پایان نامه بررسی مواد رادیو اكتیو، استخراج و آماده سازی جهت استفاده در راكتورها و تولید برق در 145 صفحه ورد قابل ویرایش

فهرست مطالب

عنوان ................................................................................................................... صفحه

فصل اول: معرفی مواد پرتو زا

1-1- رادیواكتیو .................................................................................................. 2

1-1-1- اثر شیمیایی ........................................................................................... 2

1-1-2- اثر لومینسانس ( فسفرسانس) .............................................................. 2

1-1-3- اثر یونیزاسیون ..................................................................................... 2

1-2- تاریخچه و كاربرد ..................................................................................... 7

1-2-1- تاریخچه مواد رادیواكتیو....................................................................... 7

1-2-2- كاربرد مواد رادیواكتیو ........................................................................ 7

1-2-2-1- تكنولوژی هسته ای .......................................................................... 7 

1-3- شیمی عناصر رادیواكتیو ........................................................................... 12

1-3-1- شیمی اورانیوم ...................................................................................... 12

1-3-2- شیمی توریوم ........................................................................................ 14

1-4- كانی شناسی اورانیوم و توریوم ............................................................... 14

1-4-1- اتونیت ................................................................................................... 14

1-4-2- كارنوتیت ............................................................................................... 15

1-4-3- توربرنیت (كالكولیت) ............................................................................. 15

1-4-4- دیگر كانیهای اورانیوم و توریم ............................................................ 15

1-5- وسایل آشكارسای رادیواكتیو ................................................................... 17

1-5-1- آشكارشازی اشعه  به كمك سنتیلومتر ............................................. 17

1-5-2- آشكارسازی رادیواكتیو به كمك شمارنده گایگر ................................. 17

1-5-3- اسپكترومترهای اشعه ....................................................................... 18

1-5-4- روشهای اكتشافی اورانیوم آشكارسازی اشعه ................................ 23

1-5-4-1- امانومتری ........................................................................................ 23

1-5-4-2- ترك اچ ............................................................................................. 23

1-5-4-3- هلیوم متری ...................................................................................... 24

1-5-4-4- اتورادیوگرافی .................................................................................. 24

1-6- معرفی اورانیوم ( خواص و كاربرد ) ........................................................ 25

1-6-1- منشاء و اهمیت خطرات رادیولوژیكی ................................................... 26

1-6-2- محتوی اورانیوم سنگها.......................................................................... 29

1-6-3-1- كنگلومراها ........................................................................................ 31

1-6-3-2- ماسه سنگها ..................................................................................... 32

1-6-3-2-1- كانسارهای پنكوفكوردانت............................................................ 32

1-6-3-2-2- كانسارهای هلالی شكل ............................................................... 34

1-6-3-2-3- كانسارهای استك ........................................................................ 35

1-6-3-3- كانسارهای نوع رگه ای شكل .......................................................... 36

1-6-3-4- كانسارهای رگه ای ماگمایی ............................................................ 38

1-6-3-5- كانسارهای نوع درون ماگمایی ........................................................ 39

1-6-3-6- كانسارهای نوع كالكریت .................................................................. 40

1-6-3-7- سنگهای فسفاتیك اورانیوم دار ........................................................ 41

1-6-3-8- شیلهای سیاه دریایی اورانیوم دار ................................................... 42

فصل دوم :

2-1- كلیات اكتشاف رادیولوژی ......................................................................... 44

2-1-1- اصول فیزیكی اكتشاف اورانیوم به وسیله اندازه گیری تابش گاما....... 44

2-1-2- منتشر كننده های تابش گاما ................................................................. 45

2-1-3- فعل و انفعالات فرآیندهای پراكنش الكترومغناطیسی ............................ 52

2-1-4- تابش گاما از سریهای K40,Th, U............................................................ 54

2-1-5- منابع تابش گاما .................................................................................... 56

2-1-6- تكنیكهای نمایش داده ها ....................................................................... 57

2-2- اصول و مبانی مغناطیس سنجی ................................................................ 61

2-2-1- خواص مغناطیسی سنگها و كانیها ........................................................ 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 آشكارساز....................................................................... 65

2-3-4- ثبت خروجی و آشكار 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 : اكتشاف اورانیوم در ایران

3-1- تاریخچه سازمان انرژی اتمی ایران .......................................................... 77

