل خاک یا پودری شکل یافت شده و بندرت بلورهای هگزاگونال کاذب آن نیز مشاهده شده است. سیستم تبلور آن منوکلینیک بوده و بسیارنرم است. وزن مخصوص آن بین 0/5- 7/4 بوده و نیمه کدر با جلای خاکی است – کارنوتیت بشدت رادیواکتیو بوده و تحت اشعه ماوراء بنفش خاصیت فلورسانس از خود نشان نمی دهد -کمی در اسیدها محلول است- مقدار متوسط اورانیوم در این کانی حدود 55-2/55% است- کارنوتیت کانی ثانوی بوده و احتمالاً ناشی از رسوبگذاری آبهای فرو رو می باشد و بصورت اشباع در ماسه ها، ماسه سنگها و درختان سنگ شده یافت می شود ( کانی رسوبی)
1-4-3- توربرنیت (کالکولیت)

رنگ آن سبز زمردی و بشکل صفحات میکائی شکل است – سیستم تیلور آن تتراگونال و سختی آن 5/2-2 است. دارای کلیواژ کامل ووزن مخصوص 3/3 می باشد. جلای مرواریدی و خاصیت رادیواکتیو دارد. تحت اشعه ماوراء بنفش خاصیت فلوئورسانس نشان نداده و در اسیدهای قوی محلول است. در هوای آزاد دهیدراته شده و به متاتور برنیت با 8 مولکول آب تبدیل می شود. مقدار متوسط اورانیوم این کانی حدود 1/47% است. توربرنیت یک کانی ثانویه ناشی از دگرسانی دریچیلاند می باشد.
1-4-4- از دیگر کانی های مهم اورانیوم و توریم می توان کانی های زیر را ذکر نمود:
– اورانینیت
(Uraninite) (پیچیلاند)

– اورانوفان

– اورانیت

– ویکسیت

– توریت

– مونازیت

– میکرولیت

– زیرکن

– کوفینیت

5- وسایل آشکارسازی رادیواکتیو
5-1- آشکارسازی اشعه بکمک سنتیلومتر5
در این روش از خاصیت فلوئورسانس موارد استفاده می شود و با شمارش جرقه های ناشی از بمباران ماده فلوئورسانس مثل ZnS و با کمک Photomultiplier مقدار تشعشعات را اندازه گیری می کنند. بهترین ماده بعنوان کریستال آشکارساز یدورسدیم (NaI) با کمی ناخالص تالیوم است؛ (هدف از افزودن ناخالصی به یدور سدیم تغییر مکان طول موجها به ناحیه مرئی است ) در اثر برخورد اشعه به کریستال یدور سدیم نوری تولید می شود که توسط فتوکاتد به جریان الکتریکی تبدیل شده (فتوالکتریک) و پس از تقویت به روش Secondary Emissions توسط آمپلی فایرها مقدار تشعشات توسط عقربه یا صفحه دیجیتال نشان داده می شود. این دستگاهها که براساس Scintillation کار می کنند سنتیلومتر نامیده شده و می توانند در ابعاد کوچک (Hand-held Scintillometer) و یا ابعاد بزرگ جهت Airborne, Carborne باشند.
1-5-2- آشکارسازی رادیواکتیو به کمک شمارنده گایگر6
در این روش از خاصیت یونیزاسیون تشعشعات رادیواکتیو بر روی گازها استفاده
می شود. بنابراین اساس کاربسیار ساده است و با اندازه گیری مقدار یونیزاسیون که نسبت مستقیم با مقدار تشعشعات دارد؛ به مقدار رادیواکتیو پی می بریم. معمولاً شمارنده های گایگر شامل سه بخش می باشد : 1- لوله استوانه ای که ازجنس شیشه ( و گاهی فلز نازک) و به قطر حدود یک سانتی متر و طول چند سانتی متر می باشد و کاتد که آن نیز به شکل استوانه است درون آن قرار می گیرد.
2- سیم نازکی که نقش آند را داشته و در مرکز استوانه شیشه ای قرار دارد.
3- گاز درون استوانه شیشه ای ( Ar یا He) که بصورت خالص و یا بصورت مخلوط با الکل و یا یک ماده هالوژن (Br) تحت فشار چند ده اتمسفر قرار دارد.

1-5-3- اسپکترومترهای اشعه
اساس این دستگاهها بر متناسب بودن پالسهای الکتریکی خارج شده از فتومولتی پلایر7 با پالسهای نورانی وارده به آن ونیز متناسب بودن این پالسهای الکتریکی با انرژی اولیه اشعه برخورد کننده با دتکتور (آشکارساز) می باشد. مهمترین مزیت این دستگاهها جدا کردن تشعشعات ناشی از انواع ایزوتوپهاست که این امر کمک مهمی در تشخیص و شناسائی Source های ساطع کننده به ما می کند، بعنوان مثال در اکثراسپکترومترهای مورد استفاده ما تعیین مقدار تشعشعات ناشی از (ایزوتوپ رادیواکتیو طبیعی پتاسیم) و نیز مجموع تشعشعات مورد نظر است. بدین منظور از آنالیزورهای الکترونیکی استفاده می شود(Analyzor) . هر یک از این آنالیزورهای به ازای ولتاژ معینی که ناشی از مقدار مشخصی اشعه دریافت شده توسط دتکتور (Detector) است بکار افتاده و به ازای ولتاژ معین دیگری ( که آن نیز ناشی از مقدار مشخصی دیگری از اشعه است) از کار می افتند. در نتیجه می توان اشعه دریافتی را در کانالهای مختلف تفکیک کرده و تغییرات هر یک را جداگانه بررسی نمود.
فاصله این دو ولتاژ را Window Width یا پهنای پنجره و ولتاژ اولیه را که بر مبنای آن آنالیزور شروع بکار می کند. Window Peak یا ارتفاع پنجره می نامند. بنابراین با توجه به مقدار انرژی که از مدار آنالیزور عبور می کند ، مقدار اشعه هر عنصر مشخص می شود. یک کانال نیز جهت مجموع رادیواکتیو یا Total Count بکار می رود که مجموع رادیواکتیو ساطع شده از همه عناصر فوق را نشان می دهد.

شکل (5-1): دیاگرام ساختمان و طرز کار بخش های یک دستگاه اسپکتروسکوپ اشعه

شکل (5-1) طرز کار یک اسپکترومتر اشعه را نشان می دهد. البته در روش فوق مقداری از انرژی هر کانال در کانال دیگر نیز عبور می کند که بایستی این مقدار را تصحیح کرد که با توجه به مدل دستگاه و میزان دقت آن ضریب حساسیت یا "Stripping Sensitivity Constants" را محاسبه و در نتایج حاصله اثر می دهند. بایستی توجه داشت مقادیری که توسط کانالهای ثبت می شوند ناشی از خود این عناصر نیستند، بعبارتی چون هر یک از عناصر فوق باسطوح مختلف انرژی که مربوط به عناصر دیگری هستند خودرا نشان می دهند یعنی پیک که عنصر ما در است با پیک عنصر دختر و نیز پیک عنصر ما در با پیک عنصر دختر مطابقت دارد. و فقط مقدار اندازه گیری شده برای عنصر مربوط به خودش می باشد. در ذیل مقادیر سطوح انرژی این عناصر مادر و دختر ذکر شده اند:

انرژی ساطع شده
عنصر دختر
عنصر مادر
1.46 MeV

0.608-2.44 MeV

0.227-2.62 MeV

از این رو بهنگام ثبت مقادیر ناشی از آنالیز برای عناصر ‏Th,U بجای ppm از eppm
( مقدار معادل ppm) استفاده می شود.
درشکل (5-2) سطوح انرژی مختلف نشان داده شده است.
شکل (5-3) و (5-4) نیز اسپکتروگرام های سری های و را نشان می دهند.

شکل (5-2) مقایسه اسپکتروگرامهای اورانیوم، توریوم و پتاسیم

شکل (5-4):اسپکتروگرام سری تلاشی هسته ای توریوم -232

1-5-4- روشهای اکتشافی اورانیوم بکمک آشکارسازی اشعه
مقدمه
در اینجا با روشهای اکتشافی اورانیوم بکمک آشکارسازی اشعه آشنا می شویم از مراجعی که در نوشتن این بخش از آنها استفاده شده است مقاله ای تحت همین نام تهیه و تنظیم شده از شهروز نیکپور بدر از سرای گزارشات سازمان انرژی اتمی ایران – واحد اکتشاف و نیز اصول اکتشافات ژئوشیمیایی نوشته دکتر حسنی پاک و بالاخره روشهای ژئوفیزیک اکتشافی نوشته دکتر فریدون قاسمی می باشد.
1-5-4-1- امانومتری:
در این روش میزان ایزوتوپهای گاز رادون( از عناصر دختر اورانیوم) را در هاله های هیدروژئوشیمیایی ولیتوژئوشیمیایی توسط دستگاه امانومتر Emanometer که Radon Monitor یا Radon Sniffer نیز خوانده می شود اندازه گیری می کنند. این روش بایستی در مراحل تفصیلی اکتشافی مورد استفاده قرار گیرد تا نتیجه مطلوبی حاصل شود.
1-5-4-2- تراک اچ:
از دیگر روشهای اندازه گیری گاز رادون می باشد: در این روش پس از شبکه بندی منطقه مورد مطالعه فیلم های مخصوصی بنام " آلفا دوزیمتر " را داخل لیوانهایی (معمولا پلاستیکی) قرار داده و لیوان را بطور معکوس در داخل گودالهایی به عمق تقریبی 75 سانتیمتر قرار می دهیم و روی لیوانها را می پوشانیم. زمان لازم برای اندازه گیری بین 4 هفته تا 6 ماه است سپس با جمع آوری فیلم ها از درون لیوانها و ظهور آنها می توان مسیرها و برخوردهای اشعه را بر روی فیلم مشاهده کرد که با شمارش این خطوط در سطح هر فیلم (شمارش دقیق یک میلی متر مربع از هر فیلم بطور میانگینی نماینده تام سطح فیلم می تواند باشد ) می توان به میزان تجمع گاز رادون در نقاط مختلف شبکه بندی در منطقه مورد مطالعه پی برد. با محاسبات آماری وجود آنومالی در منطقه را می توان مشخص ساخت.

1-5-4-3- هلیوم متری:
در این روش از این مسئله اسفتاده می شود که اشعه با ساطع شده از اورانیوم در اثر عمل یونیزاسیون تبدیل به گاز He می شود پس با اندازه گیری He در هاله هیدرژئوشیمیائی و لیتوژئوشیمیائی می توان آنرمالی های اورانیم رامشخص کرد. بدین منظور سه نمونه برداری ازسه محیط مختلف مستقلاً انجام می شود که نتایج آنها در مجموع مورد بررسی قرار خواهند گرفت. این سه نمونه برداری عبارتند از : 1- نمونه برداری از آب چاهها و چشمه ها، 2- نمونه برداری از گازهای خاک، 3- نمونه برداری از خاک
1-5-4-4- اتو رادیوگرافی Autoradiography
در این روش از اثر شیمیائی مواد رادیواکتیو استفاده می کنیم. فیلم های مخصوصی که در اینجا جهت ثبت مسیر حرکت ذرات اشعه بر روی آنها استفاده می شوند دارای پوششی از ترکیبات نقره و غلظت 10 برابر بیشتر از فیلم های معمولی عکاسی می باشند و پلاک هسته ای نامیده می شوند. با مجاور ساختن جسم رادیواکتیو با این فیلم دراطاق تاریک که به مدت سه هفته یا کمترانجام می شود و ظاهر کردن فیلم مزبور پس از مدت فوق در زیرمیکروسکوپ بخوبی می توان مسیر اشعه را مشاهده کرد. با اندازه گیری طول اشعه توسط متخصصین با تجربه می توان ذرات ساطع شده از اورانیوم و توریم از یکدیگر تشخیص و حتی با شمارش اشعه و در دست داشتن زمان و به شرط در تعادل بودن عنصر رادیواکتیو می توان مقدار اوزانیوم سنگ را مشخص کرد، اجتماع ذرات بدور یک جزء آکتیوشکلی را بنام اورسن ایجاد می کند.
روش اتورادیوگرافی از جمله روشهای پیشرفته جهت شناسایی کانی های حاوی عنصر رادیواکتیو می باشد که در کشورهای معدودی در جهان از آن استفاده می گردد. هم اکنون در سازمان انرژی اتمی ایران نیز این روش برای مطالعه مقاطع نازک سنگها و شناسایی کانی آکتیو بکار می رود.بدین ترتیب که با قرار دادن پلاک هسته ای روی مقطع نازک (Thin Section) و ثابت کردن آندو با یکدیگر برای مدتی (کمتر از سه هفته ) آنها را در اطاق تاریک قرار میدهیم. سپس پلاک را جدا کرده و در محلولهای شیمیائی ظاهر می کنیم در زیر میکروسکوپ بخوبی مسیرهای پرتوهای مشخص است اکنون پلاک ظاهر شده را روی مقطع نازک قرار می دهیم و با توجه به علامتی که موقع مجاور ساختن آنها روی هر دو زده ایم، پلاک و مقطع نازک را بدقت روی هم تطبیق می کنیم . بعلت افزوده شدن ضخامت حاصل در زیرمیکروسکوپ ( ضخامت پلاک + ضخامت تیغه نازک ) و با چرخاندن پیچ تنظیم میکروسکوپ یکبار پلاک و یکبار تیغه نازک را بخوبی و بطور واضح مشاهده می کنیم و در حالت بینابین می توان هر دو را بطور نیمه واضح مشاهده کنیم. در این حالت براحتی می توانیم تشخیص دهیم که اورسن های حاصل، از کدامیک از کانی های سنگ ناشی شده اند.
1-6- معرفی اورانیوم خواص، کاربرد
مقدار اورانیوم در سطح زمین محدود است؛ و در حال حاضر مقدار آن حدود 4/2 (p.p.m) تخمین زده می شود؛ بنابراین عنصری کمیاب محسوب می شود اورانیوم می تواند بصورت چند ایزوتوپ وجود داشته باشد. اورانیوم طبیعی بطور معمول شامل : 006/0 درصد ، 71/0 درصد و مقدار زیادی است اورانیوم 235 قابل شکافت بوده و می تواند منشاء ی برای تولید انرژی باشد؛ ولی اورانیوم 238 به آسانی قابل شکافت نیست.
اورانیوم فلز براقی به رنگ سفید مایل به آبی است؛ و قابلیت صیقل کاری زیادی دارد. فلزی سنگین و وزن مخصوص آن 7/18 است. خالص آن، چکش خوار و نرم است و سیم به قطر کمتر از یک میلی متر نیز، از آن ساخته شده است خواص فیزیکی اورانیوم در جدول (1-1)، آمده است.
قبل از سال 1942 میلادی، استفاده از آن برای رنگ کردن شیشه و لعاب کاری بود؛ ولی با کشف شکافت هسته ای کنترل شده، مورد توجه صنایع هسته ای قرار گرفت. بیشترین کاربرد اورانیوم در صنایع دفاعی و هسته ای است. اورانیوم غنی شده به صورت سوخت راکتورهای هسته ای، مورد استفاده قرار می گیرد؛و معمولاً مخلوطی از اکسید اورانیوم ودی اکسید پلوتونیوم است. بعلاوه از، اورانیوم غنی شده به عنوان یک ماده منفجره هسته ای ، استفاده می شود.
اورانیوم بعلت تشعشعات رادیواکتیو، در صنعت مورد اسفتاده زیادی ندارد. این عنصر از لحاظ شیمیایی شبیه تنگستن و مولیبدن بوده و مانند آنها کربورهای ثابت می سازد. از اورانیوم ، بطور تجربی در فولادهای آلیاژی استفاده کرده و فولادهای تند برساخته اند. بهر حال بطوریکه گفته شد؛ بعلت گرانی و رادیواکتیو بودن آن، این فولادها نیز مورد استفاده صنعتی نداشته، و بعلاوه مزیتی بر فولادهای آلیاژی دیگر ندارند.

جدول (1-1) خواص فیزیکی اورانیوم
1-6-1- منشاء و اهمیت خطرات رادیولوژیکی
سنگ معدن اورانیوم، بطور غالب محتوی است؛ که این عنصر با 13 محصول ناشی از تجزیه آن، زنجیره در حال تعادل قرار دارد ( شکل 1-1). مهمترین عناصر زنجیره عبارتند از و برخی عناصر کوتاه عمر مانند : و گروهش.
نیمه عمر یک عنصر رادیواکتیو، زمانی تعریف می شود که جرم آن به نصف جرم اولیه اش تقلیل یابد و معمولاً میزان فعالیت عنصر مزبور را ، نشان می دهد.
همانطوریکه از شکل مشاهده می شود؛ عنصر اورانیوم خاصیت ساطع نمودن و انتشار پرتوهای یون ساز را دارد. این پرتوها در اثر تجزیه خودبخودی هسته ناپایدار اتم حاصل می شوند و آنقدر ادامه پیدا می کند؛ تا به یک هسته پایدار برسند. بنابراین مهمترین منبع تولید کننده آلودگی، پرتوهای یون ساز هستند. این پرتوها معمولاً وقتی از ماده یا بافت عبور می کنند، می توانند در اثر پدیده تحریک یا یون سازی انرژی خود را به ماده منتقل کنند.

شکل (5-5) ؛ زنجیره اورانیوم 238

تحریک ، پدیده ای است که در اثر آن مقداری انرژی از پرتو به یک الکترون اتم منتقل شده؛ الکترون به لایه الکترونی بالاتر رفته و بلافاصله به مدار خود باز می گردد. از طرف دیگر یون سازی، پدیده ای است که در اثر واکنش پرتو با الکترون با الکترونهای یک اتم انجام می پذیرد و در اثر آن، الکترون یا الکترونها به اندازه کافی انرژی کسب کرده و از اتم کند شده و ایجاد یک یون مثبت و یک الکترون آزاد می کند. بیشترین انتقال پرتو به ماده، از طریق پدیده یون سازی می باشد.
پرتوهای یون ساز به دو دسته تقسیم می شوند
الف ) پرتوهایی که به طور مستقیم یون سازی می کنند؛ مثل ذرات باردار شامل : الکترون یا بتا، پرتوهای آلفا و یون های سنگین.
ب ) پرتوهایی که بطور غیرمستقیم یون سازی می کنند؛ مانند : پرتوهای x و گاما
در میان این پرتوهای یون ساز، مهمترین پرتوهایی که در معادن اورانیوم وجود دارند، پرتوهای آلفا، بتا وگاما می باشند؛ که ذیلاً شرح داده می شوند:
– ذره آلفا: از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است، در واقع ذره ایست که دارای دوبار مثبت و جرمی تقریباً 7200 برابر جرم یک الکترون است. برد ذره آلفا بسیار کم بوده ، بطوریکه حتی از یک کاغذ سیگار نیز نمی تواند عبور کند؛ ولی انرژی و قدرت یون سازی آن بسیار زیاد است.
– ذره بتا : الکترونهایی هستند که از یک هسته ناپدیدار اتم تابیده می گردند. در این تابش هم الکترون با بار منفی و هم الکترون با بارمثبت یا پوزیترون می تواند از هسته خارج گردد. برد ذره بتا تا حدودی بیشتر از ذرات آلفاست.
– پرتو گاما :یک الکترومغناطیس بوده و بصورت غیرمستقیم در ماده یا بافت ایجاد یون سازی می کند. این پرتو معمولاً از هسته های تحریک شده ساطع می گردد و انتقال انرژی آن توسط الکترونها یا ذرات بوجود آمده ثانویه، انجام می شود. برد پرتوهای گاما بسیار زیاد بوده؛ بطوریکه گفته می شود که بیشتر مواد نسبت به آن شفاف هستند.
از آنجائیکه در مدت فروپاشی یک هسته رادیواکتیو ذرات آلفا و بتا و گاما، بهمراه تشعشهای الکترومغناطیسی تابش می کنند. بنابراین مهمترین آلودگی در معادن اورانیوم این پرتوها، و مهمترین منبع تولید آنها نیز گازهای رادن و تورن می باشند.
از عناصری که در سنگ معدن اورانیوم یافت می شود، با درصد فراوانی ذکر شده می باشد. این ایزوتوپ اورانیوم به سادگی قابل شکافت بوده و در پنجمین تجزیه و خود به گاز رادن ،تبدیل می شود. همچنین نیز در محیط وجود داشته و با توجه به نمودار فروپاشی آنها،بعد از مدتی در محیط گروه رادن و تورن را خواهیم داشت. گروه رادن و تورن شامل عناصری هستند که در اثر فروپاشی رادن وتورن حاصل می شوند ور در طی فرآیند بوجود آمدن آن،اشعه های آلفا و بتا وگاما از خود ساطع می کنند.
رادن 222 یکی از سنگین ترین گازهای خنثی با دانسیته 7/7 برابر هواست. این گاز در اثر تجزیه کانسنگ، تولید می شود و سپس در داخل سنگها حرکت کرده و بصورت مداوم از سنگها خارج می شود.
بنابراین رادن منشاء اصلی خطرات رادیولوژیکی در معادن و کارخانجات فرآوری اورانیوم است.
1-6-2- محتوی اورانیوم سنگها
با بررسی های انجام شده براساس مبنای جهانی، متوسط مقدار اورانیوم عموم سنگها و رسوبات را می توان بصورت زیر ارائه کرد:
– دونیت، پریدوتیت، پیروکسنیت و سایر اولترامافیک ها (p.p.m)03/0
– بازالت، گابرو و سایر مافیک ها (p.p.m)05/0
– آندزیت ، دیوریت و سایر حد واسط ها (p.p.m)8/1
– رس، شیل و رسوبات (p.p.m) 2/3
– گرانیت، گرانودیوریت وسایر فلیسک ها (p.p.m)5/3

1-6-3 کانسارهای اورانیوم
اولین کانسارهای کشف شده اورانیوم در چکسلواکی (1727 میلادی) وسایر قسمتهای اروپا و اولین منابع غیراروپایی اورانیوم، کانسارهای اورانیوم- وانادیوم در غرب کلرادو8 و شرق یوتا 9 در ایالات متحده بودند. در سال 1923 میلادی، کانسار رگه ای غنی و بزرگ شینکلوبو10 در کنگو کشف شد. هفت سال بعد، کانسار رگه ای الدورادو11 در کانادا کشف شد. با افزایش تقاضا برای اورانیوم، اکتشاف و کشف کانسارهای آن در نقاط مختلف جهان رو به گسترش نهاد.
اگر چه اورانیوم بطور گسترده در همه قاره ها وجود دارد؛ کانسارهای قبل معدنکاری با عیار بالای آن، نادر هستند. عیارهای قابل معدنکاری محدود به 400 تا 2500 برابر فراوانی پوسته زمین (ppm)35/2 می باشند.
کانسارهای اورانیوم شناخته شده به 8 دسته اصلی زیر تقسیم بندی می شوند.
1) کنگلومراها12
2) ماسه سنگها13
3) کانسارهای نوع رگه ای14
4) کانسارهای رگه ای ماگمایی15
5) کانی سازی درون ماگمایی16
6) کالکریت17
7) سنگهای فسفاتیک اورانیوم دار18
8) شیلهای سیاه دریایی اورانیوم دار19
1-6-3-1- کنگومراها
سنگ میزبان اورانیوم ، یک کنگلومرای اولیگومیتیک20 حاوی ذرات کوارتز در ماتریکس غنی از پیریت است. فقط طبقه پروتزوئیک پایینی – با قدمت بیش از 2200 میلیون سال – دارای اورانیوم با تمرکزی مناسب است.
مهمترین کانی های حاوی اورانیوم؛ اورانینیت، برانریت و دربعضی مواقع اورانوتوریت هستند.
ازجمله مناطق مورد معدنکاری ناحیه بلایندریور – الیوت لیک21 در کاناداست. عیار متوسط کانسنگ، در حدود 15/0 درصد اکسید اورانیوم است. ضخامت توده، بین 5/1 تا 10 متر متغیر است. پهنا و طول جانبی توده کانسنگ22، در حدود 100 تا 1000 متر هستند.
ناحیه دیگر ویتواترسرند23 در آفریقای جنوبی است. در این محل اورانیوم بصورت محصول فرعی طلا، استخراج می شود. متوسط محتوی در این کانسار، در حدود 025/0 درصد اکسید اورانیوم است. ضخامت عدسی های کانی سازی شده بین چندین سانتی متر تا چندین متر تغییر می کند. پهنا به چند صدمتر، و طول به چند هزار متر می رسد. کانسنگ تا عمق تقریبی 3000 متر، استخراج شده است.
شکل (الف) مقطع تیپیک از یک کانسار کنگلومرایی اورانیوم را نشان می دهد.

