Uranbrytning. Strålskydd och miljöeffekter i kärnbränslecykelns olika skeden. Professor em. Sven Åke Larson Geovetarcentrum Göteborgs Universitet

Transkript

1 Uranbrytning Strålskydd och miljöeffekter i kärnbränslecykelns olika skeden Professor em. Sven Åke Larson Geovetarcentrum Göteborgs Universitet

2

3 Var sitter uranet i berggrunden? Vad är en malm? Hur mycket uran finns det? Skall uran brytas i Sverige? Var finns det uranmalmer? Hur bryts de? Vilka effekter kan hanteringen ha?

4 Var sitter uranet?

5 MINERAL En i naturen förekommande kristallin kemisk förening (specifik kristallstruktur) Ca 4000 kända

6 Gedigna (undantag) Silikater (dominerar) Sulfider o sulfosalter Oxider Halider Karbonater Nitrater Borater Sulfater Mineralgrupper Fosfater, Arsenater, Vanadater, Uranater, Volframater o Molybdater

7 URANMINERAL % U Mineralnamn Kemisk formel MW 88.15%U Uraninite UO %U IMA UO2(OH) %U Ianthinite (UO2) 5(UO3) 10(H2O) %U Metaschoepite UO3 n(h2o)(n<2) %U Paraschoepite UO3 2(H2O)(?) %U Schoepite (UO2)8O2(OH)12 12(H2O) 2, %U Coffinite U(SiO4)1-x(OH)4x %U Becquerelite Ca(UO2)6O4(OH)6 8(H2O) 1, %U Metauranopilite (UO2)6(SO4)(OH)10 5(H2O) 1, %U Rutherfordine UO2(CO3) %U Agrinierite (K2,Ca,Sr)U3O10 4(H2O) %U Soddyite (UO2)2SiO4 2(H2O) %U Compreignacite K2(UO2)6O4(OH)6 8(H2O) 2, %U Metastudtite UO4 2(H2O) %U Rameauite K2CaU O20 9(H2O) 2, etc. Ca 100 kända mineral med uranhalter över 50 vikt-%

8 Vad är en bergart? En bergart består av ett eller flera mineral Varav ett dussintal mineral bygger upp ca 97% av jordskorpans bergarter! dvs är bergartsbildande.

9 Uranmineral hör inte till de bergartsbildande mineralen!

10 Den genetiska indelningen av bergarter: Magmatiska (bildade ur en magma) Sedimentära (förfastade sediment) Metamorfa (Omvandlade från de andra)

11 Bergartscykeln

12 Magmatiska ytbergarter

13 Magmatisk djupbergart Kvarts Hornblände + glimmer Fältspater +Mica

14 Sediment

15 Sedimentär bergart Sandsten

16 Miljöer där metamorfos sker

17 Tryck granit Granit blir gnejs gnejs Magmatisk bergart Tryck Metamorf bergart

18 Vad är en malm?

19 Jo, En mineralförekomst som kan brytas med vinst.

20 Alltså, Ena dagen en malm - andra dagen ofyndigt berg!

21 Uranpriset Har varierat kraftigt under senare årfrån 170 kr/kg till över 2000 kr/kg. Idag (?) ca 700 kr/kg

22 Hur mycket uranmalm finns det?

23 U tillgångar (beräknat utifrån 130 US dollar/kg) 1. Australia t U 2. Kazakhstan Russia South Africa Brazil Namibia Canada Jordan Ukraine Uzbekistan Niger India (24) 13. China,cont'l Mongolia Denmark France Spain Greece Sweden Vietnam 5400

24 Är uranmalmer knutna till bergartstyp? Sedimentära förekomster- koncentrationer genom bl.a. densitetskontraster (vaskning) eller utfällt i matrix. Magmatiska förekomster. Mest som motor vid omvandling (metamorfos) av sidoberg. Hydrotermala förekomster - koncentrationer genom lakning och utfällning - t.ex. som sprickmineral.

25 Hur blir uranet mobilt? Genom uppoxidering av U till U 6+ (vanligen tillförsel av syre) och Genom komplexbildning med bl.a. karbonatjonen (tillförsel av CO 2 )

26 Uppskattade volymer uran i olika typer av bergarter, jordskorpa och vatten

27 Uranmängd (1 000 t U) rapporterat 1999 Antal år med dagens konsumtionstakt Natural uranium stocks Höganrikat uran och plutonium Kända konventionella tillgångar <40 USD/kgU > <80 USD/kgU <130 USD/kgU Ej upptäckta konventionella tillgångar <80 USD/kgU Total mängd konventionella tillgångar <130 USD/kgU Uran i fosfater Uran i havsvatten Tabellen tagen från OECD's Trends in the Nuclear Fuel Cycle: Economic, Environmental and Social