3-2- فعالیتهای انجام شده در زمینه اكتشاف اورانیوم در ایران ....................... 77

3-2-1- منطقه ساغند ......................................................................................... 77

3-2-2- منطقه گچین (بندرعباس) ....................................................................... 78

3-2-3- منطقه انارك .......................................................................................... 79

3-2-3-1- ناحیه كالیكافی .................................................................................. 79

3-2-3-2- ناحیه طالمسی .................................................................................. 79

3-2-4- منطقه جاموزیان ................................................................................... 79

3-2-5- منطقه عروسان ..................................................................................... 79

فصل چهارم : معدنكاری اورانیوم

4-1- معدنكاری اورانیوم .................................................................................... 81

4-2- خصوصیات معدنكاری اورانیوم ............................................................... 81

4-3- روشهای معدنكاری اورانیوم .................................................................... 82

4-3-1- روش استخراج روباز ........................................................................... 82

4-3-1-1- ایمنی رادیولوژیكی در معادن روباز اورانیوم ................................. 83

4-3-2- روشهای استخراج زیرزمینی ................................................................ 84

4-3-2-1- روش استخراج بلوكی 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 كند و آكند ............................................................... 86

4-3-2-5- روش زیربرش و پركردن ................................................................ 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 كار كوتاه با خاكریزی .................................................. 88

4-3-2-10- روش استخراج جبهه كار 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 شكن فكی ..................................................................................... 90

5-1-3- سنگ شكن مخروطی ............................................................................. 90

5-1-4- الك متحرك نوسانی .............................................................................. 90

5-1-5- آسیاب گلوله ای دوار ........................................................................... 91

5-1-6- جداكننده مغناطیسی .............................................................................. 91

5-1-7- تیكنر ...................................................................................................... 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- اكسیداسیون ................................................................................ 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 كلینه كردن ................................................................................ 104

5-6- اطلاعات مربوط به مصرف مواد شیمیایی دركارخانه نیمه صنعتی .......... 105

فصل ششم: مشخصات وخصوصیات دستگاهها

6-1- سیلو ........................................................................................................... 111

6-2- سنگ شكن فكی .......................................................................................... 112

6-3- تسمه نقاله .................................................................................................. 113

6-4- سنگ شكن مخروطی ................................................................................. 113

6-5- الكهای متحرك نوسانی .............................................................................. 114

6-6- آسیاب گلوله ای دوار ................................................................................ 115

6-7- طبقه بندی گننده مارپیچی .......................................................................... 117

6-8- جدا كننده مغناطیسی................................................................................... 119

6-9- تیكنر .......................................................................................................... 121

6-10- مخازن لیچینگ ......................................................................................... 122

6-11- صافی بشكه ای ....................................................................................... 123

6-12- سانتریفیوژ .............................................................................................. 124

6-13- مخلوط كننده وجدا كننده ........................................................................ 126

6-14- جریان سنج ............................................................................................. 127

6-15- رسوب دهنده .......................................................................................... 129

6-16- كوره ........................................................................................................ 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 راكتورها و تولید برق.. 138

فهرست مطالب

عنوان ................................................................................................................... صفحه

فصل اول: معرفی مواد پرتو زا

1-1- رادیواكتیو .................................................................................................. 2

1-1-1- اثر شیمیایی ........................................................................................... 2

1-1-2- اثر لومینسانس ( فسفرسانس) .............................................................. 2

1-1-3- اثر یونیزاسیون ..................................................................................... 2

1-2- تاریخچه و كاربرد ..................................................................................... 7

1-2-1- تاریخچه مواد رادیواكتیو....................................................................... 7

1-2-2- كاربرد مواد رادیواكتیو ........................................................................ 7

1-2-2-1- تكنولوژی هسته ای .......................................................................... 7 

1-3- شیمی عناصر رادیواكتیو ........................................................................... 12

1-3-1- شیمی اورانیوم ...................................................................................... 12

1-3-2- شیمی توریوم ........................................................................................ 14

1-4- كانی شناسی اورانیوم و توریوم ............................................................... 14

1-4-1- اتونیت ................................................................................................... 14

1-4-2- كارنوتیت ............................................................................................... 15

1-4-3- توربرنیت (كالكولیت) ............................................................................. 15

