Уран встречается в природе преимущественно в виде минералов, таких как уранинит (пичбленд), карнотит и другие ураносодержащие руды. В уранините содержится 60–80 % UO₂, что делает его основным объектом промышленной переработки. Природный уран состоит из смеси изотопов: U‑238 (~99,28 %), U‑235 (~0,72 %) и следовых количеств U‑234. Его химическая активность и радиохимические свойства определяют методы извлечения и переработки.
Обогащение рудной массы. Первичная стадия обработки урановой руды включает дробление и измельчение с последующей гравитационной концентрацией и флотацией. Эти методы позволяют отделить минералы с высокой концентрацией урана от пустой породы.
Выщелачивание. Основным промышленным методом извлечения урана из концентрата руды является кислотное или щелочное выщелачивание:
Селективная экстракция. После выщелачивания раствор содержит уран наряду с множеством побочных элементов. Для его выделения применяют:
После выделения из раствора уран восстанавливается или осаждается в форме химически стабильных соединений:
Контроль изотопного состава. При природном содержании U‑235 ~0,72 % его концентрация обычно не изменяется на стадии химической переработки. Для применения в ядерных реакторах требуется дальнейшее обогащение.
Радиохимическая безопасность. На всех стадиях обработки учитывается высокая радиотоксичность урана и образование дочерних продуктов распада. Применяются экранирование, вентиляция, локализованные системы удаления пыли и контроль содержания радона.
Технологическая оптимизация. Урановые технологии стремятся к максимальному извлечению из руды, минимизации отходов и возможности переработки побочных продуктов (например, тория и редкоземельных элементов). Применение новых сорбентов, мембранных и адсорбционных методов позволяет повышать эффективность производства и снижать экологическую нагрузку.
Обогащение тугоплавких минералов. Для ураниновых руд с высоким содержанием кремния и железа применяются пирометаллургические методы: обжиг с последующим кислотным выщелачиванием.
Комплексное извлечение сопутствующих элементов. В рудных комплексах часто присутствуют ванадий, молибден, редкие земли. Современные процессы предусматривают селективное извлечение этих элементов совместно с ураном, что увеличивает экономическую эффективность.
Переработка низкосортных руд. Для руд с низким содержанием урана (0,01–0,1 %) применяются гидрометаллургические технологии in-situ leaching, позволяющие минимизировать разрушение горного массива и снизить затраты на горнодобычу.
Конечные продукты переработки — урановые концентраты — имеют форму порошка или гранул, которые стабилизируются термической обработкой и упаковываются в герметичную тару. Сроки хранения определяются химической стабильностью соединений и уровнем радиационного фона, обеспечивая безопасность дальнейшей транспортировки и использования в топливной промышленности.
Системное соблюдение радиохимических стандартов на всех стадиях обеспечивает минимизацию потерь урана, контроль радиоактивного воздействия и создание сырьевой базы для атомной энергетики и научных исследований.