小苏打是用什么提炼出来的(核武器背后的故事：铀矿是怎样开采的？)

多年来，这个元素一直与核武器和原子时代的诞生有关。然而，今天，铀已经扮演了一个不同的角色——以能量的形式。事实上，从军备竞赛中储存在核武器中的大部分浓缩铀，已经被重新用于为世界上的核反应堆提供燃料。仅2010年，全球近14%的电力就来自核反应堆。

铀非常强大。一粒7克重的铀燃料所产生的能量相当于3.5桶石油和807公斤煤。

除了通过核能为家庭和企业提供电力外，铀还能制造产生辐射的放射性同位素，可以帮助诊断和治疗某些疾病。 它也用于屏蔽，并且在其耗尽的形式中也用作飞机的配重。

但是铀从何而来，又是如何收集的呢？

和其他金属一样，铀自然存在于地球表面的岩石中，可以通过铀矿开采来提取。矿工们初是在镭旁边发现铀的，镭是另一种用作发光装饰涂料的元素(至少在人们意识到其有害的放射性影响之前)。铀在其核特性被发现之前，也是作为一种装饰性釉料进入市场的。

这种重金属有几种同位素，或具有不同中子数的元素形式。根据同位素的稳定性，有些同位素可能比其他同位素更具放射性（可能释放出高能粒子）和裂变（可能产生核裂变）。铀-238是地球上元素含量丰富的同位素，可以在岩石和海水中找到。但它并不像铀- 235那样具有放射性，铀- 235是用于制造核反应的著名的铀形式。

在本文中，我们将绘制铀的开采过程图，跟踪元素从矿石过渡到准备用于核反应堆的燃料芯块的过程。我们还将通过在美国具标志性的峡谷后院开采铀的争议性辩论，来观察铀矿开采的兴衰，以及对人类和环境的风险。

铀矿开采史：争夺黄饼

“胖子”、“小男孩”、“炸弹”、“核武器” —— 不管你想到什么，二战后，原子武器已经深入全球的心灵。

铀作为核元素的首次亮相可以追溯到绝密的曼哈顿计划，科学家正是通过该计划研制出**颗原子弹。在美国，科罗拉多高原的西部地区出现了矿井，这个地区将犹他州、科罗拉多州、新墨西哥州和亚利桑那州的角落联合起来。 这一时期也与1946年的原子能法案相吻合，该法案允许在美国进行铀矿开采，但终产品必须卖给美国政府。

大峡谷，美国的自然奇观之一，也是亚利桑那州铀矿开采的战场。在那里，各方就该地区对自然资源和旅游业的重要性展开了辩论。事实上，业余探矿者也发现了放射性区域，这些区域后来被命名为大峡谷国家公园的孤儿矿。

当然，第二次世界大战使铀成为一种强大的元素。铀就好像是“从野草变成了武器”，它不再是一种无用的颜料，而是成为了战争的战略要素。

但北美并不是唯一一个对铀有需求的大陆。上世纪50年代，美国和苏联之间的军备竞赛期间，全球对这种金属的需求不断增长，当时这种元素的高度浓缩形式，被用来制造原子武器。在世界各地，经济激励和保卫国家及其盟国的承诺成为支持征服“神奇金属”的理由。

上世纪70年代，人们对铀的关注转向了它作为日益增长的核能行业的燃料。但随着自由市场成为常态，原子文化的魅力和前景逐渐消失。公众对核技术的担忧也在加剧。1979年的三里岛核事故让人们对核能更加*惧，也给美国本已举步维艰的铀矿开采业务带来了又一次打击。今天，一些专家表示，随着全球对铀元素的需求不断增长，铀矿开采活动再次升温。

那么，从哪里开始寻找铀呢？

寻找铀矿

在企业开采铀矿之前，他们首先需要找到矿藏。新手勘探者、热潮投机者和经验丰富的专家到底是如何发现铀的呢？

大多数的采矿点都源于较大的矿床，这些矿床的大小和深度各不相同。澳大利亚的奥林匹克大坝是世界上大的遗址之一，已经勘探和开采了大约2000公里的土地。近年来，调查人员已经确定，美国大峡谷附近的110万英亩土地可能适合开采，尽管早在2012年，时任的美国总统奥巴马就宣布了一项为期20年的禁令，禁止在大峡谷附近100万英亩土地上开采铀矿。

