国际核工业铀燃料发展简述

1、国际核工业铀燃料发展简述ISTIS，2005年世界重点工业发展动态写作组在核反应堆中能燃烧的材料称为核燃料。核燃料包括铀、钍和钚。目前，核能的产生及应用，基本上是依靠铀这种核燃料。（一）世界铀矿资源丰富依照目前的市场行情和生产水平，利用现在的技术，已知的铀矿存储量能维持约5065年。但是全部铀矿资源（有的存储量由于现在萃取技术的局限或缺乏市场吸引力而没有确切探明）至少是它的两倍。如果将来需要，开采和萃取技术的进步将会使这些铀矿资源获得利用。另外，在磷酸盐矿和海水中含有大量的非传统资源。其中包括大量的稀铀，如果萃取技术进一步发展，它们可以为核能发电提供数千年的燃料。使用过的反应堆燃料仍然含有不少

2、于98%的初始能量。目前全世界约三分之一的乏燃料经过再加工和再循环来获得一些剩余的能量。而增殖反应堆能够把全部剩余能量提取出来，这就意味着已知的可利用铀矿资源增长了60倍。铀产量在经历了十年衰退后，到1993年开始回升，现在能够满足核电生产60%的需求。目前，世界铀矿产量的半数以上集中在加拿大和澳大利亚。加拿大的铀产量最高，约占世界铀矿产量的29%，澳大利亚次之，占21%。根据美国能源信息管理局（EIA）的数据显示， 2004年美国U3O8的产量达到230万磅（相当于885吨U），与2003年的200万磅U3O8（769吨U）相比提高了约14%。美国铀产量增加的主要原因是，2004年一个新地下

3、铀矿和一个新地浸（ISL）矿开始投入运行。 与此同时，2004年，美国的铀矿石加工和ISL设施加工总量总计达到230万磅U3O8（885吨U），大大高出了2003年的160万磅U3O8（615吨U）。 表19.3 1996-2004年铀产量数据国家或地区产量(tU)变化率%19981999200020012002200320042003-04澳大利亚488559797609775668547572898219加拿大109248214105901252011604104571159711中国5005005006557307507500法国50843932019518970德国40*33*28*2

4、7*212*150*150*0印度2002002002302302302300哈萨克斯坦107413671740205028003300371913纳米比亚276226892714223923332036303849尼日尔37312918290029203075314332824俄罗斯20002000250025002900315032002南非9629818788738247587552西班牙25525525130*37*000乌克兰5005005007508008008000美国18721807145610118837798789乌兹别克斯坦200021302350196218601589

5、201627其他18372162181969721831203201983722333-合计3372831065351863636636025356224025113资料来源：世界核能协会（二）铀矿开采方式的变化铀矿开采是生产铀的第一步。它的任务是把工业品位的铀矿厂从地下矿床中开采出来，或将铀经化学溶浸，生产出液体铀化合物。铀矿的开采与其它金属矿的开采基本相同，但是由于铀矿有放射性，能放出放射性气体（氡气），品位较低，矿体分散（单个矿体的体积小）和形态复杂，所以铀矿开采又有一些特殊的地方。铀矿开采方法主要有露天开采、地下开采和原地浸出采铀三种方法。铀矿的开采方法在不断变化。20世纪90年代，全

6、球55%的铀矿是从地下开采的，到1999年，地下采矿数量骤减到33%。2000年之后加拿大重新加大地下采矿量。目前，全球铀矿主要还是依靠地下开采的方式，露天采矿与现场萃取的方式也占了相当比例。表19.4 2004年全球铀矿开采方式方式比例露天采矿27%地下采矿40%现场萃取21%副产品12%资料来源：世界核能协会20世纪90年代铀矿生产企业经历了收购、兼并，甚至倒闭。2004年，产量超过1000吨铀矿的8家生产企业的铀产量占世界总产量的82%。表19.5 全球最大的8家铀矿企业公司tUCameco8038Cogema5317ERA4356KazAtomProm3718WMC3706Rossin

7、g3038Priargunsky3000Navoi2050资料来源：世界核能协会加拿大有两个比较新的铀矿投产，Cogema的McClean Lake 铀矿1999年投产，年产3000吨U3O8 (2550 tU)。Cameco的McArthur River铀矿品质高、储量巨大，目前已经开始地下采矿，并向Key Lake的加工厂供应，年U3O8产量8500 吨(7200 tU)。另外两座铀矿已经准备就绪可供开采：Cameco的Cigar Lake地下铀矿U3O8年产量8200吨(7000 tU)，Cogemas Midwest地下铀矿U3O8年产量2600吨(2200 tU)。这些铀矿都进行开采

8、后，加拿大的铀矿集中在两个矿区，McClean Lake矿区年产11700 tU，Key Lake 矿区7200 tU，还有4000吨来自Rabbit Lake矿区，加起来超过世界铀矿总产量的半数以上。澳大利亚正在计划把Olympic Dam铀矿的产量提高3倍，达到每年12,700吨。现在澳大利亚的三个铀矿每年产铀9000吨，占世界总产量的1/4弱。（三）铀价格变化情况继2003年铀价上涨后，2004年继续大幅上升，主要原因是几个铀矿停产、美元贬值、存货降低和二级供应问题。2005年中，铀价攀升至$75/kg，而2004年初仅有$40/kg。总的看来，自2002年底以来，铀现货市场价格已增长了

9、1倍多。见图19.1。图19.1 19922004年铀市场价格和勘探费用资料来源：国际原子能机构20世纪90年代早期，铀产量降低并非仅仅由于铀价低，日趋严格的交易管制和全球对环境问题的关注也是影响因素。从发现铀矿到实施开采的时间间隔逐步增加，例如在加拿大，19401950年度是310年，19601970年代是1116年，而2003年红皮书显示，1980年代之后的许多国家都达到了1020年。根据历史记录，铀价上升约一年后，铀矿的产量就会增加，有迹象标明这一规律将继续延续。如果把所有的数据都考虑在内，2004年的开采支出会大幅增加。（四）浓缩铀生产以同位素分离为目的，提高铀-235浓度的处理即为浓

10、缩。通过浓缩获得满足某些反应堆所要求的铀-235丰度的铀燃料。现代工业上采用的浓缩方法是气体扩散法和离心分离法。浓缩处理是以六氟化铀形式进行的。此外，还有激光法、喷嘴法、电磁分离法、化学分离法等。对铀同位素进行分离，使铀-235富集。分离后余下的尾料，即含铀-235约0.3%的贫化铀可作为贫铀弹的材料等。目前世界上已有美国、俄罗斯、法国、中国、德国、英国、荷兰、巴西。、阿根廷、日本。南非、印度核巴基斯坦等13各国家掌握或研究了铀同位素分离技术。表19.6 世界浓缩铀工厂国家厂址拥有单位浓缩方法状态生产能力设计值(Kswu/a)阿根廷Pilcanlyeu国际原子能委员会扩散运行建造中120巴西Resende Sorocaba巴西核子公司巴西核能研究所喷嘴离心暂停计划30法国Tricastin欧洲气体扩散公司扩散运行10800德国Gronau西欧三国铀浓缩公司离心运行800日本人形岭（Ningyo toge）六个所村（Rokkasho-mura）Hyuga动燃事业团日本核燃料工业公司Asahi离心离心化学运行运行运行2502荷兰Almelo SP5Almelo SP3,SP4UrencoUrenco离心离心计划运行1550南非Valindaba南非铀浓缩公司回旋分离运行300俄罗斯Ekaterinburg（Sverdlovsk）Tomsk-7Krasnoyarsk-45Angarsk