1-4-4- دیگر كانیهای اورانیوم و توریم ............................................................ 15

1-5- وسایل آشكارسای رادیواكتیو ................................................................... 17

1-5-1- آشكارشازی اشعه  به كمك سنتیلومتر ............................................. 17

1-5-2- آشكارسازی رادیواكتیو به كمك شمارنده گایگر ................................. 17

1-5-3- اسپكترومترهای اشعه ....................................................................... 18

1-5-4- روشهای اكتشافی اورانیوم آشكارسازی اشعه ................................ 23

1-5-4-1- امانومتری ........................................................................................ 23

1-5-4-2- ترك اچ ............................................................................................. 23

1-5-4-3- هلیوم متری ...................................................................................... 24

1-5-4-4- اتورادیوگرافی .................................................................................. 24

1-6- معرفی اورانیوم ( خواص و كاربرد ) ........................................................ 25

1-6-1- منشاء و اهمیت خطرات رادیولوژیكی ................................................... 26

1-6-2- محتوی اورانیوم سنگها.......................................................................... 29

1-6-3-1- كنگلومراها ........................................................................................ 31

1-6-3-2- ماسه سنگها ..................................................................................... 32

1-6-3-2-1- كانسارهای پنكوفكوردانت............................................................ 32

1-6-3-2-2- كانسارهای هلالی شكل ............................................................... 34

1-6-3-2-3- كانسارهای استك ........................................................................ 35

1-6-3-3- كانسارهای نوع رگه ای شكل .......................................................... 36

1-6-3-4- كانسارهای رگه ای ماگمایی ............................................................ 38

1-6-3-5- كانسارهای نوع درون ماگمایی ........................................................ 39

1-6-3-6- كانسارهای نوع كالكریت .................................................................. 40

1-6-3-7- سنگهای فسفاتیك اورانیوم دار ........................................................ 41

1-6-3-8- شیلهای سیاه دریایی اورانیوم دار ................................................... 42

فصل دوم :

2-1- كلیات اكتشاف رادیولوژی ......................................................................... 44

2-1-1- اصول فیزیكی اكتشاف اورانیوم به وسیله اندازه گیری تابش گاما....... 44

2-1-2- منتشر كننده های تابش گاما ................................................................. 45

2-1-3- فعل و انفعالات فرآیندهای پراكنش الكترومغناطیسی ............................ 52

2-1-4- تابش گاما از سریهای K40,Th, U............................................................ 54

2-1-5- منابع تابش گاما .................................................................................... 56

2-1-6- تكنیكهای نمایش داده ها ....................................................................... 57

2-2- اصول و مبانی مغناطیس سنجی ................................................................ 61

2-2-1- خواص مغناطیسی سنگها و كانیها ........................................................ 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 آشكارساز....................................................................... 65

2-3-4- ثبت خروجی و آشكار 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 : اكتشاف اورانیوم در ایران

3-1- تاریخچه سازمان انرژی اتمی ایران .......................................................... 77

3-2- فعالیتهای انجام شده در زمینه اكتشاف اورانیوم در ایران ....................... 77

3-2-1- منطقه ساغند ......................................................................................... 77

3-2-2- منطقه گچین (بندرعباس) ....................................................................... 78

3-2-3- منطقه انارك .......................................................................................... 79

3-2-3-1- ناحیه كالیكافی .................................................................................. 79

3-2-3-2- ناحیه طالمسی .................................................................................. 79

3-2-4- منطقه جاموزیان ................................................................................... 79

3-2-5- منطقه عروسان ..................................................................................... 79

فصل چهارم : معدنكاری اورانیوم

4-1- معدنكاری اورانیوم .................................................................................... 81

4-2- خصوصیات معدنكاری اورانیوم ............................................................... 81

4-3- روشهای معدنكاری اورانیوم .................................................................... 82

4-3-1- روش استخراج روباز ........................................................................... 82

4-3-1-1- ایمنی رادیولوژیكی در معادن روباز اورانیوم ................................. 83

4-3-2- روشهای استخراج زیرزمینی ................................................................ 84

4-3-2-1- روش استخراج بلوكی 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 كند و آكند ............................................................... 86

4-3-2-5- روش زیربرش و پركردن ................................................................ 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 كار كوتاه با خاكریزی .................................................. 88