28 SKALL URAN BRYTAS I SVERIGE?

29 Jan-Olof Hedström, chef för den statliga myndigheten Bergsstaten och med huvudkontor i Luleå: Vi har världens hårdaste miljölagstiftning på det här området och är det någonstans som det ska brytas uran så är det i Sverige och varför då inte i Norrbotten. Jan-Olof Hedströms resonemang bygger på att det för fullt pågår en global uranbrytning, att den inte går att stoppa och att produktionen till och med måste öka. NSD

30 - Av olika anledningar så börjar det bli brist på uran, vilket den kraftiga prisökningen på uran indikerar. Samtidigt snurrar det runt om i världen kärnkraftverk som måste förses med uran. Och så länge inte alternativen kan kompensera fullt ut så är uranbrytning ett måste. Jan-Olof Hedström pekar i sin argumentation på den svenska lagstiftningen på gruvområdet. - Vi ligger i fronten på det området och därför kan en miljösäker uranbrytning bedrivas i Sverige. NSD

31 Myndighet Beslut Beslutet innebär prövning av Bergsstaten Undersökningstillstånd Sökandens anledning Sökandens avsikt Sökandens möjlighet Sökandens lämplighet Länsstyrelsen Undersökningsarbete Om miljön påverkas eller om bestämmelser kräver prövning. Tillstånd/villkor som behöver beslutas. Bergsstaten Bergsst + lst Regeringen Bearbetningskoncession Sannolik malm Gruvverksamhetens arrondering Länsstyrelsens förslag Lokaliseringen, 3-4 kap MB samt MKB Hela ärendet om Bergsstaten vill frångå länsstyrelsens förslag Miljödomstolen Tillstånd 9, 11 kap MB Tillstånd till verksamheten med villkor Bergsstaten Markanvisningsbeslut Överenskommelser grundläggande Markbehovet, läge och omfattning Avgörande av tvister Utstakning och karta Tillträde Kommunen Planfrågor, bygglov mm Byggnader och anläggningar

32 Var finns uranet i Sverige?

33 Den Fennoskandiska sköldens berggrundsenheter Gammal berggrund Flera metamorfa händelser Från Lundqvist et al.; Sveriges Geologi från urtid till nutid

34 Historia 50-tal: Kvarntorp (50 ton U som biprodukt till oljeutvinning) 6o-tal: Ranstad 70-tal: Pleutajokk i Arjeplog kommun. Liljuthatten i Krokom kommun. Totalt fanns år 1983 beviljade undersökningskoncessioner i 52 områden i 15 kommuner i Norrland från Ovanåker i söder till Arjeplog och Boden i norr.

35 Nuläget (efter 90-talets lagändring) Sammanlagt ca. 247 tillstånd i 66 kommuner i 12 län. (45 tillstånd har upphört). Störst antal tillstånd finns i följande kommuner: Berg -33 Arjeplog -30 Strömsund -17 Arvidsjaur -13 Provborrningar som gäller uran eller alunskiffer har hittills genomförts i cirka 10 områden av 7 företag.

36 Uranprospektering

37 Uranprospektering

38 Sveriges berggrund Blått: sedimentär berggrund

39 Västgötabergen Utgör rester av ett ca 3 kilometer tjockt sedimenttäcke avsatt på den äldre berggrunden för ca miljoner år sedan. Merparten av sedimenten härrörde från den Skandinaviska fjällkedjan som började eroderas ner för 400 miljoner år sedan. Dessa sediment är idag i sin tur till större delen borteroderade, men återfinns bl.a. i Östersjön och Baltikum.

40 Kvarntorp Billingen Från SGU

41 Den kambriska, ordoviciska och siluriska sedimentära berggrunden har tillsammans en tjocklek på ca 100 m.

42 Billingen - Ranstad Dagbrott Ca 300 ppm U Stora volymer Men kräver därför också stora brytningsarealer!

43 Ranstad dagbrott år 1978, innan restaureringen. Där, mellan år 1965 och år 1969, utvanns 210 ton uran. Utvinningen lämnade efter sig ett dagbrott i form av en 2 km lång trågliknande sänka med en bredd av ca 100 m och med ett djup på m. Över en miljon ton lakrester och gruvavfall lades på ett 25 ha stort område, dessutom lämnades ett stort antal byggnader och avloppsanläggningar. En avloppsledning för renat processvatten går från Ranstad till Hornborgaån i Broddetorp, uppströms Hornborgarsjön.

44 Uran kan även finnas anrikat i graniter Kända granitområden med anomala U+Th+K - halter Malingsbogranit Bohusgranit

45 Bohusgranit

46 Uranhalter i Bohusgranit

47 Värmeproducerande element i Malingsbogranit

48 Var bryts uran idag?

49

50

51 CANADA

52 AUSTRALIEN

53 Olika länders årsproduktioner (ton U) Country Canada Kazakhstan Australia Namibia Russia (est) Niger Uzbekistan USA Ukraine (est) China South Africa Brazil India Czech Repub Romania Germany Pakistan France total world tonnes U 3 O percentage of world demand 65% 63% 64% 68%

54 Sveriges behov Behovet av natururan för de svenska reaktorerna anges till ca ton /år. Källa: OECD/IAEA, 2008, Uranium 2007: Resources, Production and Demand. NEA No 6345.

