thumb|Rangerin uraanikaivos Australiassa. Uraanikaivos on alue, jossa kallioperästä louhitaan uraanipitoisia mineraaleja niiden hyödyntämistä varten, pääasiassa ydinpolttoaineen ja viime kädessä ydinenergian tuotannossa. Historiallisesti uraanin kysyntään vaikutti merkittävästi myös ydinaseiden valmistus. Nykyisin maailman ydinasearsenaalien kokonaismäärä on kuitenkin ydinaseriisunnan seurauksena pienenevä, joten ne eivät enää synnytä uraanin nettokysyntää. Puretut ydinaseet toimivat nykyisin myös ydinpolttoaineen lähteenä.Schwartz, S.: Atomic Audit. Luku 5. Brookings Institution Press, Washington D.C., USA, 1998, .
Uraanikaivostoiminta on varsin uutta, sillä ensimmäinen varsinainen uraanikaivos aloitti toimintansa vuonna 1843Veselovsky, F. et al.: History of the Jáchymov (Joachimsthal) ore district. Journal of the Czech Geological Society, 42/4, s. 127-132, Praha, 1997, ISSN 1802-6222.. Toisen maailmansodan jälkeen toiminta on laajentunut nopeasti. Nykyisin suurin tuottajamaa on Kazakstan, joka tuottaa melkein puolet maailman uraanista. Muita merkittäviä tuottajia ovat Namibia, Kanada, Australia, Uzbekistan ja Venäjä.
Uraanikaivokset voivat olla niin tunnelikaivoksia kuin avolouhoksiakin. Nykyään käytetään myös paikallaan liuottamista eli ISL-menetelmää, jossa perinteinen kaivostoiminta voidaan välttää kokonaan. Suurin osa maailman uraanikaivoksista on kokonaan maanalaisia kaivoksia. Uraani on myös varsin tavallinen sivutuote monissa metalli- ja fosfaattikaivoksissa.
Ympäristönsuojelu uraanikaivoksissa muistuttaa paljolti muita metallikaivoksia, sillä käytetyt kaivumenetelmät ja niistä seuraavat ympäristövaikutukset ovat pääosin samoja. Uraanikaivoksissa käsitellään kuitenkin kivilajeja, jotka sisältävät monesti keskimääräistä enemmän radioaktiivisia aineita, joten toiminnassa täytyy huolehtia säteilyturvallisuudesta sekä työsuojelun että ympäristönsuojelun osalta.Hore-Lacy, I.: Uranium Mining, Processing and Enrichment. Encyclopedia of Energy, Vol. 6, s. 317-324. Boston University, Boston, USA, 2004, .
Historia
Varhaishistoria ja ensimmäinen uraanikaivos Uraani alkuaineena tuli tunnetuksi vasta 1700-luvulla, mutta eräät uraania sisältävät mineraalit tunnettiin jo aiemmin. Niitä on käytetty kauan väriaineina lasin valmistuksessa. Vanhin uraanipitoisella väriaineella värjätty lasiesine on löydetty Italiasta Napolin läheltä, ja sen arvioidaan olevan peräisin noin vuodelta 79 Argonne National Laboratory: Uranium Quick Facts, Chicago, 2007.. Uraaniyhdisteiden käyttö esiteollisella ajalla on kuitenkin ollut varsin vähäistä, eikä uraaniin erikoistuneita kaivoksia ollut ennen 1800-lukua.
Ensimmäinen varsinainen uraanikaivos toimi Jáchymovin, saksalaiselta nimeltään Joachimsthal, kaupungissa Böömin ja Saksin rajaseudulla, nykyisessä Tšekin tasavallassa. Jáchymov on vanha kaivoskaupunki, jossa on toiminut hopeakaivos jo 1500-luvulla. Seudun malmit olivat niin rikkaita, että siitä tuli Euroopan suurin kaivosalue. Jáchymov kasvoi Böömin toiseksi suurimmaksi kaupungiksi muutaman vuosikymmenen kuluessa jääden jälkeen vain Prahasta.
