Uranbergbau

Als Uranabbau wird der Abbau von Uranerz aus der Erde bezeichnet. Er findet im großen Stil in Kanada, Australien (z. B. Ranger-Uran-Mine), Kasachstan, Russland, Niger, Namibia, Usbekistan und den USA statt. Rund 70% der bekannten weltweiten Uranvorräte finden sich auf indigenem Land.

10 Staaten fördern 94 % der weltweiten Urangewinnung

Testbohrungen und Uranabbau bilden den Beginn der Uranwirtschaft. Über mehrere Verarbeitungsstufen (Aufbereitung zu Yellow Cake, dann chemische Umwandlung zu Uranhexafluorid und Uran-Anreicherung) entstehen Brennelemente für Kernkraftwerke.

Uranvorkommen existieren beinahe überall: In Böden, in Gestein, in Seen und Flüssen und im Meer. Doch oftmals ist die Konzentration der Vorkommen so klein, dass sich ein Abbau nicht lohnen würde.

Erkundung

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 z.B. magnetische, gravimetrische oder radiometrische Messungen. Aufgrund der hohen Kosten kommen Bohrungen meist erst in einer späten Phase der Erkundung zum Einsatz, wenn vorangegangene Methoden eine 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 7,7 Mrd. Tonnen Erz und durchschnittlich 0.028 Gew.% Uran (Hauptressource ist allerdings Kupfer, weiterhin Gold und Silber).

Gewinnung

Uran wird im Tagebau, unter Tage sowie 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 auch als Nebenprodukt bei der Gewinnung anderer Rohstoffe anfallen bzw. kann der Uranbergbau auch selbst weitere Metalle produzieren.

Tiefbau

Zur Zeit wird ein Großteil des Urans im Tiefbau gewonnen. Typische Abbautiefen sind wenige 100 m bis über 2.000 m. Die Lagerstätten werden über Schächte, Stollen, Rampen oder Wendeln (vergleichbar mit einer Tiefgarage) erschlossen. Probleme im Tiefbau stellen das eindringende Grubenwasser sowie die Bewetterung dar. Das Grubenwasser muss energieaufwendig gehoben und gegebenenfalls von Schwermetallen gereinigt werden. Bei der Bewetterung muss sichergestellt werden, dass das sich beim radioaktiven Zerfall von Uran bildende Radon und seine Folgeprodukte nicht in der Grube anreichern können. Vor allem im frühen Uranbergbau war die unzureichende Bewetterung Ursache für die Erkrankung viele Bergleute an Lungenkrebs.

Die spezielle Abbaumethode wird wiederum nach den Eigenheiten der Lagerstätte gewählt. Vor allem die Form der Erzkörper sowie die Verteilung des Urans darin sind ausschlaggebend. Im Tiefbau lässt sich ein Erzkörper gezielter Abbauen und somit fällt weniger Abraum an als im Tagebau. Die Förderung erfolgt in modernen Bergwerken hauptsächlich über dieselgetriebende gleislose Fahrzeugtechnik. Die größte Tiefbaugrube ist derzeit McArthur River im kanadischen Saskatchewan mit einer Produktion von etwa 7.200 t Uran pro Jahr .

Tagebau

Oberflächennahe oder sehr große Erzkörper werden bevorzugt im Tagebau gewonnen. Dies ermöglicht den Einsatz kostengünstiger Großtechnik. Moderne Tagebaue können wenige Meter bis über 1000 m tief sein sowie einige km Durchmesser erreichen. Beim Tagebau fallen oftmals große Mengen an Abraum an. Wie im Tiefbau müssen auch für einen Tagebau gegebenenfalls große Mengen Wasser gehoben werden, allerdings stellt die Bewetterung ein weniger großes Problem dar. Der Tagebau Ranger III im australischen Northern Territory ist derzeit der produktivste Urantagebau mit etwa 4.600 t Uran pro Jahr .