55 Mine Country Main owner Type Production (t U) % of world McArthur River Canada Cameco underground Ranger De största uranproducerande gruvorna 2008 Australia ERA (Rio Tinto 68%) open pit Rössing Namibia Rio Tinto (69%) open pit Olympic Dam Australia BHP Billiton by-product/ underground Kraznokamensk Russia ARMZ underground Arlit Niger Areva/Onarem open pit Rabbit Lake Canada Cameco underground Akouta Niger Areva/Onarem underground McClean Lake Canada Areva open pit Akdala Kazakhstan Uranium One ISL Top 10 total 27,436 62%

56 Hur bryts uranet? Dagbrytning Underjordsbrytning

57 Dagbrott i Rössing, Namibia (världens tredje största producent av uran) WISE Uranium Uranium

58 Dagbrott Konventionell pallsprängning Malmen transporteras till ett uranverk, som i allmänhet ligger nära gruvan. I uranverket krossas och mals malmen till sand och blandas med vatten till en slurry. Därefter lakas uranet ut med svavelsyra och syralösningen inklusive uranet separeras från sanden. Lösningen renas och behandlas med ammoniak, så att en pulverformig urandioxid erhålls, s k Yellowcake innehållande ca 70 % uran.

59 Pulvret, U3O8, packas sedan i ståltunnor som försluts innan transport. Den återstående slurryn pumpas från uranverket till en uppsamlingsdamm.

60 Processen i gruvan och uranverket ger upphov till avfallsprodukter i form av kemikalier, sand och avloppsvatten. Avloppsvattnet renas och neutraliseras genom tillsatser av kalk och bariumklorid och fällningen tas om hand innan vattnet släpps ut. De fasta restprodukterna deponeras i tömda dagbrott. När ett dagbrott tagits ur produktion, fylls det med fyllmassor och jord och återplantering sker, för att i möjligaste mån återskapa den ursprungliga vegetationen (baslinjen). Fyllningen har också till syfte att minska radongasutsläppen till nivåer kring, eller under den naturliga nivån.

61 Underjordsgruva Malmkroppens karaktär avgör brytningsmetod. I de gruvor där uranhalten är mycket hög sker brytningen helt automatiserat då radonhalten nere i gruvan är för höga för personal att vistas i. I Olympic Dam i Australien, primärt en koppargruva, används skivrasbrytning, vilket innebär att områden av mineralhaltig malm sprängs systematiskt. Malmen krossas under jord och hissas till lager på ytan genom schakt. Malmbearbetning sker på samma sätt som vid dagbrott.

62 Upprymningsteknik Övre gruvort Undre gruvort

63 Övervakningsrör Uranlösning Jonbytar kolonn Insprutningsrör Utvinningsrör CO2 O2 Uranhaltig jonbytarmassa till Utvinningsanläggningen Vattenförande skikt Malm In situ - lakning Från Vattenfall AB

64 Nackdelen med in-situlakning kan vara: Risken för spridning av lakningsvätska utanför uranförkomsten med grundvattenkontaminering som följd. Oförutsägbar påverkan av lakningsvätska på bergarten ifråga. Oförmåga att återställa den naturliga grundvattenmiljön efter lakning. Dessutom frigör in-situlakning radon och producerar lakrester samt förorenat vatten när man utvinner uranet från lakningsvätskan.

65 Jet-borrning Malmen spolas ut med vatten under högt tryck Kombinerad med frysning (Cigar Lake) Cementering av utbrutet berg

66 2008: Konventionell brytning i dagbrott och under jord 62% In situ lakning (ISL) 28% Som biprodukt till andra malmer 10%

67 Rening Urankoncentratet, eller Yellowcake, måste vidareförädlas innan det kan användas som bränsle i kärnkraftverk.

68 Från Yellow Cake till bränsle Först måste koncentratet renas på neutronabsorberande ämnen som annars skulle förhindra kedjereaktionen i reaktorn och stoppa fissionsprocessen. In till raffinaderiet kommer urankoncentratet och ut kommer ren UO3. Konvertering till uranhexafluorid (UF6) Anrikas UF6 från 0,7 % uran-235 till den önskade nivån (resten av uranet är uran-238). Bränsletillverkningen

69 Vilka miljöeffekter har malmhanteringen?

70 Dagbrott Gruva Bergmassor Malm Extraktion Avfall (upplag, dammar) Tungmetaller Laklösning

71 Miljöeffekter Radongas Stendamm Gruvavfall Lakningsprodukter

72 Referenser för kompletterande information htt:// Tack för uppmärksamheten!

73 Tack för uppmärksamheten!