Uranbergbau
Uranbergbau ist der Prozess der Gewinnung von Uranerz aus dem Boden. Die weltweite Produktion von Uran belief sich 2019 auf 53.656 Tonnen. Kasachstan, Kanada und Australien sind die drei größten Uranproduzenten und machen zusammen 68 % der Weltproduktion aus. Zu den anderen Ländern, die mehr als 1.000 Tonnen pro Jahr produzieren, gehören Namibia, Niger, Russland, Usbekistan, die Vereinigten Staaten und China. Nahezu das gesamte weltweit geförderte Uran wird für den Betrieb von Kernkraftwerken verwendet. In der Vergangenheit wurde Uran auch für Anwendungen wie Uranglas oder Ferrouran verwendet, aber diese Anwendungen sind aufgrund der Radioaktivität des Urans zurückgegangen und werden heute hauptsächlich mit reichlich billigem abgereichertem Uran versorgt, das auch in Uranmunition verwendet wird. Abgereichertes Uran ist nicht nur billiger, sondern auch weniger radioaktiv, da es einen geringeren Gehalt an kurzlebigem 234
U und 235
U als natürliches Uran. ⓘ
Uran wird durch In-situ-Laugung (57 % der Weltproduktion) oder durch konventionellen Untertage- oder Tagebau von Erzen (43 % der Produktion) gewonnen. Beim In-situ-Abbau wird eine Auslaugungslösung durch Bohrlöcher in die Uranerzlagerstätte gepumpt, wo sie die Erzminerale auflöst. Die uranhaltige Flüssigkeit wird dann zurück an die Oberfläche gepumpt und aufbereitet, um die Uranverbindungen aus der Lösung zu gewinnen. Im konventionellen Bergbau werden die Erze durch Mahlen auf eine einheitliche Partikelgröße aufbereitet und anschließend behandelt, um das Uran durch chemische Auslaugung zu gewinnen. Bei der Zerkleinerung entsteht in der Regel trockenes, pulverförmiges Material, das aus natürlichem Uran besteht, "Yellowcake", das heute auf dem Uranmarkt üblicherweise als U3O8 verkauft wird. Während einige Kernkraftwerke - vor allem Schwerwasserreaktoren wie der CANDU - mit natürlichem Uran (in der Regel in Form von Urandioxid) betrieben werden können, ist für die überwiegende Mehrheit der kommerziellen Kernkraftwerke und viele Forschungsreaktoren eine Urananreicherung erforderlich, bei der der Gehalt an 235
U von den natürlichen 0,72 % auf 3 bis 5 % (für den Einsatz in Leichtwasserreaktoren) oder sogar noch höher, je nach Anwendung. Die Anreicherung erfordert die Umwandlung des Yellowcake in Uranhexafluorid und die Herstellung des Brennstoffs (wiederum in der Regel Urandioxid, manchmal aber auch Urankarbid, Uranhydrid oder Urannitrid) aus diesem Ausgangsmaterial. ⓘ
Geschichte
Uranmineralien wurden schon lange vor der Entdeckung des Urans im Jahr 1789 von Bergleuten entdeckt. Das Uranmineral Pechblende, auch bekannt als Uraninit, wurde bereits 1565 aus dem sächsischen Erzgebirge gemeldet. Weitere frühe Berichte über Pechblende stammen aus den Jahren 1727 in Joachimsthal und 1763 im Schwarzwald. Der Zusatz "-blende", den die erzgebirgischen Bergleute lange vor der Entdeckung des Elements Uran auf das Mineral anbrachten, bezeichnet ein Mineral, das aussieht, als enthalte es ein verwertbares Metall, das es aber (nach damaligem Wissensstand) nicht enthält. Bezeichnungen für Mineralien, die später als kobalthaltig identifiziert wurden (z. B. "Kobold", das moderne deutsche Standardwort für Kobold), Nickel oder "Wolfram" (der deutsche Standardbegriff für Wolfram) wurden in ähnlicher Weise aus dem abergläubischen Glauben abgeleitet, dass eine Art "Bergzwerg" die Mineralien irgendwie "verhext" hatte, um die Bergleute auszutricksen (z. B. die deutsche Verwendung des Begriffs "blenden", verwandt mit "blind" für "austricksen"). Die Untersuchung alter Dokumente über das Vorhandensein von "wertlosen" Mineralien des Typs "Blende" erleichterte die Erkundung, nachdem die wahre Natur dieser Erze entdeckt worden war. ⓘ
Im frühen 19. Jahrhundert wurde Uranerz als Nebenprodukt des Bergbaus in Sachsen, Böhmen und Cornwall gewonnen. Der erste gezielte Abbau radioaktiver Erze fand in Joachimsthal statt, einer Silberbergbaustadt in der heutigen Tschechischen Republik, von der das Wort T(h)aler und der Begriff Dollar stammen. Marie Skłodowska-Curie verwendete Pechblende-Erz aus Joachimsthal, um das Element Radium, ein Zerfallsprodukt des Urans, zu isolieren. Diese Entdeckung brachte ihr den ersten Nobelpreis ein und war ein wichtiger Schritt in der Geschichte der Kernphysik. Bis zum Zweiten Weltkrieg wurde Uran in erster Linie wegen seines Radiumgehalts abgebaut; einige Carnotitlagerstätten wurden vor allem wegen ihres Vanadiumgehalts abgebaut. Man suchte nach Quellen für das im Uranerz enthaltene Radium, um es als Leuchtfarbe für Uhrenzifferblätter und andere Instrumente zu verwenden, aber auch für gesundheitliche Anwendungen, von denen einige im Nachhinein sicherlich schädlich waren und einige auch aus heutiger Sicht als nukleare Quacksalberei angesehen werden müssen. Angesichts der Tatsache, dass die Halbwertszeit von 238
U fast 2,8 Millionen Mal länger ist als die von 226
Ra mussten tonnenweise Uran verarbeitet werden, um ein paar Gramm Radium zu gewinnen, so dass große Mengen Uran übrig blieben, die wirtschaftlich kaum nutzbar waren. Das Nebenprodukt Uran wurde hauptsächlich als gelbes Pigment verwendet. Die Mittelmächte des Ersten Weltkriegs begannen, Ferrouran als Ersatz für Materialien zu verwenden, die sie aufgrund der britischen Seeblockade nicht mehr einführen konnten. Zu dieser Zeit befanden sich beide Seiten des Erzgebirges auf dem von den Mittelmächten kontrollierten Gebiet, da die Nordflanke zum Deutschen Reich und die Südflanke zu Österreich-Ungarn gehörte. Da Uran zu dieser Zeit hauptsächlich als "Abfallprodukt" des Radiumbergbaus betrachtet wurde, war auch ohne eine Ausweitung des Bergbaus ein reichhaltiges Angebot vorhanden. Radium hat zwar legitime, evidenzbasierte Anwendungen in der Nuklearmedizin, aber die Verfügbarkeit anderer Radionuklide mit wünschenswerteren Eigenschaften hat den Markt für Radium fast völlig eliminiert. ⓘ
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In den Vereinigten Staaten wurde das erste Radium/Uranerz 1871 in Goldminen in der Nähe von Central City, Colorado, entdeckt. In diesem Gebiet wurden zwischen 1871 und 1895 etwa 50 Tonnen hochgradiges Erz gefördert. Vor dem Zweiten Weltkrieg stammte das meiste amerikanische Uranerz aus Vanadium-Lagerstätten auf dem Colorado Plateau in Utah und Colorado. ⓘ
In Cornwall, England, wurde die South Terras Mine in der Nähe von St. Stephen 1873 für die Uranproduktion geöffnet und produzierte bis 1900 etwa 175 Tonnen Erz. Weitere frühe Uranabbaugebiete waren Autunois im französischen Zentralmassiv (daher der Name Autunite für ein uranhaltiges Mineral, das einst in diesem Gebiet abgebaut wurde), die Oberpfalz in Bayern und Billingen in Schweden. ⓘ
Die Lagerstätte Shinkolobwe in Katanga, Belgisch-Kongo (heute Provinz Shaba, Demokratische Republik Kongo), wurde 1913 entdeckt und von der Union Minière du Haut Katanga ausgebeutet. Weitere wichtige Lagerstätten, die schon früh in der Geschichte des Uranbergbaus abgebaut wurden, sind Port Radium in der Nähe des Great Bear Lake in Kanada, das 1931 entdeckt wurde, sowie die Beira-Provinz in Portugal, Tyuya Muyun in Usbekistan (daher Tyuyamunit) und Radium Hill in Australien. ⓘ
Da das Uran für die Bombenforschung während des Zweiten Weltkriegs benötigt wurde, nutzte das Manhattan-Projekt verschiedene Quellen für das Element. Zunächst bezog das Manhattan-Projekt Uranerz aus Belgisch-Kongo über die Union Minière du Haut Katanga. Später schloss das Projekt Verträge mit Vanadium-Bergbauunternehmen im amerikanischen Südwesten. Auch bei der Eldorado Mining and Refining Limited in Kanada wurde Uranerz eingekauft. Dieses Unternehmen verfügte über große Uranvorräte, die bei der Radiumraffination anfielen. ⓘ
Das deutsche Atomprogramm in kleinerem Maßstab versuchte ebenfalls, Uran zu erwerben, und beauftragte die in Berlin ansässige Auergesellschaft, die von früheren jüdisch-deutschen Eigentümern übernommen worden war, mit dem Erwerb. Nach der Eroberung Belgiens durch die Wehrmacht fiel eine beträchtliche Menge Uran aus Belgisch-Kongo (und damit aus der gleichen Quelle wie die der Amerikaner) in deutsche Hände. Eine weitere wichtige Quelle war der Bergbau im Erzgebirge (hauptsächlich auf der tschechischen Seite, die nach dem Münchner Abkommen von 1938 annektiert worden war). Inkompetenz, Pech, fehlende Ressourcen und Machtkämpfe verhinderten zwar, dass die Deutschen jemals genug Uran und Neutronenmoderator in einem einzigen "Haufen" zusammenbrachten, um Kritikalität zu erreichen, doch bei Kriegsende befand sich mehr als genug Uran in deutschen Händen, um theoretisch den Bau eines Rohreaktors in der Größenordnung des Chicago Pile-1 oder des sowjetischen F-1 (Kernreaktors) zu ermöglichen, wenn alles an einem einzigen Ort zusammengebracht worden wäre. Der Forschungsreaktor Haigerloch, der Monate vor Kriegsende in Südwestdeutschland zusammengebaut wurde, war eine extrem unterkritische Anlage, die weder über genügend Uran noch über einen ausreichenden Moderator verfügte, um nennenswerte Mengen an Plutonium zu erzeugen, geschweige denn über Wärme. Ein Uranwürfel, von dem man annahm, dass er Werner Heisenberg gehörte, wurde Jahrzehnte später analysiert, was bestätigte, dass die Deutschen keineswegs in der Nähe der Plutoniumproduktion waren. ⓘ