采矿过程的这一初步阶段被称为勘探，地球科学专家们会找出哪些地区在经济上是可行的。公司将估计的可回收矿石吨数与开采成本进行比较。但是，由于财政拮据，很多矿场的地形和可及性决定了公司是否会在那里投资采矿。即便如此，成功还是很少见的。在所有矿物和金属项目中，大约每1000个勘探项目中仅有一个能过渡到采矿阶段。

但铀的放射性使得发现它更容易一些。 盖革计数器和闪烁计接收辐射并帮助调查铀热点。 测量员使用手持式盖革计数器来检测离地面较近的放射性，而称为闪烁计的较大设备可以在更远的距离上拾取伽马射线。 地质学家还将对土壤和岩石进行采样，以找出隐藏在地表下的铀的比例。 几种铀同位素同时存在，包括U-234、U-235和U-238。通常情况下，检测方法不能区分样品中哪一种含量较高，但一些提取U-235的仪器可能会得到更广泛的应用。

铀的衰变过程还会产生一些被称为子元素的副产品，如镭和氡，这两种元素都具有放射性。勘测者会仔细测量辐射，以确保他们不会把其他元素误认为铀。

一旦一家公司决定要开采这个铀矿，它必须向地方和联邦政府申请许可。这一过程会因国家或地区的不同而各异，但大多数许可证会确保公司在开采过程中执行保护矿工、附近社区和环境健康的标准。在美国，获得采矿许可证、吸引投资者和进行资源评估可能需要3到10年的时间。

现在我们对铀的历史和勘探阶段有了一点了解，下面让我们开始深入研究开采工作的细节。

采矿：充分利用放射性贮藏物

在确定铀矿床的位置并取得适当的许可证后，一家公司将开始采矿。从地下开采铀有几种方法：露天开采、地下开采和原地开采。

采矿的方法取决于矿床的类型、是否悬浮在水中以及该地区的地理位置。例如，如果矿商发现一个夹在岩层和水之间的矿床，原地开采将是一个更划算的选择。如果专家处理的是干矿石，他们很可能会坚持露天开采或地下开采。

露天开采铀的过程与开采其他金属矿石的过程非常相似。专家和矿工将使用机器和炸*来建造一个矿坑。然后，他们将铀矿石分块运走，以便进一步加工。矿工们受过专门的训练，能把矿石从废物中分离出来。他们会牢记一句格言：“矿山浪费是可怕的，浪费对我来说是可怕的。”铀矿露天开采不同于其他类型的露天开采，在整个开采过程中会以条状方式清除表土。

地下开采需要深入到地下采矿系统中，在那里，矿工使用竖井或坑道（垂直和水平隧道）来移动设备，并在整个矿井内安置工人。因此，在地下开采铀比其他方**有更高的健康风险。

原地开采（以前称为原地浸出）仍然是一种普遍的铀矿开采方法，特别是在美国，那里的铀矿通常位于岩石和含水层之间。原地开采需要用化学方法将地下的铀和矿石分离出来，而不是将大块矿石取出进行加工。通过管道向矿石中注入小苏打和类似苏打的溶液，矿工们将铀从岩石中分离出来，并将溶液泵到地表。在美国，这是砂岩矿床中常见的铀矿开采形式。专家表示，原地开采对环境的影响较小，矿业公司的回收成本也较小。

有些作业采用堆浸法，即公司从地面上提取矿石，将其破碎成更小的碎片，然后用化学物质浸出矿石以分离铀。随着化学物质的渗入，铀渗入收集溶液的地下管道。美国的铀矿一般不采用这种方法，主要是因为使用酸性化学物质会对环境造成影响。

铀矿坑可能看起来很大，但在每个地点履行职责的工人人数其实并不多。一般来说，大约有35人帮助钻探，并在地面放置钢筋以用机器固定竖井，35名矿工专门清除铀矿（露天开采：20人从事地下作业），约25人协助进行复垦工作，努力使土地恢复到自然状态。

下面，我们来看看岩石和铀的粘稠混合物是如何变成核燃料的。

研磨加工

在工厂里，铀矿经过各种各样的加工，变成了成品：铀粉末，也被称为黄饼。

研磨过程是非常重要的，美国原子能委员会(U.S. Atomic Energy Commission)甚至在矿山附近建立了研磨工厂，以便更容易地加工铀矿，并加快黄饼的生产。

对于干铀矿，岩石被研磨成更小的碎片，然后放入罐中。现场回收溶液通常也可以放置在储罐中。根据铀的开采方式，化学溶液被应用到矿石上，以剥离其他物质。该工艺的一部分将通过离子技术分离矿石中收集的砂和碎片，另一部分将使用一系列溶剂将铀从矿石的其他部分中分离出来。在整个碾磨过程中，矿石中的其他岩石残留物和放射性元素（也称为尾矿）被收集起来，并被储存起来。产品将继续进行化学分离，直至得到所需的铀量。