4-3-2-10- روش استخراج جبهه كار 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 شكن فكی ..................................................................................... 90

5-1-3- سنگ شكن مخروطی ............................................................................. 90

5-1-4- الك متحرك نوسانی .............................................................................. 90

5-1-5- آسیاب گلوله ای دوار ........................................................................... 91

5-1-6- جداكننده مغناطیسی .............................................................................. 91

5-1-7- تیكنر ...................................................................................................... 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- اكسیداسیون ................................................................................ 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 كلینه كردن ................................................................................ 104

5-6- اطلاعات مربوط به مصرف مواد شیمیایی دركارخانه نیمه صنعتی .......... 105

فصل ششم: مشخصات وخصوصیات دستگاهها

6-1- سیلو ........................................................................................................... 111

6-2- سنگ شكن فكی .......................................................................................... 112

6-3- تسمه نقاله .................................................................................................. 113

6-4- سنگ شكن مخروطی ................................................................................. 113

6-5- الكهای متحرك نوسانی .............................................................................. 114

6-6- آسیاب گلوله ای دوار ................................................................................ 115

6-7- طبقه بندی گننده مارپیچی .......................................................................... 117

6-8- جدا كننده مغناطیسی................................................................................... 119

6-9- تیكنر .......................................................................................................... 121

6-10- مخازن لیچینگ ......................................................................................... 122

6-11- صافی بشكه ای ....................................................................................... 123

6-12- سانتریفیوژ .............................................................................................. 124

6-13- مخلوط كننده وجدا كننده ........................................................................ 126

6-14- جریان سنج ............................................................................................. 127

6-15- رسوب دهنده .......................................................................................... 129

6-16- كوره ........................................................................................................ 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 راكتورها و تولید برق.. 138

مقدمه

اورانیوم، عنصری كمیاب محسوب می شود. این عنصر كاربردهای ویژه‌ای دارد؛ بنابراین تهیه، تولید و بازار مصرف آن به گونه ای خاص كنترل می شود. این عمل توسط «آژانس بین المللی انرژی اتمی»، انجام می پذیرد.

در گذشتة نه چندان دور، هر یك از كشورها جداگانه فعالیت می نمودند؛ تا اینكه آژانس مزبور پایه گذاری شد. پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی و تحول سیاسی در شرق اروپا، كشورهای بیشتری به آژانس مزبور، پیوستند. در حال حاضر، آژانس بین المللی انرژی اتمی 120 عضو دارد؛ كه كشور ما نیز یكی از آنان است.

در ایران،فعالیت های هسته ای زیر نظر سازمان انرژی اتمی انجام می شود. سازمان مزبور، از چند معاونت تشكی شده؛ كه معاونت تولید سوخت هسته‌ای، یكی از آنان است. معاونت مورد نظر، از چند واحد تشكیل می شود؛ كه واحدهای اكتشاف و استخراج، سوخت و كانه آرایی دو واحد مهم آن محسوب می شوند.

واحد اكتشاف و استخراج، فعالیت‌های مربوط به اكتشاف و استخراج كانسارهای اورانیوم را، به عهده دارد. واحد سوخت و كانه آرایی، در رابطه با فرآوری كانسنگ های اورانیوم دار، فعالیت می كند.

از نظر اكتشافی، فعالیت های گسترده ای انجام شده ؛ و دو سوم كشور توسط پروازهای هوایی و دورسنجی مورد بررسی قرار گرفته است؛ كه این فعالیت ها همچنان ادامه دارد.

پس از كشف مناطقی كه دارای معدن اورانیوم هستند مثل منطقه سلقه و معدنكاری اورانیوم و استخراج آن توسط فرآیندهای سنگ معدن آماده تغلیظ شده ، و جهت تهیه در نیروگاه های هسته‌ای مورد استفاده قرار می گیرد. امید است كه در این پروژه توانسته باشم نمایی از چرخة سوخت هسته ای در ایران را به رشته تحریر درآورده باشم.