Bei den amerikanischen Uranerzen, die in Colorado abgebaut wurden, handelte es sich um gemischte Erze aus Vanadium und Uran, aber wegen der Geheimhaltung während des Krieges gab das Manhattan-Projekt öffentlich nur den Kauf des Vanadiums zu und zahlte den Uranbergleuten nicht für den Urananteil. In einem viel späteren Gerichtsverfahren konnten viele Bergleute die entgangenen Gewinne von der US-Regierung zurückfordern. Die amerikanischen Erze wiesen zwar eine viel geringere Urankonzentration auf als das Erz aus Belgisch-Kongo, wurden aber mit Nachdruck gefördert, um die nukleare Selbstversorgung sicherzustellen. Ähnliche Anstrengungen wurden in der Sowjetunion unternommen, die nicht über einheimische Uranvorräte verfügte, als sie mit der Entwicklung ihres eigenen Atomwaffenprogramms begann. ⓘ
Die intensive Exploration von Uran begann nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs als Folge der militärischen und zivilen Nachfrage nach Uran. Es gab drei verschiedene Perioden der Uranexploration oder "Booms". Diese waren von 1956 bis 1960, 1967 bis 1971 und von 1976 bis 1982. ⓘ
Während die Sowjetrepubliken Kasachstan und die RSFSR später zu den führenden Uranproduzenten der Welt zählen sollten, war unmittelbar nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs noch nicht bekannt, dass es in der UdSSR große Uranvorkommen gab, und so entwickelten die Sowjets in ihren Satellitenstaaten Ostdeutschland und Tschechoslowakei, die über bekannte Uranvorkommen im Erzgebirge verfügten, riesige Bergbauunternehmen. Die absichtlich undurchsichtig benannte SDAG Wismut (der deutsche Begriff "Wismut" für Bismut sollte den Eindruck erwecken, dass die Sowjets nach einem Metall suchten, hinter dem sie definitiv nicht her waren) wurde zum größten Arbeitgeber im sächsischen Erzgebirge, und abgelegene Bergbaustädte wie Johanngeorgenstadt wuchsen innerhalb weniger Jahre auf das Zehnfache ihrer Einwohnerzahl an. Der Bergbau kostete immense Summen, und die Bergleute waren einerseits härteren Repressionen und Überwachungen ausgesetzt, durften aber andererseits großzügiger mit Konsumgütern versorgt werden als andere Ostdeutsche. Zwar konnte die Produktion nie mit den Weltmarktpreisen für Uran konkurrieren, aber der doppelte Verwendungszweck des abgebauten Materials sowie die Möglichkeit, die Bergleute in weicher Währung zu bezahlen, das Uran aber für harte Währung zu verkaufen oder Importe zu ersetzen, die in harter Währung hätten bezahlt werden müssen, gaben den Ausschlag für die Fortsetzung des Bergbaus während des Kalten Krieges. Nach der deutschen Wiedervereinigung wurde der Bergbau eingestellt und die mühsame Aufgabe der Sanierung der vom Bergbau betroffenen Flächen in Angriff genommen. Im Zuge dessen mussten einige verbleibende Lagerstätten abgebaut werden, um die potenziellen Schäden durch das Auslaugen von Material in das Grundwasser zu verringern, aber auch dies wurde inzwischen eingestellt, so dass es in dem Gebiet, in dem zwei Jahrhunderte zuvor Uran entdeckt worden war, keinen Uranbergbau mehr gibt. ⓘ
Im 20. Jahrhundert waren die Vereinigten Staaten der größte Uranproduzent der Welt. Der Grants Uranium District im Nordwesten von New Mexico war der größte Uranproduzent der Vereinigten Staaten. Der Gas Hills Uranium District war der zweitgrößte Uranproduzent. Die berühmte Lucky Mc Mine befindet sich in den Gas Hills in der Nähe von Riverton, Wyoming. Inzwischen hat Kanada die Vereinigten Staaten als kumulativ größter Produzent der Welt überholt. Im Jahr 1990 stammten 55 % der Weltproduktion aus unterirdischen Minen, aber dieser Anteil schrumpfte bis 1999 auf 33 %. Ab dem Jahr 2000 stieg der Anteil des Untertagebaus durch neue kanadische Minen wieder an und liegt mit Olympic Dam nun bei 37 %. Der Anteil des In-situ-Laugungsbergbaus (ISL oder ISR) hat stetig zugenommen, was hauptsächlich auf Kasachstan zurückzuführen ist. Anders als bei der Kohle, insbesondere der Braunkohle, wo die größten Produzenten in der Regel auch die größten Verbraucher sind, gibt es unter den größten Uranproduzenten mit Kasachstan, Australien und Kanada nur ein Land - Kanada -, das einen bedeutenden Anteil seines Stroms aus Kernkraft bezieht. Andererseits importieren Großverbraucher der Kernenergie wie Frankreich, Südkorea, Indien oder Japan das meiste oder das gesamte in ihren Kraftwerken verwendete Uran, da sie über keine oder nur geringe heimische Uranressourcen verfügen. Insbesondere Indien ist seit Jahrzehnten am Thorium-Brennstoffkreislauf interessiert, da das Land über wesentlich größere Thorium- als Uranreserven verfügt. Frankreich bezog in der Vergangenheit einen beträchtlichen Teil seines Uranbedarfs aus seinen afrikanischen Kolonien und ist in diesen afrikanischen Ländern weiterhin politisch und wirtschaftlich aktiv, um seine Uranversorgung sicherzustellen. ⓘ
In Deutschland wurde das erste Uranerz 1839 in Johanngeorgenstadt abgebaut. ⓘ
Bis 1939 wurden in
- Johanngeorgenstadt
- Schneeberg (Erzgebirge)
- Marienberg
- Annaberg
- Freiberg
- Breitenbrunn
ca. 104 Tonnen Uranerz abgebaut. ⓘ
Davon lieferten Schneeberg 60 und Johanngeorgenstadt 29 t. Die Gewinnung war nur sporadisch und erreichte zwischen 1880 und 1890 ihren Höhepunkt. Trotz staatlicher Förderprogramme zwischen 1910 und 1921, sowie ab 1934 wurden keine nennenswerten Uranvorkommen in den genannten Revieren aufgefunden. Am Ende des Zweiten Weltkrieges verfügte das untergegangene Deutsche Reich über die größten Uranoxidvorräte der Welt, die jedoch zum größten Teil nicht aus Deutschland, sondern aus anderen Ländern stammten. Durch den Überfall auf Belgien hatte Deutschland 1940 Teile der Uranvorräte Belgiens erbeutet, welche aus Belgisch-Kongo stammten. Darüber hinaus erfolgte auch auf der tschechischen Seite des Erzgebirges Uranabbau, welcher im Zuge des Krieges in deutsche Hände fiel. Führend beteiligt an der Akquise von Uran für den „Uranverein“ war die kurz zuvor „arisierte“ (d. h. ihren rechtmäßigen Eigentümern genommene) Auergesellschaft. ⓘ
Lagerstättentypen
Es wurden viele verschiedene Arten von Uranlagerstätten entdeckt und abgebaut. Es gibt hauptsächlich drei Arten von Uranlagerstätten, darunter diskordanzgebundene Lagerstätten, nämlich Paläoplacer-Lagerstätten und Sandsteinlagerstätten, die auch als Rollfrontlagerstätten bekannt sind. ⓘ
Uranlagerstätten werden je nach geologischem Umfeld und der Art des Gesteins, in dem sie vorkommen, in 15 Kategorien eingeteilt. Dieses geologische Klassifizierungssystem wird von der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) festgelegt. ⓘ
Uran ist auch im Meerwasser enthalten, aber bei den derzeitigen Preisen auf dem Uranmarkt müssten die Kosten um den Faktor 3 bis 6 gesenkt werden, um seine Gewinnung wirtschaftlich zu machen. ⓘ
Sedimentgestein
Zu den Uranvorkommen in Sedimentgestein gehören solche in Sandstein (in Kanada und den westlichen USA), präkambrische Diskordanzen (in Kanada), Phosphat, präkambrisches Quarz-Kies-Konglomerat, Einsturzbrekzien (siehe Uranmineralisierung in Arizona), und Kalksandstein ⓘ
Bei Sandstein-Uranvorkommen gibt es im Allgemeinen zwei Arten. Roll-Front-Lagerstätten treten an der Grenze zwischen dem neigungsaufwärts gelegenen und oxidierten Teil eines Sandsteinkörpers und dem tieferen neigungsabwärts gelegenen reduzierten Teil eines Sandsteinkörpers auf. Penekonkordante Sandstein-Uranvorkommen, die auch als Colorado-Plateau-Vorkommen bezeichnet werden, treten meist innerhalb von allgemein oxidierten Sandsteinkörpern auf, oft in lokalisierten reduzierten Zonen, beispielsweise in Verbindung mit verkohltem Holz im Sandstein. ⓘ
Präkambrische Uranlagerstätten vom Typ Quarz-Kiesel-Konglomerat kommen nur in Gesteinen vor, die älter als zwei Milliarden Jahre sind. Die Konglomerate enthalten auch Pyrit. Diese Lagerstätten wurden im Blind River-Elliot Lake District in Ontario, Kanada, und in den goldhaltigen Witwatersrand-Konglomeraten in Südafrika abgebaut. ⓘ
Die diskordanzgebundenen Lagerstätten machen etwa 33 % der Uranlagerstätten in der Welt außerhalb der Gebiete mit zentraler Planwirtschaft (WOCA) aus. ⓘ
Igneous oder hydrothermal
Hydrothermale Uranlagerstätten umfassen die Uranerze des Adertyps. Hydrothermale Uranvorkommen vom Adertyp stellen epigenetische Konzentrationen von Uranmineralien dar, die typischerweise Brekzien, Brüche und Scherzonen ausfüllen. Viele Studien haben versucht, die Quelle des Urans in hydrothermalen Uranerzlagerstätten zu identifizieren, und die potenziellen Quellen sind immer noch ein Rätsel, aber man nimmt an, dass es sich um vorbestehende Gesteine handelt, die durch Verwitterung zersetzt wurden, und um Kräfte, die aus Gebieten mit langfristigen Sedimentablagerungen stammen. Der South Chine Block ist ein Beispiel für eine Region, die seit einem halben Jahrhundert auf die Nachfrage nach hydrothermalen Uranvorkommen in Form von Adern angewiesen ist. Zu den eisenhaltigen Lagerstätten gehören die Nephelin-Syenit-Intrusionen in Ilimaussaq (Grönland), die disseminierte Uranlagerstätte in Rossing (Namibia), uranhaltige Pegmatite und die Aurora-Kratersee-Lagerstätte in der McDermitt Caldera in Oregon. Auch in den US-Bundesstaaten Washington und Alaska gibt es vereinzelte Vorkommen. ⓘ
Brekzien