In-Situ-Laugung

Sandsteingebundene Uranlagerstätten können durch In-Situ-Laugung gewonnen werden. Der Erzkörper wird durch Bohrungen erschlossen und ein oxidierendes Fluid eingeleitet, welches das Uran mobilisiert. Die Lösung wird über Injektionsbohrungen in den Erzkörper eingeleitet, die sich im äußeren Bereich des Erzköpers 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. Die In-Situ-Laugung ermöglicht die kostengünstige Gewinnung kleiner Erzkörper. Vorteil ist, dass es zu keiner tatsächlichen Bewegung von Gestein kommt und auch kein Abraum anfällt. In-Situ-Laugung soll in Zukunft eine größere Rolle einnehmen, bedeutende Betriebe gibt es in Kasachstan, Usbekistan, den USA und Südaustralien. Der bedeutendste Betrieb ist Akdala in Kasachstan mit einer Urangewinnung von etwa 1.000 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. Der Sandstein war allerdings nur unzureichend durchlässig, so dass das Gestein vor der Laugung gesprengt werden musste, um eine entsprechende Permeabilität zu erreichen.

Uran als Nebenprodukt sowie Nebenprodukte des Uranbergbaus

Uran wird in verschiedenen Betrieben als Nebenprodukt gewonnen. Am bedeutendsten ist hierbei die Uranproduktion in der Lagerstätte Olympic Dam, welche etwa 3.400 t Uran pro Jahr als Nebenprodukt der Kupfergewinnung (200.000 t pro Jahr) zusammen mit Gold und Silber produziert. Zur Zeit läuft eine Machbarkeitsstudie durch den Betreiber BHP Billiton zur Gewinnung 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 auch die des Goldes übersteigen kann. 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. Uran ist ebenfalls in einigen Phosphatlagerstätten 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.

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, Selen sowie Baustoffe gewonnen.

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, z. B. 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 den größten Teil des Aktivitätsinventars des ursprünglichen Uranerzes in Form der Zerfallsprodukte des Urans wie z.B. Radium. Weiterhin können auch weitere problematische Stoffe wie Schwermetalle enthalten sein.

Uranabbau in Deutschland

Der Schacht 371 in Hartenstein, ehemaliger Hauptschacht auf der Lagerstätte Niederschlema-Alberoda

Nach dem Zweiten Weltkrieg fand in der DDR ein extensiver Uranabbau durch die SAG/SDAG Wismut statt. Dabei befanden sich größere Lagerstätten hauptsächlich im Erzgebirge, in Ostthüringen und der Sächsischen Schweiz. Kleinere Uranvorkommen in Westdeutschland, besonders im Schwarzwald, Bayerischen Wald, und Fichtelgebirge waren Ziel von Erkundung und experimentellen Abbaus, eine größere Produktion fand aber nicht statt. Heute findet in Deutschland offiziell kein Uranabbau mehr statt. Allerdings wird im Rahmen der Stilllegung, Sanierung und Rekultivierung von Urangewinnungs- und Uranaufbereitungsbetrieben der ehemaligen SDAG Wismut in einem Betrieb mit 330 Beschäftigten in Königstein (Sächsische Schweiz), inmitten des Landschaftsschutzgebietes, Uran gewonnen. Im bundeseigenen Unternehmen wurden in den Jahren von 2001 bis 2006 insgesamt 700 Tonnen Uran produziert, davon 60 Tonnen im Jahre 2006. Das Bergwerk wurde seit 1972 schrittweise vom konventionellen Abbau auf Laugung umgestellt. Seit 1991 wird die Grube saniert. In diesem Rahmen wird das im Gestein noch vorhandene kontaminierte Laugungsfluid mit Wasser ausgespült und das abgetrennte Uran an ein US-Unternehmen verkauft. Es wird zur Herstellung von Kernbrennstoff nach Frankreich exportiert. Der aus dem Verkauf des Urans im Jahre 2006 erzielte Gewinn dürfte eine Höhe von 2,4 Millionen Dollar erreicht haben und wird mit den zur Sanierung in Königstein investierten Bundesmitteln verrechnet. An weiteren Standorten wie Schlema, Ronneburg (Thüringen), und Pöhla werden in Wasserbehandlungsanlagen (WBA) Schadstoffe wie Uran, Radium, Arsen, Eisen und Mangan aus den Grubenwässern entfernt, mit Zement verfestigt und deponiert. Die behandelten Wässer werden über Fließgewässer dem natürlichen Kreislauf zugeführt.

