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Kanada besitzt grosse Uranreserven in Form von Erzen mit einem hohen Urangehalt im Athabasca-Becken im Norden der Provinz Saskatchewan. Im östlichen Teil dieses Beckens liegt das unerschlossene Areal des Wheeler-River-Uranprojekts mit den hochgradigen Uranlagerstätten Phoenix und Gryphon von Denison Mines. Das Minenunternehmen geht von angezeigten Mineralressourcen von 132,1 Mio. Pfund U3O8 (entspricht 50’812 Tonnen Uran) aus, die in 1’809’000 Tonnen Uranerz mit einem U3O8-Gehalt von durchschnittlich 3,3% enthalten sind. Die weiteren, abgeleiteten Mineralressourcen betragen 3,0 Mio. Pfund U3O8 (1154 Tonnen Uran) in 82’000 Tonnen Uranerz mit 1,7% U3O8-Gehalt. Beide Lagerstätten sollen während 14 Jahren ausgebeutet werden und dabei geschätzte 109,4 Mio. Pfund U3O8 (42’080 Tonnen Uran) liefern. Aufgearbeitet als Kernbrennstoff würde diese Menge ausreichen, um die Schweizer Kernkraftwerke rund 70 Jahre lang zu betreiben.
Eine von Denison Mines in 2018 durchgeführte Vormachbarkeitsstudie hat die Urangewinnung bei der Lagerstätte Phoenix (Video) mit dem In-situ Auslaugverfahren (ISL- oder auch ISR-Verfahren) und bei Gryphon im konventionellen Untertagebergbau untersucht. Bis anhin ist in Kanada das kostengünstige ISL-Verfahren noch nicht eingesetzt worden. Um dessen Machbarkeit zu erkunden und bestehende Labormessungen zu ergänzen, führt Denison Mines einen behördlich genehmigten Feldversuch (Feasibility Field Test, FFT) auf dem Gebiet der Phoenix-Lagerstätte durch.
Die drei Phasen des Machbarkeits-Feldversuchs (FFT)
Der FFT besteht gemäss Denison aus drei Phasen: In der Auslaugungsphase, wird zur Bewertung des Auslaugeprozesses eine saure Lösung in die ca. 400 Meter unter der Erdoberfläche liegende Zone mit dem Uranerz injiziert, wodurch Uran herausgelöst wird. Die resultierende Lösung pumpt man an die Erdoberfläche zurück und sammelt sie zur Uranrückgewinnung in einem Tank. In der Neutralisierungsphase wird eine schwach basische Lösung injiziert, um die restliche ausgelaugte Lösung mit dem Uranerz rückzugewinnen und in einem Tank zu sammeln. Gleichzeitig wird das Auslaugungsgebiet neutralisiert und bewertet man diese Wiederherstellung der umweltverträglichen Bedingungen im Untergrund. In der letzten Phase geht es um die Behandlung der Lösungen in den beiden Tanks, wobei das Uran abgetrennt wird.
«Insgesamt soll der FFT eine weitere Überprüfung der Durchlässigkeit, der Auslaugbarkeit und der Einschlussparameter ermöglichen, die für eine erfolgreiche Anwendung der ISR-Abbaumethode bei Phoenix erforderlich sind, und sie soll verschiedene Elemente der Machbarkeitsstudie validieren und entsprechende Informationen liefern – einschliesslich der erwarteten Produktions- und Wiederherstellungsprofile», erklärte Denison Mines.
Erfolgreiche Gewinnung einer uranhaltigen Lösung in der Auslaugungsphase
Am 17. Oktober 2022 gab Denison Mines bekannt, dass «das Unternehmen erfolgreich eine uranhaltige Lösung» aus dem FFT zum ISL-Verfahren gewonnen habe. Dieser Erfolg spiegle «den Höhepunkt der mehrjährigen Bemühungen um technische Risikominderung wider» und «erste Analysen […] entsprechen den Erwartungen», was «eine konkrete Bestätigung für die Auswahl der ISL-Abbaumethode» sei. «Angesichts der äusserst erfolgreichen Ergebnisse der FFT wurde die Injektion von Auslaugmittel eingestellt, und die Betreiber des FFT-Standorts Phoenix bereiten sich darauf vor, von der Auslaugungsphase zur Neutralisierungsphase überzugehen, die voraussichtlich noch vor Jahresende abgeschlossen sein wird», so Denison Mines. Die dritte Phase werde voraussichtlich im Frühjahr 2023 beginnen.
Schutz des Grundwassers bei der Urangewinnung in der Phoenix-Lagerstätte
In der Phoenix-Lagerstätte liegt die Abbauzone mit dem Uranerz innerhalb des Athabasca-Sandsteins. «Um die Lösung innerhalb der Uranlagerstätte einzuschliessen und die Ausbeute zu maximieren sowie die Wechselwirkung der Lösung mit dem umliegenden Grundwasser zu verhindern, wird Denison Mines bei Wheeler eine isolierte Abbaukammer mit Hilfe der herkömmlichen Bodenvereisungstechnologie schaffen», gab das Unternehmen im Mai 2019 bekannt. Der Athabasca-Sandstein oberhalb und seitlich der Uranerz-Abbaukammer wird vereist, wodurch – mit dem undurchlässigen Grundgestein unterhalb der Kammer – eine undurchdringbare Barriere für das Auslaugemittel geschaffen und so das Grundwasser geschützt wird.
Hintergrundinformationen zum In-situ-Auslaugverfahren
Über die Hälfte des weltweit gewonnenen Urans wird nicht mehr in konventionellen Bergwerken, sondern mit dem In-situ-Auslaugverfahren gewonnen – auf Englisch in situ leaching (ISL) oder in situ recovery (ISR). Dabei werden wässrige Lösungen über Bohrungen in den Boden mit dem Uranerz gepumpt, damit das Uran aus dem Erzkörper gelöst, die uranhaltige Lösung über weitere Bohrungen mit Pumpen wieder an die Erdoberfläche gefördert und dort zum Abscheiden des Urans weiterverarbeitet. Als wässrige Lösungen dienen zum Beispiel Alkali- oder Säurelösungen.
«Die Oberfläche [Natur] wird folglich nur wenig gestört und es fallen keine Abraumhalden oder Abfallgestein ab», beschreibt die World Nuclear Association (WNA) den Vorteil des ISL-Verfahrens und ergänzt: «Die ISL-Techniken haben sich so weit entwickelt, dass es sich um eine kontrollierbare, sichere und umweltverträgliche Abbaumethode handelt, die strengen betrieblichen und behördlichen Kontrollen unterliegt.»