Sedimentaire bekkens: De Wereld’s Grootste uraniumreservaten

Deze geologische depressies verzamelen sedimenten over tientallen tot honderden miljoenen jaren, waardoor dikke sequenties van zandsteen, conglomeraat en moddersteen ontstaan. Uraniummineralisatie in deze bekkens vindt meestal plaats wanneer geoxideerd, uraniumdragend grondwater met minder omstandigheden te maken krijgt, waardoor het uranium uit de oplossing precipiteert. De resulterende afzettingen zijn vaak extensief, lateraal continu en economisch levensvatbaar voor de mijn met behulp van in-situ recovery (ISR) technieken.

Sandstone-hosted uranium deposito's

De meest economisch significante vorm van uraniumafzetting in sedimentaire bekkens is de zandsteen-hosted variëteit. Deze afzettingen vormen in doordringbare zandsteenlagen die fungeren als natuurlijke aquifers. Grondwater met opgeloste uranium beweegt zich door de zandsteen totdat het een geochemische barrière bereikt, zoals organische materiaal, pyrot, of koolwaterstof accumulaties, die het uranium verminderen en veroorzaken dat het neerslaan als uraninet of coffinite. De ertslichamen komen meestal voor in drie verschillende geometrieën:

  • Rol-front deposito's – Halvemaanvormige ertszones die zich vormen op de grens tussen geoxideerde en verminderde grondwateromstandigheden.Deze afzettingen komen vaak voor in de Wyoming-bekkens van de Verenigde Staten en Kazachstan.
  • Tabulaire afzettingen – Horizontale, lensvormige lichamen die zich binnen de kleinere zones van de zandsteen vormen. De Colorado Plateau regio van de zuidwestelijke Verenigde Staten bevat tal van tabellen uranium afzettingen, waaronder die in de Morrison vorming.
  • Basale kanaalafzettingen – uraniumconcentraties binnen oude rivierkanalen die gevuld zijn met doordringbaar zand en grind. Deze afzettingen zijn te vinden in het Powder River Basin van Wyoming en delen van Niger.

Kazachstan alleen al bezit enorme uraniumbronnen die met zandsteen worden gehost, voornamelijk in de bekkens Chu-Sarysu en Syrdarya. Deze afzettingen worden geëxploiteerd met behulp van ISR, waar een uitspoelingsoplossing wordt geïnjecteerd in de aquifer om het uranium op te lossen, dat vervolgens naar het oppervlak wordt gepompt voor verwerking. Deze methode is goed voor meer dan 40% van de wereld’ de uraniumproductie en heeft een lagere ecologische voetafdruk dan de conventionele mijnbouw.

Onconformiteitsgerelateerde deposito's

De meest bekende voorbeelden zijn de erosie-oppervlakten die oudere, metamorfose-bassingesteenten scheiden van overmatige sedimentaire sequenties.De meest bekende voorbeelden komen voor in het Athabascabassin van Saskatchewan, Canada, waar ertsklassen meer dan 20% uraniumoxide kunnen overschrijden, ongeveer 100 keer de graad van typische zandsteenafzettingen. De ertslichamen vormen langs breukzones en reactiveringen van fouten in de buurt van het niet-conformiteitsoppervlak, waar uraniumrijke vloeistoffen uit het bekken gemengd met reductiemiddelen uit de keldergesteenten. Deze afzettingen worden gewonnen met ondergrondse methoden op locaties zoals McArthur River en Cigar Lake, die een deel van de wereld’s hoogste jaarlijkse uraniumproductiecijfers hebben.

Graniet en Ignerende Intrusie

Granietgesteenten zijn van nature verrijkt met uranium in vergelijking met de gemiddelde continentale korst. Typisch graniet bevat tussen 4 en 6 delen per miljoen uranium, maar sommige gespecialiseerde granietlichamen, bekend als hoge warmteproductie graniet, kan meer dan 20 delen per miljoen. Het uranium in deze rotsen wordt voornamelijk gehost in accessoires mineralen zoals uraniniet, zirkoon, monazite, en allaniet. Wanneer dergelijke graniet wordt blootgesteld aan verwering of circulerende hydrothermische vloeistoffen, kan het uranium worden uitgezogen en geconcentreerd in economische afzettingen.