چكیده

با توجه به مصرف روز افزون انرژی درصنایع مختلف، برای تامین انرژی مورد نیاز صنایع مختلف از منابع متفاوتی استفاده می شود.یكی از بهترین و به صرفه ترین منابع انرژی در جهان سوخت هسته ای می باشد كه تولید انرژی از سوخت هسته ای در راكتورهای 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 ذكر این مطلب ضروری است كه حرارتی كه از 500 گرم اورانیوم بدست می آید معادل حرارتی است كه از 1500 تن زغال سنگ بدست می‌آید. بنابراین می توان گفت سوخت هسته ای یكی از بهترین و بزرگترین منابع تولید انرژی محسوب می شود. از آنجائیكه سوخت هسته ای مورد نیاز نیروگاههای هسته ای از ایزوتوپی از عنصر اورانیوم بنام اورانیوم 238 كه در طبیعت فراوان یافت می شود و 99% از پوسته زمین را تشكیل می دهد تامین می شود. لذا اكتشاف این عنصر پرتوزا از اهمیت خاصی برخوردار است. مراحل مختلفی برای اكتشاف این عنصر استراتژیك طی می شود تا در نهایت به مناطق محدود امید بخش رسید. در مراحل اولیه ابتدا بررسی می شود كه كانی سازی اورانیوم از لحاظ زمین شناسی در چه مناطقی می تواند وجود داشته باشد، بعد از مطالعات اولیه با توجه به این مطلب كه عناصر سنگینی مثل اورانیوم در طبیعت از نظر ساختمان اتمی ناپایدار هستند ودائماً تمایل دارند كه به حالت پایدار برگردند. این گرایش باعث تولید اشعة گاما، آلفا و بتا می‌شود. بیشترین تشعشات این عناصر اشعه گاما است و این اشعه نیز بوسیله شمارنده، سنتیلومتر، اسپكترومتر و سایر دستگاهها قابل اندازه گیری هستند.لذا برای پیدا كردن مناطقی كه احتمال وجود عناصر رادیواكتیو در آنها وجود دارد. اشعه گاما را ابتدا دروسعت زیاد توسط اندازه گیری های هوایی توسط هواپیما یا هلی كوپتر برای مناطق وسیع وبزرگ تعیین می كنند. نتیجه این رادیومتری این عناصر می باشد. با پردازش و تفسیر دانسته های رادیومتری هوایی در محدوده هایی كه با توجه به رادیومتری هوایی امید بخش تشخیص داده شد، عملیات رادیومتری زمینی و اندازه گیری اشعه گامای عناصر در مقیاس كوچكتر وزمینی انجام می شود تا در نهایت بعد از مراحل اكتشاف مقدماتی و تفضیلی و با حفر گمانه ها و تخمین ذخیره به كانسارهای اقتصادی اورانیوم رسید. پس از عملیات اكتشاف تفضیلی،مرحله بهره برداری و استخراج سنگهای حاوی  اورانیوم صورت می‌گیرد. در مرحله بعدی با فرآوری این سنگها توسط روشهای مختلف از جمله خردایش و آسیاب آنها، فلوتاسیون و لیچینگ كانیهای اورانیوم از سنگهای باطله جدا شده و بصورت یك كیك زرد رنگی از سنگها استحصال می شود. در مراحل بعدی این كیك زرد تحت عملیات غنی سازی انجام می گیرد و به اورانیوم غنی شده كه 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 راكتورها.

اورانیوم طبیعی اشعه گامای ضعیفی دارد، اما اشعه گامای چشمه‌های مصنوعی، گامای فوق العاده قوی دارد. عمده مصرف اورانیوم غنی شده بصورت سوخت هسته ای در راكتورهای هسته ای برای تولید برق می باشد. اما مصارف دیگری نیز دارد كه از جمله مصرف در راكتورهای تحقیقاتی برای مطالعات هسته ای می باشد. از این فرآورده  برای مصارف دیگر از جمله تولید رادیو داروها برای اندام و سلولهای سرطانی كه فقط در آنها جذب می شود و آنها را از بین می برد نیز استفاده می كنند، رادیوداروها در راكتورهای تحقیقاتی بدست می آیند. مصرف دیگر استفاده از اشعه گامای حاصل از شكافت هسته ای در راكتورهای تحقیقاتی است كه از این اشعه ای گاما برای مصارف پزشكی، كشاورزی و تولید رادیو داروها استفاده می كنند و مخربترین كاربرد آن استفاده از این منبع انرژی هسته ای در بمبهای اتمی و ویرانگر با شدت تخریب بالا می باشد.

