1、“铀水冶工艺学”的任务是什么？“铀水冶工艺学”的基本要求？什么是“铀”？铀水冶工艺学铀水冶工艺学第一章第一章 绪论绪论 1.1 铀在核能应用中的地位 1.2 铀生产简史 1.3 铀水冶工艺技术的现状与发展趋势1.1 铀在核能应用中的地位铀在核能应用中的地位人类进化发展的过程，就是一部不断向自然索取更多能源的历史。能源的人均消耗已经成为衡量一个国家生产能源的人均消耗已经成为衡量一个国家生产水平和生活水平的重要标志之一。水平和生活水平的重要标志之一。世界上的煤、石油、天然气资源将在几十年世界上的煤、石油、天然气资源将在几十年内逐渐枯竭。内逐渐枯竭。我国能源现状我国能源现状我国是一个发展中国家，人均
2、能耗仅为发达国家的几十分之一几十分之一。我国的煤、石油、水力等资源人均占有量不到世界平均值的二分二分之一之一。我国能源资源分布极不均匀，60%以上的煤矿集中在华北，70%的水力资源在西南，而人口、工业多集中在东南沿海地区。“北煤南运，西电东送”的难题一直是制约我国经济发展的巨大障碍。煤、石油、天然气还是重要的化工原料，用作燃烧非常“可惜可惜”。同时，由于大量燃烧煤炭和石油所引起的环境污染和生态平衡问题非常“可怕可怕”。2006年（左）和年（左）和2050年（右）我国能源消费结构年（右）我国能源消费结构核电核电-经济、安全、可靠、清洁的新能源经济、安全、可靠、清洁的新能源 风能、太阳能、地热能、
3、潮汐能、生物质能、海水温差等。但是，以上这些能源很难在短期内实现大规模的工业生产和应用。比如太阳能，虽然无穷无尽，但是利用太阳能发电需要占据大片的土地和昂贵的光电装置。其他能源也有类似的缺点。只有核能核能，才是一种可以大规模使用的安全的、经济的工业能源。核能的产生核能的产生-链式反应链式反应当一个铀原子核吸收一个中子后，即裂变成两块质量相近的“碎片”，同时释放出巨大的能量和两、三个中子；这两、三个新生成的中子，在一定的条件下又可引起新的铀核裂变，如此连续下去，裂变的链式反应就可以自持进行下去原子核能。理论上，1 kg铀-235全部裂变反应后所释放出的能量和2500吨无烟煤完全燃烧所释放的能量相
4、当。因此，铀和钚铀和钚作为核燃料，在核能应用中具有显要的地位。链式反应链式反应裂变反应裂变反应裂变反应示意图裂变反应示意图核能的威力核能的威力铀在核能事业中的应用是从研制核武器开始的。原子弹正是由于铀（235U）、钚(239PU)等重核裂变能瞬时释放出巨大的能量而具有强大的杀伤力。原子弹爆炸时，在小于百万分之之一秒的时间内释放出的巨大能量，使爆炸中心温度立即上升到上千万度上千万度，压力达几十亿个几十亿个大气压，把其周围一切物质化为气体，并形成火球，产生冲击波、光热辐射、贯穿辐射和放射性污染等杀伤因素。一般原子弹的爆炸威力相当于两万吨梯恩梯(TNT)炸药的爆炸力，加强的原子弹的威力最大可达50万
5、吨梯恩梯当量。铀作为原子弹的装料，其铀-235的含量要求达90以上。原子弹原子弹 原子弹装的核燃料主要为铀235或钚239，分别称为铀弹和钚弹。天然铀矿石中铀235仅占0.7，为获取高纯度铀235，通常要采用物理方法把天然铀矿石中的铀238分离出去，不断提高铀235的含量。当铀235的含量达到90以上，就可以满足核武器的要求。美国在广岛投掷的原子弹就是铀弹。我国的第一枚原子弹也是铀弹。一颗铀弹的装料大约为1525kg。钚弹钚弹 钚239是铀238经过中子照射蜕变形成的。通常钚239需要对反应堆核废料进行后处理才能提取。钚弹中钚239的浓度必须达到93以上。用钚作核燃料可提高核武器的比威力，由于