شکل (الف) کانسار کنگلومرایی اورانیوم
1-6-3-2- ماسه سنگ ها
این دسته به سه گروه زیر تقسیم بندی می شوند:
1) کانسار پنکو نکوردانت24؛
2) کانسارهای هلالی 25؛
3) کانسارهای استک26؛
1-6-3-2-1- کانسارهای پنکوتکوردانت
این نوع کانسارها، اپی ژنتیک27 هستند و توسط لیتولوژی ( بافت و اندازه دانه) مجزا می شوند. بهترین کانسارهای کانسنگ، در آرکوزهای با دانه بندی متوسط تا ناهمگن و ماسه – سنگ نیز توسعه داده می شوند. محیط رسوبگذاری سنگ میزان اساساً رودخانه ای است؛ اما حالتهای دلتایی با مردابی نیز ممکن می باشند.
این نوع کانسارها توسط محتوی قابل توجه پیریت، وجود مواد آلی نامنظم و تمرکزات وانادیوم – که اغلب می توانند ، بجز اورانیوم جهت استخراج اقتصادی باشند- مشخص می شوند. بعلاوه این کانسارها با ناپیوستگی های قابل بررسی هستند.
کانسنگ های مهم حاوی پیچ بلند و کافینیت – که با مقدار زیادی کانی های اکسید وانادیوم همراه است – می باشند. برای اکسیدهای متوسط، کانی های مهم : کارنوتیت، تیامونیت یا فرانس ویلیت- که همگی از اورانیل و انادات ها هستند- می باشند. عناصر فرعی مولیبدن و سلنیم و سایرین هستند. از نظر چینه شناسی، این کانسارهای اورانیوم در ترشیری ژوراسیک، دوران های تریاسیک و کریونیک یافت می شوند. محتوی متوسط اکسید اورانیوم بین 15/0 و 14/0 درصد تغییر می کند. ضخامت بین 1 و5 متر تا حداکثر 15 متر، تغییر می کند. گسترش عرضی چند ده متر تا چندین هزار متر است.

این کانسار درشکل (ب) نشان داده شده است.
1-6-3-2-2- کانسارهای هلالی شکل
لیتولوژی و منشاء سنگ میزبان این دسته از کانسارها، شبیه به نوع قبلی است. توده کانسنگ ، اپی ژنتیک و کنترل شده بالیتولوژی است. آنها، طبقه بندی سنگ میزبان را بطور عرضی برش می دهند و مخالف با لایه بندی در مقطع عمودی شکل توده کانسنگ، می باشند که شکلی همانند هلال دارند. نمای افقی این کانسار به شکل فرمان اتومبیل28 نامنظم است و کانی سازی اورانیوم از تماس بین ماسه سنگ اکسید شده و نشده ، تبعیت می کند. این مرز بعنوان مرز نفوذ آب زیرزمینی اکسید کننده به پایین دست، رعایت
می شود.
کانی های مهم ، پچ بلند و کافینیت، بعلاوه سلینم- بصورت فروسیلیت- در جهت کوثر هلال قرار دارند. مولیبدن، ژوردیزیت و کلیست در جهت کاو هلال قرار می گیرند. بعلاوه؛ بنظر می رسد آرسنیک ، فسفر و مس نیز همراه اورانیوم موجود باشند.
از نظر چینه شناسی، کانسارهای نوع هلالی در طبقات تر شیری استقرار می یابند. اما آنها در طبقات دوران ژوراسیک هم ، یافت می شوند.
متوسط اکسید اورانیوم بین 1/0 و5/0 درصد تغییر می کند. پهنا بین چند سانتی متر تا چندین صدمتر و طول امتداد تا چندین کیلومتر می رسد.
شکل (ج) مقطعی از این کانسارها را نشان می دهد.

شکل (ج) کانسارهای هلالی شکل
1-6-3-2-3- کانسارهای استک
این کانسارها بمانند دو نوع اخیر، اپی ژنتیک و کنترل شده، با تکتونیک و لیتولوژی هستند. یک خاصیت این نوع کانسارها تمرکز اورانیوم در نواحی گسلی نفوذپذیر همراه آغشتگی ریپل مارکی با رسوبات کلاستیک مجاور است.
کانه های مهم منطقه احیاء ، پچ بلند و کافینیت است. در منطقه اکسید شده، اورانیل و وانادات ها وجود دارند.
از نظر چینه شناسی این نوع کانسارها در دوران تریاس و ژوراسیک و پروتزوئیک یافت می شوند.
محتوی متوسط اکسید اورانیوم بین 1/0 و 4/0 درصد بوده و ضخامت ، بین چندین ده سانتی متر تا ده متر و ابعاد عرضی تا بالای 100 متر، تغییر می کند.
کانسارهای اصلی در فرانک ویل29 در گابن و آمبوروسیالیک30 در نیومکزیکوی ایالات متحده، هستند. (شکل د)

شکل (د) کانسارهای نوع استک

3-5-1- کانسارهای نوع رگه ای شکل
کانسارهای نوع رگه ای شکل ، توسط کانی سازی انفرادی کانی پچ بلند در رگه های کانه توده ای (نبرلک31) و بصورت اشباع در نواحی برشی (رنجر32 ، ربیت لیک33 ) در سنگهای رسوبی دگرگون شده، یافت می شوند.
کانی اصلی بصورت کلوئیدی ، توریم – پچ بلند آزاد است. در ناحیه اکسیداسیون محصول ثانویه ( هیدروکسیدها و سیلیکاتهای اورانیوم) وجود دارند. باطله های همراه، کوارتز و کربنات و بعضی اوقات هماتیت است.
کانسارهای اورانیوم نوع رگه ای شکل به سنگهای دو عصر محدود می شوند. اکثریت کانسارها- از جمله آنچه در کانادا و استرالیاست – در سنگهای عصر پایین تر از پروتزوئیک وجود دارند. سایر کانسارها – در فرانسه، پرتغال و اسپانیا – در کمربندهای هر سنین واقع می شوند.
محتوی متوسط اکسید اورانیوم بین 2/0 و 35/0 درصد تغییر می کند؛ اما ممکن است عیار به بالای چندین درصد – بمانند نبرلک – برسد. ضخامت بین چندین سانتی متر با 10 سانتی متر تا حدود 100 متر، بهمراه طول تا چندین صدمتر می رسد. یک مشخصه عمق است؛ که بندرت از 1500 متر تجاوز می کند.
بیشتر زمین شناسان ژنز این کانسار را بصورت سوپرژن پایین رو، می دانند ( شکل هـ)

شکل (هـ ) کانسار نوع رگه ای

1-6-3-4- کانسارهای رگه ای ماگمایی
برعکس کانسارهای نوع رگه ای سوپرژن، رگه های خالص یا کانسارهای ماگمایی بعنوان منشاء در نظر گرفته می شوند. تفاوتی بین انواع آنها وجود دارد:
1) پاراژنزهای چند فلزی بهمراه: کبالت، نیکل، بسیموت، نقره یا نیکل، کبالت یا مس؛ که اورانیوم همیشه به صورت اورانینیت حاصل توریم وجود دارد.
2) رگه های تک فلز پچ بلند.
باطله؛ کوارتز، کربنات، کلسیت و بعضی اوقات فلوئوریت است.
از نقطه نظر سن،این رگه های هیدروترمال می توانند در وارسیکان و پروتزوئیک بالایی (زئیر ، کانادا، ایالات متحده) طبقه بندی می شوند.
محتوی بین 1/0 تا 1 درصد ( وبالاتر) اکسید اورانیوم، تغییر می کند. بعلاوه؛ عناصر فرعی می توانند معدنکایر و استخراج شوند.
ضخامت های رگه های کانی سازی بین چندین متر و چند متر و ابعاد عرضی بین چندین ده متر تا چند صد متر تغییر می کند. گستردگی در عمق- برخلاف کانسارهای نوع رگه ای سوپرژن – ممکن است هزار متر و بیشتر باشد. (شکل و)

شکل (و) کانسار نوع رگه ای ماگمایی

1-6-3-5- نوع درون ماگمایی
این نوع کانسارها، فقط یک کانسار قابل استخراج – روسینگ34 در آفریقای جنوبی- را معرفی می کنند. کانی سازی اورانیوم دراین کانسار به آلاسکیت های نفوذی، محدود می شود.
کانی های اولیه، اورانینیت و در مقادیر کمتر بتافیت ، هستند. کانی های ثانویه زیادی در ناحیه هوازده بافت می شوند.
سن این کانسارها مربوط به پروتزوئیک بالایی است. محتوی متوسط اکسید اورانیوم به 04/0 تا 03/0 درصد محدود می شود؛ این مقدار یک پنجم تا یک دهم مقدار ذکر شده در بالا را نشان می دهد. قطر منطقه کانی سازی شده در رخنمون به 700 متر می رسد اطلاعات مربوط به عمق کانسار نیز غیرقابل دسترس است.
سایر کانسارهائیکه می توانند در این دسته قرار گیرند، عبارتند از : کربناتیت های حاوی اورانیوم ( آ‏فریقای جنویب)، کوارتز مونزونیت ها( کانادا)، آداملیت ( استرالیا)، لاجوریت (گرنیلند) ، فویائیت( برزیل) و مشتقات پگماتیتی معین. آنها شامل اورانوتوریت و کانی های کمپلکس حاوی تیتانیوم، تانتالیوم، نیوبیوم، توریم و وانادیوم می شوند که ؛ فرآوری آنها مشکل بوده و محتوی اورانیوم پایین دارند ( بین 01/0 تا 1/0 درصد ). اورانینیت کمیاب است. آنها در صورت بالا بودن قیمت اورانیوم می تواننداستخراج شوند(شکل ز)

شکل (ز) ؛ کانسار نوع درون ماگمایی
1-6-3-6- کانسارهای نوع کالکریت
در این کانسارها، اورانیوم در فرمهای عدسی شکل نامنظم در کانال های مسطح در سنگهای با مبنای گرافیتی آرکئن استقرار می یابد. فرو رفتگی ها و کانی های رسی و کالکریت پر می شوند. اورانیوم در شکل ثانویه اش بصورت اورانیل و وانادات ها ( کارنوتیت ، تویامونیت)، یافت می شود. استخراج اورانیوم، مسائل فرآوری را مطرح
می کند. تنها کانسار اقتصادی این نوع کانسارها در غرب استرالیاست . این کانساریلیری35 نام دارد. متوسط محتوی اکسیداورانیوم 1/0 تا 2/0 درصد است. کانی سازی نزدیک به سطح است که از نظر اقتصادی جالب است. ابعاد کانسار؛ با ضخامت 8 متر و گسترش عرضی 500 متر و طول 6 کیلومتر، است.(شکل ح)

شکل (ح) ؛ کانسار نوع کالکریتی
1-6-3-7- سنگهای فسفاتیک اورانیوم دار
بیشترین سنگهای فسفاتی، اورانیوم دار هستند و یک ارتباط بین محتوی اورانیوم و فسفات را؛ نشان می دهند. اگر چه فسفات دریایی علاوه بر محتوی فسفات، یک منبع خیلی بزرگ اورانیوم است.
کانسارهای فسفات دریایی اورانیوم دار، معمولاً 4 تا 2 متر ضخامت، و صدها کیلومتر مربع وسعت دارند. اینها بطور متوسط 07/0 تا 007/0درصد، اکسیداورانیوم دارند. بعضی کانسارهای تیپیک تشکیلات فسفات دریوتا و ویومینگ36 ، وجود دارند.

1-6-3-8- شیل های ساده دریایی اورانیوم دار
بعضی شیل های سیاه دریایی، غنی از مواد آلی اورانیوم دار هستند. اورانیوم تحت شرایط بی هوازی با عامل آلی شیل در داخل دریاهای کم عمق، کانسارسازی شده است.
جدول (الف) اطلاعات خلاصه شده ای از عیار و پتانسیل کانسارهای اورانیوم را،ارائه می دهد.
جدول (الف) عیار و پتانسیل انواع کانسارهای اورانیوم

فصل دوم

کلیات اکتشاف رادیومتری

2-1-1- اصول فیزیکی اکتشاف اورانیوم بوسیله اندازه گیری تابش گاما
2-1-1-1- مشخصات فیزیکی: عناصر پرتوزایی که در طبیعت یافت می‎شوند در فرآیند فروپاشی37 به عناصر پرتوزای دیگری تبدیل می‎شوند. با استفاده از تجهیزاتی که قابلیت اندازه گیری تابش گاما را دارند می‎توان تابش گاما را اندازه گیری و این اطلاعات را ثبت کرد و آنرا در رابطه با زمین شناسی سطحی و عناصر در رابطه با آن در زیر سطح زمین را بکار گرفت که هدف، راهنمایی جهت اکتشاف اورانیوم که خود یک عنصر پرتوزای قوی گاما است می‎باشد. اورانیوم در جدول تناوبی عناصر دارای عدد اتمی 92 و دارای هسته ناپایدار (رادیواکتیو) است بدین معنا که به احتمال قطعی به حالت دیگر فروپاشی می‎کند. عناصر دیگری نیز در طبیعت خاصیت رادیواکتیویته دارند که شدت آنها توسط دستگاههای ویژه اندازه گیری تشعشع که قابل تعبیه در هواپیما است از هواپیما قابل اندازه گیری است.
2-1-1-2- الگوهای فروپاشی رادیواکتیو38: ابتدا باید مکانیسم فروپاشی رادیواکتیو توجیه شود تا الگوی فروپاشی اورانیوم و عناصر زاده آن (عناصر رادیواکتیو تولید شده از تلاشی اورانیوم) مشخص گردد. در عناصر رادیواکتیو بوسیله یکی از سه روش زیر و در زنجیره های واکنشی بعدی توسط ترکیبی از سه عامل زیر عمل فروپاشی انجام می‎شود:
1- تابش بخش آلفا که از هسته های اتم هلیم می‎باشد.
2- تابش بخشی بتا که از جنس الکترون است.
3- تابش اشعه گاما از جنس هسته اتم (الکترومغناطیس با طول موج پایین)
میانگین انرژی منتشره تابش ذره از mev4 تا mev5 است که mev معادل یک میلیون الکترون ولت است. یک میلیون الکترون ولت انرژی لازم برای حرکت یک الکترون از میدان پتانسیل با گرادیان یک ولت است. توان تاثیرگذاری میانگین تابش آلفا که در واقع اتم هسته هلیم است در اتمسفر کمتر از 4 سانتیمتر بوده و در این فاصله دو الکترون از محیط جذب کرده و تبدیل به اتم هلیم می شود، این فاصله در سنگها و سایر اجسام به مقادیر بسیار کمتر می رسد و حتی یک ورقه کاغذ می‎تواند از تابش جلوگیری و آنرا سد کند و لذا اندازه گیری از سطح زمین بوسیله هواپیما غیرممکن است. میانگین انرژی تابش کمتر از 1000 Kev می‎باشد. توان تاثیرگذاری در اتمسفر کمتر از cm500 است و اندازه گیری از هواپیما اگر هم ممکن است اجازه شناسایی منبع انرژی را نمی دهد.
تابش گاما انرژی الکترومغناطیسی حاصل از تخریب عناصر پرتوزای طبیعی و از قویترین انرژیهاست. طیف انرژی الکترومغناطیسی از امواج رادیویی با فرکانس خیلی کم بصورت سری زیر است:
مادون قرمز نور مرئی ماوراء بنفش انرژی کم اشعه ایکس انرژی زیاد گاما انرژی زیاد اشعه ایکس و تابش الکترومغناطیسی کیهانی39 انرژی به همان شکل که تابش اشعه گامای طبیعی افزایش می یابد توان تاثیر تابش آن در اتمسفر افزایش پیدا می‎کند. بنابراین ما می توانیم میزان تمرکز مواد رادیواکتیو در نزدیکی سطح زمین را که در اثر پروسه فروپاشی بخشی طبیعی عناصر رادیواکتیو انجام می پذیرد، اندازه گیری کنیم.
2-1-2- منتشر کننده های تابش گاما 40
2-1-2-1- سریهای اورانیوم: اورانیوم 238 یکی از سه ایزوتوپ فلز اورانیوم (اورانیوم 238، 235 ، 234) می‎باشد و حدود 99% اورانیوم موجود در طبیعت را تشکیل می‎دهد و مقدار آن 2ppm تا 4ppm در پوسته زمین است. اورانیوم در مسیر یک سری تبدیل در نهایت به سرب 206 می رسد. عنصر اورانیوم با عدد اتمی 92 از سنگینترین عناصر طبیعت است. در نمودار (2-1) مشخصات عنصر اورانیوم نشان داده شده است. تغییرات انرژی 1 mev , 3 mev تابش طبیعی از منتشر کننده ها و تا 6 mev از منابع کیهانی می‎باشد. بنابراین با اطلاعات داده شده می‎توان نتیجه گرفت تلاشی اورانیوم در دامنه
1 mev تا 3 mev می‎باشد. در شکل (2-2) فروپاشی اورانیوم 238 به سرب 206 مشاهده می شود، زمانی که تابش اورانیوم 235 قابل اندازه گیری نباشد فروپاشی آن نشان داده نخواهد شد.
عنصر اورانیوم
* عدد اتمی حالت صفر (طبیعی)= 92
* وزن اتمی حالت صفر (طبیعی)= 238,03
* تعداد ایزوتوپهای رادیواکتیو طبیعی در حالت صفر= 3
* زمان نیمه عمر در حالت صفر (طبیعی)= 4.51 * 10 ^ 9 yr

درصد فعالیت

درصد وزن
نیمه عمر
عدد جرمی (وزن اتمی) ایزوتوپها
48.9
99.8
4.51 * 10 ^ 9 yr
238
2.2
0.71
0.71 * 10 ^ 9 yr
235
48.9
0.0055
2.48 * 10 ^ 9 yr
234
* فراوانی عادی در طبیعت و در پوسته جامد بطور میانگین از 2 ppm تا 4ppm
* کربناتها
میانگین فراوانی= 2.2 ppm
دامنه تغییرات در فراوانی = 0.1 – 0.9
* ماسه سنگها
میانگین فراوانی= 0.5 ppm
دامنه تغییرات در فراوانی = 0.2 – 0.6
* شیلها
میانگین فراوانی= 3.0 ppm
دامنه تغییرات در فراوانی = 1.5 – 5.5
* سنگهای گرانیتی
میانگین فراوانی= 1.0 ppm
دامنه تغییرات در فراوانی = 0.2 – 4.0
* سنگهای بازالتی
میانگین فراوانی= 1.0 ppm
دامنه تغییرات در فراوانی = 0.2 – 4.0
* فراوانی در آبهای سطحی جاری روی زمین در حالت عادی کمتر از
* منابع کاربرد صرفاً برای منبع و ایجاد اشعه گاما: 214Bi (تشعشع قابل ملاحظه بالاتر از 1.0Mev تعریف می‎شود تابش اشعه گاما: (214 Bi, 214 Pb , 234 Pa)