Yksi Jáchymovin alueen geologisista erikoisuuksista oli pikivälke, joka on nimensä mukaisesti mustaa ja kimaltelevaa. Pikivälkkeen ensimmäisen perusteellisen kemiallisen analyysin suoritti saksalainen itseoppinut apteekkari Martin Klaproth vuonna 1789. Pikivälkkeen tiedettiin sisältävän rautaa, sinkkiä ja wolframia, mutta Klaproth löysi myös uuden, aiemmin tuntemattoman metallin. Hän harkitsi sille nimeä klaprothium, mutta päätyi ehdottamaan "väliaikaista" nimeä uraani vasta löydetyn Uranus-planeetan mukaan.
Uraania mainitaan kaivetun tarkoituksella ensimmäistä kertaa Jáchymovin metallikaivoksissa 1843. Kuten usein nykyisinkin, historian ensimmäisessä uraanikaivoksessa uraani oli siis muiden kaivannaisten sivutuote. Myös muita pikivälke-esiintymiä oli löydetty eri puolilta maailmaa siihen mennessä, mutta yksikään niistä ei ollut yhtä rikas kuin Böömissä. Uraanin pääasiallinen käyttötarkoitus oli väriaineena lasi- ja posliinituotteissa.Goldschmidt, B.: Uranium's Scientific History 1789 - 1939 . Uranium Instituten 14. kansainvälinen symposium, Lontoo, 1989.
Tuotanto laajenee Vuonna 1896 Henri Becquerel havaitsi ensi kertaa radioaktiivisuuden nimenomaan uraanissa ja vuonna 1898 Marie Curie eristi Jáchymovin pikivälkkeestä uraanin hajoamistuotteen, selvästi sitä radioaktiivisemman radiumin. Samalla radioaktiivisuuteen liittyvä innostus valtasi Euroopan, ja kun radioaktiivisuuden vaarallisuudesta ei ollut tietoa, uraanimalmialueille perustettiin terveyskylpylöitä, niin myös Jáchymoviin.
Radioaktiivisuutensa vuoksi radiumista tuli varsin kysytty alkuaine, jota käytettiin mm. tutkimuksessa, itsevalaisevissa pinnoissa ja maaleissa sekä jopa erilaisissa terveydenhoitotuotteissa. Viimeisimmässä käyttötarkoituksessa se usein oli hyödytöntä tai pahimmillaan vaarallista, mutta radioaktiivisuuden käyttöä kulutustavaroissa ei vielä säädelty lailla.
Uraanimalmeja alettiin kaivaa ympäri maailman radiumin eristämiseksi siitä. Aluksi Itävalta-Unkari toivoi saavansa monopolin Jáchymovin esiintymillä, mutta pian Englannissa, Portugalissa ja Amerikassa oli omaa tuotantoa. 1915 uraania löydettiin Belgian Kongosta, ja pian Belgiassa oli merkittävää radiumteollisuutta. 30-luvulla markkinoille tulivat Kanadan uraaniesiintymät, jotka edelleen tuottavat huomattavan osan maailman uraanista.
Toisen maailmansodan aikana Yhdysvallat alkoi hankkia suuria määriä uraania atomipommin rakentamiseen tähtäävän Manhattan-projektin tarpeisiin. Belgian Kongon, Kanadan ja Yhdysvaltain omat uraaniesiintymät olivat merkittävässä asemassa sodan aikaisessa uraanituotannossa. Toisen maailmansodan jälkeen uraanintuotanto kasvoi kilpavarustelun myötä ja merkittävää kaivostoimintaa syntyi Neuvostoliittoon, Saksaan ja Australiaan.
