کیک زرد چیست (اکسید اورانیوم)
در مقاله پیشِ رو توضیح میدهیم که کیک زرد چیست و چه کاربردی دارد. همچنین نحوه تولید آن در صنعت هستهای را مرور میکنیم.
کیک زرد چیست؟
کیک زرد یا اورانیا همان اکسید اورانیوم جامد و غلیظ است که پس از استخراج و فرآوری، برای تولید سوخت هستهای بهکار میرود. هر ترکیبی متشکل از اتمهای اکسیژن و اورانیوم را اکسید اورانیوم مینامیم. لذا ممکن است ترکیب اکسید اورانیوم از حیث تعداد اتمهای اکسیژن و اورانیوم موجود در آن، متفاوت باشد. اما در هر حال، در صنعت هستهای به آن اصطلاحا کیک زرد میگوییم. برای مثال، دیاکسید اورانیوم (UO۲) و اوکتااکسید تریاورانیوم (U۳O۸) هر دو کیک زرد هستند، هرچند استفاده از ترکیب دوم یعنی U۳O۸ متداولتر است.
کاربرد کیک زرد چیست؟
برای تولید سوخت هستهای و سپس انرژی هستهای به کیک زرد یا اکسید اورانیوم احتیاج داریم. کیک زرد در همان مراحل ابتدایی چرخه سوخت هستهای تولید میشود. پس از استخراج سنگ معدن اورانیوم و تصفیه آن از ناخالصیها اورانیوم را اکسید میکنند و آنچه بهدست میآید، اکسید اورانیوم است. اکسید اورانیوم سپس طی مراحل بعدیِ چرخه سوخت هستهای به گاز هگزافلورید اورانیوم تبدیل میشود. آنگاه با انتقال گاز هگزافلوراید اورانیوم به دستگاههای گریز از مرکز یا همان گریزانه (سانتریفیوژ)، غنیسازی اورانیوم آغاز میشود. پس از افزایش غنای اورانیوم شکافتنی (اورانیوم۲۳۵) به میزان مطلوب، نهایتا آنرا به قرص دیاکسید اورانیوم تبدیل میکنیم که همان سوخت هستهای است.
فرمول شیمیایی کیک زرد چیست؟
گرچه دو عنصر اصلی کیک زرد اکسیژن و اورانیوم است، ترکیب مولکولی آنها ممکن است متفاوت باشد. امروزه ترکیب اوکتااکسید تریاورانیوم (U۳O۸) رایجتر است اما گاهی دیاکسید اورانیوم (U۲O) نیز بهکار میرود.
روشهای استخراج اورانیوم و تولید کیک زرد چیست؟
امروزه برای استخراج یا بازیابی اورانیوم و سپس تولید کیک زرد دو روش وجود دارد:
- روش معمولی آسیاب و شستوشو (بیرون از محل استخراج)
- روش شستوشو در محل استخراج (معدن)
روش آسیاب و شستوشوی معمولی (بیرون از محل استخراج)
در روش کاوش و آسیاب معمولی، سنگ معدن اورانیوم از زمین استخراج و سپس جهت جداسازی و پالایش به کارخانه آسیاب یا سنگسابی منتقل میشود. آنجا سنگ معدن اورانیوم را خرد میکنند و آنرا در اسید سولفوریک (یا گاهی در محلول قلیایی قوی) میشویند تا از سنگهای زائد جدا شود. سپس محلول اورانیوم حاصله را تغلیظ (اصطلاحا کنسانتره) میکنند. پس از خشک شدن و معمولا حرارت دادن، پودر زرد مایل به قهوهای به دست میآید که معمولا همان کیک زرد یا اوکتااکسید تریاورانیوم (U۳O۸) است.
برای جداسازی اورانیوم بهروش معمولی، راهکار دیگری هم وجود دارد و آن، سنگشویی اسیدی است. در روش مذکور، روی تودهای از سنگ معدن اورانیوم، اسید میپاشند. اورانیوم در محلول حاوی اسید حل و سپس با گذر از صافی، جمعآوری میشود و نهایتا طی فرآیندهای شیمیایی دیگری به اکسید اورانیوم تبدیل میشود. در خلال شستشوی سنگ معدن اورانیوم معمولا چندین عنصر فلزی سنگین نیز جدا و استخراج میشود که مولیبدن، وانادیوم، سلنیوم، آهن، سرب و آرسنیک از آن جمله است.