با توجه به كاربردهای مخلتف عناصر رادیواكتیو و هم چنین تولید انرژی زیاد توسط سوخت هسته ای در راكتورهای 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 كشورمان ایران، می توان برای تولید انرژی در دامنه زیاد از سوخت هسته ای استفاده كرد كه برای این كار تاسیس نیروگاه های هسته ای مختلف در كشور از جمله نیروگاه اتمی بوشهر در حال اجراء می باشد و برای تامین سوخت هسته ای این نیروگاهها باید منابع اورانیوم موجود در كشورمان شناسایی و بعد از طی مراحل مختلفی اكتشافی و استخراجی تبدیل به سوخت هسته ای نیروگاهها و راكتورهای هسته ای مختلف در كشور از جمله نیروگاه اتمی بوشهر در حال اجراء ی باشد و برای تامین سوخت هسته ای این نیروگاهها باید منابع اورانیوم موجود در كشورمان شناسایی و بعد از طی مراحل مختلفی اكتشافی و استخراجی تبدیل به سوخت هسته ای نیروگاهها و راكتورهای تحقیقاتی برای مصارف دیگر شود. با راه اندازی نیروگاههای هسته ای در كشور می توان به تولید انرژی زیادی كه از این روش بدست می آید دست یافت. البته باید به این نكته مهم توجه داشت كه این امر با ضریب ایمنی بالایی صورت پذیرد زیرا خطر احتمالی یك نیروگاه هسته ای بزرگ كمتر از یك بمب اتمی نیست، بنابراین باید تمام نكات و زوایای ایمنی و بروز خطر احتمالی در نظر گرفته شود تا فجایعی مثل انفجار نیروگاه اتمی چرنوبیل روسیه هیچگاه در جهان تكرار نشود.

-1- آزمایشگاه فرایند لیچینگ

اصولاً اجرای پروژه های متالوژیكی بر روی نمونه كان سنگ های اورانیوم، ابتدا بطور كامل در آزمایشگاهها ارزیابی می‎شود و در نهایت، پیشرفت و تكمیل نتایج حاصل از كار آزمایشگاهی است كه اطلاعات لازم فنی جهت مناسب ترین روش علمی و عملی فرایند استخراج اورانیوم از كان سنگ را در مقیاس صنعتی ارائه می‎دهد. از این نظر، پیشرفت تكنولوژی همیشه از نتایج مطلوب آزمایشگاهی، پروژه ای با ارزش است.

بدین لحاظ، پس از ارزیابی های مقدماتی كان سنگ در آزمایشگاههای مربوط از نظر سنگ نگاری، مورفولژی[1]، كانی شناسی و تعیین و اندازه گیری كمیت های فیزیكی و شیمیایی، نخستین مرحلة فرایند شیمیایی تغلیظ اورانیوم (لیچینگ) شروع می گردد.

نقش آزمایشگاه فرایند لیچینگ در واقع، بررسی و تجزیه و تحلیل عوامل اساسی در تداوم مؤثر فرایند فوق می‎باشد. روش متعارف جهت دستیابی به بهترین شرایط برای فرایند لیچینگ در واقع ثابت گرفتن كلیة عوامل، به استثنای یك مورد و انجام آزمایشهای لازم بر روی آن با دامنه تغییرات محدود می‎باشد. پس از انجام آزمایشهای موردنیاز و مقایسة نتایج بدست آمده با یكدیگر، بهترین نتیجه جهت عامل متغیر مشخص می گردد. عوامل مؤثر در این ارتباط عبارت است از :

الف- غلظت و میزان اسید،

ب- قابلیت هدایت الكتریكی، PH

ج- دمای واكنش،

د- مدت زمان،

هـ- نوع اكسیدان 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 كه واحد مزبور با در دست داشتن اطلاعات فوق اقدامات لازم را به عمل می‎آورد.