Opdringerige Uranium Deposito's

De Rossing afzetting in Namibië is de wereld’ de grootste open-pit uraniummijn en illustreert uranium mineralisatie geassocieerd met granieten inbraak. Hier, uranium komt voor in een leukograniet lichaam dat instroomde oudere metamorfe gesteenten. De uraniumconcentraties zijn relatief laag, ongeveer 0,03% tot 0,05% uraniumoxide, maar de afzetting is uiterst groot, waardoor het economisch levensvatbaar. Het uranium wordt gehost door uraniniet en betafiet, die worden verspreid over het graniet.

Andere opmerkelijke opdringerige-gerelateerde afzettingen zijn het Ilimaussaq complex in Groenland, waar uranium wordt geassocieerd met peralkaline graniet en syenite, en het Bancroft gebied in Ontario, Canada, waar uraniumrijke pegmatieten worden gewonnen. In de Verenigde Staten, de Coles Hill deposit in Virginia wordt gehost door een graniet-gneiss kelder rots en vertegenwoordigt een aanzienlijke onontwikkelde bron.

Pegmatite-hosted uranium deposito's

Pegmatieten zijn extreem grofkorrelige gesteenten die zich tijdens de laatste fasen van magmakristallisatie vormen. Ze zijn vaak verrijkt met incompatibele elementen, waaronder uranium en thorium. De door Pegmatiet gehoste uraniumafzettingen zijn meestal klein maar kunnen zeer hoogwaardige mineralisatie bevatten. De Mosmijn in Noorwegen, de White Nancy-depot in Bikita in Zimbabwe en verschillende pegmatietvelden in het Canadese Shield hebben in het verleden uranium geproduceerd. Hoewel pegmatieten niet de primaire bron van wereldwijde uraniumproductie zijn, blijven ze doelwitten voor exploratie, vooral in regio's waar andere depottypes niet zijn geïdentificeerd.

Vulkanische en hydrothermische systemen

Vulkanische rotsen en bijbehorende hydrothermale systemen creëren enkele van de meest geconcentreerde uraniumafzettingen bekend. De warmte van vulkanische activiteit drijft de circulatie van grondwater en magmatische vloeistoffen, die uranium kunnen oplossen uit vulkanisch glas, feldspars en andere mineralen. Aangezien deze hete vloeistoffen bewegen door breuken en poreuze horizonten, storten ze uranium wanneer fysische of chemische omstandigheden veranderen, zoals door koeling of door het tegenkomen van reducerende middelen.

Caldera-gerelateerde uraniumdeposito's

De vulkanische calderacomplexen zijn bijzonder gunstig voor uraniummineralisatie. De McDermitt Caldera in Nevada en Oregon herbergt de Aurora uraniumafzetting, waar uranium voorkomt in gebarsten vulkanische rotsen en sedimenten in de caldera-gracht. Het uranium werd gemobiliseerd door hydrothermische vloeistoffen geassocieerd met het caldera’s post-colllapse geothermische systeem en afgezet in organisch-rijke plas sedimenten en tuffs. Soortgelijke afzettingen komen voor in de Streltsovka Caldera in Rusland, die een van de wereld‛s grootste uraniumaccumulaties bevat met hulpbronnen die ongeveer 150.000 ton uraniumoxide benaderen.

Hydrothermische Vein Deposito's

Hydrothermale aderen die uraniummineralen bevatten, worden in vele delen van de wereld aangetroffen. Deze afzettingen vormen zich wanneer hete, uraniumrijke vloeistoffen door breuken en breuken in de Aarde’ de korst, het storten van uranine, pitchblende en andere uraniummineralen als de vloeistoffen koelen of reageren met de wandrotsen. De Erzgebirge regio van Duitsland en Tsjechië heeft een lange geschiedenis van hydrothermale veneuze uraniumwinning, met de Jachymov afzetting is de plaats waar Marie Curie verkregen de pitchblende gebruikt bij haar ontdekking van radium. Andere belangrijke aderafzettingen zijn de Shinkolobwe mijn in de Democratische Republiek Congo, die geproduceerd uitzonderlijk hoogwaardig erts tijdens de jaren 40 en 1950, en de Eldorado mijn bij Great Bear Lake in Canada’s Noordwestelijke Gebieden.

In de Verenigde Staten zijn de Midnite-mijn in Washington State en de Sherwood-depot in Washington en Idaho voorbeelden van hydrothermische uraniumaders die geassocieerd worden met fouten in metamorfe en ignaal gesteenten. Deze afzettingen hebben meestal hoge kwaliteiten maar beperkte laterale omvang, waardoor ze het meest geschikt zijn voor ondergrondse mijnbouwactiviteiten.

