Uran z fosfátů

Fosfáty, které se těží pro výrobu hnojiva, obsahují miliony tun uranu. Již v 90. letech se jako vedlejší produkt výroby hnojiv získalo 20 000 tun uranu, tato výroba ale nebyla ekonomická. Po zvýšení cen uranu a zdokonalení technologie výroby hnojiv už tato metoda získání suroviny pro jaderná paliva vypadá reálněji.

V současné době činí odhadované klasicky těžitelné zásoby uranu 5,4 milionů tun. Mnohem větší zásoby však obsahují tzv. „nekonvenční zdroje“. Mezi nimi může být nejdůležitějším fosfát, resp. fosforit. Odhady takto dostupného množství uranu se pohybují mezi 9 a 22 miliony tun.

Vydatný zdroj v USA

Okolo 20 % uranu v USA pochází z fosfátových ložisek v centrální Floridě. Mezi lety 1981-1992 se zde získávalo 1 000 tun uranu. Místní těžba ale byla zatím ztrátová a v roce 1998 skončila. Dnes, v nových podmínkách, se tento zdroj uranu stal znovu aktuální. Firmy Cameco a Uranium Equities Ltd. připravují demonstrační továrnu – rafinérii PhosEnergy – a odhadují, že by se zde dalo jako vedlejší produkt k výrobě fosfátových hnojiv ročně získat kolem 7 700 tun uranu.

Fosfáty

Fosfáty (fosfority) jsou mořské sedimenty, které obsahují 18-40 % P₂O₅, uran a všechny jeho rozpadové produkty (často 70 až 200 ppm U, někdy dokonce až 800 ppm). Hlavním minerálem této horniny je apatit a obvykle i fluorapatit – Ca₅ (PO₄)₃ F nebo Ca₁₀ (PO₄)₆ (F,OH)₂. Ten je nerozpustný, a proto nemůže být přímo použit jako hnojivo (pouze ve velmi kyselých půdách). Aby mohl sloužit jako hnojivo, musí se nejprve zpracovat mokrým procesem – rozpuštěním v kyselině sírové. Ve světě existuje okolo 400 továren s roční kapacitou asi 50 milionů tun P₂O₅, které tento mokrý proces používají.

Některá fosfátová ložiska jsou vyvřeliny – pouhá 4 % všech známých – vytvořená v podobě magmatických komínů. Hlavním minerálem je v nich apatit a fluoroapatit.

Reakce s kyselinou sírovou

Když na fosfátovou horninu působí kyselina sírová, vzniká superfosfát. Při přebytku kyseliny sírové získáme směs kyseliny fosforečné a sádry (síran vápenatý). Po odfiltrování sádry lze kyselinu fosforečnou použít pro získání uranu.

Základní reakcí je:

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ + 6H₂O ==> 2H₃PO₄ + 3CaSO₄ · 2H₂O

Tato reakce je exotermní.

Úložiště nízkoaktivních odpadů

Při vyšších teplotách vzniká hemihydrát: CaSO₄ ·1/2 H₂O a mnoho odpadních látek, které se ukládají spolu s odfiltrovanou sádrou na složiště. Jsou mírně radioaktivní a vznikají tak velká úložiště nízkoaktivních odpadů. Kyselina fosforečná v procesu dále reaguje s fosfátovou horninou. Její reakcí s čpavkem můžeme získat další amonium fosfátová hnojiva.

Výhody nové metody

Rafinérie PhosEnergy by měla používat iontoměniče. V roce 2009 se náklady na získání uranu touto cestou odhadovaly na 25-30 USD/libru U₃O₈ (v minulosti to byl dvojnásobek). Demonstrační zařízení bylo postaveno v Adelaide v jižní Austrálii a posláno do USA, kde bylo uvedeno do provozu v květnu 2012. Testovaly se fosfáty ze dvou různých zdrojů. Na testech se podílela firma Cameco, největší světový obchodník s uranem.

V další fázi se počítá s postavením demonstrační jednotky a zpracováním studie proveditelnosti, poté s výstavbou plnorozsahové komerční jednotky. Potenciální množství uranu, které by se takto dalo získat, je více než 11 000 tun ročně. Přínos využití této metody bude dvojí – získá se 95 % uranu obsaženého v hornině a sníží se nebo zcela zruší ukládání nízkoaktivních odpadů z výroby hnojiv. Odhadované náklady na získání uranu budou v nejnižší čtvrtině současných nákladů na získávání uranu.

Světové zdroje

V USA už od 70. let stojí osm starších provozů na získání uranu z fosfátů (6 na Floridě, 2 v Louisianě). Podobné byly postaveny v Kanadě, Španělsku, Belgii (pro zpracování fosfátů z Maroka), Izraeli a na Tajvanu. Brazílie plánuje továrnu s roční produkcí 1 000 tun uranu.

Santa Quiteria a Itataia doly, Brazílie
Jsou zde rezervy 340 Mt fosfátu s 140 000 tunami uranu v dole Santa Quiteria a 80 000 tun uranu v Itataia, obsah je asi 0,054 % uranu v P₂O₅. V roce 2015 se plánuje získat z dolů asi 2 240 tun uranu.

USA
Země má zásoby 1400 Mt fosfátů obsahujících 170 000 tun uranu. Při produkci 9.6 Mt/rok P₂O₅ by se získalo 2 300-2 680 tun uranu za rok. Firmy Nukem a CF Industries plánují jako vedlejší produkt roční produkci 430 tun uranu.

Jordánsko
Země má zásoby 1 500 Mt fosfátů obsahujících až 140 000 tun uranu. Při roční produkci 676 000 tun uranu je zde potenciál cca 135 tun uranu za rok. Dalším vedlejším produktem může být vanad.

Egypt
Země má zásoby 100 Mt fosfátů obsahujících 40 000 tun uranu.

Tunis
Země má zásoby 100 Mt fosfátů obsahujících 50 000 tun uranu. Při produkci 1.6 Mt/rok P₂O₅ by se ročně získalo 265 tun uranu.

Maroko
Země má zásoby 50 miliard tun fosfátů obsahujících 6,9 Mt uranu. Při roční produkci 4,8 Mt P₂O₅ by se získalo 960 tun uranu za rok. V plánu je získat 1 900 tun uranu jako vedlejší produkt už v roce 2017.

Zdroje:

Guzman, ETR et al., Uranium in Phosphate Rock and Derivatives (1995)

International Atomic Energy Agency, Safety Reports series No. 78,
Radiation Protection And Management of NORM Residues in the Phosphate Industry (2013)