شکل (2-2) سریهای فروپاشی اورانیوم 238

2-1-2-2- سریهای توریوم: توریوم 232 هم یکی از سه ایزوتوپ این عنصر می‎باشد و مقدار آن در پوسته زمین حدود 10 ppm تا 12 ppm و نیمه عمر آن در حدود 14 میلیارد سال است. توریوم نیز در سری تبدیل به سرب 208 می رسد، عنصر توریوم با عدد اتمی 90، یکی دیگر از عناصر با خاصیت رادیواکتیویته طبیعی است. در نمودار (2-3) مشخصات عنصر توریوم مشاهده می‎شود. تابش گامای مفید برای اندازه گیری کمی توریوم باید بیشتر از 1.0 Mev باشد. شکل (2-4) سریهای فروپاشی توریوم را نشان می‎دهد. طولانی ترین نیمه عمر فروپاشی زاده اورانیوم 228 Ra با نیمه عمر می‎باشد.
عنصر زاده گازی Rn 220 با نیمه عمر خیلی کم ، فرصت تمرکز در اتمسفر را نمی دهد به همین جهت هیچ هواپیمایی نمی تواند تابش آنرا مشخص کند با وجود این اتمسفر شامل مقداری Bi 212 می‎باشد که طی ریزش باران و شستشوی آلاینده های اتمسفر می‎توان آنرا مشخص کرد.
2-1-2-3-سریهای پتاسیم (K 40) : عنصر پتاسیم دارای عدد اتمی 19 می‎باشد و با ایزوتوپ K40 (119/0% از محلول کل پتاسیم) رادیواکتیو می‎باشد. در حالیکه ایزوتوپ K39 رادیواکتیو نیست بنابراین پتاسیم 40 تنها ایزوتوپ رادیواکتیو عنصر پتاسیم می باشد و مقدار آن در پوسته زمین حدود 2% است. در نمودار (2-5) مشخصات عنصر پتاسیم مشاهده می گردد.
تنها اورانیوم، توریوم، پتاسیم که هدف اندازه گیری عملیات اکتشافی هوایی اسپکترومتری هستند، تولید کننده اشعه گاما نیستند بلکه منابع دیگر نیز اشعه گاما تولید می نمایند که در عملیات اکتشاف هوایی سعی در حذف آن و ملاحظه آن در حین انجام عملیات است که به صورت اختصار بیان می‎شوند:
* تشعشع زمینه: که شامل تشعشع گاما حاصل از دستگاههای موجود در هواپیما و گیرنده ها می‎باشد.
* گاز بیسموت جو41: که در اثر تبدیل گاز رادون (Rn 222) خصوصاً در رابطه با ازدیاد حرارت و عوامل جوی دیگر بوجود می‎آید.
عنصر توریوم
* عدد اتمی حالت صفر (طبیعی)= 90
* وزن اتمی حالت صفر (طبیعی)= 232,038
* تعداد ایزوتوپهای رادیواکتیو طبیعی در حالت صفر= 3
* زمان نیمه عمر در حالت صفر (طبیعی)= 1.39 * 10 ^ 10 yr

درصد فعالیت

درصد وزن
نیمه عمر
عدد جرمی (وزن اتمی) ایزوتوپها
50
100
1.39* 10 ^ 10 yr
232
فقط از تلاشی اورانیوم 238 بدست می آید
8.0 * 10 ^ 4 yr
230
50
1.37*10^-8
1.91 yr
228
* فراوانی عادی در طبیعت و در پوسته جامد بطور میانگین از 10 ppm تا 12ppm
* سنگهای گرانیتی
میانگین فراوانی= 12.0 ppm
دامنه تغییرات در فراوانی = 0.1 – 25
* سنگهای بازالتی
میانگین فراوانی= 4.0 ppm
دامنه تغییرات در فراوانی = 0.5-10
* شیلها
میانگین فراوانی= 12 ppm
دامنه تغییرات در فراوانی = 8.0-18

* ماسه سنگها
میانگین فراوانی=1.7 ppm
دامنه تغییرات در فراوانی = 0.7 – 2.0
* کربناتها
میانگین فراوانی= 1.7 ppm
دامنه تغییرات در فراوانی = 0.1 – 7.0
* فراوانی در آب دریا و طبیعت
* منابع تابش اشعه گاما: (228Ac , 208TI)
* فقط برای استفاده بعنوان منبع و ایجاد اشعه گاما : TI208 (تشعشعات بالاتر از مقدار 1.0Mev)

نمودار (2-3) مشخصات طبقه بندی شده عنصر توریوم

عنصر پتاسیم
* عدد اتمی حالت صفر (طبیعی)= 19
* وزن اتمی حالت صفر (طبیعی)= 39.102
* تعداد ایزوتوپهای رادیواکتیو طبیعی در حالت صفر= 1
* زمان نیمه عمر در حالت صفر (طبیعی)= 1.03 * 10 ^ 9 yr

درصد فعالیت

درصد وزن
نیمه عمر
عدد جرمی (وزن اتمی) ایزوتوپها
100
0.0119
1.3*10^9yr
40
* فراوانی عادی در طبیعت و در پوسته جامد بطور میانگین 2.0%
* سنگهای گرانیتی
میانگین فراوانی = 2.5%
دامنه تغییرات در فراوانی = 1.7-5.0%
* سنگهای بازالتی
میانگین فراوانی= 0.7%
دامنه تغییرات در فراوانی= 0.2-1.7%
* شیلها
میانگین فراوانی= 2.3%
دامنه تغییرات در فراوانی= 1.3-3.5%
* ماسه سنگها
میانگین فراوانی= 0.9%
دامنه تغییرات در فراوانی= 0.6-3.2%
* کربناتها
میانگین فراوانی= 0.3%
دامنه تغییرات در فراوانی= 0.0-1.7%
* تنها منبع تابش گاما: پتاسیم 40 در 1.46 Mev
* تشعشعات کیهانی42 : که این تشعشعات در ارتفاعهای بالا وجود دارد که در عملیات اکتشاف هوایی با انجام پروازهای شناسایی در ارتفاعهای مختلف در سطح بالا مشخص می‎شود.
* تشعشعات دیگر: از این دسته تشعشعات می‎توان به آزمایشهای هسته ای انجام شده در زمان انجام پرواز اکتشافی و یا آزمایشهای قدیمی و یا هر تشعشع گامایی که از سایر منابع تولید می‎شوند اشاره کرد.
2-1-3- فعل و انفعالات فرآیندهای پراکنش الکترومغناطیسی
چندین الگوی اندازه گیری و آشکار سازی میزان تسخیر بوسیله آشکارسازها وجود دارد، با وجود این قبل از بحث در رابطه با الگوها، اول بایستی مکانیسم جذب بوسیله هر جرم با تابش الکترومغناطیسی بالا شناخته شود. سه فرآیند اصلی در تسخیر تابشهای بزرگتر از 1.02 mev وجود دارد که عبارتند از :
2-1-3-1- تسخیر بوسیله جفت زایی:43
کنترل بوسیله جفت الکترون نمودن بدین صورت است که وقتی اشعه گاما دارای انرژی بیش از 1.02 Mev است، از هر ماده ای که عبور کند این احتمال بوجود می ایدک ه فتونها می‎توانند وارد یک میدان اتمی هسته شوند و یک الکترون و یک پزیترون تولید می‎شود که به اندازه جرم اصلی 1.02 Mev می‎باشد و بدینوسیله انرژی اولیه تقلیل می یابد.
2-1-3-2- تسخیر بوسیله پراکشن کامپتون44
در این حالت هنگامیکه اشعه گاما به هسته برخورد می‎کند هسته تحریک شده و الکترون آزاد می‎کند. در واقع داشتن توانایی است که تابعی از جرم الکترون است که از تصادم فتونهای اشعه گاما با الکترون نتیجه می‎شود. در آغاز پراکنش الکترون در انرژی نسبی به گوشه ای از پراکنش و با منبع اصلی اشعه های گاما درجه پایین بوسیله انرژی کم الکترون و فروپاشی آنها به طبقات انرژی کمتری بدست می‎آید. که اصطلاحاً این روش به نام پراکنش کامپیتون معروف گردیده است.
2-1-3-3- تسخیر بوسیله اثر فوتوالکتریک:45
اصول این روش بر این اساس است که هر گاه اشعه به سطح جسم تابش شود از سطح آن جسم موردنظر یک الکترون آزاد شده و جسم در واقع تابش می‎کند که با این روش نیز گاما تقلیل می یابد. هر سه روش مذکور در محدوده ای از انرژی در حدود 1/0 تا 3/0 مگا الکترون ولت (به صورت متغیر) قادر به اندازه گیری نمی باشد.
هر سه فرآیند بالا بصورت شماتیک در شکل (2-6) نشان داده شده است.

شکل (2-6) روشهای آشکار سازی تشعشعات گاما
2-1-4- تابش گاما از سریهای K40 , Th , U
ترکیب میدان و طیف میدان ترکیبی انرژی گاما که هر کدام با آشکار سازی یدور سدیم در مجاورت تالیم Nal (Th) اندازه گیری شده است در شکل (2-7) مشاهده می‎شود شکل فروپاشی اورانیوم، سری توریوم بعلاوه نتایج خط تک انرژی گاما در Mev 46/1 را نشان می دهد، این ترکیب از چهار منبع اصلی ایجاد می‎شود که عبارتند از:
* طیف اشعه کیهانی
* سریهای فروپاشی Th
* سریهای فروپاشی U
* فروپاشی پتاسیم طبیعی

شکل (2-7) طیف میدان ترکیبی انرژی اشعه گاما
2-1-5-
منابع تابش گاما
حال که انواع تابش قابل آشکار سازی و ثبت مورد بحث قرار گرفت، این سوال مطرح است که تابش گاما را باید از چه منابعی انتظار داشت، این منابع عبارتند از :
* سطح زمین بصورت خواسته یا ناخواسته
* زمینه خود هواپیما و آشکار ساز
* محصول زاده 222 Rn اتمسفری و 214 Pb , 214 Bi
* ذرات حاصل از گداخت46 لوازم آزمایشگاهی قدیمی (137 Cs) و آزمایشات جدید (1.29 Mev) 41 Ar , (0.75 Mev)95 Zn/ Nb , (2.18 Mev) 144 Pr,
(1.60 Mev) 140 La اگر در راکتورهای هسته ای انجام شود. در شکل (2-8) منابع تابش گاما مشاهده می‎شود.

شکل (2-8) منابع مختلف تشعشعات اشعه گاما

2-1-6- تکنیکهای نمایش داده ها
2-1-6-1- نمایش کلی داده ها :
ارائه داده ها بایستی به نحوی تنظیم شود که تنوع و اختلاف مطلوبی برای استفاده از آنها داشته باشد جزئیات داده های خطوط پرواز به بهترین صورت نمایش داده می‎شوند بوسیله ترسیم پروفیلهای نوسانی از داده ها همانند زمین شناسی که اگر قابلیت استفاده برای یک ناحیه باشد می توانیم بوسیله نقشه های با منحنی میزان آنها را با هم مقایسه کنیم. بوسیله تغییرات بدست آمده بصورت خطوط همتراز نمایش داده شده در مقیاس ناحیه ای ناهنجاریهای منطقه ای به تنهایی آشکار خواهند شد.
به طور کلی اساس داده پردازی بر پایه جمع آوری اطلاعات، شبکه بندی اطلاعات و در تهیه نقشه همتراز استوار است. مشخص کردن نقاط برداشت اطلاعات در روی خطوط پرواز و آوردن آنها بر روی نقشه همتراز یکی دیگر از کارهای ضروریست. بعد از اجرای این مرحله می‎توان پروفیلهای خطوط پرواز را بطور مجزا رسم نمود این قسمت، هدف بیان تکنیکهای مورد استفاده در داده پردازی است.
2-1-6-2- ایجاد پروفیلهای خطوط پرواز:
ایجاد نقشه پروفیلها با هر خط پرواز تکمیل می گردد و بوسیله نمایشی از تغییرات آنها با استفاده از داده های تغییرات تابشهای گامای میدان مغناطیسی نشان داده می‎شود.
شکل (2-9) که نمونه ای از پروفیل خطوط پرواز است پارامترهای زیر را در بردارد:
* میدان مغناطیسی
* ارتفاع از سطح زمین
* ‏TL (eU)
* Bi(eU)
* K
* Bi/ TL (eU / eTh)
* شمارش کلی (TC)
* Bi / K(eU / K)
* TL / k(eTh/ K)
* فشار
* دما
* زمین شناسی
معمولاً اولین ارائه گرافیکی اطلاعات بصورت پروفیل خطوط با یک مقیاس معین است که تمام ناحیه اکتشافی را در برمی گیرد. بطور کلی پروفیل ها دو مورد استفاده دارند که این دو مورد عبارتند از :
اولا سریعترین راه ارزیابی اطلاعات هستند که اگر چنانچه اشکالی در خطوط یا شماره ایستگاههای و یا داده باشد مشخص می‎شود.

شکل (2-9) پروفیل NTMS منطقه آماریلو تکزاس
دوماً برای تعبیر و تفسیر اطلاعات که در این حالت تغییرات مختلف در پروفیلها نقش عمده ای در تعبیر و تفسیر دارد.
2-1-6-3- ارائه نقشه های همتراز از داده ها :
ارائه نقشه های همتراز داده های اشعه گاما یا بعبارتی تهیه نقشه خطوط همتراز کار پیچیده ای است در این حالت بایستی داده ها بصورت یک شبکه هماهنگ درآید و از این حالت پرآکنده از نظر مختصات جغرافیایی به یک حالت هماهنگ و منظم می گردد، در واقع نقشه های همتراز از ناهنجاریها و آنومالیهای ارزیابی شده زمین شناسی ناحیه ها بدست می آیند.
شبکه بندی مربع شکل که برای داده های نامنظم بکار می رود متداولترین نوع شبکه بندی است. فاصله خطوط هوایی در 1000M , 500M نیاز به شبکه مربعی با این فاصله خطوط خواهد داشت، فاصله خطوط هوایی 2000M به یکسری خطوط اضافی که باید اضافه شود نیاز خواهد داشت برای اینکه یک شبکه 1000M بدهد. در داخل هر شبکه خطوط همتراز طوری محاسبه می‎شوند که در منحنی ها شکستگی بوجود نیاید، نقشه های تهیه شده در هر پروژه شامل: نقشه های مجموع انرژی، اورانیوم، توریوم، پتاسیم، U/TH, U/K , TH/K و شدت میدان مغناطیسی با مقیاس 50000/1 و 250000/1 است. نمونه ای از نقشه های هم شدت و کانتوره ای با عرض جغرافیایی 2 و طول جغرافیایی 2 در شکل 2-10 برای eU نشان داده شده است.

شکل (2-10) نقشه هم شدت تشعشع eU در منطقه "لبک و پلین ویو" ایالت تگزاس
2-2- اصول و مبانی مغناطیس سنجی
پی جویی مغناطیسی از قدیمترین متدهای ژئوفیزیکی اکتشافی بوده که سالهاست در پی جویی جهت کانیهای اقتصادی مورداستفاده قرار می‎گیرد. معمولاً سنگهای رسوبی اثرات مغناطیسی بسیار جزئی ددارند از اینرو تغییرات میدان مغناطیسی در سطح زمین بیشتر مربوط به تغییرات لیتولوژیک پی سنگها و یا نفوذیهای آذرینی می‎باشد. با ابزارهای مدرن اندازه گیری حتی می‎توان تغییرات بسیار جزئی شدت میدان مغناطیسی را که در ارتباط با سنگهای رسوبی نزدیک سطح زمین باشند را اندازه گیری نمود.
از سه قرن پیش معلوم بوده که زمین بصورت یک میدان مغناطیسی بزرگ و تا اندازه ای بی نظم رفتار می‎کند. این حقیقت که قطعه ای از مگنتیک آویزان از نخ در راستای معینی قرار می گیرد، باعث شد که آنرا آهنربای طبیعی47 یا سنگ راهنما48 بنامند. میدان مغناطیسی زمین در راستایی عموماً شمالی – جنوبی در نزدیکی محور چرخشی زمین قرار دارد.

2-2-1-خواص مغناطیسی سنگها و کانیها
تمام کانیها ، عنصرها، ترکیبها و غیره را می‎توان بر حسب ویژگی مغناطیسی شان به سه دسته تقسیم کرد که عبارتند از : دیامغناطیس (دیامگنتیک)، پارامغناطیس (پارامگنتیک)، فرومغناطیس (فرومگنتیک).
2-2-1-1- کانیهای دیامگنتیک:49کانیهایی که اتم و یونهای آنها فاقد اوربیتالهای نیمه پر باشند بوسیله آهن ربا دفع می‎شوند که در این صورت به آنها کانیهای دیامگنتیک می گویند. رانده شدن این کانیها را در میدان مغناطیسی خارجی می‎توان چنین توضیح داد، وجود اوربیتالهای پر (یک زوج الکترون در هر اوربیتال) سبب می شود که گشتاور مغناطیسی در کانی تقریبا صفر گردد، هنگام نزدیک شدن اوربیتالهای پر به یک میدان مغناطیسی خارجی سرعت یکی از اوربیتالها کم و بر سرعت دیگری افزوده خواهد شد. بطوریکه مجموع گشتاور مغناطیسی آنها صفر نشده و گشتاور منتج در خلاف جهت میدان خارجی عمل کرده سبب رانش کانی در این میدان می‎شود.
دیامگنتیک در مقایسه با سایر حالات مغناطیسی که شرح داده می‎شوند دارای اثر ضعیفی است. چند نمونه از کانیهایی که دارای این خاصیت هستند عبارتند از : کوارتز، فلوریت، گرافیت، هالیت، انیدریت، طلا، نقره، مس و همچنین ژیپس ، مرمر، نمک.
2-2-1-2- کانیهای پارامگنتیک50: این دسته از کانیها حاوی اوربیتالهای نیمه پر می باشند ولی گشتاورهای حاصله از آنها به طور درهم و فاقد توجیه فضایی خاص در امتدادهای متفاوت قرار گرفته اند. در نتیجه اثر مغناطیسی آنها تقریبا خنثی می‎شود و ظاهراً هیچ خاصیت مغناطیسی از خودشان نشان نمید هد. ولی اگر این کانیها در میدان مغناطیس خارجی قرار گیرند متناسب با شدت میدان خارجی. بعضی از این گشتاورها خود را در جهت گشتاور میدان خارجی قرار می دهند و سبب پیدایش گشتاور مغناطیسی القایی در کانی خواهد شد در نتیجه کانیهای پارامگنتیک به طور ضعیفی جذب میدان خارجی خواهند شد. هر چه شدت میدان خارجی بیشتر باشد گشتاورهای بیشتری خود را در جهت آن قرار داده و در نتیجه شدت میدان مغناطیسی القایی بیشتر خواهد شد. مثالهایی از این نمونه سری عناصر : 41 Nb- 45 Rb , 57 La- 78Pt 90Th – 92 U , 22Ca- 28 Ni را می‎توان نام برد.
2-2-1-3- کانیهای فرومگنتیک:51کانیهایی هستند که اگر در یک میدان مغناطیسی خارجی به شدت H قرار بگیرند، در آنها میدان مغناطیسی القایی شدیدی بوجود می‎آید که شدت آن آن میلیونها بار بیشتر از کانیهای پارامگنتیک می‎باشد. چون سر دسته این کانیها منیتیت است به آنها کانیهای فرومگنتیک می گویند. در واقع گشتاورهای حاصله از یونهای تشکیل دهنده این کانیها به طور انبوه در جهت گشتاور میدان خارجی قرار می گیرند. یک اثر بنام "تبادل اتصال" که بحث آن در مکانیک کوانتم می‎باشد این گشتاورها را به هم قفل می‎کند بطوریکه بعد از حذف میدان خارجی تعداد زیادی از این اتصالات هم چنان باقی می مانند و در نتیجه کانیها فرومگنتیک می‎توانند بصورت مغناطیس دایم در آیند. آهن، کبالت و نیکل سه عنصر فرومغناطیس هستند.
2-2-2- مغناطیس زمین
شکل میدان مغناطیسی در سطح زمین بطور تقریب معادل شکلی است که با قرار دادن یک آهنربای بزرگ و تا حدی پر قدرت در مرکز زمین بوجود می‎آید. شرط آنکه قطب شمال مغناطیسی این آهنربا رو به جنوب بوده و نسبت به محور چرخش زمین 11 درجه مایل باشد که در شکل (2-11) مشاهده می‎شود. اگر میدان کاملاً منظم بود خطوط نیرو در قطب محور مغناطیسی قائم و در استوای واقعی 11 درجه مایل است کلیه خطوط یکسان نیرو، دایره های کوچک در اطراف زمین می باشند که با استوای مغناطیسی موازی اند. در واقع الگوی واقعی میدان بطور خیلی تقریبی شبیه شکل (2-11) است.

شکل (2-11) الگوی فرضی میدان مغناطیسی زمین
در واقع کره زمین بصورت یک دو قطبی مغناطیسی بسیار بزرگ عمل می‎کند که جهت و مقدار این میدان در مکانهای مختلف و زمانهای متفاوت تغییر می‎کند. باید توجه داشت هنگامیکه در منطقه ای عملیات ژئوفیزیکی مغناطیس سنجی انجام می‎شود باید میزان این تغییرات را بدانیم. از طرفی مغناطیس مشاهده شده از هر نقطه مجموعی از مغناطیس زیر سطح و مغناطیس میدان زمین است و در بررسی های اکتشافی باید شدت و مقدار میدان مغناطیس زمین را که به آن مقدار زمینه گفته می‎شود از مغناطیس مشاهده شده کسر کرده و در واقع با داشتن مقدار زمینه میدان مغناطیسی از بروز اشتباه در تفسیر ژئوفیزیکی جلوگیری شود. چون امکان دارد در یک منطقه، جنس کانی های مغناطیسی در سازنده ها و میدان مغناطیس زمین زیاد باشد و هیچ ربطی به نهشته های زیر سطحی نداشته باشد.
2-3- اندازه گیریهای مغناطیسی هوابرد
2-3-1- کاوش مغناطیسی
کاوش مغناطیسی در خشکی، از هواپیما و از کشتی قابل انجام است، البته طرز عمل در هر سه نوع متفاوت هستند. در سطح زمین قرائتهای مغناطیسی معمولاً در یک سری نقاط ثابت صورت می گیرند، اما در اندازه گیریهای هوایی و دریایی میدان مغناطیسی از گیرنده های در حال حرکت بطور پیوسته ثبت می‎شوند. اندازه گیری از توده های بزرگ مغناطیسی توسط مغناطیس سنجی هوایی مشکلی را ایجاد نمی کند بلکه اندازه گیری هوایی رخنمودهای سنگی مغناطیسی کوچک با مشکلات عدیده ای همراه است، زیرا قدرت تفکیک لازم برای جداسازی ناهنجاریها بطور قابل ملاحظه ای متناسب با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. تفسیر زمین شناختی ناهنجاریهای مغناطیسی ضعیف در مناطق ناشناخته عموماً غیرممکن است زیرا مغناطیس پذیری انواع مشخص کانیها به استثناء مگنتیک بطور قابل ملاحظه ای تغییر پیدا می‎کند در نتیجه این آنومالیها و محاسبات مغناطیس پذیری آنها نمی توانند به نوع سنگ مشخصی دلالت کنند. امروزه دریافته اند که در مناطق محدود، تعدادی از انواع سنگها مقادیر میانگین ویژه ای از مغناطیس پذیری دارند. در این موارد ممکن است بتوان توزیع و لایه بندی سنگها را از روی آنومالیهای مغناطیسی تعیین کرد و از نتایج حاصله در تهیه نقشه هیا زمین شناسی و تعیین ساختمانهای زمین شناختی استفاده نمود.
2-3-2- اجزا دستگاههای اساسی در مگنتومتری هوایی
مناسبترین دستگاههای مگنتومتری هوابرد شامل یک مکانیسم آشکار سازی میدان، نوسان نگارهای الکترونیکی، تقویت کننده ها و وسایل مورد استفاده جهت اندازه گیری و ثبت میدان مغناطیسی کلی زمین بعنوان خروجی می‎باشد. (2)
مهمترین دستگاه مورد استفاده در مغناطیس سنجی هوایی مگنتومتر می‎باشد که مشخصات این دستگاه به شرح زیر می‎باشد:
مگنتومتر: این دستگاه که در انواع مختلف مورد استفاده قرار می‎گیرد در داخل وسیله اکتشافی قرار می‎گیرد که البته گیرنده آن بیرون از هواپیما یا هلی کوپتر در قسمت جلو و یا عقب آن نصب می گردد و مقدار مگنتیک منطقه را جذب و در آنالوگ چارث ثبت و در نوار مغناطیسی ضبط می نماید. حساسیت این دستگاه باید در حدود گاما باشد ضمناً یک مگنتومتر ثابت نیز در محل استقرار فعالیت اکتشافی نصب می گردد که تغییرات مغناطیس زمین را اندازه گیری می‎کند و می‎تواند پدیده طوفانهای مغناطیسی را ثبت نماید که اطلاعات اخذ شده از این دستگاه در تصحیح مقدار مگنتیک در هواپیما و هلی کوپتر مورد استفاده قرار می‎گیرد حساسیت این دستگاه گاما می‎باشد.
2-3-3- نصب سیستم آشکارساز
آرایش های مختلفی برای برای قرار دادن مگنتومتر در طی پرواز مورد استفاده قرار گرفته اند سیستم گیرنده می بایستی طوری واقع شود که توسط مواد مغناطیسی بکار رفته در بدنه و موتور هواپیما متاثر نشود. این منظور با حذف گیرنده از درون هواپیما و کشدین آن به دنبال هواپیما به وسیله یک کابل در جهت حرکت هواپیما و درون یک کپسول بنام پرنده52 حاصل می‎شود. کابل رابط شامل کلیه اتصالات الکتریکی لازم و پوشش مقاوم در برابر کشش است که از مواد غیرمغناطیس و معمولاً فسفر برنز تهیه می‎شود. این کابل حدود 24 تا 30 متر طول دارد که در این فاصله اثر مغناطیسی هواپیما قابل اغماض است. مساله دیگر آن است که حداکثر پایداری و حداقل مقاومت هوا را در پرنده بوجود آورد و با کمک بالک هایی مانع در چرخش آن در هوا باشد. معمولاً پس از برخاستن هواپیما، پرنده از یک محفظه در زیر هواپیما خارج می‎شود. در شکل (2-12) نمونه ای از پرنده و هواپیمای حامل آن نشان داده شده است.