Brekzien-Uranvorkommen befinden sich in Gesteinen, die durch tektonische Brüche oder Verwitterung aufgebrochen wurden. Brekzien-Uranvorkommen sind am häufigsten in Indien, Australien und den Vereinigten Staaten zu finden. Eine große Masse von Brekzien wird als Brekzienröhre oder Schornstein bezeichnet und besteht aus Gestein, das eine unregelmäßige, fast zylinderförmige Form hat. Der Ursprung von Brekzienröhren ist ungewiss, aber man nimmt an, dass sie sich an Überschneidungen und Verwerfungen bilden. Wenn die Formationen in festem Gestein, dem so genannten Gesteinsmehl, vorkommen, handelt es sich in der Regel um einen Standort für den Kupfer- oder Uranabbau. In Copper Creek, Arizona, gibt es etwa 500 mineralisierte Brekzienröhren, und auch in Cripple Creek, Colorado, gibt es Brekzienröhren-Erzvorkommen, die mit einer vulkanischen Röhre verbunden sind. ⓘ
Die Olympic Dam Mine, das größte Uranvorkommen der Welt, wurde 1975 von der Western Mining Corporation entdeckt und befindet sich im Besitz von BHP. ⓘ
Erkundung
Die Erkundung von Uranvorkommen ähnelt anderen Formen der Mineralexploration, mit Ausnahme einiger spezieller Instrumente zum Nachweis radioaktiver Isotope. ⓘ
Der Geigerzähler war der ursprüngliche Strahlungsdetektor, der die Gesamtzählrate aller Energiestufen der Strahlung aufzeichnet. Ionisationskammern und Geigerzähler wurden erstmals in den 1930er Jahren für den Feldeinsatz angepasst. Der erste transportable Geiger-Müller-Zähler (mit einem Gewicht von 25 kg) wurde 1932 an der University of British Columbia gebaut. H.V. Ellsworth vom GSC baute 1934 ein leichteres, praktischeres Gerät. Nachfolgende Modelle waren viele Jahre lang die wichtigsten Instrumente für die Uranprospektion, bis die Geigerzähler durch Szintillationszähler ersetzt wurden. ⓘ
Der Einsatz von Luftdetektoren für die Suche nach radioaktiven Mineralien wurde erstmals 1943 von G.C. Ridland, einem in Port Radium tätigen Geophysiker, vorgeschlagen. Im Jahr 1947 führte Eldorado Mining and Refining Limited (eine kanadische Gesellschaft, die inzwischen verkauft wurde) den ersten Versuch mit luftgestützten Strahlungsdetektoren (Ionisationskammern und Geigerzähler) durch. (ein kanadisches Staatsunternehmen, das inzwischen an die Cameco Corporation verkauft wurde). Das erste Patent für ein tragbares Gammastrahlen-Spektrometer wurde 1949 von den Professoren Pringle, Roulston und Brownell von der Universität Manitoba angemeldet, die im selben Jahr den ersten tragbaren Szintillationszähler am Boden und in der Luft in Nord-Saskatchewan testeten. ⓘ
Die luftgestützte Gammastrahlenspektrometrie ist heute die anerkannte führende Technik für die Uranprospektion mit weltweiten Anwendungen für die geologische Kartierung, Mineralienexploration und Umweltüberwachung. Bei der luftgestützten Gammastrahlenspektrometrie, die speziell für die Uranmessung und -prospektion eingesetzt wird, muss eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden, z. B. die Entfernung zwischen der Quelle und dem Detektor und die Streuung der Strahlung durch die Mineralien, die umgebende Erde und sogar in der Luft. In Australien wurde ein Verwitterungsintensitätsindex entwickelt, der den Prospekteuren auf der Grundlage der Höhenaufnahmen der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) und der luftgestützten Gammastrahlenspektrometrie hilft. ⓘ
Eine durch geophysikalische Techniken entdeckte Uranlagerstätte wird bewertet und beprobt, um die Mengen an Uranmaterialien zu bestimmen, die zu bestimmten Kosten aus der Lagerstätte gewonnen werden können. Bei den Uranreserven handelt es sich um die Erzmengen, die nach Schätzungen zu den angegebenen Kosten abgebaut werden können. Wenn die Preise steigen oder die Technologie niedrigere Kosten für die Gewinnung bekannter, zuvor unwirtschaftlicher Lagerstätten ermöglicht, nehmen die Reserven zu. Bei Uran ist dieser Effekt besonders ausgeprägt, da die größte derzeit unwirtschaftliche Reserve - die Urangewinnung aus Meerwasser - größer ist als alle bekannten landgestützten Uranressourcen zusammen. ⓘ
Im Rotbuch der OECD von 2011 wird berichtet, dass die konventionellen Uranressourcen seit 2008 aufgrund der verstärkten Exploration um 12,5 % gestiegen sind. ⓘ
Am Beginn der Erkundung steht die Wahl des Erkundungskonzeptes. Je nach Geologie zeigen verschiedene Gebiete das Potential für unterschiedliche Uranlagerstättentypen. Danach richtet sich auch die zu verwendende Erkundungsmethode. Dies kann von klassischer geologischer Feldarbeit (Kartierung von Gesteinseinheiten und tektonischen Strukturen), über Wasser- und Bodenluftmessungen bis hin zu geophysikalischen Methoden reichen, wie beispielsweise magnetische, gravimetrische oder radiometrische Messungen. Aufgrund der hohen Kosten kommen Bohrungen meist erst in einer späten Phase der Erkundung zum Einsatz, wenn vorangegangene Methoden ein signifikantes Potential für eine Uranmineralisation nachweisen. Wird eine Vererzung aufgefunden, die ein weiteres Interesse rechtfertigt, folgt ein engmaschigeres Netz von Bohrungen um die Größe des Vorkommens zu ermitteln und seine Wirtschaftlichkeit zu prüfen. ⓘ
Derzeit in Betrieb befindliche Lagerstätten beinhalten zwischen einigen hunderttausend und einigen hundertmillionen Tonnen Erz mit Urangehalten zwischen 0,01 Gew.% und 15 Gew.%. Die größte Uranressource stellt derzeit die Lagerstätte Olympic Dam in Südaustralien dar mit mindestens 8,4 Mrd. Tonnen Erz und durchschnittlich 0,028 Gew.% Uran (Hauptressource ist allerdings Kupfer, weiterhin Gold und Silber). Größter Jahresproduzent war im Jahr 2017 die McArthur-River-Uranmine in Kanada, welche 16.1 Millionen Pfund (etwa 7.3 Millionen Kilogramm) Triuranoctoxid produzierte. Diese Mine war jedoch 2018-2022 aufgrund geringer Uranpreise außer Betrieb. ⓘ
Abbautechniken
Wie bei anderen Arten des Hartgesteinabbaus gibt es mehrere Abbaumethoden. Im Jahr 2016 betrug der prozentuale Anteil des abgebauten Urans, der durch die einzelnen Abbauverfahren gewonnen wurde: In-situ-Laugung (49,7 %), Untertagebau (30,8 %), Tagebau (12,9 %), Haufenlaugung (0,4 %), Kuppel-/Nebenprodukte (6,1 %). Die verbleibenden 0,1 % wurden als sonstige Verwertung abgeleitet. ⓘ
Tagebau
Im Tagebau wird der Abraum durch Bohr- und Sprengarbeiten entfernt, um den Erzkörper freizulegen, der dann durch Sprengungen und Aushub mit Ladern und Muldenkippern abgebaut wird. Die Arbeiter verbringen viel Zeit in geschlossenen Kabinen, um die Strahlenbelastung zu begrenzen. Wasser wird in großem Umfang eingesetzt, um die Staubbelastung in der Luft zu verringern. Grundwasser ist bei allen Arten des Bergbaus ein Problem, aber im Tagebau besteht die übliche Vorgehensweise darin, den Grundwasserspiegel durch Abpumpen abzusenken, wenn das Zielmineral unterhalb des natürlichen Grundwasserspiegels gefunden wird. Der Boden kann sich bei der Entfernung des Grundwassers erheblich setzen und sich erneut unvorhersehbar bewegen, wenn das Grundwasser nach Abschluss des Abbaus wieder ansteigt. Die Rekultivierung des Bodens nach dem Bergbau erfolgt je nach Menge des abgebauten Materials auf unterschiedlichen Wegen. Aufgrund der hohen Energiedichte von Uran reicht es oft aus, die ehemalige Grube mit dem Abraum zu verfüllen, aber bei einem Massendefizit, das die Höhendifferenz zwischen dem früheren Oberflächenniveau und dem natürlichen Grundwasserspiegel übersteigt, entstehen nach Beendigung der Grundwasserentnahme künstliche Seen. Wenn Sulfite, Sulfide oder Sulfate in den nun freigelegten Gesteinen vorhanden sind, kann die saure Grubenentwässerung ein Problem für diese neu entstehenden Gewässer darstellen. Bergbauunternehmen sind inzwischen gesetzlich verpflichtet, einen Fonds für die künftige Rekultivierung einzurichten, solange der Bergbau noch läuft. Diese Fonds werden in der Regel so angelegt, dass sie von einem Konkurs des Bergbauunternehmens nicht betroffen sind. ⓘ
Untertage
Wenn sich das Uran zu weit unter der Oberfläche befindet, um im Tagebau abgebaut zu werden, kann ein unterirdisches Bergwerk mit Tunneln und Schächten für den Zugang und den Abbau des Uranerzes verwendet werden. ⓘ
Der Uranabbau unter Tage unterscheidet sich im Prinzip nicht von jedem anderen Hartgesteinabbau, und andere Erze werden oft im Verbund abgebaut (z. B. Kupfer, Gold, Silber). Nach der Identifizierung des Erzkörpers wird in der Nähe der Erzgänge ein Schacht abgeteuft, und es werden auf verschiedenen Ebenen horizontale Querschläge zu den Adern getrieben, in der Regel alle 100 bis 150 Meter. Vom Querschlag aus werden ähnliche Stollen, die so genannten Stollen, entlang der Erzgänge aufgefahren. Zur Gewinnung des Erzes werden in einem nächsten Schritt Stollen von Sohle zu Sohle durch die Lagerstätte getrieben, die bei aufwärts gerichteten Vortrieben als "Raise" und bei abwärts gerichteten Vortrieben als "Winzes" bezeichnet werden. Die Stollen werden anschließend zur Erschließung der Strossen verwendet, in denen das Erz aus den Adern abgebaut wird. ⓘ
Der Stollen, die Werkstatt des Bergwerks, ist die Grube, aus der das Erz gewonnen wird. Es gibt drei gängige Abbauprinzipien. Bei der "cut and fill"- oder "open stoping"-Methode wird der nach dem Abbau des Erzes nach der Sprengung verbleibende Raum mit Abfallgestein und Zement aufgefüllt. Bei der "Schrumpfmethode" wird nur so viel gebrochenes Erz über die darunter liegenden Schächte abtransportiert, dass die Bergleute, die vom oberen Ende der Halde aus arbeiten, die nächste abzubrechende Schicht bohren und sprengen können, so dass schließlich ein großes Loch entsteht. Die als "room and pillar" bekannte Methode wird für dünnere, flachere Erzkörper verwendet. Bei dieser Methode wird der Erzkörper zunächst in Blöcke unterteilt, indem man Stollen schneidet, dabei Erz abbaut und dann systematisch die Blöcke abbaut, so dass genügend Erz für die Dachabstützung übrig bleibt. ⓘ