Markkinoiden normalisoituminen ja stagnaatio Uraanin kehittyminen kansainvälisesti kaupattavaksi raaka-aineeksi sijoittuu 70- ja 80-luvuille, kun ydinenergian kasvava rauhanomainen käyttö alkoi kuluttaa sotavoimia enemmän uraania. Toisaalta ydinaseriisunnassa saavutetut edistysaskeleet pienensivät osaltaan sotilaallista kysyntää. Suuret määrät asekäyttöä varten varastoitua uraania alkoi tulvia markkinoille. Nykyisin maapallon ydinaseinventaarin kokonaismäärä on supistuva, joten asekäyttö ei enää synnytä uraanin nettokysyntää lainkaan.
80-luvulle tultaessa ydinvoimakeskustelu voimistui, ja ydinvoimatuotannon puolesta ja vastaan argumentoitiin voimakkaasti. Toiset korostivat ydinvoimassa ilmenneen ongelmia kuten ydinonnettomuuksia, toiset taas ydinvoiman ongelmien vähäisyyttä muihin energianlähteisiin verrattuna. Monessa maassa ydinvoima joutui poliittiseen vastatuuleen, eikä ydinvoimaloiden määrä kasvanut enää ennakoidulla nopeudella. Kun sotilaallinen kysyntä hiipui, siviilikysynnän kasvu hidastui ja markkinoilla oli saatavissa runsaasti uraania vanhoista varastoista, uraanin hinta laski historiallisen alhaiselle tasolle yli kahdeksi vuosikymmeneksi. Tänä aikana uusien uraanikaivosten perustaminen sekä uraanin etsintä jäivät selvästi vähemmälle.
Uusi kasvukausi Pelkästään Kiinassa on vuoden 2004 jälkeen suunniteltu otettavaksi käyttöön yhden ydinvoimalaitoksen verran uutta sähköntuotantoa vuosittainPeople's Daily:China ready to start its nuclear power plan. Peking, 7.1.2004.. Samalla kylmän sodan aikana kertyneet uraanivarastot ovat alkaneet ehtyä. Seurauksena kiinnostus uraanin etsintään ja uusien uraanikaivosten perustamiseen on kasvanut huomattavasti viime vuosina.
Uraanin etsintä
Katso myös: Uraanin esiintyminen
Uraanin etsintä muistuttaa pääosin menetelmällisesti muiden malmien etsintää, joskin uraanimalmien tavallisesti hieman korkeampi radioaktiivisuus sallii eräiden säteilymittauksille perustuvien menetelmien käytön. Toisaalta nämä menetelmät ovat tavallisia myös muiden keskimääräistä radioaktiivisempien malmien, esimerkiksi monien kultamalmien etsinnässä.Deffeyes, K., MacGregor, I.: World Uranium resources Scientific American, Vol 242, No 1, January 1980, s. 66-76, ISSN 0036-8733.
Malminetsinnän perustana toimii uraanin geologia, jonka perusteella sen tiedetään muodostavan esiintymiä suuremmalla todennäköisyydellä eräissä kivilajeissa ja tietynlaisten olosuhteiden vallitessa. Uraaniesiintymille otollisia ympäristöjä ovat mm. vanhat magmakivet kuten vanhat graniitit, hiekkakivet joihin pohjaveden kemialliset muutokset ovat saattaneet rikastaa uraania, eräät savikivet ja fosfaattikivet sekä inkonformiteettialueet ja alluviumit.
Fysikaalisten mittalaitteiden avulla on mahdollista selvittää kallioperän ominaisuuksia paksunkin maannoksen alta. Pääasiassa käytetään viittä menetelmää:
Magneettiset menetelmät Sähköiset menetelmät Gravimetriset menetelmät Seismiset menetelmät Radioaktiivisuudelle perustuvat menetelmät
Näitä kaikkia sovelletaan nykyisin pääosin lentomittauksina, lukuun ottamatta gravimetrisiä menetelmiä. Yksityiskohtaisemmat mittaukset on tehtävä maanpinnalla. Kenttätutkimuksissa tyypillisiä uraanin etsinnän työkaluja ovat näytteenottovälineet ja radioaktiivisuuden mittauslaitteet kuten skintillometri ja geigermittari. Näytteiden avulla maastosta voidaan muodostaa karttoja, joista alkuaineiden pitoisuuksien avulla on etsittävissä suunnat joissa uraanin pitoisuudet ovat kasvavia.Karhunen, P.: Malminetsijän kiviopas . Geologian tutkimuskeskus, Espoo, 1994.Geologian tutkimuskeskus: Mineraalien tunnistaminen, Retkeilijän kiviopas ,Espoo ,2003, .