شکل (2-12) نمونه ای از پرنده و هواپیمای حامل آن برای اکتشافات هوایی

2-3-4- ثبت خروجی آشکارساز
برای اندازه گیری و ثبت خروجی یک نوسان نگار (معمولاً 1000 سیکل) یک فیلتر کننده خطی، تقویت کننده یا آمپلی فایر، یک جعبه کنترل و یک ثبات قلمی لازم هستند. جعبه کنترل دارای یک سوئیچ انتخاب حساسیت است که توسط آن می‎توان بسرعت محدوده کل مقیاس ثبات یا حساسیت آن را تغییر داد. پنج یا شش محدوده حساسیت قابل دسترسی هستند مثلاً از 20 گاما در هر اینچ تا 1000 گاما در هر اینچ، همچنین می‎توان ارزش خطی صفر را توسط دست یا بطور اتوماتیک تغییر داد. بنابراین یک آنومالی بزرگ از محدوده ثبات را می‎توان یا با کاهش حساسیت ثبات و یا با تعویض محدوده ثبات بوسیله یک ترقی در ارزش مغناطیسی خط صفر ثبت کرد.
ثبات معمولاً یک پروفیل مغناطیس پیوسته را بر روی یک کاغذ رسم لوله ای می کشد، ثبات با وسیله ای تجهیز شده است که نموار را با وضعیت سوئیچ انتخاب محدوده و ارزش مغناطیس خط صفر نمودار برچسب می زند. داده ها علاوه بر ثبت بر روی کاغذ ثبات می‎توانند بصورت رقمی بر روی نوارهای مغناطیسی نیز ثبت شوند. این سیستم های رقمی هیچگونه تنظیم مقیاس یا تغییر مکان مقیاس را نیاز ندارند و هیچ خطری برای خارج شدن از مقیاس وجود ندارد. همچنین در نقاطی که شدت مغناطیسی زیاد است هیچ محدودیت علمی برای دقت قابل دسترس وجود ندارد بجز اینکه تعیین آنومالیهای تیز و باریک از این طریق مشکل است.
2-3-5- روش اندازه گیری
پس از تهیه وسایل لازم جهت مگنتومتری هوایی، ژئوفیزیکدان با مساله چگونگی استفاده آن با حداکثر کارائی مواجه می‎شود. او میبایستی دستگاه را در هواپیما به مناسبترین وضعیت برای منطقه موردنظرش نصب نماید، برای آن یک پرسنل عامل در نظر بگیرد که کاملاً به طرز کار استفاده از دستگاه آشنا باشد و یک فرآیند عملیاتی را ایجاد نماید که حداقل به یک نقشه کنتوری مغناطیسی با جزئیات و دقت کافی منتهی شود تا حدود عوارض مغناطیسی مورد انتظار را تعیین نماید.

شکل (2-12) نمونه ای پرنده و هواپیمای حامل آن برای اکتشافات هوایی

2-3-5-1- هواپیما: ملزومات اساسی هواپیمائیکه مگنتومتر را حمل می‎کند آن است که امنیت داشته باشد، استفاده از آن اقتصادی باشد، گنجایش دستگاهها و سه یا چهار نفر پرسنل و 300 تا 400 پوند وزن تجهیزات بعلاوه 200 پوند اگر از دستگاه شوران استفاده شود را داشته باشد. علاوه بر هواپیما، هلیکوپترها نیز بخاطر اینکه قادرند نزدیک سطح زمین با امنیت پرواز کنند مورد استفاده قرار می گیرند. هر چند که عملیات و نگهداری آنها گران است، محدوده پرواز کوتاهی دارند و ظرفیت حمل بار و فضای کوچکی دارند اما هلیکوپترها تنها وسایلی هستند که اندازه گیریهای مغناطیسی هوایی کوچک توام با جزئیات و در سطح پایین را ممکن می سازند. امتیاز اساسی کاربرد هلیکوپتر در نواحی کوهستانی و مناطقی است که برفراز آنها پرواز در یک ارتفاع ثابت از سطح زمین با هواپیما غیرممکن باشد. همچنین حرکت در امتداد یک خط با طول محدود توسط هلیکوپتر دقیقتر است و این مزیت ممکن است در کارهای دقیق اکتشافی معادن اهمیت زیادی داشته باشد.
2-3-5-2- کارکنان: یک گروه ایده آل از یک خلبان، کمک خلبان، مسئول مگنتومتر و یک مسئول دستگاه شوران تشکیل می‎شود. اما گاهی بعلت محدودیت فضا و بار ضروری می‎شود که این تعداد کاهش یابند، خلبان می بایستی برای پرواز مستقیم در خطوط موازی و همچنین پرواز در سطح پایین کاملاً مجرب باشد. مسئول مگنتومتر می بایستی یک ژئوفیزیکدان باتجربه باشد که نه تنها بتواند با مگنتومتر کار کند و تعمیرات جزئی در طول پرواز انجام دهد بلکه می بایستی تفسیرهای غیردقیقی بر روی داده ها در حین برداشت انجام دهد بطوریکه ممکن است الگوی پرواز را برای رسیدن به اقتصادی ترین و مفیدترین نتایج تغییر دهد.
2-3-5-3- روند عملیات: ژئوفیزیکدانی که از مگنتومتر هوایی استفاده می‎کند برای اینکه حداقل بتواند نقشه مغناطیسی دقیق توام با جزئیات را فراهم آورد می بایستی مراحل زیر را انجام دهد:
* پیمایشها را طوری طراحی نماید که از مگنتومتر موثرترین استفاده را بنماید.
* سطح اندازه گیری را در موثرترین ارتفاع بالای سطح زمین تعیین کند.
* وسیله ای را فراهم آورد که اثرات تغییرات روزانه مغناطیسی و خطای دستگاه را بتوان از داده ها حذف کرد.
* داده های مغناطیسی و موقعیتی را به شکلی ثبت و تطبیق نماید که به آسانی بتواند از آنها برای تهیه مقاطع مغناطیسی یا نقشه های هم ارزش میدان با رسم خطوط منحنی میزان (کنتوری) استفاده کرد.
2-3-6- پردازش داده ها
پس از آنکه عملیات اندازه گیری هوایی انجام گرفت و داده های مغناطیسی و داده های اسپکترومتری چند کاناله بدست آمد، مرحله جمع آوری داده ها به پایان می رسد و مرحله دیگری تحت عنوان پردازش داده ها آغاز می‎شود. این مرحله شامل کلیه کارهایی است که می بایستی صورت گیرند تا در نهایت یکسری پروفیل مغناطیسی در امتداد خطوط پرواز و مهمتر از همه یک نقشه با خطوط هم ارزش شدت میدان یا منحنی های میزان هم شدت (کنتوری) مغناطیسی حاصل شود. اولین مرحله در پردازش داده ها تعیین مسیر واقعی هواپیما است پس از آن مرحله می‎توان داده های مغناطیسی اندازه گیری شده را به نقاط مربوط نسبت داد و سپس تصحیح ها را که برای رسیدن به نتایج واقعی لازم هستند به انجام رسانید، در نهایت با شبکه بندی و رسم منحنی های میزان هم ارزش اطلاعات حاصله، کار پردازش به پایان می رسد. در نهایت یک نقشه کنتوری مغناطیسی تصحیح شده و آماده جهت تفسیر بدست می آورند که به آن نقشه آنومالی53 می گویند. فاصله کنتورها اختیاری است اما عموما این فاصله را بر حسب مقدار حداکثر و مقدار حداقل میدان مغناطیسی قرائت شده در داده ها انتخاب می کنند بطوریکه نقشه از یک زیبائی نیز برخوردار شود یعنی خیلی شلوغ و یا برعکس خیلی خالی از کنتورها نباشد.

2-3-7- تفسیر نتایج
نتایج حاصله را می‎توان به دو صورت کیفی54 و کمی55 تفسیر کرد. بعلت پیچیدگی نقشه های مغناطیسی، تفسیر در اغلب موارد فقط به صورت کیفی است. این تفسیر کیفی اگر با توجه به اطلاعات دقیق زمین شناسی انجام پذیرد، نتایج خوبی در برخواهد داشت.
در تفسیر کیفی بااستفاده از اطلاعات زمین شناسی سعی می‎شود که یک مدل ارائه شود بطوریکه آنومالی تئوری محاسبه شده حاصل از مدل، تقریباً با آنومالی اندازه گیری شده بر روی نقشه کنتوری مغناطیسی مطابقت نماید. یکی از کاربردهای مفید اندازه گیری مغناطیسی استفاده از آن برای به نقشه درآوردن عوارض ساختمانی زمین شناسی با استفاده از کنتورهای مغناطیسی است.
تفسیر نقشه های مغناطیسی می‎تواند برای تهیه نقشه های زمین شناسی در مناطقی که سنگهای آذرین و دگرگونی نزدیک سطح واقع شده اند ولی بعلت وجود گیاهان و یا یخ و برف از نظر پنهان مانده اند مورد استفاده قرار گیرد. همچنین زمانیکه زمین شناسی سطحی در یک منطقه شناخته شده باشد با تفسیر نقشه های مغناطیس هوایی و مقایسه با نقشه زمین شناسی می‎توان اطلاعات زمین شناختی را تکمیل کرد و برای کارهای روی زمین منطقه کوچکتری را با هزینه کمتر جهت کارهای تکمیلی انتخاب نمود.
2-3-7-1- اساس الگوهای تفسیر کیفی آنومالیهای مغناطیسی: اطمینان از نتایج کیفی با پیاده کردن قرائتها در یک نقشه مغناطیسی بدست می‎آید و حالتهای مختلف آنومالیها را در زیر سطح زمین نشان می‎دهند.
برای مثال بوسیله کنتورهای محصور متوالی و افزایش و کاهش آنها، مقادیر آنومالیها بطرف مرکز و جهت کشیدگی منحنی های محصور امکان تشخیص وجود توده ها را به ما می‎دهد.
میزان قابل توجهی از تفسیر کیفی نقشه های مغناطیسی شامل شناختن و توصیف طرحهای آنومالی است. این آنومالیها می‎توانند رده بندی شوند و نقشه های ناحیه ای نامیده شوند که شامل ناحیه های نسبتاً بزرگ هستند که در آنها اساس شکلهای موجود و تعبیر و تفسیرشان بیان می‎شود.
برای بهترین تحلیل اولیه نقشه های مغناطیسی منطقه ای لیست به شرح زیر خیلی جامع نیست ولی می‎تواند قالبی کافی را بوجود می‎آورد:
* ریختهای مدور یا ریختهای ناشی از ناهمواری وسیع در تمام جهتهای افقی
* ریختهای یا شکلهای باریک و طویل آنومالی
* گسلها هنگامیکه الگویی از جابجا شدن یک قسمت از آنومالیها در مقایسه با دیگر قسمتها دیده می‎شود.
* مناطق کشیده و پهناور (ورقه ای) بدون الگوهای منطقه ای از کنتورها با سادگی در مقادیر میدان
* مناطق آرام با سادگی در مقادیر نشان دهنده میدان و بدون الگوهای جهت کنتورها
طبیعتاً الگوهای مختلف نمی تواند الزام رخدادی برای پدیده ای باشد ولی ممکن است به بنیاد و اساس آن اشاره ای داشته باشد، تجربه نشان می‎دهد که هر الگویی وجود آن به سبب وجود پدیده زمین شناسی است که همتای آن الگو است و از این فاکتور می‎توان برای تشخیص تفاوت منطقه ای از منطقه دیگر استفاده کرد. برای مثال اکثر الگوهای مدور اغلب به سبب وجود گرانیت نفوذی بصورت توده ای با کانیها هستند و یا الگوهای باریک و دراز مکرراً ناشی از دایکها و زونهای برشی تکتونیکی هم شیب پوشانده می باشند که نشان دهنده مغناطیس گسترده یا توده معدنی طویل هستند.
بوسیله یک برداشت مغناطیسی کاملاً ساکت و بدون نویز با میدانهای محلی پایین در بسیاری موارد می‎توان تشکیلات سنگهای کوارتز، مونزونیت، ماسه سنگ و غیره را از یکدیگر تفکیک نمود.
در شکل (2-13) یک نقشه ایرومگنتیک منطقه تکزاس بعنوان نمونه آورده شده و شکل (2-14) تصویر زمین شناسی حاصل از بازسازی وضع زمین شناسی لایه ها به همراه ترکیبی از دانسته های زمین شناسی (روی زمین) و مشاهدات مربوطه و معیارهای ایرومگنتیک می‎باشد.
2-3-8- فایده و محدودیتهای روش مغناطیسی هوایی
مگنتومتر هوایی فایده ها و محدودیتهای مشخصی دارد از این روش می‎توان با سرعت زیاد و هزینه کم نتایج دقیقی از نوع مطالعات شناسایی اولیه بدست آورد. در مورد کیفیت دو روش مغناطیس سنجی هوایی و زمینی می‎توان گفت کیفیت آنها مشابه است، اما روش مغناطیس سنجی هوایی برای کار مطالعاتی اولیه و دقیق و روش زمینی برای کارهای توام با جزئیات دقیق مناسب می باشند. بزرگترین مزایای اکتشافات هوایی سرعت عمل، مساحت زیاد در انجام عملیات، قابلیت دسترسی در ارتفاعات بالا، اخذ اطلاعات با دستگاههای ثابت، راحتی و اقتصادی بودن آن است و بزرگترین معایب این روش هزینه زیاد آن در مساحت های کم، عدم توانایی در اخذ نمونه دستی و هم چنین هزینه های زیادی است که می بایستی در ابتدا برای تهیه وسایل آن از جمله خرید ملزومات و هواپیما پرداخت کرد که این هزینه ها برای کار در مساحتهای کم مقرون به صرفه نمی باشد.

شکل (2-13) مثالی از یک نقشه مغناطیسی هوایی که الگوهای آنومالیهای مختلف را در بردارد.

شکل (2-14) تفسیر کیفی نقشه مغناطیسی هوایی شکل (2-13) است.

2-3-9- قابلیتهای اجرایی روش مغناطیسی هوایی
مگنتومتر هوایی بطور ایده آل برای برخی اندازه گیریهای مغناطیسی مناسب است. این روش برای مناطق نسبتاً مسطح که اندازه گیریهای زمینی در آنها امکان پذیر نیست، اما نقشه ها و عکسهای هوایی خوبی از آنها موجود است یا در آنها شوران یا دیگر کمکهای ناوبری قابل استفاده باشد، بکار می رود. بصورت ایده آل این روش برای تقریباً کلیه پروژه هائیکه یک نقشه اولیه دقیق از یک منطقه بزرگ نیاز دارند یا پروژه هائیکه مساله اول آنها پی جوئیست مناسب است. در مجموع، مگنتومتری هوایی می‎تواند برای انجام یک اندازه گیری دقیق کم هزینه از نواحی بزرگ استفاده شود که بعداً می‎توان آنرا برای پیدا کردن محدوده هایی جهت کارهای ژئوفیزیکی و زمین شناسی بسیار گرانتر بکار برد. روش هوایی نیاز به اندازه گیریهای مغناطیسی زمینی را از بین نمی برد، اما به اندازه گیریهای زمینی کمک می‎کند و باعث می‎شود که روش زمینی در کارهای توام با جزئیات مفیدتر استفاده شود.
از آنجائیکه عناصر رادیواکتیو ایران نیز در پهنه ایران مرکزی رابطه زایشی نزدیکی با کانسارهای آهن از نوع مگنتیک داشته اند بنابراین مگنتومتری هوائی جهت ردیابی این عناصر رادیواکتیو و همچنین جهت تعیین ساختارهای زونهای مینرالیزه و کانی سازی که از آنها هیچگونه آثار سطحی وجود ندارد می‎تواند راهنمای خوبی باشد. در نهایت با بررسی و تحلیل داده های ژئوفیزیک هوایی و مغناطیس سنجی محدوده های موردنظر و تطبیق آن با اندازه گیریهای رادیومتری می توانیم به اهداف تعیین ساختارهای اصلی، توده های نفوذی، ناهنجاریهای کانی سازی (سنگ آهن)، توریوم، اورانیوم، کانی سازیهای سولفوره، تطبیق و تهیه مدل ژئوفیزیکی برای محدوده های مستعد کانی سازی برسیم.

فصل سوم

اکتشاف اورانیوم در ایران

اکتشاف اورانیوم در ایران
3-1- تاریخچه سازمان انرژی اتمی ایران:
در سال 1335 بمنظور مطالعه پیرامون علوم هسته ای مرکز اتمی دانشگاه تهران پایه ریزی شد و در سال 1346 ساختمان راکتور اتمی 5 مگاواتی آن نیز به پایان رسید. در سال 1353 این مرکز از دانشگاه تهران به سازمان جدید التاسیس انرژی اتمی منتقل گردید. امروزه این سازمان بسیار گسترش یافته و یکی از مجهزترین مراکز علمی و تحقیقاتی در ایران بشمار می رود. دامنه فعالیتهای این سازمان نیز بسیار وسیع بوده و از جمله بخشهای تابعه آن می توان مرکز تحقیقات هسته ای، مرکز تکنولوژی هسته ای اصفهان، مرکز تحقیقات و کاربرد انرژی های نو، مرکز تابش گاما، نیروگاههای اتمی، مرکز اطلاعات هسته ای، بخش اکتشاف و استخراج، واحد سوخت، پسمانداری، امور ویژه زلزله و امور حفاظت در برابر اشعه را نام برد. که زیر نظر معاونت پژوهشی ، معاوتن نیروگاههای اتمی، معاونت مواد اولیه و سوخت و معاونت اجرایی اداره می گردند. مدیریت اکتشاف و استخراج در حال حاضر عهده دار امور مربوط به اکتشاف مواد رادیواکتیو در ایران می باشد.
3-2- فعالیت های انجام شده در زمینه اکتشاف اورانیوم در ایران:
در حال حاضر قسمت اعظم کشورهای تحت پوشش عملیات اکتشافی اورانیوم قرار گرفته است که ازجمله حوزه های مورد مطالعه میتوان : طالمسی ( انارک) – ساغند- گچین (بندرعباس) – عروسان (دشت کویر) ، نیشابور، آذربایجان و جازموریان را نام برد.
بطور خلاصه اعم فعالیت های انجام شده در چند منطقه اکتشافی کشور در سال 1364 بنا به اطلاعات مندرج درگزارش فعالیت سالانه سازمان انرژی اتمی ایران ( از انتشارات دفتر ارشاد روابط عمومی) عبارتند از:
3-2-1- منطقه ساغند:
1- عملیات حفاری شامل حفر 13 حلقه چاه که در مجموع مقدار 4000 متر را شامل می شود.
2- عملیات چاه پیمائی در چاههای حفر شده در منطقه و نیز در چاههای اکتشافی فسفات در ناحیه اسفوردی با مجموع 7000 متر چاه پیمائی
3- نمونه برداری سیستماتیک از مغزه های حفاری شده، مطالعات زمین شناسی و برداشت گاما
4- عملیات منیتومتری در حدود 12 هکتار
5- عملیات نقشه برداری: شامل شبکه بندی مناطق، تهیه نقشه توپوگرافی 400: 1 بمساحت 12 هکتار برای تعیین ذخیره و تهیه مقاطع معدنی.
6- حفر ترانشه، حجم تقریبی 300 مترمکعب و نمونه برداری سیستماتیک آنها
7- عملیات جنبی و تجهیز کمپ: شامل تسطیح محل چاهها، راهسازی، ترمیم جاده ها، ساختن تعمیرگاه و کارگاه و …
3-2-2- منطقه گچین ( بندرعباس):
1- عملیات رادیومتری: به وسعت 5 هکتار بمنظور محدود نمودن آنومالی، تعیین محل چاههای دستی و ترانشه ها
2- عملیات نقشه برداری و تهیه نقشه زمین شناسی: تهیه نقشه توپوگرافی 1:500 به مساحت 10 هکتار و تهیه نقشه زمین شناسی مربوطه، پیاده نمودن محل چاهها و ترانشه ها روی نقشه ها، برداشت زمین شناسی و نمونه برداریهای سیستماتیک.
3- عملیات معدنی: حفرترانشه ها در حدود 250 مترمکعب، حفر چاههای دستی ( کم عمق) حدود 160 متر مکعب، برداشت زمین شناسی و نمونه برداری سیستماتیک جهت آنالیز
4- عملیات جاده سازی به طول حدود 20 کیلومتر
5- گزارش تعیین ذخیره در چند بلوک از ناحیه اکتشافی
6- عملیات تجسسی در جزایر هرمز ولارک

3-2-3- منطقه انارک ( شامل دو ناحیه طالسمی و کالیکافی)
3-2-3-1- ناحیه کالیکافی:
کارهای انجام شده در این ناحیه بطور مختصر عبارتند از شستشوی چاههای حفاری شده در گذشته و چاه پیمائی در 11 حلقه چاه ( در حدود 2000 متر).
3-2-3-2- ناحیه طالمسی:
1- تهیه زمین شناسی 1:2000 در یک کیلومتر مربع، مطالعه پروفیلهای تحت الارضی از نظر زمین شناسی و بررسی امکانات پیشروی تونل در نواحی کانی سازی شده.
2- تعویض وسایل ریل های قبلی، تعویض چوب بست های نگهداری و نیز تعویض قسمتی از دهانه تونل بطول 16 متر.
3- تکمیل انبارهای مواد منفجره مطابق استاندارد، مرمت ساختمان کارگران، تعیین محل جمع آوری سنگهای استخراج شده از معدن.
3-2-4- منطقه جازموریان:
1- اتمام نقشه زمین شناسی 1:2000 درسه آنومالی از منطقه مورد مطالعه.
2- عملیات هیدروژئوشیمی در منطقه ای به وسعت 200 کیلومتر مربع، برداشت 146 نمونه آب از چاههای منطقه.
3- برداشت زمین شناسی ترانشه ها در یک آنومالی، کنترل زمین شناسی شمالغرب منطقه در مقیاس 1:5000 بمساحت 6 کیلومتر مربع.
4- تهیه گزارش هیدروژئوشیمیائی منطقه و تهیه گزارش مقدماتی فاز اول منطقه
5- حفاری 300 مترچاه در مدت 6 ماهه دوم.
3-2-5- منطقه عروسان:
عملیات اکتشافی این منطقه در فاز اول در شش ماه اول سال 64 پایان یافته است.
1- حفاری 21 حلقه چاه به عمق 401 متر و Casing این چاهها
2- چاه پیمائی در حدود 605 متر.
3- برداشت زمین شناسی از مغزه های حفاری و نمونه برداری سیتماتیک از آنها.
4- برداشت موقعیت و ارتفاع چاههای حفاری شده توسط گروه نقشه برداری.