Die im unbelüfteten Uranbergbau entdeckten gesundheitlichen Auswirkungen der Radonexposition veranlassten die Umstellung vom Uranabbau im Tunnelbau auf die Tagebau- und In-situ-Laugungstechnologie, eine Abbaumethode, die nicht die gleichen Arbeitsrisiken und Abraumhalden wie der konventionelle Bergbau mit sich bringt. ⓘ
Wenn Vorschriften erlassen werden, die den Einsatz großvolumiger Belüftungstechniken beim Uranabbau in geschlossenen Räumen gewährleisten, lassen sich berufsbedingte Exposition und Todesfälle im Bergbau weitgehend vermeiden. Der Olympic Dam und die kanadischen Untertagebergwerke werden mit leistungsstarken Gebläsen belüftet, wobei die Radonwerte in den Uranbergwerken auf einem sehr niedrigen bis praktisch "sicheren Niveau" gehalten werden. Natürlich vorkommendes Radon in anderen, nicht uranhaltigen Bergwerken muss möglicherweise ebenfalls durch Belüftung kontrolliert werden. ⓘ
Haufenlaugung
Bei der Haufenlaugung handelt es sich um ein Extraktionsverfahren, bei dem Chemikalien (in der Regel Schwefelsäure) eingesetzt werden, um das wirtschaftliche Element aus dem abgebauten und in Haufen an der Oberfläche gelagerten Erz zu gewinnen. Die Haufenlaugung ist in der Regel nur bei Oxid-Erzlagerstätten wirtschaftlich sinnvoll. Die Oxidation von Sulfidlagerstätten erfolgt während des geologischen Prozesses, der als Verwitterung bezeichnet wird. Oxidische Erzlagerstätten befinden sich daher in der Regel in der Nähe der Oberfläche. Wenn das Erz keine anderen wirtschaftlichen Elemente enthält, kann ein Bergwerk das Uran mit Hilfe eines Auslaugungsmittels, in der Regel einer niedermolekularen Schwefelsäure, gewinnen. ⓘ
Wenn die wirtschaftlichen und geologischen Bedingungen stimmen, ebnet das Bergbauunternehmen große Flächen mit geringem Gefälle ein und beschichtet sie mit dickem Kunststoff (in der Regel HDPE oder LLDPE), manchmal mit Ton, Schluff oder Sand unter der Kunststoffauskleidung. Das abgebaute Erz wird in der Regel in einem Brecher zerkleinert und in Haufen auf dem Kunststoff aufgeschüttet. Das Auslaugungsmittel wird dann für 30-90 Tage auf das Erz gesprüht. Während das Auslaugungsmittel durch den Haufen filtert, löst das Uran seine Bindungen mit dem Oxidgestein auf und gelangt in die Lösung. Die Lösung wird dann entlang des Gefälles in Auffangbecken gefiltert, die dann zur weiteren Verarbeitung in Anlagen vor Ort gepumpt werden. Nur ein Teil des Urans (in der Regel etwa 70 %) wird tatsächlich extrahiert. ⓘ
Die Urankonzentration in der Lösung ist sehr wichtig für die effiziente Abtrennung des reinen Urans aus der Säure. Da die verschiedenen Halden unterschiedliche Konzentrationen ergeben, wird die Lösung in eine Mischanlage gepumpt, die sorgfältig überwacht wird. Die richtig ausgewogene Lösung wird dann in eine Aufbereitungsanlage gepumpt, wo das Uran von der Schwefelsäure getrennt wird. ⓘ
Die Haufenlaugung ist wesentlich billiger als die traditionellen Mahlverfahren. Aufgrund der niedrigen Kosten ist es möglich, auch minderwertiges Erz wirtschaftlich abzubauen (vorausgesetzt, es handelt sich um die richtige Art von Erzkörper). Das Umweltrecht schreibt vor, dass das umliegende Grundwasser kontinuierlich auf mögliche Verunreinigungen überwacht wird. Die Mine muss auch nach ihrer Schließung weiter überwacht werden. In der Vergangenheit gingen Bergbauunternehmen manchmal in Konkurs und überließen die Verantwortung für die Rekultivierung der Mine der Öffentlichkeit. Die jüngsten Ergänzungen des Bergbaugesetzes verlangen, dass die Unternehmen vor Beginn des Projekts Geld für die Rekultivierung zurücklegen. Das Geld wird von der Öffentlichkeit verwaltet, um die Einhaltung der Umweltstandards zu gewährleisten, falls das Unternehmen jemals in Konkurs gehen sollte. ⓘ
In-situ-Auswaschung
Sandsteingebundene Uranlagerstätten können durch Lösungsbergbau (auch ISL für engl. in-situ leaching oder ISR für engl. in-situ-recovery) nutzbar gemacht werden. Der Erzkörper wird durch Bohrungen erschlossen und ein oxidierendes Fluid eingeleitet, welches das Uran mobilisiert. Meist handelt es sich dabei um verdünnte Schwefelsäure. Die Lösung wird über Injektionsbohrungen in den Erzkörper eingeleitet, die sich im äußeren Bereich des Erzkörpers befinden. Im Zentrum des Erzkörpers werden die Produktionsbohrungen niedergebracht, welche die uranhaltige Lösung fördern. Damit wird eine Strömung des Fluids zum Zentrum der Lagerstätte sichergestellt und eine unkontrollierte Verbreitung im Gestein verhindert. Im größeren Umfeld der Lagerstätte befinden sich Monitoring-Bohrungen, mit denen überwacht wird, dass es zu keiner Kontamination im Umfeld der Lagerstätte kommt. ⓘ
Um diese Methode anwenden zu können, muss das uranhaltige Gestein eine gewisse Durchlässigkeit besitzen, um das Fließen der Lösung zu ermöglichen. Außerdem sollte sie nach oben und unten durch undurchlässige (tonige) Gesteine begrenzt sein. Lösungsbergbau ermöglicht die kostengünstige Gewinnung kleiner Erzkörper. Vorteil ist, dass es zu keiner tatsächlichen Bewegung von Gestein kommt und auch kein Abraum anfällt. ⓘ
Der Lösungsbergbau soll in Zukunft eine größere Rolle einnehmen, bedeutende Betriebe gibt es in Kasachstan, Usbekistan, den USA und Australien. Der bedeutendste Betrieb im Jahr 2009 war Tortkuduk (Eigentümer: Areva und Kazatomprom) in Kasachstan mit einer Urangewinnung von 2272 t pro Jahr. ⓘ
Eine Abwandlung der Methode kam in der Lagerstätte Königstein (Sächsische Schweiz) zum Einsatz. Das Bergwerk wurde von konventionellem Tiefbau auf Untertagelaugung umgerüstet. Zur Verbesserung der Ausbeute wurde der vererzte Sandstein in Abbaublöcke unterteilt, die zunächst gesprengt und anschließend gelaugt wurden. ⓘ
Bei der In-situ-Laugung (ISL), die in Nordamerika auch als Lösungsbergbau oder In-situ-Rückgewinnung (ISR) bezeichnet wird, wird das Erz im Boden belassen und die Mineralien werden durch Auflösen und Pumpen der Lösung an die Oberfläche gefördert, wo die Mineralien gewonnen werden können. Folglich wird die Oberfläche nur wenig gestört und es fallen keine Abraumhalden oder Abfallgestein an. Allerdings muss der Erzkörper für die verwendeten Flüssigkeiten durchlässig sein und sie müssen so angeordnet sein, dass sie das Grundwasser außerhalb des Erzkörpers nicht verunreinigen. ⓘ
Bei der ISL-Gewinnung von Uran wird das Grundwasser des Erzkörpers verwendet, das mit einem Komplexbildner und in den meisten Fällen mit einem Oxidationsmittel angereichert wird. Anschließend wird es durch den unterirdischen Erzkörper gepumpt, um die darin enthaltenen Mineralien durch Auslaugung zu gewinnen. Sobald die schwangere Lösung an die Oberfläche zurückgeleitet wird, wird das Uran auf die gleiche Weise wie in jeder anderen Urananlage (Mühle) gewonnen. ⓘ
Die australische Regierung hat einen Best-Practice-Leitfaden für den In-situ-Laugungsbergbau von Uran veröffentlicht, der derzeit überarbeitet wird, um den internationalen Unterschieden Rechnung zu tragen. ⓘ
Gewinnung aus Meerwasser
Die Urankonzentration im Meerwasser ist gering, etwa 3,3 Teile pro Milliarde oder 3,3 Mikrogramm pro Liter Meerwasser. Die Menge dieser Ressource ist jedoch gigantisch, und einige Wissenschaftler sind der Ansicht, dass diese Ressource im Hinblick auf den weltweiten Bedarf praktisch unbegrenzt ist. Das heißt, wenn auch nur ein Teil des Urans im Meerwasser genutzt werden könnte, ließe sich über einen langen Zeitraum der gesamte Brennstoff für die Kernkraftwerke der Welt bereitstellen. Einige Atomkraftgegner behaupten, diese Statistik sei übertrieben. Obwohl seit den 1960er Jahren im Vereinigten Königreich, in Frankreich, Deutschland und Japan Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Rückgewinnung dieses niedrig konzentrierten Elements durch anorganische Adsorptionsmittel wie Titanoxidverbindungen durchgeführt wurden, wurden diese Forschungen aufgrund der geringen Rückgewinnungseffizienz eingestellt. ⓘ
Im Takasaki Radiation Chemistry Research Establishment des Japanischen Atomenergie-Forschungsinstituts (JAERI Takasaki Research Establishment) wurde die Forschung und Entwicklung fortgesetzt und gipfelte in der Herstellung von Adsorptionsmitteln durch Bestrahlung von Polymerfasern. Es wurden Adsorbentien synthetisiert, die eine funktionelle Gruppe (Amidoximgruppe) aufweisen, die Schwermetalle selektiv adsorbiert, und die Leistung solcher Adsorbentien wurde verbessert. Die Uranadsorptionskapazität des Polymerfaseradsorptionsmittels ist hoch und etwa zehnmal höher als die des herkömmlichen Titanoxidadsorptionsmittels. ⓘ
Eine Methode zur Extraktion von Uran aus Meerwasser ist die Verwendung eines uranspezifischen Vliesstoffs als Adsorptionsmittel. Die Gesamtmenge an Uran, die aus drei Sammelbehältern mit 350 kg Gewebe gewonnen wurde, betrug nach 240 Tagen im Meer mehr als 1 kg Yellowcake. Nach Angaben der OECD kann Uran mit dieser Methode zu einem Preis von etwa 300 $/kg U aus dem Meerwasser extrahiert werden. Das Experiment von Seko et al. wurde von Tamada et al. im Jahr 2006 wiederholt. Sie stellten fest, dass die Kosten je nach Annahmen zwischen ¥15.000 und ¥88.000 variierten und "die niedrigsten jetzt erreichbaren Kosten ¥25.000 bei 4g-U/kg-Absorptionsmittel im Seegebiet von Okinawa mit 18 Wiederholungen [sic] betragen". Mit dem Wechselkurs vom Mai 2008 waren das etwa 240 $/kg-U. ⓘ
