'BEURTKRAG' WAS NIE NODIG (6)

WAAR SUID-AFRIKA MET SY KERNPROGRAM VANDAG KON STAAN

Jeanette Koekemoer

Met dank aan dr R.A. Basson vir 'n groot deel van die inligting hierin vervat asook aan
A R Newby-Fraser

"Suid-Afrika was selfonderhoudend betreffende alle aspekte van die brandstofsiklus nadat verrykingstegnologie op Valindaba vervolmaak is en die aanvooraanleg tot 'n produksieaanleg uitgebrei is."

Dit is een saak om in besit van beduidende afsettings van 'n grondstof te wees, maar heeltemal iets anders om hierdie afsettings te ontgin en 'n lewensvatbare nywerheid daarop te baseer.

Een van die belangrike probleme wat oorkom moes word, was die ekstraksieprosesse wat aangewend moes word en alhoewel verskeie ekstraksietegnieke vir uraan en alle ander mineraalafsettings in algemene gebruik in die buiteland is, wissel die eienskappe van ertse sodanig dat buitelandse tegnologie nie noodwendig altyd plaaslik toepaslik was nie.

Vanaf die eerste dae van die uraanprojek het Suid-Afrika voor hierdie probleme te staan gekom.

Toe die Republiek se kernnavorsingsprogram op dreef gekom het, was niemand méér bewus daarvan dat daar geweldige moontlikhede vir die verbetering van hierdie prosesse en vir die ontwikkeling van nuwe prosesse was nie as juis dr R E Robinson, die eerste Direkteur van die RAK se Afdeling Ekstraksiemetallurgie nie. Deurdat hy ook gelyktydig'n pos by die Staatsmetallurgiese Laboratorium (SML) beklee het wat later die Nasionale Instituut vir Metallurgie (NIM) geword het, was hy in die voordelige posisie dat hy die kennis en deskundigheid van sy eie RAK-personeel kon benut sowel as dié van die SML en die mynbedryf self. Op hierdie Wyse kon hy uitvoering gee aan sy opdrag om Suid-Afrika in 'n posisie te plaas om enige vorm van uraan wat deur die kernkragbedryf vereis word teen die laagste moontlike koste te produseer.

Omdat daar op daardie stadium baie min bekend was oor die tegnieke wat oorsese lande vir uraanveredeling gebruik, was die eerste stap om 'n aanvooraanleg vir die veredeling van uraan op te rig. Hierdie aanleg het in 1961 die eerste uraangietstuk geproduseer wat in die Republiek veredel is. Gelyktydige navorsing het die omsetting van ammoniumdiuranaat (ADU) wat die produk van die uraanmyne se ekstraksieaanlegte was, tot die belangrike verbindings uraanoksied (UO2), uraantetrafluoried (UF4) en uraanheksafluoried (UF6) gebring.

Dit het aanleiding gegee tot die oprigting van eers 'n aanvooraanleg en uiteindelik 'n aanleg van volle grootte op die Harmoniegoudmyn in die Oranje-Vrystaat. Die proses het die herwinning van uraan deur ioonruiling en suiwering behels asook herwinning deur middel van 'n tersiere amino-oplosmiddel. Uit hierdie werk het 'n voorstel voortgespruit dat die loogvloeistowwe regstreeks met die oplosmiddel in aanraking gebring en die ioonruilstap uitgeskakel is. Toe voorlopige toetse getoon het dat dit ekonomies uitvoerbaar was, is 'n verdere aanvooraanleg gebou en in bedryf gestel om hierdie nuwe proses te demonstreer waaraan die naam PURLEX gegee is. Die welslae wat behaal is, het tot gevolg gehad dat die volskaalse BUFFLEX-aanleg op die Harmoniemyn tot 'n PURLEX-aanleg omskep is terwyl 'n ander volskaalse PURLEX-aanleg op die Buffelsfonteinmyn opgerig is. Op twee na is al die uraanaanlegte wat in 1969 in bedryf was, daarna omskep om die PURLEXproses in te lyf. Dit het ook vir vier nuwe aanlegte gegeld wat in 1970-71 gebou is.

