基本介紹
- 中文名：核燃料資源
- 外文名：nuclear fuel resources
- 典型：鈾、釷資源
- 學科：核工程
- 分布情況：不均勻
- 分級依據：生產成本分類、地質置信度
分布與勘查,資源勘查,主要產區,鈾礦床地質類型,鈾資源的分級,鈾生產,釷資源,
分布與勘查
地殼中的鈾 鈾在地殼中的平均含量為2.5×10-6。酸性火成岩中鈾的含量最高，平均為(3.5～4.75)×10;中性火成岩中次之，為(1.6～2.0)×10-6;基性和超基性火成岩中很低，分別為(0.5～0.8)×10-6和(3～6)×10。沉積岩石中鈾的平均含量變化範圍很大，從0.45×10到8×10-6。岩鹽、碳酸鹽岩和石英砂岩中鈾的含量較低，黏土岩、磷塊岩和黑色頁岩中含量較高。
自然界中鈾以四價和六價兩種價態形式存在。四價鈾的離子特徵與釷和稀土元素的相似，故常與這些元素共生;六價鈾多以鈾醯離子(UO2)形式存在，可與多種(絡)陰離子形成鈾醯絡合物或被層狀構造礦物所吸附。
截止到1991年底，世界上已知的鈾礦物有180種，中國已發現的鈾礦物有59種。重要的工業鈾礦物中，四價的有：晶質鈾礦(含瀝青鈾礦)、鈾石和鈦鈾礦；六價的有：矽鈣鈾礦、鈣鈾雲母、銅鈾雲母、釩鈣鈾礦和鉀釩鈾礦等。
資源勘查
鈾資源勘查始於20世紀40年代中期，當時主要用於製造核武器。70年代因核電發展，在世界範圍出現找鈾高潮。在澳大利亞、加拿大相繼發現了不整合脈型鈾礦床，儲量大、品位富；在美國、澳大利亞、巴西、非洲和歐洲等地也發現了新的鈾礦床。如含鈾鈉長岩型、砂岩型、花崗質角礫岩型（Cu-U-Au-Ag型）及鈣結岩型等。1980年以後，鈾礦勘查和生產走向低潮。這一時期鈾礦勘查投入減少，但仍取得一些新的成果，如加拿大西加湖礦床，澳大利亞奧林匹克壩礦床(屬世界上規模巨大的Cu-U-Au-Ag礦床，銅儲量3200萬噸，鈾120萬噸，金1200噸），引起世界地質工作者的矚目。進入90年代，鈾礦勘查仍未走出低谷。
主要產區
世界鈾礦資源的分布是不均勻的，有80多個國家和地區發現鈾礦床和鈾礦化，主要產鈾區有：美國、加拿大、澳大利亞、南非、納米比亞、尼日、加彭，俄羅斯、烏克蘭、烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦、德國東部、捷克、法國及巴西。據聯合國國際原子能機構於 1990 年 1月公布的世界鈾資源（不含前蘇聯、東歐及中國）低成本儲量為230萬噸。按國家統計，以澳大利亞為最多，其次為南非、加拿大、美國、尼日、納米比亞等國。國際原子能機構於1991年正式公布，前蘇聯鈾資源可靠儲量69萬噸、潛在資源量120萬噸。德國和捷克的鈾資源也都在幾十萬噸以上。
地殼中的鈾 鈾在地殼中的平均含量為2.5×10-6。酸性火成岩中鈾的含量最高，平均為(3.5～4.75)×10;中性火成岩中次之，為(1.6～2.0)×10-6;基性和超基性火成岩中很低，分別為(0.5～0.8)×10-6和(3～6)×10。沉積岩石中鈾的平均含量變化範圍很大，從0.45×10到8×10-6。岩鹽、碳酸鹽岩和石英砂岩中鈾的含量較低，黏土岩、磷塊岩和黑色頁岩中含量較高。
自然界中鈾以四價和六價兩種價態形式存在。四價鈾的離子特徵與釷和稀土元素的相似，故常與這些元素共生;六價鈾多以鈾醯離子(UO2)形式存在，可與多種(絡)陰離子形成鈾醯絡合物或被層狀構造礦物所吸附。
鈾礦物 截止到1991年底，世界上已知的鈾礦物有180種，中國已發現的鈾礦物有59種。重要的工業鈾礦物中，四價的有：晶質鈾礦(含瀝青鈾礦)、鈾石和鈦鈾礦;六價的有：矽鈣鈾礦、鈣鈾雲母、銅鈾雲母、釩鈣鈾礦和鉀釩鈾礦等。
鈾礦床地質類型