2012 gaben ORNL-Forscher die erfolgreiche Entwicklung eines neuen Adsorptionsmaterials mit der Bezeichnung "HiCap" bekannt, das die bisher besten Adsorptionsmittel, die feste oder gasförmige Moleküle, Atome oder Ionen an der Oberfläche festhalten, bei weitem übertrifft. "Wir haben gezeigt, dass unsere Adsorbentien fünf- bis siebenmal mehr Uran extrahieren können, und das bei siebenmal schnelleren Aufnahmeraten als die besten Adsorbentien der Welt", so Chris Janke, einer der Erfinder und Mitglied der ORNL-Abteilung für Materialwissenschaft und Technologie. HiCap entfernt auch wirksam giftige Metalle aus Wasser, wie von Forschern des Pacific Northwest National Laboratory bestätigt wurde. ⓘ
Im Jahr 2012 wurde geschätzt, dass diese Brennstoffquelle zum 10-fachen des derzeitigen Uranpreises gewonnen werden könnte. Im Jahr 2014 wurde angesichts der Fortschritte bei der Effizienz der Urangewinnung aus Meerwasser vorgeschlagen, dass es wirtschaftlich wettbewerbsfähig wäre, Brennstoff für Leichtwasserreaktoren aus Meerwasser zu gewinnen, wenn das Verfahren in großem Maßstab umgesetzt würde. Uran, das in industriellem Maßstab aus Meerwasser gewonnen wird, würde sowohl durch die Erosion von Felsen durch Flüsse als auch durch den natürlichen Prozess des von der Oberfläche des Meeresbodens gelösten Urans ständig nachgeliefert werden, wodurch die Löslichkeitsgleichgewichte der Meerwasserkonzentration auf einem stabilen Niveau gehalten werden. Einige Kommentatoren sind der Meinung, dass dies dafür spricht, die Kernkraft als erneuerbare Energie zu betrachten. ⓘ
Prinzipiell ist auch die Uran-Extraktion aus Meerwasser möglich, das mit einem Urangehalt von etwa 4,5 Milliarden Tonnen das größte bekannte Uran-Vorkommen darstellt. Der Gehalt ist dabei relativ konstant bei 3,3 ppb Masseanteil. Dazu könnten spezielle Absorber an Küsten mit hohem Tidenhub oder innerhalb natürlicher Meeresströmungen platziert werden. Auf Basis von Versuchen in den USA und in Japan wurden die Kosten für Uran aus Meerwasser auf ca. 300 $/kg geschätzt. Dies liegt weit über den heutigen Marktpreisen, die Gestehungskosten von elektrischer Energie würden sich bei Einsatz dieses teuren Urans um weniger als 0,01 €/kWh erhöhen (Einsatz in heutigen Leichtwasserreaktoren, ohne Wiederaufarbeitung). Da diese Mehrkosten überschaubar sind, muss man Uran aus Meerwasser als wirtschaftlich zugängliche Langzeitreserve (einige Zehntausend Jahre bei heutigem Verbrauch) betrachten, sofern sich die Extraktionsverfahren auch großtechnisch umsetzen lassen. Durch den Eintrag aus Flüssen sowie durch Lösung aus dem Sediment am Meeresboden wird der Urangehalt der Weltmeere immer wieder „aufgefüllt“, so dass auch bei starker Nutzung mittelfristig nicht mit einer nennenswerten Abnahme des Urangehalts von Meerwasser zu rechnen wäre. Ähnlich verhält es sich ja auch mit der Gewinnung von Meersalz, welche kaum die Salinität der Ozeane beeinflusst. Einige Flüsse haben – sei es aufgrund der natürlich vorherrschenden geologischen Bedingungen oder aufgrund Bergbau in Gegenwart oder Vergangenheit – deutlich höhere Urangehalte als die Weltmeere. Eine Extraktion wäre hier nicht nur potentiell preiswerter als aus den Weltmeeren, sondern brächte auch den Vorteil, dass die Belastung von Trink- und Brauchwasser mit dem Schwermetall Uran mittelfristig gesenkt werden könnte. ⓘ
Im Zuge der Uranpreisblase um 2007 stieg der Uranpreis zeitweilig auf über 300 $/kg (135 $/lb), sodass bereits zu oben angegebenen Kosten die Gewinnung von Uran aus Meerwasser hätte lukrativ werden können. Jedoch fiel der Preis am Weltmarkt fast ebenso schnell wieder wie er gestiegen war und lag Ende 2010 nur noch bei rund 100 $/kg. Im Zuge des russischen Überfalls auf die Ukraine im Jahr 2022 stieg der Uranpreis aufgrund von Spekulation um die künftige Verfügbarkeit von Uran aus Russland, Kasachstan und der Ukraine, sowie der Ankündigung mehrerer Länder den Neubau von Kernkraftwerken zu planen oder die geplante Stilllegung heraus zu schieben oder abzusagen, zeitweise wieder auf über 60 $/lb (=~ 130 $/kg). ⓘ
Nebenerzeugnis/Nebenerzeugnis
Uran kann als Nebenprodukt zusammen mit anderen Nebenerzeugnissen wie Molybdän, Vanadium, Nickel, Zink und Erdölprodukten gewonnen werden. Uran ist auch häufig in Phosphatmineralien enthalten, wo es entfernt werden muss, da Phosphat hauptsächlich für Düngemittel verwendet wird. Flugasche aus Kohle enthält ebenfalls erhebliche Mengen an Uran und wurde als Quelle für die Urangewinnung vorgeschlagen. ⓘ
Uranpreise
Im Allgemeinen haben die Brennstoffkosten bei der Kernenergie den geringsten Anteil an den Gesamtenergiekosten aller brennstoffverbrauchenden Energieformen (d. h. fossile Brennstoffe, Biomasse und Kernenergie). Außerdem ist es angesichts der immensen Energiedichte von Kernbrennstoff (insbesondere in Form von angereichertem Uran oder hochwertigem Plutonium) einfach, Brennstoffmengen zu lagern, die bei konstantem Verbrauch mehrere Jahre reichen. Kraftwerke, die nicht über Online-Betankungsmöglichkeiten verfügen, wie dies bei der überwiegenden Mehrheit der in Betrieb befindlichen kommerziellen Kraftwerke der Fall ist, werden so selten wie möglich Brennelemente nachfüllen, um kostspielige Ausfallzeiten zu vermeiden, und planen die Abschaltung der Brennelemente in der Regel lange im Voraus, damit Wartungs- und Inspektionsarbeiten auch in der geplanten Ausfallzeit durchgeführt werden können. Die Kraftwerksbetreiber haben daher in der Regel langfristige Verträge mit Brennstofflieferanten, die - wenn überhaupt - nur geringfügig von den Schwankungen der Uranpreise betroffen sind. Die Auswirkungen auf den Strompreis für die Endverbraucher sind selbst in Ländern wie Frankreich, die einen Großteil ihrer elektrischen Energie aus Kernkraft gewinnen, vernachlässigbar. Dennoch können kurzfristige Preisentwicklungen wie die Uranblase von 2007 drastische Auswirkungen auf die Bergbauunternehmen, die Prospektion und die wirtschaftlichen Berechnungen darüber haben, ob sich eine bestimmte Lagerstätte für kommerzielle Zwecke lohnt. ⓘ
Seit 1981 werden die Uranpreise und -mengen in den USA vom Department of Energy gemeldet. Der Importpreis fiel von 32,90 US$/lb-U3O8 im Jahr 1981 auf 12,55 im Jahr 1990 und auf unter 10 US$/lb-U3O8 im Jahr 2000. In den 1970er Jahren waren die Uranpreise höher: 43 US$/lb-U3O8 wird vom Nuclear Information Centre als Verkaufspreis für australisches Uran im Jahr 1978 angegeben. Die Uranpreise erreichten 2001 mit einem Preis von 7 US$/lb einen historischen Tiefstand, aber im April 2007 stieg der Uranpreis auf dem Spotmarkt auf 113,00 US$/lb, den Höhepunkt der Uranblase von 2007. Dies lag sehr nahe an dem (inflationsbereinigten) Allzeithoch von 1977. ⓘ
Nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima im Jahr 2011 blieb der globale Uransektor in einer schwierigen Lage, da der Uranpreis um mehr als 50 % fiel, die Aktienwerte sanken und die Rentabilität der Uranproduzenten seit März 2011 und bis ins Jahr 2014 hinein zurückging. Infolgedessen senken die Uranunternehmen weltweit ihre Kosten und schränken ihren Betrieb ein. So musste beispielsweise Westwater Resources (früher Uranium Resources) aufgrund der ungünstigen Preise den gesamten Uranbetrieb einstellen. Seitdem hat Westwater versucht, in andere Märkte einzusteigen, nämlich Lithium und Graphit. ⓘ
Im Juli 2014 befand sich der Preis für Urankonzentrat weiterhin in der Nähe eines Fünfjahrestiefs, wobei der Uranpreis gegenüber dem Höchststand des Spotpreises im Januar 2011 um mehr als 50 % gesunken ist, was auf den Ausfall der japanischen Nachfrage nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima 2011 zurückzuführen ist. Infolge der anhaltend niedrigen Preise stellte das Bergbauunternehmen Cameco im Februar 2014 die Pläne zur Ausweitung der Produktion in den bestehenden kanadischen Minen zurück, setzte jedoch die Arbeiten zur Eröffnung einer neuen Mine am Cigar Lake fort. Ebenfalls im Februar 2014 stellte Paladin Energy den Betrieb seiner Mine in Malawi ein und erklärte, dass der kostenintensive Betrieb bei den derzeitigen Preisen Verluste mache. ⓘ
Auswirkungen des Uranpreises auf Bergbau und Kernkraftwerke
Im Allgemeinen sind kurzfristige Schwankungen des Uranpreises für die Betreiber und Eigentümer von Minen und potenziell lukrativen Lagerstätten von größerer Bedeutung als für die Kraftwerksbetreiber. Aufgrund seiner hohen Energiedichte ist Uran in Form von strategischen Reserven leicht zu horten, so dass ein kurzfristiger Preisanstieg durch den Zugriff auf diese Reserven ausgeglichen werden kann. Darüber hinaus verfügen viele Länder über De-facto-Reserven in Form von wiederaufbereitetem Uran oder abgereichertem Uran, die noch einen Anteil an spaltbarem Material enthalten, der eine Wiederanreicherung lohnenswert machen kann, wenn die Marktbedingungen dies erfordern. Die nukleare Wiederaufbereitung abgebrannter Brennelemente wird - ab den 2020er Jahren - kommerziell in erster Linie zur Nutzung des in den abgebrannten Brennelementen noch enthaltenen spaltbaren Materials betrieben. Das üblicherweise eingesetzte PUREX-Verfahren gewinnt Uran und Plutonium zurück, die dann in MOX-Brennstoff umgewandelt werden können, der in denselben Leichtwasserreaktoren eingesetzt werden kann, in denen die abgebrannten Brennelemente erzeugt wurden. Ob die Wiederaufbereitung wirtschaftlich ist, ist umstritten und hängt zum Teil von den Annahmen über den Uranpreis und die Kosten für die Entsorgung in geologischen Tiefenlagern oder die nukleare Transmutation ab. Reaktoren, die mit natürlichem Uran betrieben werden können, verbrauchen weniger abgebautes Uran pro erzeugter Energieeinheit, können aber höhere Investitionskosten verursachen, da sie schweres Wasser als Moderator benötigen. Außerdem müssen sie online nachgefüllt werden können, da der mit Natururan erreichbare Abbrand niedriger ist als der mit angereichertem Uran erreichbare - bei jedem Nachfüllen müsste der gesamte Reaktor abgeschaltet werden, was einen solchen Reaktor schnell unwirtschaftlich machen würde. Brutreaktoren werden auch wirtschaftlicher, wenn die Uranpreise steigen, und es war unter anderem ein Rückgang der Uranpreise in den 1970er Jahren, der zu einem Rückgang des Interesses an der Brutreaktortechnologie führte. Der Thorium-Brennstoffkreislauf ist eine weitere Alternative, wenn die Uranpreise auf einem anhaltend hohen Niveau bleiben, und folglich hängt das Interesse an dieser Alternative zur derzeitigen "Mainstream"-Leichtwasserreaktor-Technologie nicht unwesentlich von den Uranpreisen ab. ⓘ