6、钚239的获取相对容易，一些实力不强的国家通常先研制钚弹。一颗钚弹装料大约为510kg。1945年8月6日上午8点15分美国投在日本广岛上空、爆高580米的原子弹“小男孩”，它装有60千克高浓缩铀235，采用枪法结构。枪管直径约15厘米，长1.8米，重约半吨。核弹本身连同外壳长3米，直径71厘米，重约4吨，当量1.21.5万吨TNT。1945年8月9日上午11点零2分美国投于日本长崎的那颗原子弹(代号叫“胖子”)，爆高503米，采用的是内爆式结构，装料为钚239。弹重约4500公斤，弹最粗处直径约152厘米，弹长约320厘米，爆炸威力为2万吨TNT当量。我国第一颗原子弹我国第一颗原子弹蘑菇云蘑
7、菇云我国第一颗核弹我国第一颗核弹 第一颗原子弹：内爆式铀弹；重1.55吨，当量2.2万吨TNT；第一颗氢弹：以铀原子弹为起爆管，重8吨，当量330万吨TNT；第二颗氢弹：以钚原子弹为起爆管，重2吨，当量277万吨TNT；核能的应用核能的应用 核爆炸除了在军事方面的应用外，作为工程应用的“核炸药”也是相当有意义的。据报道，铀作为“核炸药将比化学炸药便宜，且其爆炸威力越大越便宜。核爆炸已经或可能应用在如下一些工程项目：开凿运河、山口等巨大的土石方工程，破碎地下含油、气岩层以提高油、气产量；开发地热；建设地下高压贮气库、水库或废物库等。核电核电-民用民用从造福人类的长远目标看，核能应用的方向之一，应
8、该是从核反应堆可控的裂变链式反应中持久地获得能量。20世纪50年代，核电站的研究、建造成功，为核能的和平利用展示了广阔的前景。由于煤、石油等天然燃料的储量有限，石油和天然气只有几十年的使用时间，煤也就是150200年。说明急需替代品，目前最好的替代品就是核能。核能具有非常大的优点，它不排放二氧化碳，对环境保护有好处，而且这些燃料往往又是宝贵的化工原料，故核电站的建立在核能开发上具有深远的意义。2016年全球超过900万千瓦新增装机投入运营，2016年末，全球有448座反应堆在运，10个机组新投运，3个机组永久关闭。全年全球核电机组发电量2476TWh，增加35TWh。2016年初在建机组数量6
9、8台，当年有10台机组建造完工，开工建造3台，截止2016年末全球有61个机组在建。中国在2016年田湾6号的FCD标志着机组建设的恢复。核电发电量约占全球总发电量的12%，已有18个国家和地区核发电量占发电总量的比例超过20%。核电已成为30多个国家能源组成中不可或缺的部分。n全球核电概况全球核电概况世界核电站的分布图 发展核电是中国核能事业的重要组成部分。核电是一种清洁、高效、优质的现代能源。中国坚持发展与安全并重原则，执行安全高效发展核电政策，采用 最先进的技术、最严格的标准发展核电。中国核电路线图：中国核电路线图：中国的核应急白皮书中国的核应急白皮书30余年的时间里，中国核工业以谨慎加
10、积极的态度稳步前进，数据显示，目前各地已完成初步可行性研究报告审查的核电厂址多达31个。其中明确规划日程，除已开工的24台外，确定于十三五内建设的核电项目还有40台，涉及11个省份。未明确开工时间，但已有规划议程的项目多达170台，涉及19个省份，其中内陆地区除湖北、湖南、江西外，还有四川、河南、安徽、河北等地。根据十三五规划，2020年中国运行核电装机容量要达到5800万千瓦，在建3000万千瓦。亚洲亚洲亚洲国家依然垄断了新建核电的市场，2016年底，全球61个在建项目中20个在中国，15个在印度、巴基斯坦和俄罗斯。2016年中国有海南昌江、防城港、福清、红沿河、宁德等地的核电项目投入运行，