Kwarts-Pebble Conglomeraten: Oude Placer Deposito's

Sommige van de oudste uraniumafzettingen op aarde komen voor in kwarts-pebble conglomeraten die werden afgezet vóór de Grote Oxidatie Event, ongeveer 2,4 miljard jaar geleden. Voordat atmosferische zuurstof overvloedig was, waren uranium mineralen zoals uraniniet en pyrite stabiel op de Aarde’s oppervlak en konden worden vervoerd door rivieren en stromen als zware minerale korrels. Deze mineralen verzameld in oude rivierkanalen als placer deposito's, vergelijkbaar met hoe goud concentreert in moderne stroombedden.

Het bekendste kwarts-pebble conglomeraat uranium depot is het Witwatersrand Basin in Zuid-Afrika, waar uranium wordt teruggewonnen als een bijproduct van goudwinning. Het uranium komt voor in afgeronde kiezels van uraniniet in conglomeraat lagen die ook goud herbergen. De Elliot Lake regio Ontario, Canada, is een ander belangrijk voorbeeld, waar de Prisque, Nordic, en Stanrock mijnen geproduceerd uranium uit conglomeraten van de Huronische Supergroep. Hoewel de productie van deze afzettingen is afgenomen, zijn ze vertegenwoordigen een belangrijke historische bron en bevatten aanzienlijke resterende middelen.

Breccia Pipe Deposito's

Breccia-pijpen zijn verticale, buisachtige structuren gevuld met gebroken rotsfragmenten die zich vormen wanneer ondergrondse vloeistoffen oplost en de overliggende rotsen instorten. In de Grand Canyon regio Arizona, uranium afzettingen optreden in breccia buizen die doordringen in de Paleozoïsche sedimentaire opeenvolging. Deze pijpen zijn typisch 30 tot 200 meter in diameter en kunnen zich uitstrekken tot honderden meters verticaal.

Het uranium in deze afzettingen wordt verondersteld te zijn gemobiliseerd door geoxideerd grondwater dat door de pijp beweegt, dat vervolgens de omstandigheden binnen de fragmenten van de breccia of organische materie heeft verminderd, waardoor uranium neerslag heeft veroorzaakt. De Orphan Lode, Hack Canyon en Duivenmijnen zijn voorbeelden van de afzettingen van breccia pijpuranium in het gebied van de Grand Canyon. Deze afzettingen zijn relatief klein maar kunnen een soort van 0,5% tot 1,0% uraniumoxide hebben, waardoor ze economisch aantrekkelijk zijn voor kleinschalige mijnbouwactiviteiten.

Calcrete en surficiele deposito's

In arid and semi-arid regions, uranium can accumulate near the surface in calcrete, which is a calcium carbonate-rich horizon that forms in soils and shallow sediments. Calcrete uranium deposits, also known as valley-fill calcrete deposits, are found in Western Australia and Namibia. The uranium is typically hosted by carnotite, a bright yellow uranium-vanadium mineral that precipitates from groundwater in the calcrete layers.

De Yeelirrie afzetting in West-Australië is een van de grootste calcrete uranium afzettingen in de wereld, met middelen van meer dan 50.000 ton uraniumoxide. De afzetting gevormd in een palaeodrainage systeem waar uraniumrijk grondwater uit verweerde granietvelden van de Yilgarn Craton verplaatst door de calcrete-rijke sedimenten, waardoor carnotite neerslaan. Soortgelijke afzettingen zijn geïdentificeerd in Lake Maitland, Lake Way, en Centipede Lake in West-Australië. In Namibië, de Langer Heinrich uranium mijn exploiteert een calcrete afzetting in de Namib woestijn, waar uraniumdragend grondwater uit de omringende graniet hooglanden heeft geconcentreerd carnotiet in oude rivierkanaal sedimenten.

Zwarte Schal en fosforiet deposito's

Uranium wordt ook aangetroffen in lage concentraties in zwarte schalie en fosforafzettingen wereldwijd. Zwarte schalie is organisch-rijk zeesediment dat uranium kan accumuleren uit zeewater, waar de uraniumconcentratie ongeveer 3 delen per miljard bedraagt. Gedurende geologische tijd kan het uranium geconcentreerd worden tot niveaus van 20 tot 200 delen per miljoen in deze schalie.