فصل چهارم
معدنکاری اورانیوم

4-1- معدنکاری اورانیوم 56
معدنکاری اورانیوم، مرحله ای بین اکتشاف کانسارهای اورانیوم و فرآوری آن است. معدنکاری اورانیوم، جدا کردن کانسنگ خام از سنگ در برگیرنده طبیعی و همچنین انتقال جهت آرایش و فرآوری را، شامل می شود.
در ابتدای بحث این سوال پیش می آید که : " آیا معدنکاری اورانیوم متفاوت از معدنکاری سایرفلزات است؟" پاسخ به این پرسش این است که معدناکری اورانیوم مشابه معدنکاری سایر فلزات بوده و همان عوامل موثر در عملیات مربوطه تاثیر خواهند داشت؛ فقط به دلایل خصوصیات ویژه اورانیوم فن آوری ها یا روشهایی بکار گرفته می شوند که نکات فنی واقتصادی را، مدنظر قرار دهند.
4-2- خصوصیات معدنکاری اورانیوم
معدنکاری اورانیوم به دلایل ویژگیهای خاص این فلز، دارای خصوصیات زیر می باشد:
1) اورانیوم از عناصر رادیواکتیو بوده و خصوصیت مهم آن، تشعشع زایی است. تشعشعات محصولات ناشی از تجزیه کانسنگ اورانیوم، برای سلامتی خیلی مضر است. معدنکاران نبایستی در معرض بیشتر از یک مقدار مجاز از هوای حاوی گاز رادن قرار گیرند.
2) خصوصیت دیگر، کانی سازی نامنظم آن است. این سبب می شود که روش های استخراجی خاص بکار گرفته شده، و به منظور بدست آوردن عیارهای یکنواخت کانسنگ خام جهت فرآوری باید به کنترل عیار توجه شود. کنترل عیار را می توان با نمونه برداری دقیق از کانسنگ و بررسی چالشهای انفجاری از نظر میزان تشعشع زایی- بعنوان تابعی از عیار کانسنگ – انجام داد پس می توان چنین در نظر گرفتن که عملیات معدنکاری در مقایسه با سایر کانسنگ ها ساده تر است.با این روش می توان بخوبی و بصورت انتخابی عملیات معدنکاری را ، انجام داد.
3) خصوصیت دیگر آن، قابلیت حل در محلولهای شیمیایی (اسیدی و قلیایی) است. اورانیوم براحتی در محلولهای مذکور حل شده و این نوعی از روش معدنکاری، تحت عنوان معدنکاری انحلالی57 را ارائه می دهد.
4-3- روشهای معدنکاری اورانیوم
همانطوریکه توضیح داده شد، معدنکاری اورانیوم همانند سایر روشهای معدنکاری کانسنگ ها صورت می پذیرد؛ ولی خصوصیاتی از آن سبب می شوند که بتوان روشهای دیگری را اعمال نمود یا در بعضی مواقع بعلت خطرات بایستی ایمنی بیشتری را، رعایت کرد.
معمولاً روشهای معدنکاری زیر را می توان برای کانسارهای اورانیوم در نظر گرفت
1) روش استخراج روباز58 ؛
2) روش استخراج زیرزمینی59 ؛
3) روش استخراج انحلالی (فروشویی) درجا60.
4-3-1- روش استخراج روباز
روشهای استخراج روباز اورانیوم، مشابه سایر کانسارها انجام می شود. عوامل فنی و اقتصادی مورد نظر در این زمینه، کانسار را جهت استخراج روباز صورت می سازند.
چالزنی61 با استفاده از چالزن های اتومتیک با راحتی و ایمنی انجام می شود. به دلیل طبیعت کانی های اورانیوم، بررسی وضعیت چالهای آتشبازی- از نظر میزان پرتوزایی جهت تعیین ناحیه حاوی کانسنگ با عیار مطلوب – می تواند انجام پذیرد که این خود، اطلاعات مفیدی را بدست می دهد که به عملیات آتشباری62 کمک می کند.
آتشباری مطابق معمول با آنفو63 – در صورت عدم وجود آب – انجام می پذیرد . با انجام و بررسی های میزان پرتودهی چالهای آتشباری حفر شده؛ می توان آتشباری انتخابی را برای کانسنگ، و آتشباری توده ای64 را برای باطله و بعد از آن انجام داد.
درجه وشیب کاواک65 به شرایط سنگ بستگی دارد. عرض و ارتفاع پله ها، ضرورتاً با توجه به نحوه کانی سازی واندازه لوازم بارگیری در نظر گرفته می شوند.
سنگ سخت توسط شاولها یا لودرهای سر به پیش66 در کامیونها بارگیری می شود. در سنگ نرم بارگیری و باربری توسط اسکریپر صورت می پذیرد. در این معادن سکوهایی جهت تعیین میزان پرتودهی سنگ درون کامیونها، نصب شده اند که کامیونها از زیر آنها رد شده، و در نهایت مشخص می شود که بطور تقریبی بار درون هر کامیون چه عیاری دارد.
4-3-1-1- ایمنی رادیولوژیکی در معادن روباز اورانیوم
مخاطره و ریسک پرتودهی در این معادن کمتر از معادن زیرزمینی است؛ زیرا گاز رادن در هوای اتمسفر- به حجم بی نهایت- رقیق می شود.
حجم هوایی که گاز رادن را تولید می کند؛ مورد بررسی قرار گرفته وبهتر است که بدترین شرایط در نظر گرفته شود. البته مقدار گاز رادن تولید شده در سطح معدن می تواند در مدلهای اتمسفری برای تحلیل قرارداده شود؛ اما با فرض عدم حرکت هوا و حجم محدود شده آن- که گاز رادن را منتشر می کند- بررسی صورت می گیرد.
اختلاف قابل توجه بین عملیات روباز و زیرزمینی در تخمین حجم هوایی است که،رادن را تولید می کند. برای عملیات استخراج روباز؛ رادن تولید شده در حجم بی نهایت زیاد هوا منتشر می شود و در بیشتر موارد تمرکز رادن پایین بوده و معمولاً هیچ مخاطره ای بری کارگران وجود ندارد.
بهر جهت در بدترین شرایط؛ مثلاً یک فضای معین در داخل ارتفاع 10 متری دربالای عملیات در نظر گرفته شده وزمان رسیدن تمرکز ( غلظت) به مقدار مورد نظر محاسبه می شود.
4-3-2- روشهای استخراج زیرزمینی
با افزایش عمق، مزایای معدنکاری روباز کاهش می یابد و برای کانسارهای در اعماق 50 تا 200 متر، معدنکاری زیرزمینی بیشتر مورد نظر است.
با توجه به شرایط زمین و مرفولوژی کانسنگ به معدنکاران روشهای استخراج زیرزمینی را در نظر می گیرند.
1) روش استخراج بلوکی یا تخریب بزرگ67؛
2) روش استخراج با احداث طبقات فرعی68؛
3) روش استخراج انباره ای69 ؛
4) روش کند و آکند70 ؛
5) روش زیربرش و پرکردن71؛
6) روش چالهای طولانی موازی72
7) روش V.C.R73
8) روش استخراج اتاق و پایه 74
9) روش جبهه کار کوتاه با خاکریزی 75
10) روش استخراج جبهه کار طولانی76
4-3-2-1- روش استخراج بلوکی یا تخریب بزرگ
شرایط عمومی انجام این روش، وجود کانسارهای پرضخامت با دیواره های سخت و کانسنگ نرم است. پس از هر مرحله آتشباری، کانسنگ بطور منظم در تراز پایین تر بازگیری می شود.
این روش یکی از ارزانترین روشهاست؛ ولی با این روش نمی توان در کانسارهای اورانیوم انتخابی عمل نمود و انجام آن در کانسارهای اورانیوم محدود شده است.
4-3-2-2- روش استخراج با احداث طبقات فرعی
این روش که کاربرد بیشتری جهت فلزات پایه توده ای دارد- بعلت رقت زیاد در معادن اورانیوم کمتر بکار گرفته می شود.با این وجود، این روش را نبایستی به راحتی کنار گذاشت، باید توجه داشت که این روش را می توان جهت کانسارهای توده ای77 و استوک ورکی78 بکار گرفت؛ بسته به اینکه چگونه بتوانیم روش سنگجوری79 و کانه آرایی80 را همسو کنیم.
4-3-2-3- روش استخراج انباره ای
این روش برای معدنکاران سالهاست، که شناخته شده است.
اساس این روش، استخراج به سمت بالا در یک کارگاه استخراج است. طول و ارتفاع کارگاه به شرایط زمین و ضخامت رگه بستگی دارد. بعد آتشباری، افزایش حجم ناشی از شکسته شدن کانسنگ در نقاط کشش و در تراز پایین تر بارگیری می شود. بنابراین فضا همیشه پر بوده و معدنکاران می توانند بسمت بالا چالزنی و آتشبازی کنند.
روش استخراج انباره ای ، یک روش ارزان است ؛ اما یک مشکل اصلی در آن وجود دارد در این روش هوای تازه تهویه ای از میان کانسنگ شکسته و آلوده شده به رادن جریان یم یابد. به این دلیل ، این روش برای معادن اورانیوم خیلی توصیه نمی شود.
4-3-2-4- روش استخراج کندو آکند
این روش نیز، روش شناخته شده ای است، که در آن یک برش افقی با 3 تا 2 متر ارتفاع و حرکت به سمت بالا ، حفر می شود. وقتی یک برش استخراج شد؛ خاکریزی انجام می شود در این روش خاکریزی هیدرولیکی معمولاً انجام می شود امروز با وجود تجهیزات جاده ای، دسترسی به کارگاهها از طریق یک مسیر شیبدار81 حفر شده در کمر بالا یا کمر پایین و میان برها؛ آسان است.
در این روش ، خاصیت انتخابی بالاتری به اجرا گذاشته می شود.
این روش یکی از روشهای استخراجی در نظر گرفته شده در طراحی پایه کانسار اورانیوم ساغند ایران است.
4-3-2-5- روش زیر برش و پرکردن
این رشو زمانی استفاده می شود که کانسنگ نرم وخطرناک است و امکان استخراج رو به بالای آن توسط روش کندن و پرکردن وجود ندارد. درچنین شرایطی معدنکاری بسمت پایین انجام می شود.
4-3-2-6- روش استخراج چالهای طولانی و موازی
این روش، جدید بوده و بنظر می رسد توسط پرسنل معادن پلاسر دام گلد82 ابداع شده است، که می تواند در بعضی کانسارهای اورانیوم نیز بکار گرفته شود.
اساس این روش، حفر چالهای موازی وطولانی توسط یک جامبو دریل ویژه از یک تراز بالاتر به یک تراز پایین تر و بالعکس است. کانسنگ در تراز پایین تر توسط یک لودر کنترل از راه دور بارگیری می شود.
میزان تولید بالا بوده ، ولی هزینه بالا نسیت و معدنکاری انتخابی بهمراه رقیق شدگی حداقل بخوبی قابل انجام است.

4-3-2-7- روش استخراج V.C.R
روش معدنکاری توده ای برای کانسارهای ضخیم عمودی است. کانسنگ توسط چالهای آتشبازی بزرگ که رو به بالا حفر می شوند؛ استخراج می شود.
روش ارزان بوده و غیرانتخابی83 است؛ بنابراین کمتر برای معادن اورانیوم توصیه
می شود.
4-3-2-8- روش استخراج اتاق و پایه
روش استخراج اتاق و پایه برای کانسارهای افقی مناسب است؛ در صورتیکه روشهای ذکر شده در بالا برای کانسارهای نوع رگه ای توده ای وقائم استفاده می شوند. دو حالت وجود دارد:
i – اگر مشکل آب وجود داشته باشد:
– در قسمتهای کم عیار، فقط اتاقها استخراج شده و پایه های بزرگ جهت نگهداری سقف رها می شوند.
– در قسمتهای پرعیار، اتاقها و پایه ها با هم استخراج می شوند و بعد از آن خاکریزی انجام می شود.
ii – اگر مشکل آب وجود نداشته باشد:
– در قسمتهای کم عیار، فقط اتاقها استخراج می شوند ؛ اما ابعاد پایه ها می تواند – با در نظر گرفتن ریزش سقف – کمتر باشد.
– در قسمتهای پرعیار ، اتاقها و پایه ها استخراج می شوند. در این مورد پایه های مصنوعی برای نگهداری سقف در طی عملیات استخراج استفاده می شوند.
بایستی توجه داشت که ، استخراج موفق بهمراه کنترل سقف نیاز به تجربه بالای معدنکاران دارد. این روش بصورت اتاق و پایه نامنظم برای کانسارهای ماسه سنگی بکار گرفته شده؛ در صورتیکه روش اتاق و پایه منظم خاص کانسارهای کنگومرایی است.
این روش استخراج، در طراحی پایه معدن اورانیوم ساغند در نظر گرفته شده است.
4-3-2-9- روش جبهه کار کوتاه با خاکریزی
وقتی ضخامت لایه کم است و رقیق شدگی با استفاده از روش اتاق و پایه زیاد است؛ استخراج از طریق جبهه کار کوتاه خاکریزی شده انجام می شود.
ابتدا کانسنگ آتشباری و بارگیری می شود؛ سپس باطله آتشباری شده و برای خاکریزی استفاده می شود. این روش فقط وقتی کاربرد دارد که عیار کانسنگ به اندازه کافی بالا باشد.
4-3-2-10- روش استخراج جبهه کار طولانی
یک رگه هیدروترمال اورانیوم از پایین به بالا توسط این روش استخراج می شود. اگر چه انجام آن به سادگی امکان ندارد ولی، چالزنی وبارگیری و باربری می تواند مکانیزه شود، در بیشتر موارد قسمتهای استخراج شده بایستی با باطله، خاکریزی و پر شود.
بهر جهت، با در نظر گرفتن هر کدام از روشهای استخراج مناسب، رساندن ابعاد ذرات به 200 تا 300 میلی متر غیرقابل اجتناب است.

فصل پنجم

فرآیند آماده سازی سنگ
معدن استخراج شده

اساساُ فرایند کلی تغلیظ اورانیوم شامل مراحل مختلف عملیات فیزیکی و شیمیائی بوده که در ذیل به طور اجمال به آنها پرداخته می شود. لازم به تذکر می باشد که کلیه مقادیر اشاره شده در صفحات آتی برای مواد شیمیائی به ازاء خوراک روزانه یک تن سنگ معدن محاسبه گردیده است.
5-1- آماده سازی سنگ معدن
به طور کلی ، لازم است سنگ معدن قبل از ورود به فرایند شیمیایی لیچینگ، مراحلی را جهت آماده شدن طی کند، که به ترتیب عبارت است از:
5-1-1- سیلو
در بدو امر، سنگ معدن در ابعاد حدود 10 سانتی متر وارد سیلوی ذخیره می شود.
5-1-2- سنگ شکن فکی84
واحد مزبور شامل دو بازوی گاز انبری بوده که سنگ ها با قرار گرفتن بین آن دو، خرد گردیده و به اندازه های 3 سانتی متر مبدل می شود.
5-1-3- سنگ شکن مخروطی85
سنگ های خرد شده پس از خروج از سنگ شکن فکی وارد سنگ شکن مخروطی شده و به اندازه های یک سانتی متری مبدل می گردد.
5-1-4- الک متحرک نوسانی86
سنگ ها پس از خروج از سنگ شکن مخروطی وارد این الک می شود، در اثر نوسان، ذرات کوچکتر از یک سانتی متر از الک عبور کرده و خرده سنگ های بزرگ تر جهت ریز شدن به سنگ شکن مخروطی برگشت داده می شود.

5-1-5- آسیاب گلوله ای دوار87
پس از اضافه کردن آب به میزان 5/1 تن در 8 ساعت به سنگ خرد شده ، وارد آسیاب گلوله ای دوار می شود. در این واحد گلوله های فولادی به قطر 15-3 سانتی متر وجود دارد که دارای حرکت دورانی و سقوط عمودی می باشد. مواد با فشرده شدن بین گلوله ها ، خردتر و ریزتر می گردد. سپس، مواد خرد شده، ضمن عبور از واحد طبقه بندی کننده به دو قسمت پودر با مش88 مورد نظر پودر با مش بالاتر تقسیم گشته، پودر با مش بالاتر مجدداً به آسیاب عودت داده می شود، در نهایت مش پودر حاصله در حدود 300-200 بوده که به مرحله بعد انتقال می یابد.
5-1-6- جدا کننده مغناطیسی89
پودر دارای مش 300-200 ، در صورت نیاز از جدا کننده مغناطیسی عبور کرده، به مرحله بعد وارد می شود.
5-1-7- تیکنر
جریان خروجی از آسیاب گلوله ای دوار و یا جدا کننده مغناطیسی وارد واحد مزبور گشته آب اضافی آن گرفته شده، و به آب خوراک اولیه برگشت داده می شود، سپس گل خروجی به مرحله لیچینگ انتقال می یابد.
5-2- استخراج اورانیم از سنگ معدن
5-2-1- فرایند لیچینگ90
نوع فرایند لیچینگ براساس مشخصات فیزیکی سنگ معدن اورانیم از نظر کانی شناسی، سهولت آزاد سازی و طبیعت سایر کانی های موجود در سنگ معدن انتخاب می شود و براین اساس فرایند مزبور می تواند با استفاده از اسید یا باز صورت گیرد.
اساساً ، لیچینگ اسیدی فرایندی نفوذی بوده که میزان انجام آن به غلظت، درجه حرارت، سطح کل جامد و طبیعت سایر کانی های موجود در سنگ معدن انتخاب می شود و براین اساس فرایند مزبور می تواند با استفاده از اسید یا باز صورت گیرد.
اساساً، لیجنیگ اسیدی فرایندی نفوذی بوده که میزان انجام آن به غلظت، درجه حرارت، سطح کلجامد و شدت نفوذ از میان لایه محلول چسبیده به سطح جامد، بستگی دارد. با توجه به نتایج آزمایشها نسبت سرعت انجام فرایند لیچینگ، در ازاء افزایش هر ده درجه سانتی گراد، در حدود 2-5/1 می باشد.
شدت نفوذ، تابعی از ضخامت لایه نفوذ بوده و باعکس مجذور میزان حرکت فازها نسبت به هم متناسب می باشد. مخلوط کردن و به هم زدن گل باعث کم شدن ضخامت لایه نفوذ و در نتیجه بهبود شدت لیچینگ می گردد. در صورت مخلوط شدن مناسب و کافی، عامل نفوذ ، کنترل کننده نبوده و درواقع میزان لیچینگ با شدت انجام واکنش شیمیایی بر روی سطح کانی و بالنتیجه ، با مساحت کل ذرات جامد متناسب است. وبالاخره با افزایش گرانروی91 ضریب نفوذ کاهش می یابد.
در فرایند لیچینگ از اسید سولفوریک استفاده می شود. اسید مزبور در محلول یونیزه شده و تشکیل سولفات، بی سولفات و یون های هیدروژن می دهد. واکنش های مربوط به صورت زیر است:
1)
2)
3)
4)
میزان مصرف اسید، رابطه مستقیمی با نوع کان سنگ مورد استفاده دارد.
از مزایای بهره گیری از اسید سولفوریک در این فرایند، تشکیل کمپلکس های سولفات بوده که بدین ترتیب می توان در مراحل بعدی بازاریابی اورانیم، از رزین های نوع آنیونی که عملا قدرت جذب بیشتری نسبت به نوع کاتیونی داراست استفاده کرد.
از دیگر نکات مهم که می بایست به آن توجه شود، تبدیل اورانیوم چهار ظرفیتی به اورانیوم شش ظرفیتی، قبل از انجام واکنش می باشد.
5-2-1-1- متغیرهای فرایند
5-2-1-1-1- اندازه سنگ معدن
با توجه به تجربیات انجام شده، پودر سنگ دارای مش 300-200 بهترین نتایج را عاید می سازد. لازم به توضیح است که هر چه ذرات خرد شده درسنگ، ریزتر باشد. به همان نسبت دارای سطح تماس بیشتری بوده که در نهایت منجر به آزاد سازی بیشتر کانی های اورانیم می گردد. از طرفی ، هر اندازه سنگ ریزتر شود، به همان نسبت هزینه عملیات پودر کردن سنگ بالا می رود.
5-2-1-1-2- غلظت اسید
مهم ترین عامل در فرایند لچینگ، کنترل غلظت اسید آزاد می باشد، چرا که در صورت زیاد بودن غلظت اسید در طی عملیات، کانی های کلوخه ای92 نیز، در آن حل شده وباعث افزایش مصرف اسید می گردد. از این رو، در ابتدا، با افزودن مقدار مناسبی اسید، کانی های مزاحم کربنات با آن وارد فعل و انفعال گشته و از محیط عمل خارج می شود. در طول فرآیند، از آهک جهت خنثی کردن اسید مازاد استفاده می گردد. لازم به توضیح است که برای جلوگیری از رسوب کردن اورانیم حل شده PH نهایی بایستی اسیدی باشد. از عوامل موثر در میزان pH واقعی رسوب کردن، می توان به درجه حرارت وغلظت اجزاء مختلف اشاره کرد.غلظت اسید در حین عملیات در حد 60-30 درصد حفظ
می شود.