11、增加装机容量460万千瓦，占全球当年新增核电装机的一半。在建项目2300万千瓦，2017年有5台机组完成建造，并且开工在建8台机组项目。日本2011年的福岛核事故给全球的核行业沉重的打击，日本核电行业在缓慢复苏，但是新的挑战也不断出现，这其中最引人注目的就是东芝旗下的西屋电气的破产。核电机组的重启虽然有些延迟，但也取得了一些进展，5个机组已经重启，19个正在获取核准。位于田纳西州的Watt Bar 2号2015年建成，2016年并网，这是美国近20年来首次投运的核电机组。同时在VC SUMMER 和 Vogtle,核电项目的建设却遭遇了前所未有的挑战。尽管如此，由于受到价格更加低廉的天然气能源
12、挑战，以及某些州的市场自由化，还有对某些可再生能源的过度补贴，美国核电行业正面临挑战，美国在运核电机组的数量已经从2016年的104台下降到了2016年的99台。n美国美国俄罗斯第一座VVER-1200机组-NovovoronezhII项目1号机组2016年8月份并网，2017年正式投入商运。快堆Beloyarsk 4 在2016年11月份投入商运。政府在2016年末宣布在2030年之前将建设11台新的核电机组。俄罗斯在核电出口市场上拥有垄断优势，在白俄罗斯、中国、匈牙利、印度、伊朗和土耳其等国家的核电市场上已经参与其中，并且已经成为阿尔及利亚、孟加拉、玻利维亚、尼日利亚，南非、塔吉克斯坦等国
13、家核电市场的潜在投资者，这些都体现了俄罗斯核工业体系在国际市场的竞争能力。n俄罗斯俄罗斯 英国Hinkley Point C 项目取得了进展，虽然核电在欧洲已经成为最大的低碳清洁能源的来源，但是也面临来自政治的压力。在Wylfa，Horizon项目的建设也在推进。法国拥有欧洲最多的58座在运核电机组，正在考虑将核电发电占比从目前的75%在2025年之前降到50%。n欧洲欧洲 南非政府制定的目标是2041年之前增加核电装机680万千瓦，南非是非洲目前唯一拥有核电发电的非洲国家，Koeberg电站的两台机组1980年中至今一直投运。除了南非之外，非洲的其他国家诸如阿尔及利亚、加纳、苏丹也都表现出了
14、对发展核电的兴趣，苏丹已经和中国签署了建造第一台核电站的框架协议。n非洲非洲 目前，核电在世界能源总体结构中占12%，我国核电只占能源结构的2%。按照我国核电中长期发展规划目标，到2020年，我国大陆在运核电装机容量将达到5800万千瓦，在建3000万千瓦。这些机组都运行后，核电在我国能源结构中将占5%。核电优势核电优势 总体评价：总体评价：核燃料能量密度高，体积小，所需运力少，价格稳定，供应可靠。安全性：安全性：每堆年发生严重堆芯损坏事件的概率低于十万分之一，每堆年发生大量放射性物质释放事件的概率低于百万分之一。成本：成本：核电的投资成本分别高出煤电、气电约50%和140%，而发电总成本煤电
15、、气电仍比核电高出约30%，根本原因是核燃料费用低，只占发电总成本的23%。环保优势：环保优势：对环境影响小对环境影响小。火电与核电耗材比较火电与核电耗材比较100万千瓦时的火电站一年要消耗1400，000t标准煤，如采用火车运输，每节车皮按60t标准箱计算，每列火车15节车皮，每车900t，每天一次，每年按300天计算，则需要5个专列（按1400000计算）。排放的CO2和固体渣也是非常可观。100万千瓦时的核电站则只需要200t左右天然铀，只留下数量很少的放射性废物。国外核电状况国外核电状况 从20世纪50年代以来，美国、法国、比利时、德国、英国、日本加拿大等发达国家都建造了大量核电站，核
