铀和它的未来

发布时间：80年12月28日

S. Bowice 编译程绍平

〔提要〕核时代充足的铀燃料的供应，是一个讨论得很多的问题。在这里，一位权威的地质学家总结了所交流的情况，并设想有发现新矿的可能。

对于一个国家来说，许多人明白了能量不足的含义。像我们国家，由于工业发达，能量是紧张的。我们愿意承认这个事实，但我们在使用能量的时候，比较起来却更加不够经心。不过，比世界上其他许多国家又要好些。幸好，已经显示出了能量保存的一些重要性，以及越来越感到天然气、石油和煤贮备的有限，而且，到本世纪末将会日益减少，毫无疑问，这种趋势是在渐增的。那么，以什么来代替化石燃料呢？主张用诸如地热、日，光、潮汐、波浪或风等；但是，没有确实的根据来推断，任何哪一种代用品能够补给一直到2000年我们所需要能量的最主要部分。唯有核能，无论是常规的裂变技术，或是采用固定反应堆所获得的，似乎能够添补这个空白。

在这个假定未受到有力反驳的基础上，来探讨一下到本世纪末这个严重的时刻铀补给的意义。在化石燃料还未突然中断这个认识的基础上，作这样的一种分析将是有效的，但是，说得更确切一点，由于它们所具有的化学特性而使得它们成了贵重之物，这些化学特性远远超过它们做燃料的价值。

铀的分布

铀是一种普遍存在的元素，这种元素以百万分之几的比数出现在地壳的所有岩石中，并且，它以一种自然现象而聚集成为矿体，这些矿体含有0.1%品位的铀元素几千吨到几万吨。铀矿床无一定的地理分布，但主要集中在世界上像加拿大、非洲、澳大利亚以及波罗的海这样的古老地盾地区。铀矿床也出现在直接上覆在前寒武系基底之上的年轻岩石中，特别是在受到隆起、褶皱和渐层的部位。在这样的地区，其分布型式看来可能从基底继承而来。因此，铀在矿物省中富集的基本机制的知识，对发现别的储量方面具有重大的价值、

目前所知，南非威特沃特斯兰领地的矿脉系，是最老的铀富集相。该矿床主要由方钍石沥青铀矿（铀 - 钍的氧化物）颗粒构成，方钍石沥青铀矿颗粒来源于三十点五亿年的岩石之中，并受到二十八亿到二十五亿年间的沉积作用所富集。接着，就在约为二十亿年的上覆威特沃特斯兰系中发生沥青铀矿（氧化铀）的沉积。最早的脉型矿床形成在自十九亿到十八亿年间的前寒武系岩石中；此后，在地壳演化期间，与造山运动和变质事件有关，有着连续的侵位期。

铀矿床的类型

根据对铀的分布和价值的概括性描述，不难把铀矿床分为密切相关的几类。四种主要类型是：（1）砂岩中的铀；（2）砾岩中的铀；（3）脉型铀矿床；（4）其他类型的铀矿床。

按<30美元一磅的U₃O₈，砂岩中的铀包括了总有效储量的约40%。它的最好的代表是，拉腊米造山运动晚期（100到20百万年前），受到隆起、褶皱和断层的美国科罗拉多——怀俄明矿床省。这种矿床出现在中到粗粒的砂岩中，并大致与岩层平行。沥青铀矿和水硅铀矿（铀的硅酸盐类）是主要的有用矿物，这两种矿容易达到高品位。这种矿床有许多是较浅的——从地表延伸到七百米的深度。这就能为露天方法开采而估计出矿藏量。而且，因为其品位总的来说较好，U₃O₈在0.1%以上，所以，生产浓缩铀的成本较低。此外，矿床分布广泛，容易发挥它的天然利用率。美国官方表示，它的铀储量为五十二方三千吨铀（tU），其大部分是在砂岩矿床中。

其他的重要砂岩矿床，出现在尼日尔的阿加德兹盆地、澳大利亚南部的弗罗姆——Yarramba湖，以及阿根廷的Pintada山脉中。

砾岩中的铀基本上局限在六亿年以前的前寒武系岩石中，根据最近在阿尔及利亚的发现，Cambro-Ordovician岩石中的铀（五亿一四亿五千万）吨位很大。

像砂岩中的矿床一样，南非威特沃特斯兰系的重要矿床，主要是与地层整合的，但是，在沉积盆地内，却富集在五个大的不整合面上（在新地层切穿老地层、倾斜的层理以及受到剥蚀的层理的部位）。主要的有用矿物是沥青铀矿，但其品位仅为0.025% U₃O₈。这就意味着，这种铀一般不能作为唯一的产品而获取：它一定是金矿的互产品或副产品。因此，尽管储量为12万吨铀，但年产量可能不超过六千吨铀。