1989年2月國際原子能機構顧問委員會會議根據礦床產出的地質背景把鈾礦床劃分為15種主要類型，即不整合面型、砂岩型、石英卵石礫岩型、脈型、角礫雜岩型、侵入岩型、磷塊岩型、塌陷角礫岩筒型、火山岩型、表生型、交代岩型、變質岩型、褐煤型、黑色頁岩型和其他類型。這個分類一直為鈾礦地質界沿用至今。當前在鈾資源和鈾生產中最重要的是不整合面型和砂岩型鈾礦床。
不整合面型鈾礦床： 這類鈾礦床目前主要見於加拿大薩斯卡切溫省(Saskatchewan)的阿薩巴斯卡(Athabasca)盆地地區和澳大利亞北部的阿利蓋特河(Alligator River)地區。礦床產於早遠古代的石墨片岩中，因受太古界和下遠古界之間的不整合面的控制而得名。這類礦床以礦石的品位高和資源量大為主要特點。以加拿大的雪茄湖(Cigar Lake)為例，已探明平均品位達12.3%U的儲量11萬t。阿薩巴斯卡盆地地區其他的不整合面型鈾礦床的品位也多在2%～5%之間，該區探明的總儲量達43.9萬t鈾。加拿大目前生產的鈾絕大部分采自這類鈾礦床。澳大利亞北部地區亦發現了若干不整合面型鈾礦床， 其總探明儲量達到30.6萬t鈾， 但礦石的品位較低， 一般僅為0.2%～0.3%。
礦岩型鈾礦床： 此類礦床產於中新生代沉積盆地的陸相至濱海相河流和三角洲砂體中。目前已知具有重要砂岩型鈾礦床的國家是：哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、美國、尼日、蒙古和俄羅斯等。60年代末前蘇聯和美國先後成功地開發了非常規的地下浸出采鈾技術，使某些砂岩型鈾礦床的開採成本大幅度下降，從而使某些原先非經濟和次經濟的砂岩鈾資源變成經濟可采的鈾資源。這類鈾礦床稱為可地浸砂岩鈾資源。其特點是礦石的品位雖低 (一般僅為0.02%～0.05%U)，但資源量巨大。哈薩克斯坦的英凱 (Inkai)和布瓊諾夫 (Bujonov) 礦床的鈾資源量都在30萬t以上。可地浸砂岩型鈾礦床是當前唯一能在生產成本上與富大的不整合面型鈾礦床競爭的鈾礦床類型。
角礫雜岩型鈾礦： 迄今為止，世界上僅發現南澳大利亞的奧林匹克壩(Olympic Dam)一處角礫雜岩型鈾礦床。礦床產於中遠古代的角礫雜岩中，為一銅-鈾-金綜合礦床，探明礦石量20億t，含鈾0.05%，鈾資源量100萬t。
其他的鈾礦床多半只具有局部的地區意義， 如捷克和法國的花崗岩中的脈型鈾礦床， 南非和加拿大的石英卵石礫岩型鈾礦床， 美國的塌陷角礫岩筒型鈾礦床，烏克蘭和巴西的交代岩型鈾礦床，俄羅斯和北哈薩克斯坦的火山岩型鈾礦床， 澳大利亞西部的表生型鈾礦床， 納米比亞的侵入岩型鈾礦床和德國的黑色頁岩型鈾礦床等。這些鈾礦床的鈾生產成本無法與不整合面型和可地浸砂岩型鈾礦床相競爭而不再成為世界各國的主要找礦目標。
中國已發現的鈾礦床主要屬花崗岩中的脈型和火山岩型，當前正在盡力擴大可地浸砂岩型鈾資源，並已在新疆地區落實了一定數量的可地浸砂岩鈾資源。
鈾資源的分級
國際上歷來多採用按生產成本分類、按地質置信度分級的二維系統。經濟合作與發展組織核能機構和國際原子能機構把鈾資源劃分為可靠資源 、Ⅰ類估計附加資源 類估計附加資源 和 推 測 資 源(四個地質可信度逐漸降低的級別;按其生產成本劃分為<$40/kgU、$40～80/kgU、$80～130/kgU和$130～260/kgU四個級別。此外，還引人了原地資源和可回收資源的概念。可回收資源系指可採礦石中回收的鈾量， 其中已扣除了預計的採礦和礦石加工的損失量; 原地資源系指未考慮採礦和礦石加工損失的可回收資源。
中國以往採用的是僅按地質置信度分級的資源量分類系統。即將實施的中國國家標準《固體礦產資源/儲量分類》(對包括鈾在內的固體礦產資源按其地質可靠程度劃分為預測的、推斷的、控制的和探明的四級;同時根據資源經濟上的合理性劃分為經濟的、邊界經濟的、次邊界經濟的和內蘊經濟的四類，與國際原子能機構的分類大致相當。