Politik
Zu Beginn des Kalten Krieges verabschiedete der Kongress der Vereinigten Staaten den U.S. Atomic Energy Act von 1946, um eine ausreichende Versorgung mit Uran für die nationale Verteidigung zu gewährleisten, und schuf damit die Atomic Energy Commission (AEC), die die Befugnis hatte, potenzielle Uranabbaugebiete dem öffentlichen Kauf zu entziehen und auch den Uranpreis zu manipulieren, um den nationalen Bedarf zu decken. Durch die Festsetzung eines hohen Preises für Uranerz löste die AEC in den frühen 1950er Jahren einen Uran-"Boom" aus, der viele Schürfer in die Four Corners-Region des Landes lockte. Moab, Utah, wurde als die Uran-Hauptstadt der Welt bekannt, als der Geologe Charles Steen 1952 ein solches Erz entdeckte, obwohl die amerikanischen Erzvorkommen wesentlich weniger ergiebig waren als die in Belgisch-Kongo oder Südafrika. ⓘ
In den 1950er Jahren wurden Methoden zur Gewinnung von verdünntem Uran und Thorium erforscht, die in Granit oder Meerwasser reichlich vorhanden sind. Die Wissenschaftler spekulierten, dass diese Materialien in einem Brutreaktor eingesetzt eine unbegrenzte Energiequelle darstellen könnten. ⓘ
In den 1960er Jahren ging der militärische Bedarf der USA zurück, und die Regierung beendete ihr Uranbeschaffungsprogramm Ende 1970. Gleichzeitig entstand ein neuer Markt: kommerzielle Kernkraftwerke. In den USA brach dieser Markt Ende der 1970er Jahre praktisch zusammen, da die Industrie durch die Energiekrise, den Widerstand der Bevölkerung und schließlich den Reaktorunfall von Three Mile Island im Jahr 1979 unter Druck geriet, was de facto zu einem Moratorium für die Entwicklung neuer Kernkraftwerke führte. ⓘ
In Europa besteht eine gemischte Situation. Vor allem in Belgien, Finnland, Frankreich, Deutschland, Spanien, Schweden, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich wurden beträchtliche Kernkraftkapazitäten aufgebaut. In vielen Ländern wurde die Entwicklung der Kernkraft durch rechtliche Maßnahmen gestoppt und schrittweise eingestellt. In Italien wurde die Nutzung der Kernenergie 1987 durch ein Referendum untersagt; dies wird derzeit überarbeitet. Auch Irland hatte 2008 keine Pläne, seine ablehnende Haltung zur Kernenergie zu ändern. ⓘ
In den Jahren 1976 und 1977 wurde der Uranbergbau in Australien zu einem wichtigen politischen Thema, als der Bericht der Ranger Inquiry (Fox) eine öffentliche Debatte über den Uranbergbau auslöste. Die Gruppe Movement Against Uranium Mining (Bewegung gegen den Uranbergbau) wurde 1976 gegründet, und es fanden zahlreiche Proteste und Demonstrationen gegen den Uranbergbau statt. Die Bedenken beziehen sich auf die Gesundheitsrisiken und Umweltschäden des Uranbergbaus. Zu den bekannten australischen Aktivisten gegen den Uranabbau gehören Kevin Buzzacott, Jacqui Katona, Yvonne Margarula und Jillian Marsh. ⓘ
Das World Uranium Hearing fand im September 1992 in Salzburg, Österreich, statt. Anti-Atomkraft-Sprecher aus allen Kontinenten, einschließlich indigener Sprecher und Wissenschaftler, sagten zu den Gesundheits- und Umweltproblemen des Uranabbaus und der Uranverarbeitung, der Atomkraft, der Atomwaffen, der Atomtests und der Entsorgung radioaktiver Abfälle aus. Bei der Anhörung 1992 sprachen unter anderem: Thomas Banyacya, Katsumi Furitsu, Manuel Pino und Floyd Red Crow Westerman. Sie wiesen auf die Bedrohung aller Völker, insbesondere der indigenen Gemeinschaften, durch radioaktive Verseuchung hin und erklärten, dass ihr Überleben Selbstbestimmung und die Betonung spiritueller und kultureller Werte erfordert. Sie sprachen sich für eine verstärkte Kommerzialisierung erneuerbarer Energien aus. ⓘ
Das Königreich Saudi-Arabien hat mit Hilfe Chinas eine Anlage zur Gewinnung von Uran-Gelbkuchen aus Uranerz gebaut. Nach Angaben westlicher Beamter, die Informationen über die Abbaustätte haben, wird das Verfahren von dem ölreichen Königreich durchgeführt, um die Nukleartechnologie zu fördern. Der saudische Energieminister bestritt jedoch, eine Uranerzanlage gebaut zu haben, und behauptete, die Gewinnung von Mineralien sei ein wesentlicher Bestandteil der Strategie des Königreichs zur Diversifizierung seiner Wirtschaft. ⓘ
Gesundheitliche Risiken
Uranerz setzt Radongas frei. Die gesundheitlichen Auswirkungen einer hohen Radonexposition sind ein besonderes Problem beim Uranabbau; in epidemiologischen Studien über Uranbergleute, die in den 1940er und 1950er Jahren beschäftigt waren, wurde eine erhebliche Zunahme der Todesfälle durch Lungenkrebs festgestellt. ⓘ
Die ersten größeren Studien zum Thema Radon und Gesundheit wurden im Zusammenhang mit dem Uranbergbau durchgeführt, zunächst in der Region Joachimsthal in Böhmen und dann im Südwesten der Vereinigten Staaten während des frühen Kalten Krieges. Da Radon ein Produkt des radioaktiven Zerfalls von Uran ist, können unterirdische Uranminen hohe Radonkonzentrationen aufweisen. Viele Uranbergleute in der Region Four Corners erkrankten Mitte der 1950er Jahre infolge der hohen Radonexposition an Lungenkrebs und anderen Krankheiten. Besonders ausgeprägt war der Anstieg der Lungenkrebsfälle bei Bergleuten der amerikanischen Ureinwohner und der Mormonen, da diese Gruppen normalerweise eine niedrige Lungenkrebsrate aufweisen. Dies ist zum Teil auf das religiöse Rauchverbot im Mormonentum zurückzuführen. Sicherheitsnormen, die eine aufwendige Belüftung vorschreiben, wurden in dieser Zeit nicht in großem Umfang umgesetzt oder kontrolliert. Zwar ist die Radonexposition die Hauptursache für Lungenkrebs bei Nichtrauchern, die nicht mit Asbest in Berührung gekommen sind, doch gibt es Hinweise darauf, dass die Kombination von Rauchen und Radonexposition das Risiko über die kombinierten Risiken der beiden Schadstoffe hinaus erhöht. ⓘ
In Studien mit Uranbergleuten wurde bei Arbeitern, die über einen Zeitraum von etwa 10 Jahren einer Radonkonzentration von 50 bis 150 Pikocurie pro Liter Luft (2000-6000 Bq/m3) ausgesetzt waren, eine erhöhte Häufigkeit von Lungenkrebs festgestellt. Statistisch signifikante Überschreitungen der Todesfälle durch Lungenkrebs traten nach kumulativen Expositionen von weniger als 50 WLM auf. Diese Ergebnisse weisen eine unerklärliche Heterogenität auf (deren Konfidenzintervalle sich nicht immer überschneiden). Das Ausmaß des radonbedingten Anstiegs des Lungenkrebsrisikos variierte in den verschiedenen Studien um mehr als eine Größenordnung. ⓘ
Seitdem wurden in den meisten betroffenen Bergwerken, die noch in Betrieb sind, Belüftungs- und andere Maßnahmen zur Senkung der Radonwerte ergriffen. In den letzten Jahren ist die durchschnittliche jährliche Exposition von Uranbergleuten auf Werte gesunken, die mit den Konzentrationen vergleichbar sind, die in manchen Haushalten eingeatmet werden. Dadurch hat sich das Risiko einer berufsbedingten Krebserkrankung durch Radon verringert, obwohl es nach wie vor ein Problem darstellt, sowohl für diejenigen, die derzeit in den betroffenen Bergwerken beschäftigt sind, als auch für diejenigen, die in der Vergangenheit beschäftigt waren. Die Möglichkeiten, übermäßige Risiken bei Bergleuten zu erkennen, sind heute wahrscheinlich gering, da die Exposition viel geringer ist als in den Anfangsjahren des Bergbaus. Neben anderen Gesundheitsrisiken können Bergleute im Kohlebergbau auch Radon ausgesetzt sein, da Uran (und sein Zerfallsprodukt Radon) häufig in und in der Nähe von Kohlelagerstätten vorkommt und sich unter Tage ansammeln kann, da Radon dichter als Luft ist. ⓘ
In den USA bietet der Radiation Exposure Compensation Act Entschädigungen für Personen, die an verschiedenen Gesundheitsproblemen im Zusammenhang mit der Strahlenbelastung leiden, oder für deren Hinterbliebene. Uranbergleute, Arbeiter in Uranfabriken und beim Transport von Uran wurden im Rahmen dieser Regelung entschädigt. ⓘ
Aufräumarbeiten in den Vereinigten Staaten