روش شستوشوی در محل استخراج (معدن)
در روش استخراج یا شستوشو در معدن، اورانیوم در همان محل کاوش، پالایش و برای تولید کیک زرد آماده میشود. برای این منظور، محلولی موسوم به لیکسیوانت (معمولا حاوی آب مخلوط با اکسیژن و یا پروکسید هیدروژن و نیز کربنات سدیم یا دیاکسید کربن و یا اسیدسولفوریک یا گاهی اسید نیتریک) را از طریق حفرههایی با فشار به سطح زیرین زمین تزریق میکنند. لیکسیوانت اورانیوم را در محلول حل میکند. محلول حاوی اورانیوم پس از استخراج از صافی ریزدانههای رزین میگذرد تا از ناخالصیها جدا شود. رزین حاوی اورانیوم را به کارخانه فرآوری میبرند و آنجا اکسید اورانیوم را از دانههای رزین جدا میکنند. سپس اکسید اورانیوم عملا به کیک زرد تبدیل میشود. امروزه بخش زیادی از اکسید اورانیوم دنیا به همین روش یعنی درجا تولید میشود. البته روش درجا فقط در شرایط زیرسطحی قابل انجام است.
تولید کیک زرد (اکسید اورانیوم) در ایران
جمهوری اسلامی ایران یکی از تولیدکنندگان اکسید اورانیوم یا کیک زرد در دنیاست. اولین کارخانه تولید کیک زرد ایران در گچین بندرعباس بود. از ابتدای سال ۹۵ کارخانه بزرگتری همنام شهید هستهای کشورمان، شهید رضایینژاد در اردکان یزد تدریجا کار خود را آغاز کرد.
در اردیبهشت ۱۴۰۲ نیز مجتمع تولید کیک زرد شهید سلیمانی در ساغند اردکان به بهرهبرداری رسید. در کارخانه اورانیوم ساغند اردکان سالانه حدود ۲۰,۰۰۰ تن کیک زرد تولید میشود (منبع: گزارش تلویزیونی خبرگزاری جمهوری اسلامی ایران). دانشمندان ما مراحل مختلف چرخه سوخت هستهای را در کشورمان انجام میدهند و به خارج وابسته نیستند. اکسید اورانیوم نیز یکی از محصولات و ملزومات اولیه برای تولید سوخت هستهای است، لذا تولید آن برای کشورمان اهمیت دارد.
در کارخانه اردکان، کیک زرد در محل معدن یا اصطلاحا درجا (in-situ) و با روش تودهشویی (heap leaching) استخراج میشود. در روش مذکور، اسید را روی توده سنگ معدن اورانیوم میپاشند تا اورانیوم بوسیله اسید از کانی جدا شود. سپس اورانیوم به بخش فرآوری میرود تا نهایتا به اکسید اورانیوم تبدیل شود. اکسید اورانیوم را سپس به تاسیسات تبدیل یا فرآوری اورانیوم اصفهان میبرند تا به گاز هگزافلوراید اورانیوم با غنای طبیعی تبدیل شود (اطلاعات بیشتر در تارنمای سازمان انرژی اتمی ایران). گاز هگزافلوراید اورانیوم، ماده اولیه مجتمعهای غنیسازی (مثل نطنز) است.
آیا کیک زرد واقعا زرد است؟
رنگ کیک زرد بسته به میزان حرارتی که به آن میدهند تا خشک شود فرق میکند، هرچه دما بیشتر باشد، رنگ کیک زرد تیرهتر و انحلالپذیری آن کمتر خواهد بود. باتوجه به همین موضوع، بعضی از انواع کیک زرد واقعا زرد و برخی دیگر نارنجی و بعضی بز تیره (مایل به سیاه) هستند.
آیا کیک زرد پرتوزا و خطرناک است؟
اکسید اورانیوم حاوی مقدار زیادی پودر اورانیوم است و چون اورانیوم عنصری پرتوزا است، طبیعتا کیک زرد نیز تا حدی پرتوزا یا رادیواکتیو است، اما پرتوزایی ضعیفی دارد. در واقع، اکثر ایزوتوپهای اورانیوم موجود در اکسید اورانیوم (بیش از ۹۹ درصد آن) اورانیوم۲۳۸ است. نیمه عمر اورانیوم۲۳۸ بسیار طولانی (بیش از ۴.۵ میلیارد سال) و درنتیجه پرتوزایی آن کم است، اما باز آن را با رعایت شرایط ایمن جابهجا میکنند. ضمنا استنشاق اکسید اورانیوم برای سلامتی خطرناک است.