5-2-1-1-3- اکسیداسیون
یکی دیگر از عوامل مهم در استخراج اورانیوم، حفظ شرایط مشخص اکسیداسیون در طول فرایند لیچینگ است. در این رابطه، از اکسید منگنز یا کلرات سدیم استفاده می شود. هم چنان که در واکنش های زیر نشان داده شده، این دو اکسید کننده در واقع آهن را از یون دو ظرفیتی به یون سه ظرفیتی ، اکسید کرده و سپس یون فریک وارد عمل شده ، اورانیوم را اکسید می کند.

لازم به یادآوری است که کاربرد اکسید کننده تنها زمانی ضرورت دارد که اورانیم موجود در سنگ معدن به صورت چهار ظرفیتی باشد. درصورتی که در پی بررسی های کانی شناسی مشخص شود که اورانیم به صورت شی ظرفیتی در سنگ وجود دارد، مسلماً نیازی به اکسید کننده نخواهد بود.
5-2-1-1-4- درجه حرارت و زمان عملیات
درجه حرارت و زمان، دو عامل وابسته به هم، در لیچینگ اسیدی سنگ اورانیم می باشند. افزایش درجه حرارت در عملیات لیچینگ ، باعث پایین آمدن زمان لازم برای واکنش، و در نتیجه باعث افزایش ظرفیت دستگاه و بهبود استخراج از کانی های سخت می گردد. از طرفی، افزایش بیش از حد درجه حرارت منجر به مصرف زیاد مواد، حل شدن سایر کانی های موجود در سنگ، و افزایش خوردگی دستگاهها می گردد. به همین دلیل، بایستی درجه حرارت بهینه ای جهت عملیات لیچینگ در نظر گرفته شود، که ما بین 80-60 درجه سانتی گراد می باشد.
زمان لازم برای عملیات لیچینگ تحت تاثیر عواملی که قبلا مورد بحث قرار گرفته، نظیر غلظت اسید، نوع کانی، مقدار مخلوط شدن و ….قرار دارد. برای هر نوع سنگ یک زمان بهینه لیچینگ وجود داشته که بی شک طولانی تر کردن آن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود. فرایند لیچینگ در شش مرحله که در مرحله شامل یک CSTR93 با زمان توقف 3/0 تا 3/1 ساعت است، انجام می شود.
برای تامین حرارت لازم، آب داغ به مارپیچ های تعبیه شده در هر مخزن وارد می شود وانتقال حرارت بین مارپیچ و مواد درون مخزن صورت می گیرد.
5-2-1-1-5- وزن مخصوص و گرانروی
معمولاً، وزن مخصوص بهینه مخلوط آب و خاک در عملیات لیچینگ بیشترین مقدار ممکن در نظر گرفته می شود، مشروط بر اینکه سیالیت کافی برای مخلوط کردن به منظور جلوگیری ازتماس کم بین مایع و سطح جامد حفظ شود، افزایش گرانروی با اختلاط کم باعث می شود که در میزان انجام لیچینگ ، پدیده نفوذ، به جای واکنش، کنترل کننده باشد در این ارتباط، نسبت وزنی آب و خاک، 1 در نظر گرفته شده است.
5-2-2- جداسازی جامد- مایع
بعد از فرایند لیچینگ باید مایع حاوی اورانیم از جامد باقی مانده جدا شود، برای تسریع این جداسازی از موادلخته ساز94 استفاده می شود که ته نشینی و بالنتیجه، جداسازی جامد را تسریع می کند. عوامل موثردر انتخاب یک ماده لخته ساز مناسب عبارت است از : نوع ماده، مقدار لازم ، طریق کاربرد، غلظت مواد در محلول، نوع سیستم ( اسیدی / قلیایی) ، غلظت دوغاب، pH دوغاب، خواص فیزیکی جامدها، خواص شیمیایی آنها، الکترولیت های موجود، سایر مواد افزودنی به سیستم و مقدار افزایش آنان. با توجه به عوامل فوق، لخته ساز انتخاب شده از نوع سپران 2610 می باشد.
جهت انجام جداسازی جامد و مایع از تیکنر و صافی استفاده می شود. جریان آب وگل در سه تیکنر، عکس جهت هم در حرکت بوده وعملاً سیستم سی.سی.دی95 پیاده شده است. بعد از سیستم سی.س.دی. از یک صافی بشکه ای96 استفاده گردیده که پس از گذشتن از یک تیکنر دیگر، به صافی سانتریفوژ منتقل می شود مایع سرریز از چهارمین تیکنر، پس ازتنظیم pH به مرحله تغلیظ و خالص سازی منتقل می گردد.
5-3- خالص سازی و تغلیظ
از آنجایی که عملیات لیچینگ اسیدی، فرایندی انتخابی97 نیست، در نتیجه محلول بدست آمده، حاوی عناصر دیگری به جز اورانیوم نیز خواهد بود. در واقع محلولی است، با حجم زیاد و غلظت اورانیم کم، به این ترتیب ، باید به طریقی،اورانیوم را از محلول بازیابی و جدا کرد. فرایندهای موثر در این رابطه عبارتند از :
الف- استخراج با حلال ، و
ب – استخراج با تبادل یونی توسط رزین.
به دلیل اینکه روش استخراج با حلال براساس برقراری تماس بین دو فاز مایع متکی است، در نتیجه ، می تواند به صورت عملیات پیوسته مورد بهره برداری قرار گیرد. مزایای دیگر این روش نسبت به تبادل یونی، قدرت انتخاب بیشتر و قابلیت تغییرپذیری آن است ودر عین حال، در مواردی که برپایی ستونهای رزین با ارتفاع بسیار زیاد امکان پذیر نیست حتماً، از این روش استفاده می شود. تشکیل امولسیون98 درتناوب حلال، معمولاً منجر به مشکلات زیادی می گردد. از طرفی، اتلاف مقداری از حلال و راه یافتن آن به پسماندهای جامد، نه تنها در برگیرنده هزینه قابل توجهی بوده، بلکه به نوبه خود، به صورت منبع آلود کننده نیز عمل می کند. اتلاف حلال به این طریق مستقیماً، به حجم محلول بستگی دارد. در نیتجه، فرایند استخراج با حلال، نسبت به حجم و درجه محلول، به مراتب حساس تر از تبادل یونی است و معمولاً ، از این فرایند در هر غلظتی از استفاده نشده و تنها زمانی که غلظت در محلول در حدود یک گرم در لیتر باشد از آن بهره گیری می گردد.

5-3-1- استخراج با حلال
استفاده از روش استخراج با حلال، در بسیاری از واحدها معمول است. این انتخاب به خاطر سهولت نسبی در کار، به ویژه به خاطر پیوسته بودن عملیات، راندمان بالا، کم بودن هزینه سرمایه گذاری و قابلیت انطباق با کنترل خودکار، صورت می گیرد. لیکن ، از طرف دیگر، این روش با محدودیت هایی نیز مواجه بوده که عبارت است از: احتیاج به یک محلول تقریباً عاری از جامد، تشکیل امولسیون، هدر رفتن حلال و لزوم برقراری ایمنی شدید برای استفاده از حلال های قابل اشتعال.
اولین قسمت در این فرایند، انتقال اورانیوم حل شده از محلول خوراک ( فازآبی) به حلال ( فاز آلی)، استخراج99 خوانده می شود قسمت دوم که عریان سازی100 بوده و عبارت است از بازیابی محصول اورانیم تغلیظ و خالص شده در فاز آبی دیگر، فاز آلی بدون اورانیم به قسمت استخراج برگشت داده می شود. به این ترتیب، محلولهای آبی و آلی به طور پیوسته و در جهت عکس یکدیگر در کلیه مراحل تماس، در دو بخش استخراج و عریان سازی جریان می یابد.
به دلیل اینکه در محلول های حاصل از لیچینگ اسیدی، یون های مثبت و منفی نظیر
وجود دارد، در نتیجه، می توان از تعویض کننده های کاتیونی و آنیونی در این فرایند استفاده کرد. حلال های کاتیونی که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند در واقع، ترکیبات اسید الکیل فسفریک نظیر (DDPA)101 ،
( EHPA یا EHPA D2)102 ، (DPPA)103 می باشند. EHPA در فاز آلی به صورت نمونه های دی مری که در آن ، موجود است. هر یون اورانیل استخراج شده با دو دی مر، طبق رابطه زیر وارد فعل و انفعال شده و تشکیل کمپلکسی شامل دو آنیون را خواهد داد.

در مقادیر بالاتر اورانیم ، پلی مرهای زنجیره ای طولانی، با ترکیب ، تشکیل خواهد شد.
واکنش های مرحله عریان سازی با استفاده از کلمات سدیم معمولا به صورت زیر می باشد.

نمک های قلیایی اسیدهای فسفریک دی الکیله که در طول مرحله عریان سازی تشکیل شده، در صورت استفاده از EHPA، تشکیل فاز مایع سوم می دهد. برای جلوگیری از این مسئله از 104 در ترکیب EHPA استفاده می شود. با افزودن ترکیبات آلی فسفریک نظیر TBP به EHPA استفاده می شود. با افزودن ترکیبات آلی فسفریک نظیر TBP به EHPA، استخراج اورانیوم بسیار بهبود می یابد.
اثر مزبور به عنوان اثر ممد105 نامیده می شود. چنین به نظر می رسد که این اثر، مختص استفاده از EHPA بوده و تنها در استخراج اورانیم مشاهده می شود و مشابه آن در مورد DDPA یا در استخراج ، AL یا MO ملاحظه نمی گردد.
فرایندی که با استفاده از EHPA استخراج اورانیم را میسر می سازد موسوم به داپکس106 بوده و صورت ساده ای از آن در شکل (5-1) نشان داده شده است.
حلال های انیونی مورد استفاده در واحدهای تغلیظ اورانیوم معمولاً ، شامل آمین های درجه دو با زنجیره طبیعی یا شاخه دار آلیفاتیک و یا آمین های درجه سه با سه بنیان، می باشد. در سطور بعدی مزیت آمین ها بر دسته اول حلال ها آمده است.
1- آمین خاصیت انتخابی بسیار بالایی برای اورانیوم دارد.
2- آمین بسیار سریع تر و در زمان اختلاط کمتری اورانیوم را استخراج می کند ،و
3- آمین در مرحله عریان سازی به راحتی از محلول جدا گشته و برای این کار از مواد مختلفی می توان استفاده کرد.
واکنش های شیمیایی در موارد ذکر شده به صورت زیر است:
1-
2-
3-
4-

شکل (5-1) صورت ساده ای ازدیاگرام جریان فرایند داپکس
معمولاً، در کاربرد حلال های آلی از دو ماده دیگر به عنوان رقیق کننده 107 و اصلاح کننده108 نیز، استفاده می شود. انتخاب صحیح رقیق کننده ، اثر بسیار مهمی برضریب استخراج
(غلظت ماده A درفاز آبی / غلظت ماده A در فاز آلی = ) دارد.
به طور کلی، در واحدهای تغلیظ اورانیم از کروسین که براساس آزمایش های انجام شده بهترین خواص را از خود نشان داده ودرعین حال نیز غیرقابل اشتعال می باشد. استفاده می گردد. از الکل های دارای زنجیره طولانی به عنوان اصلاح کننده استفاده می شود که حل شدن برخی نمک های آمین را کروسین ونیز جداسازی فازها را بهبود می بخشد.
آمین مورد استفاده آلامین109 336 ( از نوع آمینهای درجه سه)، ماده رقیق کننده کروسین و ماده اصلاح کننده ایزودکانول است.
در مرحله عریان سازی، اورانیم را می توان از محلول آلی، با استفاده از مواد مختلفی نظیر نیترات ها، کلریدها ، سولفات ها، کربنات ها و اسیدهای رقیق خارج ساخت. کلرید آمونیم در مرحله عریان سازی مورد استفاده قرار می گیرد.
فرایند مورد استفاده برای استخراج با حلال، فرایند آمکس110بوده که شمای ساده از آن درشکل (5-2) نشان داده شده است.
پس از مرحله استخراج، آمین با اسید سولفوریک شستشو داده شده و بعد در آخر کار، پس از عریان سازی، برای بازیابی آمین از ترکیبات سدیم استفاده می شود.
نکته مهم این است که اصولاً، بخش استخراج با حلال دارای انعطاف پذیری زیادی بوده و می توان در صورت لزوم از فرایند داپکس نیز استفاده کرد.

5-3-2- تبادل یونی با رزین
متداول شدن روش های تبادل یونی در واحدهای تغلیظ اورانیوم ، به دلیل جذب کمپلکس های آنیونی اورانیم ایجاد شده، در مجاورت اسید سولفوریک رقیق، توسط رزین های مصنوعی و مناسب، می باشد.
رزین مورد استفاده درصنایع اورانیم از نوع بازآنیونی قوی یا متوسط است. این رزین، از ژل های نیمه سخت و به صورت قرص های کروی تهیه می شود. درجه و نوع بند جانبی111 این پلی مرها بسته به نوع ساخت، متفاوت بوده و بر روی خواص مکانیکی و شیمیایی رزین تاثیر می گذارد.
در یک محلول رقیق اسید سولفوریک، طبق واکنش های تعادل زیر، کاتیون اورانیل، سولفات اورانیم وکمپلکس آنیونی سولفات اورانیم دو و چهار ظرفیتی موجود است.

واکنش هایی که بین یون های متحرک جذب شده توسط رزین، و یون های اورانیم در محلول اتفاق می افتد، از نوع واکنش های زیر می باشد که ، در آنها R نشان دهنده بنیان یون های ثابت و X نماینده یون های متحرک است.

شکل (5-2) : شمای ساده ای از فرآیند کلی
سایر آنیون هایی هم که در طی فرایند لیچینگ وارد محلول شده اند، توسط رزین جذب شده و عوامل زیادی نظیر ph، درجه حرارت و درجه اکسیداسیون بر تعادل موثر می باشد.
فرایندی که در طی آن یون های حل شده ، به وسیله رزین از محلول خارج می شود موسوم به جذب112 و فرایندی که در طی آن یون های اورانیم از رزین اشباع شده خارج می گردد. پاکیزه سازی113 خوانده می شود.
طراحی و استفاده از رزین در استخراج اورانیم در اولین قسمت از برنامه توسعه کارخانه نیمه صنعتی جای دارد.

5-4- رسوب گیری
محلول های اسید که کیک زرد از آنها رسوب گیری می شود، تقریبا عاری از ناخالصی های کاتیونی بوده و تنها امکان دارد که مقداری آهن ( ناشی از فرایند تبادل یونی) وانادیم و مولیبدن ( ناشی از هر دو فرایند تبادل یونی و استخراج با حلال ) در محلول موجود باشد. معمولاً ، این محلول ها دارای 2-5/1=pH بوده و مخلوطی از نیترات ها، کلریدها و سولفات ها می باشد.
فرایند رسوب گیری باید به طریقی صورت گیرد که ضمن بدست آوردن محصول با کیفیت بالا ( درصد اورانیم بالا و ناخالصی پایین)، خواص فیزیکی لازم برای یک عمل ته نشینی و صاف کردن را نیز دارا باشد.
کلاً، دو روش برای رسوب گیری کیک زرد از محلول های اسیدی وجود دارد.
1- خنثی سازی به طور مستقیم با یک باز، و
2- رسوب گیری مستقیم با کاربردآب اکسیژنه،
در کارخانه نیمه صنعتی از روش اول برای رسوب گیری استفاده می شود.
انتخاب ماده خنثی کننده به عوامل زیادی به شرح زیر بستگی دارد:
الف – قابلیت دسترسی،
ب – قیمت،
ج – تاثیر بر خواص فیزیکی محصول،
د – سهولت کنترل، و
هـ – امکان آلودگی محصول با کاتیون ها.
ماده خنثی کننده مورد استفاده آمونیاک می باشد. واکنش های مربوط به محلول آمونیاک و سولفات اورانیل به صورت زیر است:

که : X در واکنش شماره 3 برای درجات حرارت زیر 60 درجه سانتیگ راد عددی نزدیک به 2 وبرای درجات بالای 100 درجه سانتی گراد یا درجه حرارت محیط و Ph نزدیک به 5، حدود 1 می باشد.
5-5- آب گیری و کلسینه کردن
برای آب گیری محصول کیک زردبدست آمده از یک صافی سانتریفیوژ استفاده می شود، اکسیداسیون کوره ای با دمای 800-350 درجه سانتی گراد صورت می پذیرد.
شکل (5-3) نشان دهنده تجزیه حرارتی طبق واکنش زیر می باشد:

اکسیداسیون و تبدیل به کامل به بین 650 تا 850 درجه سانتی گراد به وقوع می پیوندد. میزان هوای مصرفی 10 متر مکعب در 8 ساعت درنظر گرفته شده است.

شکل (5-3) تاثیر درجه حرارت کلسینه کردن بر تجزیه دی اورانات آمونیم.

5-6- اطلاعات مربوط به مصرف مواد شیمیایی درکارخانه نیمه صنعتی
این اطلاعات به طور خلاصه در جدول (5-1) و(5-2) هم چنین طی یک دیاگرام جریان ساده، داده شده است.

جدول (5-1) مواد شیمیایی مورد مصرف در فرایند تغلیظ اورانیم درکارخانه نیمه صنعتی

فصل ششم

مشخصات وخصوصیات دستگاه ها

جهت انجام فرایندهای مختلف در تهیه اکسید اورانیم، دستگاههای متعدد و متنوعی طراحی و نصب گردیده است که به طور اختصار اساس کار مهم ترین دستگاهها، در ذیل آورده می‎شود.
6-1- سیلو
برای انبار کردن سنگ معدن اورانیوم در مجاورت کارخانه، ساختمان سیمانی استوانه ای به ارتفاع تقریباً 5/11 متر و قطر دهانه 6/3 متر و به ظرفیت 50 تن ساخته شده است. این استوانه به صورت سرپوشیده و دارای تهویه می‎باشد. در سطح جانبی آن درب آن درب کرکره ای به طول 4 متر برای تخلیه بار کامیون تعبیه شده است. در داخل سیلو، برای سهولت انتقال سنگ معدن در قسمت انتهائی استوانه، قیفی به شکل مخروط ناقص (به زاویه راس مخروط 50 درجه) و مقطع خروجی به قطر 5/0 متر جا سازی شده و محموله سیلو پس از کنترل خوراک، توسط تسمه نقاله، از آنجا به کارخانه هدایت می‎شود. (شکل 6-1)

6-2- سنگ شکن فکی
این سنگ شکن از جنس چدن، و دارای دو بازوی فولادی با روکش سخت (فولاد منگنزدار) می‎باشد که مانند فک، یکی به طور قائم و دیگری مورب قرار گرفته و هر یک از دو بازو، قابل تعویض می‎باشد. سنگ های کانی، بین دو فک، قرار گرفته و خرد می‎شود. در قسمت تحتانی دو فک، توسط پیچی، فاصله فک ها را می‎توان تغییر داد. نوسان های قسمت متحرک برای سنگ های بزرگ، 90 دور و برای سنگ های کوچک، 300 دور در دقیقه بوده و ابعاد دانه های خرد شده به 50 میلی متر می رسد (شکل 6-2).

موتوری که این دستگاه را بکار می اندازد از نوع جنرال الکتریک ، سه فاز، 380 ولت، 3/8 آمپر، 710 دور درد قیقه و بسامد 50 هرتز بوده که روغن کاری آن توسط گریس انجام می‎گیرد.
6-3- تسمه نقاله
برای انتقال سنگ های خرد شده در سنگ شکن فکی از تسمه نقاله ای که به وسیله موتوری سه فاز، 380 ولت و قدرت 2/2 کیلووات با بسامد 50 هرتز و دور موتور 1425 در دقیقه کار می‎کند استفاده می‎شود. این موتور به وسیله گریس روغن کاری می گردد.
6-4- سنگ شکن مخروطی
این سنگ شکن متشکل از دو مخروط بوده که در یک محفظه فولادی در داخل هم قرار گرفته اند. مخروط خارجی، ثابت و داخلی، در حرکت دورانی و کم و زیاد شدن فاصله اش با مخروط خارجی، سنگها را خرد می نماید، ابعاد دانه های خرد شده تا 1 سانتی متر می رسد.
موتوری که حرکت لازم را برای این دستگاه تامین می کند، از نوع جنرال الکتریک، سه فاز، 380 ولت، 1/5 آمپر با قدرت 2/2 کیلووات و دور 1240 در دقیقه می‎باشد که توسط گریس قابل روغن کاری است. سنگ شکن مزبور مانند سنگ شکن فکی، با خوراک خشک کار کرده و حرکت های سریع در این دستگاه سبب سهولت ورود سنگ به سنگ شکن مخروطی می گردد. سنگ های خرد شده توسط تسمه نقاله به الک منتقل می گردد (شکل 6-3)

شکل 6-3 اساس کار آسیاب مخروطی
6-5- الک های متحرک نوسانی
عمل الک کردن معمولاً برای سنگ های بزرگ تر از 250 میکرومتر انجام می‎شود و برای سنگ های کوچکتر، از طبقه بندی کننده ها، استفاده گردیده و این عمل به منظورهای زیر انجام می‎گیرد:
الف- برای جلوگیری از ورود سنگ های کوچکتر از حد مجاز به خرد کننده ها به منظور افزایش بازده عمل.
ب- جهت ممانعت از عبور سنگهای درشت تر از حد مجاز به مرحله بعدی،
ج- برای فراهم نمودن سنگ هایی با ابعاد تقریبا مشابه و
د- جهت امکان دست یابی به محصول نهائی با اندازه یکنواخت.
حرکت الکها به صورت نوسانی است که صفحات مشبک آن دارای شیب ملایمی بوده و موتوری سه فاز با دور حداکثر 1440 در دقیقه، 380 ولت، نیروی لازم را ایجاد می‎کند. موتور، قابل روغن کاری با گریس بوده و برای هر 48 ساعت کار، بایستی روغن کاری انجام گیرد (شکل 6-4).