世界第二大砾岩省，安大略的埃利奥特湖——Blind河，与威特沃特斯兰砾岩省有许多类似之处，而事实上，它的发现的地质塞与后者相同。然而，它的矿床品位相当高，达0.1% U₃O₈，但是，它的矿物学非常之复杂，因而，容易造成处理上的许多困难。显示出的矿物除云母铀矿以外，还有钛铀矿（钛 - 铀氧化物）、铀钍矿（钍 - 铀硅酸盐）和独居石（铈 - 稀土磷酸盐）。这些矿物，特别是独居石，比之沥青铀矿要耐熔些。该矿发育在不超过30米的结晶基底的主要层位上，在这方面，这两个省也有差异，而且，铀矿物都比圈闭它砾岩要年轻。它们的年龄范围从二十亿到六亿年，然而，圈闭的碎屑状独居石和锆石则为二十五亿年以上。储量为10万吨级，但一半以上是Dennison矿产有限公司的独有财产，因此，实际的年产量是有限的。砾岩矿床的储量包含了世界总量的约20%。

脉类矿床反映出的年龄范围从1900到50百万年不到。它们出现在各种各样的岩石类型中，但其主要储量吨位是在澳大利亚和加拿大的前寒武系沉积物中。对脉类矿床重新发生兴趣，仅仅是过去十年间的事情。自1970年起，在澳大利亚北部领地大的矿床，以及在Saskatchewan北部稍小一点的矿床的发现，引起了对它的注意。它们中的许多差不多是单矿富集的，以沥青铀为主要矿物。通常品位也大于0.2% U₃O₈，而且，至少在北部领地的这些矿床中：其中有一个吨位超过10万吨tu，——或者和诸如埃利奥特湖——Blind河或威特沃特斯兰那样的一个大省相当。这些矿床的年代范围从十八亿八千万到五亿年。

而且，脉类矿床含有世界储量的约20%，并相当广泛地分布在像阿尔及利亚、加蓬、法国、葡萄牙、巴西和美国等地。脉类矿床的产量可能没有什么重要的限制，但是，由于富集的随机性，当开采地下相当高品位的矿床时，要特别地小心。

其他的铀矿床，它们构成了剩余储量的20%，包括伟晶岩（粗粒的火成岩）、钙质结砾岩（地表碳酸和磷酸胶结的沉积物）以及接触交代的沉积物（受化学置换作用改变的岩石）。

以前以较小规模开采伟晶岩，包括安大略州班克罗夫特地区的伟晶岩，它仍旧有几千吨位的铀储量。但是，由于最近对于西南非Rōssing石英碱性长石伟晶岩潜力的认识，像脉类的一样，伟晶岩已显示出新的重要性。Rōssing矿床中的主要铀矿是沥青铀矿，但也出现铌钛铀矿（铀的铌酸盐类——钽酸盐类）和铀钛磁铁矿（钛、铁、铀的氧化物），而且，在地表附近发育有次生的铀矿物。其品位约为百万分之350的U₃O₈，然而，大多数能够进行经济勘探。

许多年来，就已经知道钙质结砾岩富集了铀和钍。但是，直到1972年，在澳大利亚西部发现了Yeelirrie，才完全认识到它的重要性。含有钒钾铀矿（钾铀的钒酸盐类）的储量在4万吨铀以上，钒钾铀矿散布在整个早期的钙质结砾岩中，以及在瓷质钙质结砾岩的壁上。这种矿床的品位为0.15% U₃O₈，能够以露天方法开采。

第三种比较不常见的是接触交代作用形成的铀矿。这类矿床能大批生产的例子、仅仅是澳大利亚Queensland的Mary Kathlean，在那里，铀的出现与一种砾岩中的石榴石有关。品位为0.12% U₃O₈，储量6500吨。

铀的可用性和需要

储量一语，通常是用<30美元1磅的U₃O₈来估算可能提取的铀。世界上的总吨位范围是165万吨铀（不包括共产党国家），但当需要的时候，这并不一定都是可用的。产量的限制可能是由于政治、经济、自然和环境的原因。政治和经济的因素很难来评价。然而，到九十年代早期，希望储量的发展能够满足于需要，这是有理的。假如算出十年的远景储量的裕量的话，那么，就需要有新的大矿的发现，最近的公布表明，到2000年的累积需要为二到三百万吨铀，这就意味着，储量一定要比从现在起到本世纪末的大两倍。那可能会怎样呢？

铀的发现历史表明，过去三十三年，平均每年增加65,150吨铀，与计算的十年期间的年需要量10万吨铀相比，这是非常低的，或许到本世纪末多到20万吨铀。相信这个铀的吨位是合理的，就意味着在一些矿区中要作加倍的努力。其中，最重要的是：增加全世界规模的成功性；大力研究和开展认识铀矿省的方法；引进新的技术装备，发现在地表没有伽马信息表现的隐蔽的矿体；储量评价的改善和迅速确定；较有效的采矿方法；开展提高富矿品位，以及使贫矿变成富矿的新方法。这可能是一项困难的、但不是办不到的事情。

假如铀的成本达到50美元1磅U₃O₈成为可能的储量的话，那么，约有50万吨铀会以<30美元1磅U₃O₈使总的可用性增加。到本世纪末，由于化石燃料的缺乏一定会发展空白能量，将会由此来帮助核生产来添补之但是，我们或许感到，常规的反应堆把铀的潜在能转化为电，这是不经济的，不过，这会通过生产50到60因子的快速反应堆加以改进。假如这些不予实施，而又不发展能源的主要代用品，那么，就会有严重的能源缺乏。到2025年，在所有的资源类型中，<50美元1磅U₃O₈的铀将需要三倍。这就等于每年发现约23万吨铀——或者等于历史速度的3倍以上。