Uraniumwinning - mijnbouw
De eerste stap in de productie van een kernwapen is het verkrijgen van de grondstof: uranium. Dit radioactieve metaal wordt gevonden in ertsen overal op de wereld. De grootste uraniummijnen zijn tegenwoordig in Kazachstan, Canada, Australië, Namibië, Niger, Rusland, Oezbekistan en China.
Ertsen hebben meestal maar een laag gehalte aan uranium, tussen de 0,1% en 2%. Er zijn voor uraniumwinning dus grote hoeveelheden erts nodig.
In de traditionele mijnbouw wordt het erts eerst opgegraven. Het erts wordt dan boven de grond in een fabriek (‘mill’) met een oplosmiddel bewerkt om het uranium op te lossen uit het erts. Tegenwoordig wordt het oplosmiddel ook rechtstreeks in het erts gespoten. Het uranium lost op in de grond en wordt opgezogen. Dit proces heet In-Situ Leaching (ISL), ‘oplossingsmijnbouw’.
Traditionele mijnbouw, ISL en andere mijnbouwtechnieken worden hieronder beschreven.
1. TRADITIONELE MIJNBOUW
Traditioneel wordt uraniumerts opgegraven uit erts dicht bij het aardoppervlak, in groeven of dagbouwmijnen. Om het gesteente uit te graven worden de conventionele mijnbouwtechnieken als boren en ontploffingen (detonaties) gebruikt. De kuilen die ontstaan hebben vaak enorme afmetingen.
Vanaf de jaren zeventig worden ook schachtmijnen voor uranium geopend. Door gebruik te maken van schachten en tunnels (gangen) kunnen ook diepere ondergrondse ertslagen bereikt worden.
Om het grondwater buiten de schachten en tunnels te houden als de mijn in bedrijf is, worden grote hoeveelheden besmet water weggepompt en veelal geloosd in rivieren en meren.
Radongas en ook het onvermijdelijke stof zijn een gevaar voor de gezondheid van de mijnwerkers. Gewoonlijk is er weinig bescherming tegen de verspreiding van radongas en stof door wind en water.
MIJNBOUWAFVAL
Er ontstaat veel afvalgesteente bij mijnbouw: bij dagmijnbouw het gesteente dat het erts omgeeft, en bij schachtmijnbouw door het graven van tunnels door de zones zonder erts of wanneer erts te arm is aan uranium voor verdere bewerking.
Na de sluiting van uraniummijnen, blijven vele miljoenen tonnen aan radioactief en giftig afvalgesteente achter. Dit wordt vaak gebruikt om gevaarlijker afval in de oorspronkelijke mijn te bedekken. In Duitsland zijn miljoenen tonnen van dit afvalgesteente verwerkt tot gravel of cement en gebruikt voor de aanleg van wegen en spoorwegen.
Als na sluiting van de mijn de pompen worden uitgezet, is het risico groot dat het grondwater wordt besmet door het rijzende water in de schachten.
Alleen al in de VS, de grootste producent tot 1980, zijn er op het ogenblik meer dan 15.000 verlaten uraniummijnen die een gevaar voor het milieu en de gezondheid vormen.
2. ISL (IN-SITU LEACHING)
ISL is een mijnbouwtechniek waarbij het uranium in het erts zelf wordt opgelost en daarna opgezogen.
ISL kent lagere kosten dan de conventionele mijnbouw. Ook kunnen er ertsen met een lager gehalte aan uranium gebruikt worden. Na de daling van de uraniumprijs in de jaren tachtig werd ISL steeds populairder – het vindt sinds 2017 zelfs meer plaats dan conventionele mijnbouw.
ISL-PROCES
Op de plek waar uraniumerts in de grond zit worden veel gaten in de grond geboord. Vervolgens worden miljoenen liters van een chemisch oplosmiddel direct in het erts gespoten – dit kan een zuur zoals zwavelzuur of een loog (basisch) zoals waterstofperoxide zijn. Hierdoor wordt het uranium aan het gesteente onttrokken, waarna de vloeistof met uranium naar boven wordt gepompt.
Een voorwaarde voor ISL is dat de ertsafzetting uit een makkelijk doorlatende grondlaag moet bestaan, zoals zand of zandsteen. Ook moet het erts zowel boven als onder omgeven zijn met een slecht doorlatende grondlaag, bijvoorbeeld van klei of leisteen.
ISL-AFVAL IN DE BODEM
ISL verwoest en besmet onomkeerbaar de gebruikte ertslaag. De vloeistof die in de ertslaag achterblijft is sterk radioactief en chemisch vervuild. Het kan bijvoorbeeld ontsnappen als de winningsgaten niet goed zijn afgesloten. Vervuiling van het omringende grondwater is een reëel gevaar – en kan meestal stroomafwaarts worden gemeten.
3 URANIUMWINNING ALS BIJPRODUCT
In ertsen komt vaak een combinatie van mineralen voor. Uranium kan bijvoorbeeld ook in goud- of kopererts voorkomen. De concentratie uranium in deze afzettingen is meestal nog lager dan de ertsen die worden gewonnen vanwege het uraniumgehalte. Toch kan uraniumwinning als bijproduct van de winning van andere ertsen nog rendabel zijn, bijvoorbeeld door de grote hoeveelheden erts die gedolven worden.
Tijdens de Koude Oorlog werd in de VS in het geheim uranium in de fosfaatindustrie geproduceerd. Zelfs de arbeiders wisten dit niet. Tot in de jaren negentig ging het om aanzienlijke hoeveelheden. Daarna werd het in de VS economisch onrendabel, Marokko is tegenwoordig koploper in deze industrie.
3 HEAP LEACHING
Heap leaching of het ‘uitlogen van een hoop’ is een methode om uranium te winnen uit hopen afvalerts of afvalrots. In deze techniek wordt de loogvloeistof van boven naar beneden door het gesteente gedruppeld, waarna de vloeistof wordt opgevangen en naar een verwerkingsfabriek wordt gepompt.