Nog daarvan oortuig dat die verbetering van doeltreffendheid 'n deurlopende behoefte is, is ander metodes vir die verbeterde herwinning van uraan bedink en ondersoek. 'n Voorbeeld hiervan was die FELIXprojek, 'n wysiging van die PURLEX-proses, waarin veel hoër konsentrasies van ferri-ione en suur, 'n deurlopende ioonruilproses en die hersin-pulp-proses gebruik is. Daar kon aangetoon word dat elk van hierdie prosesse wenslike eienskappe gehad het en almal is op aanvooraanlegskaal beproef.

Die Suid-Afrikaanse goudmynbedryf was in 'n besonder voordelige posisie om voordeel te trek uit sowel die toenemende vraag na uraan as die merkwaardige vyfvoudige styging in die prys van uraanoksiedkonsentrate.

Namate die omvang van die navorsing uitgebrei het, moes daar ook aan die behoeftes van die RAK se Ontwikkelingsprogram insake Uraanverryking aan UF6 voldoen word. UF6 is 'n stof wat van kritieke belang is in die produksie van verrykte uraan, want dit is die enigste uraanverbinding wat by normale temperatuur en druk gasvormig is en hierdie eienskap is noodsaaklik vir alle verrykingsprosesse met insluiting van dié van UKOR. Die gas is egter 'n uitsonderlik gevaarlike en korrosiewe stof en vereis hoogs gespesialiseerde produksietegnieke. Uiters streng veiligheidsvoorsorge moes getref word by die ontwerp van 'n UF6-aanleg met betrekking tot die uitsoek van konstruksiemateriale, die bedryf van die aanleg waarvoor gesofistikeerde instrumentasie en beheerstelsels noodsaaklik was, en met die hantering van die produk.

Gesien dat baie van die uraan wat deur Suid-Afrika verkoop is, indien nie alles nie, bestem was om deur 'n verrykingsaanleg te gaan, het KEBKOR die ekonomiese evaluering van UF6-produksie in Suid-Afrika met behulp van gevestigde tegnologie onderneem, maar die gevolgtrekking was dat dit, uit 'n suiwer kommersiële oogpunt gesien, nie 'n aantreklike belegging sou wees nie. Die rede is dat indien iemand uraan in die vorm van heksafluoried sou wou koop, dit meer ekonomies sou wees om die konsentraat na Brittanje te verskeep vir tolomsetting tot UF6 en daarvandaan na die finale bestemming. Hoewel dit geheel en al met KEBKOR se kommersiële karakter gestrook het, was een uitvloeisel daarvan dat die RAK homself regstreeks met UF6-produksie sou moes bemoei. KEBKOR het egter 'n belang in die veld behou en 'n gesamentlike besluit is geneem dat 'n UF6 aanvooraanleg op Pelindaba opgerig sou word.

Die UF6-aanleg is in 1975 met sukses in bedryf gestel. Die twee organisasies het voortgegaan met hulle noue samewerking insake die ontwikkeling van metodes vir die omsetting van ammoniumdiuranaat tot UO3-toevoermateriaal vir die UF6-aanleg. Dit het op sy beurt die ontwerp, oprigting en inbedryfstelling van 'n UO3-aanvoor-installasie meegebring wat 'n tyd lank met welslae by KEBKOR se aanleg bedryf en later gedemonteer en na Pelindaba vervoer is.

Suid-Afrika was selfonderhoudend betreffende alle aspekte van die brandstofsiklus nadat verrykingstegnologie op Valindaba vervolmaak is en die aanvooraanleg tot 'n produksieaanleg uitgebrei is. Die UF6-aanvooraanleg het etlike honderde ton UF6 aan die aanvoorverrykingsaanleg van UKOR gelewer — genoeg vir baie jare se bedryf.