Trotz der Bemühungen um die Sanierung von Uranstandorten gibt es auf dem Gebiet der Navajo Nation und in den Bundesstaaten Utah, Colorado, New Mexico und Arizona noch immer erhebliche Probleme, die auf die Hinterlassenschaften der Uranerschließung zurückzuführen sind. Hunderte von stillgelegten Minen sind noch nicht gereinigt worden und stellen in vielen Gemeinden ein Umwelt- und Gesundheitsrisiko dar. Auf Ersuchen des U.S. House Committee on Oversight and Government Reform im Oktober 2007 und in Absprache mit der Navajo Nation entwickelte die Environmental Protection Agency (EPA) zusammen mit dem Bureau of Indian Affairs (BIA), der Nuclear Regulatory Commission (NRC), dem Department of Energy (DOE) und dem Indian Health Service (IHS) einen koordinierten Fünfjahresplan zur Bekämpfung der Urankontamination. Ähnliche behördenübergreifende Koordinierungsbemühungen sind auch im Bundesstaat New Mexico im Gange. 1978 verabschiedete der Kongress den Uranium Mill Tailings Radiation Control Act (UMTRCA), eine Maßnahme zur Unterstützung der Sanierung von 22 inaktiven Erzaufbereitungsanlagen im gesamten Südwesten. Dazu gehörte auch der Bau von 19 Endlagerstätten für die Abraumhalden, die insgesamt 40 Millionen Kubikmeter schwach radioaktives Material enthalten. Die Umweltschutzbehörde schätzt, dass es 4000 Minen mit dokumentierter Uranproduktion und weitere 15.000 Standorte mit Uranvorkommen in 14 westlichen Bundesstaaten gibt, die meisten davon in der Four Corners-Region und in Wyoming. ⓘ
Der Uranium Mill Tailings Radiation Control Act ist ein US-amerikanisches Umweltgesetz, mit dem das Atomenergiegesetz von 1954 geändert und der Umweltschutzbehörde die Befugnis übertragen wurde, Gesundheits- und Umweltstandards für die Stabilisierung, Sanierung und Entsorgung von Uranmühlenabfällen festzulegen. Titel 1 des Gesetzes verpflichtete die EPA zur Festlegung von Umweltschutzstandards in Übereinstimmung mit dem Resource Conservation and Recovery Act (Gesetz zur Erhaltung und Wiedergewinnung von Ressourcen), einschließlich Grenzwerten für den Grundwasserschutz; das Energieministerium zur Umsetzung der EPA-Standards und zur dauerhaften Betreuung einiger Standorte; und die Nuclear Regulatory Commission zur Überprüfung von Sanierungsmaßnahmen und zur Vergabe von Lizenzen für die dauerhafte Betreuung von Standorten an Staaten oder das DOE. Mit Titel 1 wurde ein von der Bundesregierung und dem Staat gemeinsam finanziertes Sanierungsprogramm für Uranfabriken eingeführt. Titel 1 des Gesetzes wies auch 22 inaktive Uranmühlenstandorte zur Sanierung aus, was dazu führte, dass 40 Millionen Kubikmeter schwach radioaktives Material in UMTRCA Title 1-Sammelzellen eingeschlossen wurden. ⓘ
Gewinnung
Uran wird im Tagebau, Tiefbau oder durch in-situ-Laugung gewonnen. Die gewählte Gewinnungsmethode richtet sich nach den Eigenschaften des Erzkörpers, wie Tiefe, Form, Erzgehalt, Tektonik, Art des Nebengesteins und anderen Größen. Uran kann als Nebenprodukt bei der Gewinnung anderer Rohstoffe anfallen, so wie der Uranbergbau selbst auch weitere Metalle produzieren kann. ⓘ
Tiefbau
Ein Großteil des Urans wird im Tiefbau in Teufen von 100 bis über 2000 m gewonnen. Die Lagerstätten werden über Schächte, Stollen, Rampen oder Wendeln erschlossen. Probleme stellen das eindringende Grubenwasser sowie die Bewetterung dar. Das Grubenwasser muss gehoben und gegebenenfalls von Schwermetallen gereinigt werden. Bei der Bewetterung muss sichergestellt werden, dass das sich beim radioaktiven Zerfall von Uran bildende Radon und dessen Folgeprodukte nicht die maximale Arbeitsplatzkonzentration überschreitet. Früher war die unzureichende Bewetterung Hauptursache für die Erkrankung vieler Bergleute an Lungenkrebs. ⓘ
Die spezielle Abbaumethode wird wiederum nach den Eigenschaften der Lagerstätte gewählt. Vor allem die Form der Erzkörper sowie die Verteilung des Urans darin sind ausschlaggebend. Im Tiefbau lässt sich ein Erzkörper gezielt abbauen, wodurch viel weniger Abraum als im Tagebau anfällt. Die Förderung wird in modernen Bergwerken hauptsächlich mit dieselgetriebener Gleislostechnik realisiert. Die größte Tiefbaugrube ist derzeit McArthur River im kanadischen Saskatchewan mit einer Produktion von etwa 7200 t Uran pro Jahr. ⓘ
Uran als Nebenprodukt
In verschiedenen Betrieben wird Uran als Nebenprodukt gefördert. Am bedeutendsten aufgrund seiner Größe ist hierbei die Lagerstätte Olympic Dam, in welcher zusammen mit Gold und Silber pro Jahr etwa 3.400 t Uran als Nebenprodukt des Kupferabbaus (200.000 t pro Jahr) gewonnen wird. Zurzeit läuft eine Machbarkeitsstudie durch den Betreiber BHP Billiton zur Erschließung des Südteils der Lagerstätte, wobei die Produktion schrittweise auf 700.000 t Kupfer und etwa 15.000 t Uranoxid pro Jahr gesteigert werden soll. Eine bedeutende Uranproduktion fand auch auf den Goldgruben des Witwatersrand Goldfeldes in Südafrika statt. Diese soll wieder aufgenommen werden, wobei die wirtschaftliche Bedeutung des Urans die des Goldes übersteigen könnte. Uran wurde auch aus Wässern der Erdölproduktion in der ehemaligen Sowjetunion gewonnen. In Zukunft dürfte auch Uran aus Braunkohlenfilterasche Bedeutung gewinnen. Entsprechende Projekte gibt es in Ungarn und China. In einigen Phosphatlagerstätten ist Uran ebenfalls in gewinnbaren Konzentrationen enthalten. Die Gewinnung aus solchen Vorkommen spielte in der Vergangenheit vor allem in den USA eine Rolle und ist nun in verschiedenen Ländern wieder im Gespräch. ⓘ
Nebenprodukte des Uranbergbaus
Die Uranlagerstätten des Colorado-Plateaus in den USA waren in der Vergangenheit auch ein sehr bedeutender Lieferant für den Stahlveredler Vanadium. Die große Uranlagerstätte Jabiluka im australischen Northern Territory enthält einen großen Goldanteil. Allerdings wurden weitere Arbeiten auf dieser Lagerstätte durch den Eigner ERA (Energy Resources Australia) vorerst eingestellt, da es großen Widerstand gegen den Abbau durch die Lage im Kakadu-Nationalpark gab. Ähnliche Lagerstätten wie Jabiluka enthalten in Kanada auch teilweise hohe Gehalte an Nickel, allerdings wurde dieses Metall aufgrund der schwierigen Aufbereitung nicht gewonnen. Auf Uranlagerstätten im Erzgebirge wurde in geringem Umfang durch die SAG/SDAG Wismut auch Kupfer, Kobalt, Nickel, Wismut, Blei, Zink, Silber, Zinn, Selen sowie Baustoffe gewonnen. ⓘ
Unkonventionelle Gewinnung
Verfahren, die zurzeit nicht in industriellem Maßstab zum Einsatz kommen, werden als unkonventionelle Verfahren bezeichnet. Darunter fällt zum Beispiel die Urangewinnung aus Schwarzschiefer, Phosphatgestein oder Braunkohle bzw. deren Asche. ⓘ
Aus Kohleasche
Kohle enthält fast immer auch Spuren der radioaktiven Elemente Uran, Thorium und Radium. Der Gehalt liegt je nach Lagerstätte zwischen wenigen ppm und 80 ppm. Da weltweit etwa 7800 Millionen Tonnen Kohle pro Jahr in Kohlekraftwerken verbrannt wird, schätzt man den Gesamtausstoß auf 10.000 Tonnen Uran und 25.000 Tonnen Thorium, der zum großen Teil in der Asche enthalten ist. Die Asche von europäischer Kohle enthält etwa 80–135 ppm Uran. ⓘ
Zwischen 1960 und 1970 wurde in den USA etwa 1100 Tonnen Uran aus Kohleasche gewonnen. 2007 beauftragte die chinesische National Nuclear Corp die kanadische Firma Sparton Resources, in Zusammenarbeit mit dem Beijing No. 5 Testing Institute Versuche durchzuführen, Uran aus der Asche des Kohlekraftwerks Xiaolongtang in der Provinz Yunnan zu gewinnen. Der Urangehalt der Asche aus diesem Kraftwerk liegt mit durchschnittlich 210 ppm Uran (0,021 % U) über dem Urangehalt mancher Uranerze. ⓘ
Aufbereitung des Uranerzes
Das im Erz vorhandene Uran wird durch physikalische und chemische Verfahren vom übrigen Gestein getrennt (aufgeschlossen). Dazu wird das Erz zerkleinert (gebrochen, fein gemahlen) und das Uran herausgelöst (ausgelaugt). Dies geschieht mit Säure oder Lauge unter Hinzufügung eines Oxidationsmittels, um das Uran vom sehr schlecht löslichen chemisch 4-wertigen Zustand in die gut lösliche 6-wertige Form zu überführen. Auf diese Weise lassen sich über 90 Prozent des im Erz befindlichen Urans gewinnen. ⓘ
Unerwünschte Begleitstoffe werden in mehreren Reinigungsschritten durch Dekantieren, Filtern, Extrahieren usw. entfernt. Aus der Flüssigkeit wird Uran ausgefällt, beispielsweise durch Zugabe von Ammoniak. Das ausgefällte Produkt (chemisch: Ammoniumdiuranat) wird wegen seiner gelben Farbe als „Yellowcake“ bezeichnet. In getrockneter Form enthält es 70 bis 80 Gewichtsprozent Uran. Dieses Material wird teilweise noch am Abbauort durch Kalzinierung in Uranoxid umgewandelt. ⓘ
Die Rückstände der Uranaufbereitung (Tailings) müssen in speziellen Becken langfristig sicher gelagert werden. Sie enthalten noch den größten Teil des Aktivitätsinventars des ursprünglichen Uranerzes (in Form der Zerfallsprodukte des Urans wie beispielsweise Radium) sowie Schwermetalle. ⓘ
Uranabbau nach Ländern
Ostdeutschland
Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands und später der DDR durch die SAG/SDAG Wismut intensiver Uranbergbau betrieben. Die Uranlagerstätten des Erzgebirges waren vor dem Krieg zwar teilweise bekannt, wurden jedoch nur in einem geringen Umfang ausgebeutet. Bis 1945 ging man davon aus, dass es sich nur um geringe Vorräte handelt. Die 1945 durch die Sächsische Erzsuchgruppe und ab 1946 durch die Sächsische Gewinnungs- und Erkundungsgruppe durchgeführten Untersuchungen führten zur Entdeckung größerer Vorräte. Das Erkundungsprogramm der SAG/SDAG Wismut wurde auf die gesamte SBZ/DDR ausgeweitet. Dabei wurden die Schwarzschieferlagerstätten bei Ronneburg in Ostthüringen, die Uranvererzung der Kohlen des Döhlener Beckens und die Sandsteinlagerstätte Königstein in der Sächsischen Schweiz entdeckt. ⓘ