شکل 6-4 : اصول کار الک نوسانی
6-6- آسیاب گلوله ای دوار
عمل آسیاب کردن در این مرحله، معمولاً به صورت تر انجام می‎شود. آسیاب به شکل استوانه ای بوده و دارای جدار داخلی سخت و مقاوم و آج داری است. در داخل استوانه تعدادی گلوله از نوع فولاد پرکربن سخت به قطر 3 تا 15 سانتی متر ریخته شده، گلوله ها دارای دو حرکت دورانی و سقوط عمودی می باشد، و با فشرده شدن مواد بین آنها، عمل خرد شدن انجام می پذیرد. حرکت عمودی، ناشی از جدار آج دستگاه است که باعث می‎شود گلوله ها تا ارتفاع معینی صعود کند. براساس داده های آزمایشگاهی، سنگ های خرد شده مناسب، توسط طبقه بندی کننده مارپیچی114 که در کنار آسیاب گلوله ای دوار تعبیه شده، کنترل گشته و سنگ های درشت تر مجدداً به آسیاب برگردانده می‎شود (شکل 6-5).

شکل 6-5 : شمای داخلی آسیاب گلوله ای دوار
برای کنترل آب ورودی موردنیاز به آسیاب، مخزن ذخیره آبی که دارای شناور است در کنار دستگاه نصب گردیده است. جنس مخزن، فولادی و به ظرفیت 77 لیتر می‎باشد که برای شرایط زیر:
شعاع داخلی = 40 سانتی متر، نسبت جریان= 125/3 ، زمان نگهداری= 5 دقیقه.
طراحی گردیده است. موتوری که آسیاب را بکار می اندازد، 5/5 کیلووات، سه فاز، 380 ولت، 8/11 آمپر با دور 1440 در دقیقه می‎باشد که توسط گریس قابل روغن کاری است. شیب بدنه دستگاه حدود 30 درجه بوده و بهمین دلیل سنگ های ریز در قسمت تخلیه و سنگ های درشت تر در قسمت خوراک دستگاه قرار می‎گیرد که مسلماً، نیروی گریز از مرکز این منطقه بیشتر است. اگر وزن مخصوص آب و گل کم باشد، سبب اصطکاک بیشتر گلوله های موجود در آسیاب شده و منجر به مصرف گلوله های فولادی بیشتری می گردد که مقرون به صرفه نخواهد بود. از این گلوله ها بایستی بین 65 درصد الی 80 درصد وزنی سنگ، استفاده شود. چون بازده عمل آسیاب کردن به سطح محیط آسیاب کننده بستگی دارد، بنابراین هر چه گلوله ها ریزتر باشد بازدهی بهتر بوده و رویهمرفته رابطه : (1-5/0) :

بایستی همیشه مورد توجه باشد که در آن :
قطر گلوله = d
اندازه ذرات کوچک = D
مقدار ثابت = K
(K برای سنگ های مختلف، مقدار متفاوتی است)
6-7- طبقه بندی کننده مارپیچی
دستگاه مزبور در کنار آسیاب گلوله ای دوار نصب شده و جهت طبقه بندی کردن سنگ ها و برگرداندن سنگ های درشت تر از حد مجاز (داده های آزمایشگاهی) به آسیاب بکار رفته، و به وسیله موتوری سه فاز، 380 ولت، با قدرت 37/0 کیلووات با دور 920 در دقیقه کار می‎کند (شکل های 6-6 و 6-7).

شکل 6-6 : مسیر جریان در آسیاب گلوله ای دوار و طبقه بندی کننده مارپیچی.
طبقه بندی مواد در دستگاه بر اساس نسبت مولفه بردار سرعتی که سقوط دانه ها با مولفه بردار سرعت جریان آب ورودی به دستگاه دارد، صورت می‎گیرد.
ذراتی که مولفه بردار سرعتشان کمتر از سرعت آب است.

بنابراین از محصول های آسیاب گلوله ای دوار، آنهائی که سرعت سقوط بیشتری دارند به سرعت در قسمت تحتانی ستون مورب، مستقر گشته و به همین ترتیب، سنگ های بعدی که نسبت به مابقی، سرعت سقوط بیشتری را دارا هستند، و … با تداوم روال فوق، طبقه بندی صورت می پذیرد. انتقال سنگ های درشت تر به طرف قسمت تخلیه توسط شن کش مکانیکی مارپیچی انجام گردیده و ذرات ریز به صورت معلق در حوضچه آبی باقی مانده تا جهت مرحله بعدی فرایند، استفاده گردد (شکل های 6-8 و 6-9).

شکل 6-9 : اساس کار طبقه بندی کننده مارپیچی.
6-8- جدا کننده های مغناطیسی:
برای جدا کردن کانی های مغناطیسی از کانی های غیرمغناطیسی، از دستگاه جدا کننده مغناطیسی استفاده می‎شود، رویهمرفته، اجسام به دو دسته اصلی زیر تقسیم می‎شوند:
1- اجسام دیامنیتیک: اجسامی بوده که از منطقه با نیروی مغناطیسی زیاد، به مکانی که نیروی مغناطیسی کمتری دارد دفع می‎شود.
2- اجسام پارامنیتیک: اجسامی بوده که در مسیر خطوط نیروی مغناطیسی جذب شده و در منطقه میدان مغناطیسی با تراکم بیشتر، متمرکز می گردد.
بدین ترتیب، اجسام مزبور به وسیله دستگاههای جدا کننده مغناطیسی جذب می گردند که مهم ترین ترکیبات عبارتند از :

کانی های منگنز

اجسام فرومنیتیک، نوع بخصوصی از اجسام پارامنیتیک بوده که برای جذب، توسط این دستگاه ها بسیار مستعدتر می‎باشد.
اصولاً این دستگاهها به دو نوع با شدت بالا115 و با شدت پایین116 تقسیم می گردد که می‎تواند به صورت خوراک خشک و خوراک تر مورد استفاده قرار گیرد. نوع با شدت پایین، جهت سنگ هایی که شدیدا پارامغناطیسی است استفاده گردیده و برای سنگ های ریز کمتر از 5/0 سانتی متر ، جهت جلوگیری از اتلاف مواد به صورت گرد و غبار، عمل جدا شدن به روش تر صورت می پذیرد. خوراک ضمن ورود به دستگاه از مقابل منبع مغناطیسی عبور کرده، و ذرات مغناطیسی موجود در آن ، ضمن تماس با این منبع از مسیر حرکت خوراک دفع و در مکانی که ذرات مغناطیسی در آن مجتمع می گردد با آب شستشو می‎شود. دستگاه با موتور سه فاز، 7/3 آمپر با 1240 دور در دقیقه کار می‎کند (شکل های 6-10 و 6-11).
شدت بالا 20 کیلو گوس
شدت پایین 15-8 کیلوگوس

شکل 6-10 : اساس کار جداکننده مغناطیسی.

شکل 6-11: شمای داخلی جدا کننده مغناطیسی

6-9- تیکتر
به منظور جدا کردن مایع از جامد سه روش زیر متداول است.
1- ته نشینی117
2- صاف کردن و
3- خشک کردن
از روش ته نشینی، در مواقعی استفاده می‎شود که اختلاف وزن مخصوص مایع و جامد زیاد باشد. در این روش تا 80 درصد مایع، قابل جدا شدن از آب و گل بوده و می‎توان به مخلوطی که 65 الی 55 درصد وزنی آن جامد است دست یافت. برای این نوع جدا کردن از دستگاههایی به نام تیکنر استفاده می‎شود که عملکرد آنها ممکن است به صورت پیوسته و یا ناپیوسته باشد. دستگاه شامل مخازن کم عمقی بوده و در قسمت بالای مخزن، مایع زلال و در قسمت انتهایی که به شکل مخروط است، گل تغلیظ شده، جدا می‎شود. در داخل مخزن یک یا چند بازوی شیب دار به طرف مرکز راس مخروط که دارای حرکت شعاعی است وجود دارد که کارشان انتقال گل به قسمت خروجی است (شکل 6-12).

شکل 6-12 : مسیر جریان در تیکنر پیوسته

حرکت این بازو توسط نیروی موتور الکتریکی، سه فاز، 380 ولت و 2/1 آمپر با دور 1425 در دقیقه صورت می‎گیرد. نوع بازوی طراحی شده در کارخانه، از نوع تک پره حلزونی است. عمل پمپ کردن گل در تیکنرها، توسط پمپ های جانسون با مشخصات زیر:
قدرت 37 کیلووات، سه فاز، 73/1-1 آمپر و 2840 دور در دقیقه صورت گرفته و انتقال مواد از جدا کننده مغناطیسی به تیکنر توسط موتوری سه فاز، 380 ولت، 1/5 آمپر به قدرت 2/2 کیلو وات و 1240 دور در دقیقه صورت می پذیرد. قطر مخزن و ارتفاع آن 3/1 متر است (شکل 6-13).
نمایش مناطق ایجاد شده در تیکنر پیوسته
انتقال از ب به د : منطقه ج محلول زلال : منطقه الف
گل تحت فاز : منطقه د تداوم تغلیظ : منطقه ب

شکل 6-13 : مناطق غلظتی در تیکنر
6-10- مخازن لیچینگ118
این مخازن از جنس فولادهای اوستنیتی مولیبدن دار 316 برای محیط اسیدی (اسید سولفوریک) ساخته شده است. در داخل مخازن عمل یکنواخت کردن محیط به وسیله چرخش پره های بهمزن فولادی 316 و نیروی موتورهای سه فاز، 380 ولت با قدرت 5/1 کیلووات، 35/4 آمپر و با دور 700 در دقیقه انجام می‎شود. به منظور کنترل درجه حرارت و دست یابی به دماهای لازم (داده های آزمایشگاهی) از مارپیچ های حرارتی فولادی استفاده گردیده است. حرارت لازم برای انتقال و کنترل درجه حرارت محیط مخازن، توسط آب گرم جاری در مارپیچ ها، تامین می‎شود.
6-11- صافی (بشکه ای)
در مواقعی که وزن مخصوص محلول حاصل از عمل لیچینگ، بسیار نزدیک وزن مخصوص جامد باشد، جهت جدا کردن مایع از جامد، از روش صاف کردن استفاده می گردد. در این روش می‎توان به ترکیبی تا 90-80 درصد محتوی جامد، دست یافت. برای عمل صاف کردن از محیط متخلخلی که معمولاً از نوع پارچه پنبه ای است و مایع از آن عبور می‎کند استفاده شده که جهت ذرات جامد تا 10 میکرومتر قابل استفاده می‎باشد. از دستگاه صافی به منظور شستشوی کیک حاصله نیز بهره برداری می‎شود. شستشو معمولاً به صورت اسپری انجام می گردد. دستگاه مزبور به شکل بشکه افقی است که صافی در داخل آن نصب گردیده است. خوراک ورودی، به وسیله بهمزنی، یکنواخت نگهداشته می‎شود.
قسمت درونی استوانه به دو محوطه مجزا تقسیم گردیده که هر کدام، مجهز به تعدادی خطوط گذرگاه آب حاصل از عمل صاف کردن می‎باشد. انتهای آبروها، به حوضچه انبار آب حاصل، منتهی می‎شود که حوضچه در معرض خلا ایجاد گردیده توسط پمپ مخصوص، قرار می‎گیرد. چرخش استوانه بکندی صورت گرفته و تخلیه مواد حاصل از عمل صاف کردن، توسط کاردک مخصوصی، قبل از اینکه مواد مجدداً، به داخل دستگاه برگردانده شود، انجام می‎گیرد (شکل 6-14).

شکل 6-14 : اساس کار صافی بشکه ای
مشخصات الکتروموتور گردان دستگاه به صورت زیر می‎باشد:
نوع جنرال الکتریک، سه فاز، 380 ولت، 1205 آمپر با دور 910 در دقیقه و دو پمپ صافی با مشخصات سه فاز، 380 ولت ، 66/0 آمپر با دور 1425 در دقیقه بوده و همچنین، دو پمپ خلا با مشخصات، جنرال الکتریک، سه فاز، 380 ولت با دور 2810 در دقیقه و نیز پمپ دمیدن هوا به صافی با مشخصات سه فاز، 380 ولت، با دور 1420 در دقیقه جهت پاک کردن صافی، موجود می‎باشد (شکل 6-15)
6-12- سانتریفوژ
جدا شدن آب و گل با استفاده از نیروی گریز از مرکز، توسط این دستگاه صورت می‎گیرد. بدین منظور محلول موردنظر وارد دستگاه سانتریفوژ گردیده و ناگهان به منطقه ای که شدیداً تحت نیروی گریز از مرکز قرار دارد، وارد می‎شود. به این ترتیب، ذرات جامد، به شدت به بدنه دستگاه پرتاب گردیده و از محل خروجی دستگاه، مطابق شکل (6-16)، خارج می گردد. شدت پرتاب و جدا شدن ذرات بستگی به سرعت موتور و نیروی گریز از مرکز دارد. مقدار مایع جدا شده از گل نیز، چنانچه از نظر ارتفاع به بیش از حد مجاز برسد از محل خروج مایع سرریز می‎شود. حجم محفظه دستگاه در بازدهی عمل و نیروی جدا شدن تاثیر بسزایی دارد. در این محفظه رابطه بین طول و قطر محفظه به نسبت 2 و 1 است (شکل 6-16).

شکل 6-15 : شمای داخلی صافی بشکه ای

شکل 6-16 : اساس کار سانتریفوژ
مشخصات الکتریکی موتورهای موجود در این دستگاه به صورت زیر می‎باشد:
1- سه فاز، 380 ولت، 8/1 آمپر با بسامد 50 هرتز، با قدرت 75/0 کیلووات و دور موتور 2850 در دقیقه.
2- سه فاز، 7/8 آمپر با بسامد 50 هرتز و قدرت 4 کیلووات با دور 2865 در دقیقه
6-13- مخلوط کننده119 و جدا کننده120
در مرحله استخراج با حلال، برای انجام عمل جداسازی اورانیم از محلول، به وسیله یک حلال مانند آمین های بازی و یا ترکیبات فسفری آلی، از دستگاههایی به نام مخلوط کننده و جدا کننده استفاده می گردد. دستگاههای طراحی شده در کارخانه از جنس فولادهای ضد زنگ اوستنیتی و به صورت 10 مرحله ای، 6 مرحله ای و 4 مرحله ای می‎باشد. عمل مخلوط کردن در قسمت استوانه ای مخلوط کننده ها، توسط موتورهای بهمزن تک فاز، 220 ولت، 9/1 آمپر با دور موتور 1400 دور بر دقیقه انجام گرفته و عمل پمپ کردن به مخلوط کننده ها توسط پمپ های لوا (LEWA) با قدرت 7/3 کیلووات و از نوع سه فاز، 380 ولت صورت می پذیرد. در قسمت مجاور مخلوط کننده ها، عمل جدا شدن، در جدا شدن، در جدا کننده ها انجام می‎شود. در داخل دستگاه، دریچه های تنظیم، تعبیه شده که بر حسب نوع ماده شیمیایی (آمین یا T.B.P) ، مورد استفاده واقع می‎شود (شکل 6-17):

شکل 6-17 : مخلوط کننده و جدا کننده
14-6- جریان سنج121
جهت اندازه گیری مقدار جریان عبوری در برخی از فرایندهای کارخانه، از 24 دستگاه جریان سنج استفاده گردیده است. جریان سنج های مورد استفاده هر کدام با ولتاژ 220 ولت و جریان اسمی 44/0 آمپر و بسامد 50 هرتز مورد بهره برداری قرار می گیرند که قدرت مصرفی هر کدام بین 30 تا 100 وات می‎باشد. میزان سرعت جریان سیال ورودی از 30 تا 500 لیتر در ساعت قابل تغییر بوده و مقاومت درونی هر جریان سنج 500 اهم است (شکل 6-18).

شکل 6-18 : مدارهای اصلی الکترونیکی مشخص کننده اساس کار جریان سنج.
توجه به رابطه که:
قطر داخلی لوله = d اختلاف پتانسیل = Um
سرعت جریان سیال = V شدت میدان مغناطیسی = B
می باشد، مقدار سرعت جریان سیال بر حسب لیتر بر ساعت تعیین گردیده و بر صفحه نشان دهنده، که از 0 تا 100 درجه بندی شده مشاهده می گردد. مثلا برای جریان سنج با سرعت جریان حداکثر 500 لیتر بر ساعت، چنانچه عقربه روی درجه 40 متوقف بماند، به معنی آن است که در هر ساعت لیتر سیال از سیستم عبور می‎کند.
حداکثر درجه حرارتی که جریان سنج می‎تواند در آن محیط قرار گیرد 50 درجه سانتیگراد است. کابل ورودی به جریان سنج، با سطح مقطع 5/1×3 میلی متر مربع و سیم های مخصوص اتصالات داخلی با سطح مقطع 75/0 × 2 میلی متر مربع در نظر گرفته شده است. برای دقت در سنجش جریان عبوری، لازم است که الکترودها و لوله ها هر چند وقت یکبار به روش الکتروشیمیایی تمیز گردد.

شکل 6-19 : نمای رسوب دهنده

6-15- رسوب دهنده
در این واحد، آخرین فرایند، عمل رسوب کردن بوده که برای انجام این منظور از دو نوع دستگاه رسوب گیری، یکی به شکل مکعب از نوع پرسپکس122 و دیگری به شکل استوانه ای از نوع فولاد و به صورت سه جداره ای استفاده می‎شود. جداره داخلی برای عمل رسوب گیری (راکتور) و جداره میانی برای بازگشت U3O8 و جداره خارجی جهت جداسازی کیک زرد و مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می‎گیرد. عمل بهمزدن توسط پره هایی به شکل پروانه و با نیروی موتور مشابه در مخلوط کننده، میسر گردیده و حرارت موردنیاز از طریق مارپیچ های حرارتی و آب گرم جاری در آنها تامین می‎شود
(شکل 6-19).
6-16- کوره
به منظور کاستن مخارج حمل و نقل، بایستی رطوبت محصول نهایی تا حد 5 درصد کاهش یابد. این حد رطوبت، برای جلوگیری از اتلاف محصول بصورت گرد و غبار در نظر گرفته می‎شود. کوره موجود در کارخانه، از نوع الکتریکی، سه فاز، 400 ولت، بسامد 50 هرتز با کابل ورودی چهار سیمه به قطع 16×4 میلی متر مربع می‎باشد. توان الکتریکی آن 22 کیلووات و جریان 42 آمپر می‎باشد. کوره حرارتی مزبور تا 1175 درجه سانتیگراد قابل گرم شدن است.