16、电站发出的电量已占世界总发电量的12%。法国核电站的发电量已占该国总发电量的85%、日本70%、美国30%，在这些国家，核电的发电成本已经低于煤电。国际经验证明，核电是一种经济、安全、可靠、清洁国际经验证明，核电是一种经济、安全、可靠、清洁的新能源。的新能源。我国核电发展历程我国核电发展历程n2007年中国的核能发电不到700万千瓦，根据中国的核电中长期发展规划，到2020年，将建成核电装机容量60007000万千瓦。n秦山核电站秦山核电站是我国大陆自行设计建造的第一座核电站30万千瓦原型压水堆核电站，于1985年开工建设，1991年12月15日首次并网发电，1994年投入商业运行，它的建成，
17、使我国成了世界上第7个能够自主设计、自主建造核电站的国家。它是我国和平利用核能 的重要里程碑，被誉为“国之光荣”。p 大亚湾核电站大亚湾核电站，是我国引进国外资金、设备和技术的第一座大型商用核电站，也是我国改革开放以来最大的中外合资项目。它装有两台单机容量为98.4万千瓦的压水堆核电机组。两套机组分别在1994年2月和5月投入商业运行，每年的发电量超过100亿千瓦时。上网电量的70送往香港。p 秦山二期秦山二期核电站我国自行设计、建造的，装有两台60万千瓦压水堆核电机组，于1996年6月2日开工建设。1号机组于2002年2月6日实现首次并网。p 秦山三期秦山三期核电站是中国和加拿大合作建造的重
18、水堆核电站，装有两台72.8万千瓦核电机组。它于1998年6月8日开工建设。1号机组于2002年11月19日实现首次并网。p 田湾田湾核电站是从俄罗斯引进的2106万千瓦压水堆核电站。核电站采用了全数字化仪控系统和双层安全壳，进一步提高了安全性能。它于1999年10月20日开工建设，2006年5月12日一号机组首次并网成功。从1985年秦山一期开工建设起，经过三十多年的努力，我国核电从无到有，得到了很大的发展。截止到2014年8月我国核电基地已达7个，已运行21台机组，装机容量已达1900多万千瓦。核电站核电站运行运行额定额定装机容量装机容量（万千瓦万千瓦）堆型堆型业主业主秦山核电厂130压水
19、堆(CNP300)中核集团秦山第二核电厂465压水堆(CP600)中核集团秦山第三核电厂270重水堆(CANDU6)中核集团田湾核电站2106压水堆（VVER)中核集团福清核电站1108压水堆(CR1000)中核集团大亚湾核电站298.4 压水堆（M310)中广核集团岭澳核电站一期299 压水堆(M310)中广核集团岭澳核电站二期2108压水堆(CPR1000)中广核集团阳江核电站1108压水堆(CPR1000)中广核集团宁德核电站2108压水堆(CPR1000)中广核集团红沿河核电站2108压水堆(CPR1000)中广核集团合计21台我国正在运行核电站（2013年）核电站核电站在建额定在建额
20、定装机容量装机容量 （万千瓦）万千瓦）堆型堆型 业主业主 福清核电厂3108 CP1000+华龙1号中核集团 秦山核电厂扩建（方家山）2108 压水堆(CP1000)中核集团 三门核电厂 2125 第三代压水堆（AP1000)中核集团 田湾核电厂2112压水堆（VVER）中核集团昌江核电厂 265 压水堆(CP600)中核集团红沿河核电厂 2108 压水堆(CPR1000)中广核集团 阳江核电厂5108 压水堆(CPR1000)中广核集团 台山核电厂 2175 第三代压水堆（EPR)中广核集团宁德核电厂2108 压水堆(CPR1000)中广核集团 防城港核电厂 2108 华龙1号中广核集团 海