Lupaavilla paikoilla tehdään kairauksia mineraalinäytteiden saamiseksi syvältä kallioperästä. Jos on syytä epäillä huomattavaa uraaniesiintymää, saatetaan edetä koelouhintaan asti alueen kaivospotentiaalin selvittämiseksi. Kaikkiaan aikaa tarpeeksi rikkaan esiintymän löytämisestä kaivostoiminnan alkuun kuluu tavallisesti noin 20 vuotta.Äikäs, O.: Uraaninetsintä havahtui Ruususen unesta nykypäivään, Materia 3/2006, s. 8-12, Vuorimiesyhdistys, ISSN 1459-9694.
Uraanikaivostoiminta
Uraanikaivostoiminta ei eroa paljon muusta kaivostoiminnasta. Kuten kaikkien malmien tapauksessa, lähellä pintaa sijaitsevat uraaniesiintymät hyödynnetään yleensä avolouhosten avulla, kun taas syvemmällä sijaitseviin malmeihin päästään käsiksi tunnelikaivoksissa. Huomattavia avolouhoksia ovat Ranger Australiassa, Rossing Namibiassa ja Saskatchewanin alueen uraanikaivosten pääosa. Maailman suurin tunnettu uraaniesiintymä Olympic Damissa Australiassa on tunnelikaivos, samoin kuin maailman eniten tuottava uraanikaivos Mac Arthur River Kanadassa. Kymmenen suurinta uraanikaivosta tuottaa kolme neljännestä maailman uraanista. Suurimat tuottajamaat ovat Kanada ja Australia.
Uraani esiintyy monesti yhdessä muiden metallien kanssa. Monet uraanikaivokset tuottavat myös muita metalleja sivutuotteenaan, ja uraani on myös tavallinen sivutuote etenkin fosfaatti- ja metallikaivoksissa. Maailman kymmenestä suurimmasta uraanikaivoksesta Olympic Dam tuottaa päätuotteenaan kuparia, Witwatersrand kultaa.
Uraanin kemialliset ominaisuudet sallivat myös paikallaan liuottamisen eli in-situ leachingin (ISL) käyttämisen kaivostoiminnassa. Tällä hetkellä noin 54 % maailman uraanista tuotetaan tunnelikaivoksissa. Noin 30 % saadaan avolouhoksista ja 16 % ISL-menetelmällä.
Kaivuumenetelmät
Uraanikaivosten kaivumenetelmät, ISL-kaivoksia lukuun ottamatta, ovat samanlaisia kuin muissakin kaivoksissa. Tunnelikaivoksissa tunnelit rakennetaan poraa ja räjäytä -menetelmällä. Tavoitteena on mahdollisimman pieni kaivosjätteen määrä, joten kallion geologista analyysiä käytetään pitkin tunneloimista apuna tunneleiden ohjaamiseksi kohti rikkaimpia malmeja. Uusia kaivumenetelmiä ovat vesisuihkukaivu yhdistettynä jäädyttämiseen sekä ISL-menetelmän yhdistäminen perinteisiin tunnelikaivoksiin.Sandvik Tamrock Canada: Drill and Blast Cycle. Mineral Resources Education Program of British Columbia, Vancouver, Kanada, 2002.
pienoiskuva|Sunsetin uraanikaivos Wyomingissa on avolouhos.