Gefahren

Allgemein ist Uran ein schwach radioaktiv strahlendes Element, welches in seinen natürlichen Lagerstätten keine Gefahr für die Umwelt darstellt. Die derzeit hauptsächlich genutzten Vorkommen enthalten ca. 1 % Uran (lt. anderen Quellen liegt der weltweite Mittelwert zur Zeit bei 0,1%.). Die radiotoxische Gefährlichkeit des Abraums liegt etwa in der gleichen Größenordnung wie die der natürlichen Strahlungsintensität, wobei aber die besondere Exposition an der Oberfläche oft negative Auswirkungen zeigt. 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 und 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. Ca. 70% der Lagerstätten befinden sich unter dem Land von indigenen Völkern, die dadurch besonders von den Folgen des Uranabbaus betroffen sind.

Ein gefährliches Zerfallsprodukt des Urans ist das Edelgas Radon, das farb- und geruchlos von den Aufbereitungsanlagen und den Halden und Mülldeponien entweicht. In ungenügend ventilierten Räumen oberhalb dieser Anlagen/Orte kann es sich ansammeln und bei einer langandauernden Belastung zu einem deutlich erhöhten Lungenkrebsrisiko führen.

Siehe auch

• Uran/Tabellen und Grafiken
• SXR Uranium One
• Lagerstättenkunde

Literatur

• Nando Stöcklin: Uranwirtschaft in Nordamerika - Die Folgen für die Indigenen. Incomindios Schweiz (Hg.), Zürich 2001.
• Diehl, Peter: Uranium Mining and Milling Wastes: An Introduction, 2003, http://www.antenna.nl/wise/uranium/uwai.html
• F.-K. Pickert: Brennstoffkreislauf. Deutsches Atomforum, Bonn 1981, ISBN 3-922798-03-4
• C. Keller und H. Möllinger (Hrsg.): Kernbrennstoffkreislauf. Dr. Alfred Hüthig Verlag, Heidelberg 1978, ISBN 3-7785-0507-6 (Band I).
• Gabi Thieme: Wismut produziert noch immer Uran. Mitteldeutsche Zeitung Halle, Mitteldeutsches Druck- und Verlagshaus GmbH und Co. KG, Halle 9. Februar 2007.
• Landtag Sachsen, Parlamentsdokumente, Drs. 4/51 25-2
• H. Nobukawa, M. Kitamura, S.A.M. Swilem, K. Ishibashi: Development of a Floating Type System for Uranium Extraction from Sea Water Using Sea Current and Wave Power. In: Proceedings of the 4th International Offshore and Polar Engineering Conference. Osaka, Japan, 10-15 April 1994, S. 294-300.

Weblinks

• (Literaturliste Deutsch)
• (Literaturliste Englisch)
• Informationen zu den Folgen des Uranabbaus.
• wismut Wismut GmbH
• wisutec Wisutec, Tochterunternehmen der Wismut GmbH
• - terra incognita - DIE WISMUT - Die Geschichte der Wismut, bis 1990 drittgrößter Uranproduzent der Welt - und das einmalige Sanierungsprojekt Wismut in einer 240minütigen Filmdokumentation
• Frontal21: Gefährliches Uran - Verheerende Umweltschäden im Ausland