De Chattanooga Shale in het oosten van de Verenigde Staten en de Ronneburg afzetting in Duitsland zijn voorbeelden van uraniumconcentraties in zwarte leisteen. Hoewel deze afzettingen zeer laag zijn, betekent het immense volume van gesteente dat ze bevat dat de totale uraniumbron enorm groot is. Er is onderzoek gedaan naar het winnen van uranium uit zwarte leisteen als potentiële toekomstige bron, hoewel de productie tot nu toe beperkt is door de lage kwaliteit en hoge verwerkingskosten.

Fosforietafzettingen, die sedimentaire rotsen zijn rijk aan fosfaatmineralen, bevatten ook aanzienlijke hoeveelheden uranium. Tijdens de vorming van fosforieten, uraniumvervangers voor calcium in de apatiet minerale structuur. Het uraniumgehalte van fosforieten varieert meestal van 50 tot 200 delen per miljoen, en de afzettingen in Florida, Marokko en het Midden-Oosten bevatten aanzienlijke uraniumbronnen. Momenteel wordt uranium teruggewonnen als een bijproduct van fosforzuurproductie in sommige installaties in de Verenigde Staten en Europa.

Alluviaal en Placer Deposito 's

Alluviale afzettingen, gevormd door het transport en de afzetting van sedimenten door rivieren en stromen, kunnen ook uraniumconcentraties bevatten. Deze afzettingen zijn meestal klein en gelokaliseerd, maar kunnen significant zijn in gebieden waar uraniumrijke gesteenten worden verweerd en geërodeerd. Alluviale uraniumafzettingen worden het meest aangetroffen in grind en zand afkomstig van nabijgelegen uraniumhoudende graniet- of pegmatietlichamen.

Het Jimi-dalgebied in Japan en de regio Mayou in de Centraal-Afrikaanse Republiek hebben uranium geproduceerd uit alluviale afzettingen. In Sri Lanka komen uraniumdragend monazietzanden voor langs de kuststranden en in riviersediments. Deze afzettingen worden meestal gewonnen om hun zeldzame aardelementengehalte, met uranium teruggewonnen als bijproduct. Alluviale afzettingen zijn over het algemeen geen primaire doelstelling voor uraniumverkenning vanwege hun geringe omvang en lage kwaliteiten, maar kunnen bijdragen tot de totale productie in sommige regio's.

Geografische verdeling en globale implicaties

De verdeling van uraniumafzettingen is niet uniform over de hele wereld. De belangrijkste bronnen zijn geconcentreerd in specifieke geologische provincies. Australië bezit de grootste bekende uraniumbronnen, voornamelijk in de Olympische Dam (een polymetallic breccia complex), de Ranger afzettingen in de Pine Creek Geosyncline, en de calculaire afzettingen van West-Australië. Kazachstan heeft de tweede grootste middelen, gedomineerd door zandsteen-hosted deposito's in de Chu-Sarysu en Syrdarya bekkens. Canada volgt, met zijn hoge kwaliteit unconformiteit deposito's in het Athabasca Basin.

Het begrijpen van de geologische kenmerken die de uraniumafzettingen van de gastheer essentieel zijn voor niet alleen exploratie, maar ook voor het evalueren van de milieueffecten van mijnbouw. Verschillende depottypes vormen verschillende uitdagingen voor de winning. Zandsteen-hosted afzettingen zijn geschikt voor lage impact ISR methoden, terwijl onconformiteit afzettingen vereisen diepe ondergrondse mijnbouw met zorgvuldige beheer van radongas en grondwater. Calcrete en surfachtige afzettingen zijn relatief ondiep en gemakkelijk te onttrekken, maar kunnen aanzienlijke waterbronnen in dorre gebieden vereisen.

De wereldwijde vraag naar uranium wordt gedreven door de opwekking van kernenergie, die momenteel ongeveer 10% van de wereld’s elektriciteit. Naarmate landen streven naar koolstofvrij makende doelstellingen, krijgt kernenergie opnieuw aandacht, en de behoefte aan betrouwbare uraniumvoorraden neemt toe. Onderzoek naar nieuwe afzettingen gaat door in veelbelovende geologische terreinen, waaronder het Athabasca Basin, de Afrikaanse Damara Belt, de Centraal-Erzgebergteregio en het Braziliaanse Shield. Vooruitgang in geofysisch onderzoek, geochemische analyse en geologische modellering verbeteren de efficiëntie van uraniumverkenning en maken het mogelijk om afzettingen op grotere diepte en in meer uitdagende omgevingen te ontdekken.