Gefördert wurden bis 1990 ca. 216.300 Tonnen Uran., davon jeweils die Hälfte in Thüringen und Sachsen. Die letzte Vorratsbilanz der SDAG Wismut lag zum 1. Januar 1991 vor. Diese nannte gelöschte Vorräte in Höhe von 251.510 t Uran, Bilanzvorräte von 57.922 t Uran sowie prognostische Ressourcen von 74.078 t Uran. ⓘ
Westdeutschland
In den drei Westzonen gab es demgegenüber nur kleinere Uranlagerstätten im Schwarzwald, im Bayerischen Wald und im Fichtelgebirge. Erkundet wurden die Kleinstlagerstätten Poppenreuth, Mähring, Wittichen und Rudolphstein, sowie die Kleinlagerstätten Müllenbach (3000 Tonnen), Großschloppen (1500 Tonnen) und Hebanz. Untersucht wurden ebenfalls die im Flußspatrevier Wölsendorf vorkommenden Uranerze. Die einzige Lagerstätte, die über das Erkundungsstadium hinauskam war Menzenschwand. Hier wurden zwischen 1973 und 1991 ca. 480 Tonnen metallisches Uran abgebaut. Die prognostischen Vorräte belaufen sich auf ca. 3500 Tonnen Uran. ⓘ
Bundesrepublik Deutschland nach der Wiedervereinigung
Nach der Wiedervereinigung war die schon vorher nicht kostendeckende Uranförderung in der DDR, nachdem die Sowjetunion 1990 die Zahlungen eingestellt hatte, nicht mehr überlebensfähig und wurde im Jahr 1991 eingestellt. Im gleichen Jahr wurde die SDAG Wismut in die bundeseigene Wismut GmbH umgewandelt. Nach dem Entzug der Abbaurechte ging die Gewerkschaft Brunhilde 1991 in Insolvenz und der Bergbau in Menzenschwand wurde eingestellt. Die Sanierung der Hinterlassenschaften der Wismut wurde im 2+4-Vertrag der Bundesrepublik übertragen und festgelegt, dass die Sowjetunion und deren Nachfolgestaaten diese Kosten nicht tragen müssen. Seit 1990 wurden die verschiedenen Bergbaubetriebe der Wismut GmbH stillgelegt, in Sanierungsbetriebe umgewandelt und nach und nach geschlossen. Bei der Sanierung fällt, hauptsächlich durch die Reinigung des Flutungswassers des Sanierungsbetriebes Königstein, weiterhin Uran an. Dieses wurde verkauft und die Erlöse für die Sanierung verwendet. Diese Lieferungen wurden 2021 eingestellt, nachdem auf diesem Weg seit 1990 noch etwa 2.000 Tonnen Urankonzentrat verkauft wurden. Die Einstellung dieser Lieferungen bedeutete gleichzeitig den Ausstieg Deutschlands aus der Reihe uranproduzierender Staaten. An anderen Standorten, wie Schlema, Ronneburg und Pöhla werden anfallende Schadstoffe (Uran, Radium, Arsen, Eisen und Mangan) in Wasserbehandlungsanlagen (WBA) aus den Grubenwässern entfernt, mit Zement verfestigt und deponiert. Die behandelten Wässer werden über Fließgewässer dem natürlichen Kreislauf zugeführt. ⓘ
USA
Die US-Regierung verhängte wegen möglicher Konflikte mit touristischen und Umweltbelangen Anfang 2012 ein 20-jähriges Moratorium für die Erkundung neuer Uranlagerstätten am Grand Canyon. ⓘ
Der Energiekonzern Anadarko Petroleum verständigte sich im April 2014 mit dem Justizministerium der Vereinigten Staaten auf die Zahlung von 5,15 Milliarden US-Dollar (3,75 Milliarden Euro) wegen Umweltverschmutzung der Tochtergesellschaft Kerr-McGee Corporation an 2700 verseuchten Standorten durch den Uranbergbau. Rund 4,4 Milliarden US-Dollar der vereinbarten Zahlung sollen für die Dekontaminierung von verseuchten Böden ausgegeben werden. ⓘ
Andere Staaten
Weltweit gibt es viele andere Staaten, in denen Uranabbau betrieben wird, wie beispielsweise Brasilien, Kanada, Australien, China, Kasachstan, Kongo, Namibia, Südafrika. Außerdem planen weitere Staaten, den Uranabbau neu einzuführen oder auszuweiten. Dies geschah zum Beispiel Ende 2013, als die Genehmigung für den Abbau in Kvanefjeld (Südgrönland) erteilt wurde, wo eine Uranlagerstätte in hochsensibler arktischer Natur gefunden wurde (siehe Weltkarte). ⓘ
| Rang | Land | Förderung (in kt) |
|---|---|---|
| 1 |  Kasachstan |
21,3 |
| 2 |  Kanada |
9,0 |
| 3 |  Australien |
7,0 |
| 4 |  Niger |
4,7 |
| 5 |  Namibia |
4,5 |
| 6 |  Russland |
2,9 |
| 7 |  Usbekistan |
2,4 |
| 8 |  Vereinigte Staaten |
1,6 |
| 9 |  Volksrepublik China |
1,5 |
| 10 |  Malawi |
1,1 |
Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe. ⓘ
Risiken
Uran ist ein schwach radioaktiv strahlendes Element, welches in seinen natürlichen Lagerstätten zunächst keine Gefahr für die Umwelt darstellt. Der Urangehalt derzeit genutzter Lagerstätten schwankt mit 0,03 bis 18 Prozent erheblich. Die radiotoxische Gefährlichkeit des Abraums liegt etwa in der gleichen Größenordnung wie die der natürlichen Strahlungsintensität. Außerdem besitzt das taube Gestein, aus dem der Abraum besteht, teilweise hohe Konzentrationen von anderen Metallen, welche eine Gefährdung für die Umwelt darstellen können. Je nach Lagerstättenart, Gewinnungsmethode und Lagerung können die auf den Abraumhalden noch vorhandenen Uran- und Schwermetallverbindungen das Trinkwasser belasten, oder durch Staubverbreitung entfernte Gebiete kontaminieren. ⓘ
Nachdem der Uranabbau in fünf westeuropäischen Ländern komplett eingestellt wurde, findet etwa die Hälfte der Uranförderung derzeit in dünn besiedelten Gebieten Kasachstans, Kanadas und Australiens statt. In Kanada und Australien sind hauptsächlich Ureinwohner betroffen, die sich mittlerweile politisch und rechtlich gegen die auftretenden Schäden wehren. Ein weiteres Viertel des Urans wird in Usbekistan, Niger, Namibia und Russland abgebaut. Etwa 70 % der Lagerstätten befinden sich unter dem Land von indigenen Völkern, die dadurch besonders von den Folgen des Uranabbaus betroffen sind. ⓘ
Abraum
Hinterlassenschaften des Uranabbaus in Form von Abraumhalden, Absetzseen, Abfalldeponien usw. führen auch in Ländern, die heute kein Uranerz mehr fördern, beispielsweise Tadschikistan und Deutschland, zu einer langfristigen Gefährdung der dort ansässigen Bevölkerung und der Umwelt durch die im Uranerz natürlich vorkommenden Radionuklide. ⓘ
Mögliche CO2-Belastung der Umwelt
Die vom Österreichischen Ökologie-Institut und der Österreichischen Energieagentur erstellte Studie „Energiebilanz der Nuklearindustrie“ vom November 2011 prognostiziert, dass aufgrund der starken Nachfrage nach Uran und der weltweit abnehmenden Uranreserven die Urangewinnung aufgrund der abnehmenden Uranerzkonzentration in den Lagerstätten immer aufwändiger werden könnte und mit steigenden CO2-Belastungen für die Umwelt verbunden sein würde. ⓘ
Der Uranerzgehalt würde dabei zum entscheidenden Faktor in der Energiegewinnungskette: ab einem Grenzwert von ca. 0,01 % wird bei der Energiebilanz die Aufbereitung des gewonnenen Uranerzes zum Prozessschritt mit dem höchsten Energieaufwand (über 40 % der eingesetzten Primärenergie) und die Energieintensität des nuklearen Energieerzeugungsprozesses steigt auf über 100 %, d. h., die eingesetzte Energie übersteigt die erzeugte: die Umweltenergiebilanz wird negativ (siehe auch Energieerhaltungssatz); die nukleare Energieproduktion wäre aus energetischer Sicht nicht mehr sinnvoll (bzw. nachhaltig); ab hier wird der Wert von bis zu 288 g CO2-Emission pro nuklear erzeugter kWh elektrischer Energie genannt. ⓘ
Die Studie wurde im Rahmen des Programms „Neue Energien 2020“ durchgeführt und aus Mitteln der Klima- und Energiefonds gefördert. ⓘ
Laut einer Studie aus 2008 wäre ab einem Gehalt von "200 Gramm pro Tonne Gestein" (vermutlich abgeleitet vom angloamerikanischen Maßsystem) oder 200 mg/kg "Kohle-Äquivalenz" gegeben; der aus dem Uranerz erzielbare Netto-Energiegewinn wäre gleich der zur Gewinnung nötigen (aus Kohleverbrennung erzeugten) Energie. ⓘ
Radon
Ein gefährliches Zerfallsprodukt des Urans ist das Edelgas Radon, das farb- und geruchlos aus Aufbereitungsanlagen, Halden, Absetzbecken und Mülldeponien ebenso wie aus Bergwerkstollen entweicht, auch aufgelassenen. Ohne Abdeckung können aus Halden und Absetzbecken dauerhaft erhebliche Mengen Radon freigesetzt werden. Die Freisetzungsrate kann bis zu 10 Bq je Quadratmeter betragen. ⓘ
In ungenügend belüfteten Räumen oberhalb dieser Anlagen/Orte kann es sich ansammeln und bei einer langandauernden Belastung zu einem deutlich erhöhten Lungenkrebsrisiko führen (Schneeberger Krankheit). Die Internationale Agentur für Krebsforschung der WHO wie auch das Bundesamt für Strahlenschutz und die Strahlenschutzkommission sehen es als erwiesen an, dass Radon auch schon in geringen Dosen signifikant Krebs auslöst. Ein Schwellenwert konnte nicht ausgemacht werden. Das arbeitsmedizinische Maß der Radonbelastung im Uranbergbau ist der Working Level Month. ⓘ
Unfälle
Ganz im Schatten des Reaktorunfalles im Kernkraftwerk Three Mile Island (TMI) 1979 ereignete sich im selben Jahr ein Unfall mit Uranabbau-Abraum, der radiologisch als der schwerwiegendere gilt. Um die Strahlung des Abraumes zu reduzieren, werden oftmals Dämme errichtet und der Abfall dahinter wird mit Wasser überflutet. Der Bruch eines solchen Dammes am Rio Puerco in New Mexico (USA) verursachte das Abströmen von rund 335.000 Tonnen radioaktiven Wassers mit etwa 1.000 Tonnen verseuchter Substanzen in den Rio Puerco, der als Wasserreservoir vor allem der Diné-, Hopi- und Pueblo-Indianer dient. Eine unmittelbar vorgenommene Messung ergab einen gegenüber dem Grenzwert um das 7000-fache erhöhten Messwert für Trinkwasser. Die Information und Aufklärung der betroffenen Menschen gestaltete sich aufgrund des Mangels an elektronischen Kommunikationsmitteln sowie von Bildungsdefiziten äußerst schwierig, man geht von nicht wenigen Krebs-Todesfällen aus. ⓘ
Hörfunk
- Thomas Gaevert: Das Generationenprojekt – Der Uranabbau in Ostdeutschland und seine Folgen – Produktion: Südwestrundfunk 2019, Erstsendung: 27. Februar 2019, SWR 2 ⓘ