فصل هفتم

نقش آزمایشگاهها در فرآیند تغلیظ

7-1- آزمایشگاه فرایند لیچینگ
اصولاً اجرای پروژه های متالوژیکی بر روی نمونه کان سنگ های اورانیوم، ابتدا بطور کامل در آزمایشگاهها ارزیابی می‎شود و در نهایت، پیشرفت و تکمیل نتایج حاصل از کار آزمایشگاهی است که اطلاعات لازم فنی جهت مناسب ترین روش علمی و عملی فرایند استخراج اورانیوم از کان سنگ را در مقیاس صنعتی ارائه می‎دهد. از این نظر، پیشرفت تکنولوژی همیشه از نتایج مطلوب آزمایشگاهی، پروژه ای با ارزش است.
بدین لحاظ، پس از ارزیابی های مقدماتی کان سنگ در آزمایشگاههای مربوط از نظر سنگ نگاری، مورفولژی123، کانی شناسی و تعیین و اندازه گیری کمیت های فیزیکی و شیمیایی، نخستین مرحله فرایند شیمیایی تغلیظ اورانیوم (لیچینگ) شروع می گردد.
نقش آزمایشگاه فرایند لیچینگ در واقع، بررسی و تجزیه و تحلیل عوامل اساسی در تداوم موثر فرایند فوق می‎باشد. روش متعارف جهت دستیابی به بهترین شرایط برای فرایند لیچینگ در واقع ثابت گرفتن کلیه عوامل، به استثنای یک مورد و انجام آزمایشهای لازم بر روی آن با دامنه تغییرات محدود می‎باشد. پس از انجام آزمایشهای موردنیاز و مقایسه نتایج بدست آمده با یکدیگر، بهترین نتیجه جهت عامل متغیر مشخص می گردد. عوامل موثر در این ارتباط عبارت است از :
الف- غلظت و میزان اسید،
ب- قابلیت هدایت الکتریکی، PH
ج- دمای واکنش،
د- مدت زمان،
هـ- نوع اکسیدان ها.
و- سطح و ابعاد دانه ها،
ز- وزن مخصوص مخلوط و
ح- سرعت بهمزن.
نتایج حاصله از آزمایشها به قسمت مهندسی فرایند گزارش گردیده که واحد مزبور با در دست داشتن اطلاعات فوق اقدامات لازم را به عمل می‎آورد.
لازم به تذکر است که آزمایشهای مزبور همگی در ارتباط با فرایند لیچینگ اسیدی می‎باشد. سایر وظایف عمده آزمایشگاه در این حیطه، مرتبط با شناخت عوامل ترمودینامیکی و فیزیکوشیمیایی در لیچینگ کربناتی و نیز لزوم شستشو در فشار و لیچینگ چند مرحله ای است. امکان کاربرد تکنیک جدید در لیچینگ تپه ای124، تراوشی125 و باکتریال126نیز از مواردی است که می بایست در آزمایشگاه شیمی دقیقاً، مورد بررسی قرار گرفته تا بر اساس اطلاعات حاصله، به مناسب ترین روش استخراج سنگ معادن مخلتف که از دیدگاه اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد، دست یافته و آنرا در مقیاس صنعتی بکار گرفت.
7-2- آزمایشگاه فرایند خالص سازی و تغلیظ
اصولاص، تصفیه و خالص سازی اورانیم به دو روش استخراج با حلال و استخراج با تبادل یونی توسط رزین به انجام می رسد.
7-2-1- استخراج با حلال
روش تصفیه با حلال برای خالص سازی مواد بخصوص از زمان بکارگیری اورانیم به عنوان ماده مولد انرژی تکامل و رواج زیادی پیدا کرده، و فرایندهای مختلفی در سطح صنعتی تدوین گردیده است؛ تکنیک تصفیه با حلال دارای سه مرحله به شرح زیر می‎باشد:
الف- استخراج با حلال127 ،
ب- شستشوی ناخالصی ها از حلال128 و
ج- بازیابی ماده خالص از حلال.
طبیعت تصفیه فلزات با حلال و تشکیل کمپلکس های قابل انتقال به فاز آلی از اهمیت اساسی برخوردار بوده و در نتیجه، منطقی است که چگونگی انتقال فلز به فاز آلی را بر اساس ماهیت شیمیایی آن طبقه بندی کرد. در این طبقه بندی به طور کلی سه نوع انتقال صورت می پذیرد:
1- گروهی که با فلز تولید یک ماده قابل انتقال به فاز آلی می‎کند.
2- دسته ای که تشکیل تجمع یونی می دهد،129
3- رده ای که باعث پوشیده شدن فلز با مولکولهای مواد حلال می گردد130
شرایط و پارامترهای فرایند تصفیه با حلال در آزمایشگاه تعیین شده و عبارت است از:
1- ظرفیت جذب فلز131
2- غلظت حلال در رقیق کننده،
3- نسبت حجمی فازها132
4- تعیین مراحل استخراج و بازیابی
5- سرعت انتقال اورانیم و در نهایت تعیین زمان تماس لازم
6- اثر حرارت در استخراج
7- ضریب تقسیم
8- پارامترهای سینتیکی
9- حالات فیزیکی مواد
10- ضریب سرعت استخراج133 و
11- سرعت استخراج134.
با مشخص گردیدن عوامل مذکور، اطلاعات لازم برای تصفیه اورانیوم محلول های لیچینگ جمع آوری شده و منحنی تعادلی موردنیاز ترسیم می گردد.
اطلاعات بدست آمده در اختیار مهندسی فرایند قرار گرفته و اقدامات بعدی صورت می پذیرد.
7-2-2- استخراج با تبادل یونی توسط رزین
شرایط و عوامل موثر در فرایند تصفیه با رزین علاوه بر شرایط شیمیایی که قبلا در رابطه با فرایند استخراج با حلال ذکر شد، موارد زیر را نیز در برمی گیرد:
1- شرایط فیزیکی محلول های اورانیم دار،
2- عوامل مربوط به جذب135 و پاکیزه سازی رزین
3- اطلاعات مربوط، حجم سیالات لازم برای استخراج و بازیابی،
4- تعیین نقطه پیدایش اورانیوم از انتهای ستون رزین به هنگام جذب136 و
5- وجود موام مزاحم قابل استخراج و مواد مسموم کننده رزین و چگونگی برطرف کردن آنها برای استفاده مجدد از رزین
7-3- آزمایشگاه فرآیند رسوب گیری
مروری بر سوابق عملیات رسوب گیری از محلول های حاوی اورانیوم نشان می‎دهد که قبل از ابداع و بکارگیری تکنیک های جدید در تصفیه و پالایش محلول های لیچینگ، انجام عمل رسوب گیری شامل فرایندهای شیمیایی پیچیده و پرهزینه ای در حذف عناصر همراه و مزاحم بوده است. با وجود این، هنوز نیز می بایست مراقبت ها و دقت های خاص و تکنیک های ویژه در این مرحله مبذول گردد تا محصول حاصل از این مرحله پس از عمل آب گیری و خشک کردن و تکلیس آن در دمایی مناسب بتواند به عنوان محصول حد واسط خوب در تهیه اکسیدنهایی اورانیم Uo2 بکار گرفته شود.
محلول های حاوی اورانیم حاصل از مرحله لیچینگ عمدتاً دارای دو ویژگی اسیدی یا قلیایی است و چنانچه همین خصوصیات محلول بعد از عبور از رزین های تبادل یونی یا در استخراج با حلال نیز حفظ شود، می بایست دو روش عمل متفاوت در رابطه با محلول های تصفیه شده "اسیدی" و یا "قلیایی" بکار گرفته شود.
رسوب گیری از محلول های قلیایی بسته به نوع ماده رسوب دهنده به سه دسته تقسیم می‎شود:
الف- افزایش یک باز قوی،
ب- اسیدی کردن، خروج گاز CO2 و سپس خنثی سازی با یک باز، و
ج- احیا با هیدروژن.
روش دیگری نیز موسوم به روش ویژه موجود است که طی آن در محلول های لیچینگ (تحت فشار) با استفاده از کربنات آمونیم جهت خارج ساختن آمونیاک و دی اکسید کربن عمل عریان سازی با بخار صورت می‎گیرد.
رسوب گیری از محلول های اسیدی به دو روش زیر صورت می پذیرد:
1- کاربرد یک باز نظیر آهک، سود سوزآور، اکسید منیزیم و آمونیاک، و
2- بهره گیری از آب اکسیژنه.
نکته ای که در عمل رسوب گیری حائز اهمیت است، بکارگیری صحیح داده های آزمایشگاهی جهت طراحی و ساخت مخازن مخلوط کننده، کنترل و تنظیم PH محیط رسوب، کنترل حجم ورودی محلول ها و مواد رسوب دهنده به سیستم، کنترل دما و نیز دور مناسب بهمزن مخازن و … می‎باشد.
7-4- آزمایشگاه تجزیه و تحلیل مواد
فرایند تهیه کیک زرد از سنگ معدن اورانیوم نیازهای کمی و کیفی متعدد و متفاوت را می طلبد. عملیات مزبور بمنظور ارزیابی، توسعه و بهبود فرایند فوق اعمال می گردد. نتایج حاصل، کنترل کیفیت محصولات حد واسط و محصولات نهایی یعنی کیک زرد (اکسید اورانیم) را میسر می‎کند:
سنگ معدن استخراج شده از نظر تعیین مواد تشکیل دهنده کان سنگ مورد تجزیه و تحلیل خشک با روشهای XRF و XRD قرار می‎گیرد. تجزیه و تحلیل XRF درصد عناصر موجود در سنگ معدن را مشخص می نماید و تجزیه و تحلیل XRD بیان گر نوع کانی یا کانی های موجود در سنگ معدن و طبقه بندی آنها از نظر زمین شناسی خواهد بود که با در اختیار داشتن این گونه اطلاعات از سنگ معدن، در چهارچوب یک نمونه برداری سیستماتیک و جهت دار، می‎توان نوع برخورد مناسب جهت عملیات بعدی را اتخاذ کرد.
در مرحله لیچینگ، بررسی های متعددی، چه قبل و چه بعد از این مرحله می بایست انجام پذیرد تا بتوان به یک محلول لیچینگ مناسب دست یافت.
بطور کلی، قبل از فرایند لیچینگ و بمنظور انتخاب راه مناسب، می بایست سنگها از نظر سنگ نگاری، کانی شناسی، عناصر اصلی، عناصر مورد نظیر، عناصر کمیاب و سایر عواملی که به شناسایی بافت یک کان سنگ کمک می کند، مورد بررسی قرار می‎گیرد.
در مرحله جداسازی اورانیوم از ناخالصی ها، لازم است از مقاطع مختلف فرایند استخراج با حلال یا رزیناهی تبادل کننده یونی، نمونه برداری شود.
این نمونه برداری از فازهای مختلف آبی و آلی تواماً صورت می پذیرد. تجزیه و تحلیل این نمونه ها، کیفیت فرایند فوق را از نظر بازدهی جداسازی و تاثیرات متقابل مواد بر یکدیگر را مشخص می نماید. بدین ترتیب، کنترل لازم بر جریان فرایند شیمیایی و فیزیکی اعمال می‎شود. گاهی اوقات، در این مرحله دانستن میزان اسیدیته آزاد و برخی از آنیون ها در محلول از تصفیه نیز الزامی است.
در مرحله رسوب دادن اورانیوم به صورت کیک زرد، یا هر محصول نهایی دیگر از محلول تصفیه شده، تجزیه و تحلیل دقیق مقدار اورانیوم و تعدادی از کاتیون ها و آنیون ها ضروری است. پس از کلسینه کردن محصول و بدست آمدن U3O8 لازم است ابتدا، درجه خلوص محلول نسبت به اورانیم و سپس، میزان ناخالصی همراه اورانیم در پودر اکسید اورانیم، باید مورد اندازه گیری قرار گیرد. مطالعات فیزیکی نظیر آزمایشهای XRD ، XRF و بررسی کلیه عواملی که تطبیق آنرا با استاندارد تعیین شده جهت قابلیت آن به عنوان ماده اولیه برای مراحل بعدی مشخص می سازد، اجتناب ناپذیر است.

فصل هشتم

آماده سازی محصول جهت استفاده
در راکتورها و تولید برق

چرخه سوخت هسته ای محور اصلی تکنولوژی هسته ای در جهان به شمار می رود و کشورهایی محدودی در جهان از این تکنولوژی برخوردارند، علاوه بر تکنولوژی این چرخه دیگر پارامترهای مهم برای عدم دستیابی دیگر کشورها به این تکنولوژی هزینه بالای آن و مدت زمان زیاد برای ایجاد چرخه سوخت است یعنی دو پارامتر زمانبد بودن و پرهزینه بودن آن نقش مهمی دراکتساب این تکنولوژی دارد.
به سبب دلایل ذکر شده در بالا برای بدست آوردن تکنولوژی چرخه سوخت، اکثر کشورهای جهان نمی توانند از این تکنولوژی بهره بگیرند و تنها 8 کشور در جهان دارای چرخه کامل سوخت هسته ای هستند.
چرخه سوخت هسته ای در چند مرحله دنبال می شود که می توان شروع آنرا از معدن وخاتمه آنرا راکتور هسته ای دانست با این دیدگاه چرخه سوخت از معدن تا راکتور هسته ای مراحل زیر را طی می کند.
1- اکتشاف و استخراج اورانیوم
2- کانه آرایی و فرآوری سنگ معدن اورانیوم
3- تولید فرآورده های اورانیوم UCF
4- تولید بسته های سوخت FMP
5- مجتمع میله های سوخت برای استفاده در راکتور هسته ای :
که در شکل می توان مراحل و روند تولید سوخت هسته ای را مشاهده کرد. اولین مرحله چرخه سوخت هسته ای اکتشاف اورانیوم است در این راستا شناسایی کانسارهای اورانیوم کشور، ارزیابی ذخایر اورانیوم موجود در جهت تامین سوخت نیروگاه های هسته ای الزامی می باشد.
در مرحله اول اکتشاف اورانیوم اکتشاف هوایی رادیومتری یک سوم کل کشور را پوشش داده و با استفاده از داده های این پردازهای هوایی رادیومتری و داده های ماهواره ای وعملیاتی ژئوفیزیکی مختلف زمین، عملیاتهای ژئوشیمی، در مراحل بعدی با عملیات های چاه پیمایی ، مغزه برداری، تخمین ذخایر اکتشاف شده صورت می گیرد که در این راستا اکتشاف ذخایر اورانیوم ساغند، خشومی، ناریگان و زریگان در ایران مرکزی انجام شده و در آنومالیهای محدوده ساغند مجتمع معدنی ساغند با انجام عملیاتهای استخراجی ، تا پایان سال 84 شروع به استخراج کنسانتره اورانیوم خواهد کرد.
طرح اولیه اکتشاف هوایی کل مساحت کشور ایران در سه فاز و در سالهای 56 و 57 توسط سه شرکت خارجی، پراکلا، آستریکس و CGG انجام شد که در این فازها اندازه گیری پتانسیل پرتوزایی و مغناطیسی صورت می گیرد.و
فازهای دیگر و مراحل دیگر اکتشاف را می توان بصورت زیر بیان کرد.

در راستای اکتشاف معادن اورانیوم عملیاتهای مهندسی دیگر شامل حفر ترانشه – حفاری با دستگاههای دریل واگن و حفر گمانه های شناسایی انجام می گیرد. در مرحله بعد که استخراج معادن می باشد و در کشور ما ایران نیز اولین معدن اورانیوم آن در ساغند در حال آماده سازی برای بهره برداری می باشد که در معدن ساغند استخراج اورانیوم به دو صورت روباز و زیرزمینی انجام می گیرد و برای استخراج زیرزمینی دو حلقه چاه 650 متری، برای دسترسی به ماده معدنی و ذخیره ای که در فاز تفضیلی در حدوده ساغند انجام گرفته ماده معدنی در 230 تا 660 متری زمین واقع شده و از 6 افق به این منابع از طریق آسانسور دسترس می یابد. بعد از استخراج سنگ معدن اورانیوم برای فرآورده و کانه آرایی آن و تولید کیک زرد این سنگ معدن تحویل کارخانه فرآوری و کانه آرایی (اردکان) می گردد.
برای این کار یعنی کانه آرایی و تهیه کنستانتره یا کیک زرد اورانیوم سنگ معدن اورانیوم به کارخانه اردگان یزد انتقال داده می شود برای این کار سنگ معدن اورانیوم ازساغند توسط خط راه آهن چادرملو- ساغند به اردکان انتقال داده می شود.
در واقع در مرحله کانه آرایی در مرکز کانه آرایی استحصال اورانیوم از سنگ معدن و تولید کیک زرد می باشد. که این کار در سایت اردکان انجام می گیرد. با ظرفیت تولید 67 تن اکسید اورانیوم در واقع ورودی کارخانه 120 هزار تن سنگ معدن و خروجی آن 67 تن اکسید اورانیوم است که در این پروسه عملیاتهای خردایش، سرند ، کردن ، جداسازی پرتویی سینتیرینک خردایش مجدد، دفع اورانیوم در حلال و کلسینه کردن انجام می گیرد و در نهایت محصول نهایی تولید می شود.
حلقه بعدی تولید سوخت هسته ای مرحله UCF می باشد که مخفف (Uranium Conversion facalities) می باشد.
در واقع در این مرحله تولید ترکیبات اورانیومی ، انجام می گیرد و کارخانه Vcf بعنوان یکی از صنایع مادر و پشتوانه ای بنیادی جهت تولید سوخت راکتورها می باشد.
فرایند خالص سازی و تبدیل ترکیبات اورانیوم از تکنولوژی ویژه ای برخوردار است و در سطح جهان در انحصار چند کشور می باشد. در واقع در کارخانه VCF ترکیبات زیر تولید می شود.

فرآیند انحلال وا ستخراج و تولید AVC و تبدیل آن در در کوره با حرارت 400 درجه سانتی گراد و تاثیر اسید و در نهایت تولید صورت می گیرد.

حلقه بعدی تولید سوخت هسته ای تولید زیرکونیوم برای میله های سوخت در راکتورها می باشد یا پروسه ZPP که مخلف (Zirconivm production plant) است.
کارخانه تولید زیرکونیوم با مدت تولید اسفنج زیرکونیوم، لوله، تسمه ومیله از جنس آلیاژهای زیرکونیوم طراحی و ساخته شده است ، آلیاژهای زیرکونیوم به شکل گسترده ای به عنوان غلاف و شبکه نگهدارنده میله های سوخت در راکتورهای هسته ای بکار یم رود.
آخرین حلقه تولید سوخت هسته ای تولید بسته های سوخت (FMP) برای مصرف در راکتور می باشد که مخفف کلمات (Feul Matterial Plant) است.
در واقع بعداز تولید Vfbl هگزا فلوراید اورانیوم از کیک زرد، این محصول برای غنی سازی توسط دستگاه های سانتریفیوژ به اورانیوم غنی شده که ماده اولیه سوخت هسته ای است تبدیل می شود.
در مرحله آخر یعنی تولید بسته های سوخت فرآورده های اورانیوم که بصورت پودر وارد مجموعه کارخانه می شود و از طرف دیگر تولیدات کارخانه زیر کونیوم نیز بصورت غلاف و شبکه به کارخانه وارد می شود ودر نهایت بسته های سوخت حاوی قرص های اکسید اورانیوم برای مصرف در راکتورهای هسته ای تولید می شود.
در واقع مجتمع سوخت از تیرهای میله ها تشکیل شده که میله های سوخت نیروگاه هسته ای بوشهر 311 میله سوخت است که این میله ها از قرص های اکسید اورانیوم پر شده است.
آماده سازی پودر، پرس، کوره سینتیرینگ ، سایش قرص ها، خشک کن، انبار فرص پخته شده ، و در نهایت بخش تولید میله سوخت از قسمتهای کارخانه تولید بسته های سوخت است.
در نهایت بسته های سوخت برای مصرف در راکتور هسته ای بوشهر با ظرفیت تولید 100 مگاوات برق است که این میزان نیاز به 30 تن سوخت ارسال دارد.
با قرار گرفتن مجتمع های سوخت در داخل راکتور تحت تاثیر حرارت افشا و تابش نوترون قرار می گیرد و با شکافت هسته ای اورانیوم انرژی و حرارت زیادی آزاد می گردد که تبدیل به برق می شود.

منابع :
1- حسنی پاک، علی اصغر، شرف الدین، 1380 "تحلیل داده های اکتشافی" انتشارات دانشگاه تهران، تهران، ایران، فصل دوم.
2- ندافی- ف ، قریب- ا، شارشاد- ع ، جوانشیر- پ "آشنایی با سیکل سوخت هسته ای و پروژه تغلیظ" زیر نظر معاونت مواد اولیه و سوخت سازمان انرژی اتمی ایران فصل چهارم و پنجم و ششم
3- قادری، محمدرضا، 1378 ، "سیمنار معدنکاری فرآوری کانسنگهای اورانیوم دار زیر نظر سازمان انرژی اتمی معاونت تولید سوخت هسته ای، فصل اول، سوم
4- شاکری، کمال "پرتوزایی در مناطق اکتشافی و استخراجی" سازمان انرژی اتمی، گزارش داخلی، 1372
5- واحد اکتشاف و استخراج سازمان انرژی اتمی ایران، "طراحی پایه معادن اورانیوم ساعته" واحد اکتشاف و استخراج، گزارش داخلی 1373.

1 . Radioactive Decay
2 . By Product
3 . Nuclear Fuel Cycle
4 . Metanictization : پدیده از هم گسیختن شبکه بلوری کانی جاری عنصر رادیواکتیو در اثرتشعشات رادیواکتیو آن عنصر بدون آنکه شکل خارجی جسم تغییر کند.
5 .Scintillometer
6 . Geiger- Muller Counter
7 .Photomutiplier
8 . Colorado
9 . Uhta
10 . Shinkolobwe
11 . Eldorado
12 . Conglomerates
13 .Sandstones
14 . Vein- Type Deposites
15 . Magmatic Vein Deposite
16 . Intramagmatic Mineralization
17 . Calcrete-Caliche
18 . Blind River -Elliot Lake
19 . Witwatersrand
20 .Oligomictic
21 . Blind River- Elliot Lake
22 . Orebody
23 . Witwatersrand
24 . Peneconcordant Deposits
25 . Roll-Type Deposits
26 . Stack Deposits
27 .Epigenetic
28 . Roll
29 .Francaville
30 . Ambrosia
31 . Nabarlek
32 . Ranger
33 . Rabbit lake
34 . Rossing
35 .Yeelirie
36 . Wyoming
37 Decayin
38 Methods for Radioactive decay
39 Cosmic electromagnetic
40 Emitters
41 Atomospheric Bismuth
42 Cosmic Ray
43 Capture by pair production
44 Capture by pair production
45 Capture by photo electric effect
46 fission debris resulting
47 Lodestone
48 Leading stone
49 Diamagnetic
50 Paramagnetic
51 Ferromagnetic
52 Bird
53 Iso Anomaly Map
54 Qualitative
55 Quantitatve
56 . Uranium Mining
57 . Solution Mining
58 . Open pit
59 . Underground Mining
60 . In-Situ Leaching
61 . Drilling
62 . Blasting
63 . ANFO
64 . Selective Blasting
65 . Massive Blasting
66 . Pit
67. Block Caving
68 . Sub level Stoping
69 . Shirinkage
70 . Cut & Fill
71 . Under Cut & Fill
72 . Parallel long Holes
73 . Vertical Creator Retreat
74 . Room & Pillar
75 . Massive Deposits
76 . Long Wall Stooping
77. Massive Deposits
78 . Stock Work
79 Storing
80 Processing
81 . Ramp
82 . Placer Dome Gold
83 . Non Selective
84 . Jaw Crusher
85 . Cone Crusher
86 . Screen Classifier
87 . Ball Mill
88 . Mesh
89 . Magnetic Separator
90 . Leaching
91 . Viscosity
92 . Gangue
93 . Continuous Stirred Tank Reactor
94 . Flocculatn
95 . Counter Current Decapitation (CCD)
96 . Drum Filter
97 . Selective
98 . Emulsion
99. Extraction
100 . Stripping
101 . Monodoecyl Phosphoric Acid
102. Di(2-ethylhexyl) – Phosphoric Acid
103 . Dialkyl Pyrophosphoric Acid
104 . Tri Btuyle Phosphate
105 . Synergistic
106 . Dapex
107 .Diluent
108 . Modifier
109 . Alamine 336
110 .Amex
111 . Crosslinking
112 . Adsorption
113 . Elution
114 Spiral Classifier
115 High Intensity
116 Low Intensity
117 Sedimentation
118 Leaching Tanks
119 Mixer
120 Settler
121 Flow Meter
122 Perspex
123 Morphology
124 Heap
125 Percolation
126 Bacterial
127 Dapex Process, Eluex Process, Buflex Process, Purlex Process, Amex Process, etc.
128 Scrubbing
129 Ion Associatoin
130 Salvation
131 Loading Capacity
132 Phase Ratio
133 Rate Constant
134 Extraction Rate
135 Loading
136 Break Through Point
—————

————————————————————

—————

————————————————————