其目标是分离出氧化铀（U3O8），出售给公司进行进一步浓缩。大多数的研磨作业会雇用20至50人。

碾磨后，其他公司会来购买铀来进行浓缩，或者增加给定样品中铀235同位素的比例。在铀浓缩过程中，科学家们将黄饼（氧化铀）转化为****气体，放在钢瓶里冷却后变成固体。为了使铀的浓缩程度足以用作核燃料，工人们将样品中U-235的浓度提高到2%到5%之间。然后，燃料制造商将把这种物质转化成氧化铀粉末，压缩成铀燃料芯块。铀浓缩过程会受到严格监管，通常由开采铀的公司以外的公司进行。

接下来，我们了解一下关于该活动对人类健康的影响。

危险的金属？铀的健康问题

自从20世纪50年代铀矿开采对健康的负面影响开始显现以来，公众对铀矿开采的看法就分成了支持和反对两派。

双方一致认为，铀矿的开采引发了合理的健康担忧。铀矿开采危险的方面包括：氡气、辐射和*性危害。

氡气是镭-226的直接产物，而镭-226是铀-238衰变的产物。尽管，氡气可能会出现在所有类型的矿井中，但在20世纪中期左右，由于罹患癌症的风险增加了，为使环境更安全，采矿条例加强了。现在，矿山需要配备复杂的通风系统，以及矿工在氡环境下工作的防护装备，特别是地下采矿项目。在美国，包括休息室和现场小型建筑物在内的工作区域都需要经常进行氡气检测。

另外，还存在电离辐射的问题，这主要是由铀中常见的元素引起的，比如镭。有些辐射可以穿透皮肤，但当铀被意外摄入或吸入时，提取铀所涉及的辐射类型会造成大的问题。几项研究已经将这些放射性元素与癌症风险的增加联系起来。

铀本身作为一种有*物质比放射性元素的风险更大。摄入铀会导致肾脏问题。它的放射性表兄弟镭经常会整合到人的骨骼中，这将严重降低一个人的健康水平，甚至导致死亡。由于各种采矿所涉及的某些风险、物质需求和技能，因此在这个行业工作的工人，工资通常高于全国平均工资。2010年，包括铀矿开采商在内的美国矿商平均收入为6.7万美元，比其他美国工人高出逾2万美元。

而对附近的社区来说，大的健康风险来自于被采矿污染的饮用水，其中可能含有放射性颗粒和重金属。一位专家估计，通常需要40年左右的时间才能将矿区的地下水恢复到安全水平。

铀矿开采的影响不仅限于人类。接下来，我们来看看铀矿开采对环境的影响。

铀矿开采：对环境的危害

毋庸置疑的是，铀矿的开采必须要以某种方式对地面进行物理*作。

那么，在矿石开采过程中，企业和政府如何确保采矿行为不会对当地的生态系统和野生动物造成负面影响呢？

铀矿开采对环境的影响仍然是一个有争议的话题。尾矿是铀矿石的剩余部分和研磨工厂的副产品，含有氡、镭、钍、钋，有时还含有砷等有*和放射性元素。

也许严重的问题是水质。上世纪70年代中期之前废弃的美国矿山被认为是危险的，因为尾矿留在现场，从未得到妥善处理。此外，有*和放射性物质也有被风雨携带扩散的风险。

采矿过程和废弃矿井都对附近社区的健康和土地质量产生了负面影响，比如，在美国纳瓦霍地区。

平衡人类和环境利益是铀矿开采争论的核心。铀矿场的平均使用年限约为30年，可以为当地人提供就业和经济机会。个别的矿场在耗尽之前还可使用大约七年。因此，矿业对小城镇的短期经济效益也变得明显。

反对者认为铀矿开采对环境的长期影响是严重甚至是不可逆的，而这支持者认为，铀是一种比煤炭或石油更加清洁的能源。

尽管如此，更严格的监管和超级基金项目仍在寻求清理铀矿。公司通常承诺回收债券，或一种抵押品，以确保在采矿过程结束后，将有足够的资金用于清理工作。补救措施通常包括清理场地上的废物，而填埋工程则试图将该地区恢复到自然状态。

在美国，如果违反政府制定的土地管理规定将会被处以20万美元以上的巨额罚款。在很大程度上，采矿业为保证主要业务上巨额投入的安全，所以都会严格遵守环保要求和标准。

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