世界鈾資源，截止到1997年1月1日，成本為≤$130/kgU的世界可回收的可靠資源和Ⅰ類估計附加資源為429.9萬t鈾;成本為≤$80/kgU的上述兩類資源約為308.5萬t鈾， 分別比上一年增加了44.8萬t鈾和32.4萬t鈾。≤$40/kgU的資源量因缺少數據和一些國家出於保密考慮而未予統計。
1995年世界(26個國家)用於鈾資源勘查的總經費約為8360萬美元，比1994年的7470萬美元增加了約12%。1996年(24個國家)報導的鈾資源勘查費用增長到8590萬美元， 但比起1992年 (29個國家) 的11870萬美元和1986年 (西方國家) 的18000萬美元來還是下降了許多。直到1996年在鈾資源勘查上仍有較大投入(超過500萬美元)的國家有：加拿大(2847萬美元)、澳大利亞 (1184萬美元)、印度 (739萬美元)、烏茲別克斯坦 (703萬美元) 和埃及 (653萬美元)等。現有的勘查工作主要集中在低成本的不整合面型和可地浸砂岩型鈾資源上。
鈾生產
核武器出現之前，鈾的生產量很少。第二次世界大戰以後的核軍備競賽極大地刺激了鈾的生產， 1959年西方國家的總鈾產量就達到33300 t鈾。隨後由於軍需縮減， 西方國家鈾的生產下跌至1967年的12500 t。60年代中期以後的核電發展和70年代的幾次石油危機再次刺激了鈾的生產，至1980年達到第二個高峰，僅加拿大、美國、澳大利亞等10個西方主要產鈾國就生產了約52000 t鈾。由於70年代後半期鈾生產遠遠大於需求，鈾的庫存快速增長，至1981年世界鈾產量開始下降， 1988年全世界產鈾59727 t，此後逐年下降， 至1994年跌至最低谷， 為31611 t。此後，由於需求拉動鈾生產開始緩慢攀升，至1996年已達36195 t。1996年鈾生產超過2000 t的國家依次是：加拿大 (11706 t)、澳大利亞(4975 t)、尼日 (3321 t)、俄羅斯 (2605 t)、納米比亞 (2447 t)和美國 (2431 t)。
1996年世界鈾的需求量為60488 t天然鈾當量。當年鈾的生產僅能滿足核電需求的59.8%，其缺口主要靠庫存彌補。
60～70年代鈾生產的急劇增長也是當時鈾價上揚的結果。1978年鈾價達到頂峰值——$112.85/kgU。隨後因供過於求鈾價持續回落， 至1992年為$20.67/kgU， 至1994年跌至谷底. 僅為$18.24/kgU。1994年11月以後鈾價開始回升，至1995年達到$31.20/kgU。此後稍有漲落，1997年上半年的鈾價徘徊在$30.01～32.42/kgU之間。
然而， 據國際原子能機構1998年8月測算， 至2010年核電對鈾的總需求累計為163.8萬t金屬鈾，其中78.2%的需求要依靠新生產的鈾來提供。因此，到2005年， 中高成本鈾資源的生產將達到總量的30%，鈾的市場價也將上揚到$52/kgU以上。此後直到2020年鈾價將進一步上揚。這一價格發展態勢將促使鈾資源的勘查和開發力度不斷加強。
釷資源
釷在地殼中的平均含量為10～13×10。釷在酸性和鹼性火成岩中的含量偏高，可達(20～30)×10，基性和超基性火成岩以及沉積碳酸鹽岩中偏低。僅5×10-6～3×10-6。釷在自然界主要以四價狀態存在於釷礦物和含釷礦物中。重要的釷礦物有釷石、方釷石、釷鈦鈾礦;而重要的含釷礦物有獨居石、鋯石、褐釔鈮礦、氟鈰碳礦、燒綠石以及其他鈾、鈦、鈮鉭和稀土礦物。
世界釷資源量最多的國家是印度(40萬t)、土耳其(33萬t)、美國 (30萬t)、委內瑞拉(30萬t)、加拿大 (23萬t)、巴西 (22萬t) 和挪威 (13萬t)。主要釷礦床類型為獨居石砂礦、稀土礦床中的伴生釷和石英卵石礫岩型鈾釷礦床。中國的釷資源主要集中在高溫熱液稀土礦床中的釷和鹼性岩中的鈾-釷-稀土礦床。
由於釷往往是鈾或稀土的副產品， 所以釷的產量主要取決於鈾、稀土、鉭、鋯礦的需求。因釷的需求量不大， 目前世界上釷大量過剩。