لازم به تذكر است كه آزمایشهای مزبور همگی در ارتباط با فرایند لیچینگ اسیدی می‎باشد. سایر وظایف عمده آزمایشگاه در این حیطه، مرتبط با شناخت عوامل ترمودینامیكی و فیزیكوشیمیایی در لیچینگ كربناتی و نیز لزوم شستشو در فشار و لیچینگ چند مرحله ای است. امكان كاربرد تكنیك جدید در لیچینگ تپه ای[2]، تراوشی[3] و باكتریال[4]نیز از مواردی است كه می بایست در آزمایشگاه شیمی دقیقاً، مورد بررسی قرار گرفته تا بر اساس اطلاعات حاصله، به مناسب ترین روش استخراج سنگ معادن مخلتف كه از دیدگاه اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد، دست یافته و آنرا در مقیاس صنعتی بكار 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 بكارگیری اورانیم به عنوان مادة مولد انرژی تكامل و رواج زیادی پیدا كرده، و فرایندهای مختلفی در سطح صنعتی تدوین گردیده است؛ تكنیك تصفیه با حلال دارای سه مرحله به شرح زیر می‎باشد:

الف- استخراج با حلال[5] ،

ب- شستشوی ناخالصی ها از حلال[6] و

ج- بازیابی مادة خالص از حلال.

طبیعت تصفیه فلزات با حلال و تشكیل كمپلكس های قابل انتقال به فاز آلی از اهمیت اساسی برخوردار بوده و در نتیجه، منطقی است كه چگونگی انتقال فلز به فاز آلی را بر اساس ماهیت شیمیایی آن طبقه بندی كرد. در این طبقه بندی به طور كلی سه نوع انتقال صورت می پذیرد:

1-   گروهی كه با فلز تولید یك مادة قابل انتقال به فاز آلی می‎كند.

2-   دسته ای كه تشكیل تجمع یونی می دهد،[7]

3-   رده ای كه باعث پوشیده شدن فلز با مولكولهای مواد حلال می گردد[8]

شرایط و پارامترهای فرایند تصفیه با حلال در آزمایشگاه تعیین شده و عبارت است از:

1-   ظرفیت جذب فلز[9]

2-   غلظت حلال در رقیق كننده،

3-   نسبت حجمی فازها[10]

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 سینتیكی

9-   حالات فیزیكی مواد

10-          ضریب سرعت استخراج[11] و

11-          سرعت استخراج[12].

با مشخص گردیدن عوامل مذكور، 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 مؤثر در فرایند تصفیه با رزین علاوه بر شرایط شیمیایی كه قبلا در رابطه با فرایند استخراج با حلال ذكر شد، موارد زیر را نیز در برمی گیرد:

1-   شرایط فیزیكی محلول های اورانیم دار،

2-   عوامل مربوط به جذب[13] و پاكیزه سازی رزین

3-   اطلاعات مربوط، حجم سیالات لازم برای استخراج و بازیابی،

4-   تعیین نقطة پیدایش اورانیوم از انتهای ستون رزین به هنگام جذب[14] و

5- وجود موام مزاحم قابل استخراج و مواد مسموم كنندة رزین و چگونگی برطرف كردن 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 كه قبل از ابداع و بكارگیری تكنیك 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 تكنیك های ویژه در این مرحله مبذول گردد تا محصول حاصل از این مرحله پس از عمل آب گیری و خشك كردن و تكلیس آن در دمایی مناسب بتواند به عنوان محصول حد واسط خوب در تهیة اكسیدنهایی اورانیم Uo₂ بكار 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» بكار گرفته شود.

رسوب گیری از محلول های قلیایی بسته به نوع ماده رسوب دهنده به سه دسته تقسیم می‎شود:

الف- افزایش یك باز قوی،

ب- اسیدی كردن، خروج گاز CO₂ و سپس خنثی سازی با یك باز، و

ج- احیا با هیدروژن.

روش دیگری نیز موسوم به روش ویژه موجود است كه طی آن در محلول های لیچینگ (تحت فشار) با استفاده از كربنات آمونیم جهت خارج ساختن آمونیاك و دی اكسید كربن عمل عریان سازی با بخار صورت می‎گیرد.

رسوب گیری از محلول های اسیدی به دو روش زیر صورت می پذیرد:

1-   كاربرد یك باز نظیر آهك، سود سوزآور، اكسید منیزیم و آمونیاك، و

2-   بهره گیری از آب اكسیژنه.

نكته ای كه در عمل رسوب گیری حائز اهمیت است، بكارگیری صحیح داده های آزمایشگاهی جهت طراحی و ساخت مخازن مخلوط كننده، كنترل و تنظیم PH محیط رسوب، كنترل حجم ورودی محلول ها و مواد رسوب دهنده به سیستم، كنترل دما و نیز دور مناسب بهمزن مخازن و … می‎باشد.