Daar was ook ander afsettings in Suidwes-Afrika wat belangstelling gewek en op versoek van 'n ander mynbougroep het die RAK 'n verskeidenheid ondersoeke onderneem, onder andere, insake mineralogiese werk, outogene maling en die ontwerp van werkbankskaal-, aanvoorskaal- en volskaalse eenhede vir 'n proses om die kalkagtige uraanafsettings by Langer Heinrich te behandel. In die Karoo van die Kaapprovinsie en die nog droër gebiede van die Noordwes-Kaap was daar opgewondenheid oor die ontdekkings van uraanafsettings aldaar en heelwat inspanning is aan die ontwikkeling van prosesse vir die herwinning van uraan uit hierdie laegraadse ertse gewy. 'n Aantal maatskappye het ook met metaalkundige ondersoeke begin wat daarop gerig was om geskikte vloeidiagramme vir moontlike toekomstige prosesseringsaanlegte in die Beaufort-Wesgebied op te stel. Die RAK het hierdie werk aangevul met 'n omvattende ondersoek deur monsters uit al die hoofertsliggame te bestudeer op versoek van 'n leidende mynbougroep vir die herwinning van uraan in die Noordwes-Kaap.

'n Stelselmatige ondersoek van die uitwerking van die verskeie prosesseringsveranderlikes wat by die voorbereiding van die dioksied uit die diuranaat betrokke was, het bevestig dat dit moontlik behoort te wees om uraandioksiedpastille van kerngraad voor te berei deur Suid-Afrikaanse grondstowwe onder sorgvuldig beheerde verwerkingstoestande te gebruik. 'n Klein aanvooraanleg is derhalwe opgerig om die prosesveranderlikes te bestudeer.

Gelyktydig het'n nywerheidsonderneming'n parallelle laboratoriumskaalstudie by die RAK uitgevoer en die twee studies het'n vaste grondslag vir die oprigting van 'n ten volle geïntegreerde aanvooraanleg gelê wat die RAK gedurende 1966 in 'n Nrm-laboratorium in werking gestel het. Hierdie aanleg is suksesvol bedryf deur ammoniumdiuranaat uit verskeie bronne te gebruik. In die aanvooraanleg is pastille vervaardig wat in brandstofelemente gebruik kon word en wat aan die internasionale standaarde voldoen het.

Die RAK het oor genoeg deskundigheid beskik om ook UO2-brandstof te vervaardig. Dit was ook moontlik om reaktiewe UO2 benede 500 °C volledig te oksideer en sodoende UO3 te produseer wat 'n buitengewone kristalstruktuur getoon het en wat by verdere verhitting eers tot UO29 en daarna tot U308 verander het.

Alternatiewe verbindings van uraan, waarvan die belangrikste uraanmonokarbied (UC), is ook ondersoek en 'n hoë graad van deskundigheid is met die sintese, stabilisering en vervaardiging van UC-brandstowwe ontwikkel sowel as met die vaste oplossings van uraankarbied-uraansulfied (UCS). Verdere verfyning het dit moontlik gemaak om UC of uraandikarbied (UC2) of nie-stoigiometriese mengsels van die twee met die U308-reaksie te berei; die proses is in 1964 gepatenteer.

Dit is onnodig om daarop te wys dat ekstraksie-, proses- en fisiese metaalkunde wat die grootste deel van uraannavorsing en -ontwikkeling uitgemaak het, nie slegs gedurende die bestaan van die RAK se program nie, maar vir baie jare vorentoe Suid-Afrika een van die wêreld se grootste mineraalprodusente sou maak. Dit was 'n tydperk vol uitdagings aan al die metaalkundiges en geoloë op wie se skouers die ekonomiese vooruitgang van hierdie land in 'n groot mate gerus het totdat sluwe politiekery 'n stokkie daarvoor gesteek het.

Vervolg...