21、阳核电厂 2125 第三代压水堆(AP1000)中电投集团 石岛湾核电厂120高温气冷堆（HTR200)华能集团合计27台在建核电站中国核电站分布中国核电站分布核电发展新机遇核电发展新机遇 20年多来，中国核电发展虽然进展显著，但距世界水平仍有很大的差距。目前全球核电占电能的比重平均为12%，已有17个国家核电在本国发电量中的比重超过25%。我国用26 年时间只建成了15 台核电机组，装机容量只占电力总装机容量的2%，远不到世界平均水平，更远远低于法国、美国85%和30%的水平。长远来看，中国的核能发电潜力巨大。进入21世纪，。国务院已颁布了核电中长期发展规划，主要规划如下：n 2020年核电
22、装机容量达到4000万千瓦、在建1800万千瓦的目标。2010由于减排的压力越来越大，对2020年核电中长期发展规划进行调整：n 到2020年我国核电装机目标为建成7000万千瓦，在建3000万千瓦。中国核电发展规划 在我国核电建设发展规划中，国务院总理李克强在近期一次会议上表态称“（核电）2014年底之前怎么样都要启动了”。从全国“两会”到国家能源委员会会议，再到中央财经领导小组会议，数次表态的具体表述从原先的“稳步有序推进核电建设稳步有序推进核电建设”升级到“抓紧抓紧启动东部沿海地区新的核电项目建设启动东部沿海地区新的核电项目建设”、“加快步伐加快步伐核准一批核电项目核准一批核电项目”。2
23、014年6月23日，习近平总书记习近平总书记在中央财经领导小组的会上提出：采取国际最高安全标准国际最高安全标准，确保安全的前提下抓紧启动东部沿海地区的新的核电项目建设。据最新消息，到2020年将建成5000万千瓦、在建3000万千瓦的目标。也就是从今年开始每年应开工建设5台机组，核电建设的高潮应再次到来。到到2025年，我国将成为世界第二大核年，我国将成为世界第二大核电大国。电大国。中国核电正执行走出去战略，中核集团正积极推进，采用“华龙一号华龙一号”的三代核电技术，利用我国的资金优势、核电设备制造和核电建设能力优势参与国际竞争。天然铀的需求量天然铀的需求量 核电站是一种高能量、少耗料的电站。
24、以一座发电量为100万千瓦的电站为例，如果烧煤，每天需耗煤 5000吨左右，一年要消耗约150万吨煤。若改用核电站，一次换料可以满功率连续运行一年，每年只消耗1.5吨浓缩铀（U23590%），即低浓铀3040吨（U235约4%），即天然铀约200t(U235约 0.72%)。核能其它应用核能其它应用 除了用于发电外，核能还广泛应用在交通运输工具的推进动力方面。装备了核动力的潜艇核动力的潜艇、核动力航母、核动核动力航母、核动力破冰船、远洋货轮力破冰船、远洋货轮，无论是燃料负荷量燃料负荷量，还是续航能力，都是无与伦比的。例如，一艘远洋货轮横渡太平洋，须携带约6000吨化学吨化学燃料燃料，若采用核动
25、力，则只需25公斤浓缩铀公斤浓缩铀即可；又如，目前核潜艇的续航能力续航能力已超过40万海里万海里，续航时间可达三个月以上，且其潜航距离可占总航程的95。在技术条件成熟的时候，喷气飞机、火箭、航天器喷气飞机、火箭、航天器的推进动力也可采用核燃料核燃料。铀核裂变时将产生200多种放射性核素放射性核素。这些核素及其射线在各方面的应用，为和平利用核能开辟了另一个新的领域。在工业上工业上，射线可用于生产的自动控制及产品的无损探伤；在农业上在农业上，射线可用于培育良种、防治病虫害；在科研和在科研和医学上医学上，放射性示踪技术、癌症的治疗等亦有相当重要的意义。核燃料的生产核燃料的生产 前端前端（探、采、选、冶、核燃料元件生产）（探、采、选、冶、核燃料元件生产）反应堆工程反应堆工程 中端中端（核电站）（核电站）核燃料的后处理核燃料的后处理 后端后端（乏燃料后处理）（乏燃料后处理）核燃料循环
