战略性矿产系列报告：铀，天然铀价值重估，长牛征程进行时

五矿证券研究所有色金属行业 分析师：王小芃 登记编码：S0950523050002联系电话：021-61102510邮箱：wangxiaopeng@wkzq.com.cn 01 02 天然铀供需格局 核燃料循环概览 04 03 天然铀价格复盘及预测 风险提示 核燃料循环产业链概览 Nuclear Fuel Cycle Overview 1.1天然铀的物理、化学性质及放射性（1/2） 铀的物理性质：铀位于第七周期第ⅢB族，属于锕系元素之一，其化学符号为U。1）原子性质：铀原子序数为92，原子量为238，是自然界至今发现的最重的元素。铀原子呈椭圆形，原子体积为12.59cm3/mol，密度与黄金密度相似（常温下为19.05g/cm3），硬度稍低于铜（布氏硬度为240~260kg/mm2）；熔点1132.3℃，沸点3818℃，热导率（25℃）0.060卡/厘米·秒·度，电导率3.8×106S/m，比热6.594卡/摩尔·度，抗拉强度450MPa，屈服强度207MPa，弹性模数172GPa，在接近绝对零度时具有超导性和延展性；2）原子结构：铀原子的中心为原子核，围绕带正电荷的原子核有数目与质子数相等的、带负电荷的电子不断运动，这些电子的运动均沿着一定的轨道，几个轨道组合在一起形成一个电子壳层，围绕铀原子核的周围运转的92个电子呈层状分布；3）铀同位素：铀原子核由质子和中子构成，包含有92个质子，但所含的中子数是可变的，因而构成的铀的各种同位素，迄今已发现质量数在226和242之间15个铀同位素，在自然界中存在的只有238U、235U和234U，它们的同位素相对丰度分别为99.275%、0.720%、0.005%，半衰期分别为45亿年、7.3亿年和26万年。其余12种同位素都在核反应过程中由人工制取；4）单质铀：纯金属铀是人工制取的，呈银白色，微带淡蓝色调。铀具有金属光泽，粉末状金属铀呈灰黑色（条痕）。金属铀不是良导体。铀的顺磁性很弱，其随强度升高而增加。磁比率χm=414×10-6cm·g·s。 资料来源：中国核工业地质局，五矿证券研究所 资料来源：IAEA，五矿证券研究所 1.1天然铀的物理、化学性质及放射性（2/2） 铀的化学性质：铀的化学性质活泼，几乎能与所有的非金属作用（惰性气体除外），也可与多种金属形成金属互化物，也能与许多酸、碱、盐起反应。自然界中，铀总是以各种氧化物和含氧化合物的形式出现。铀的主要化合物包括铀的氧化物、铀的卤化物、铀盐等。主要的铀氧化物有二氧化铀（UO2）、八氧化三铀（U3O8）、三氧化铀（UO3）。铀卤化物主要有UF3、UF4、UF5、UF6、UCl3、UCl4、UCl5、UCl6。铀与各种酸作用可生成相应的盐类，如硝酸铀酰、氟化铀酰、硫酸铀酰等。 铀的放射性：放射性指元素从不稳定的原子核自发地放出射线衰变形成稳定的元素而停止放射的一种现象。原子序数大于82的元素因其原子核的不稳定性都具有放射性，自然界存在3个天然放射性系列，即铀（U）系、钍（Th）系和锕铀（AcU）系，铀（原子序数为92）是最容易发生放射性衰变的元素之一。放射性核素衰变时会放出射线，当射线通过电、磁场时就可以发现是一种分别为带正电荷的α射线和带负电的β射线以及不带电的γ射线，其穿透能力为：α射线较弱，β射线较强，γ射线很强。核辐射可以防护，天然铀矿石、核燃料生产没有核辐射风险，核燃料生产因根本不具备裂变反应的条件也不会发生爆炸；我国国家标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》规定了工作人员职业照射及公众照射的计量限值，保证核电站运行安全。 资料来源：中广核矿业，五矿证券研究所 资料来源：中核集团，五矿证券研究所 1.2核燃料循环技术链概览：天然铀为“核电粮仓”，成本占核能发电9%，是国家重要战略性矿产资源（1/2） 铀被美国、中国、加拿大列入关键矿产清单。2018年，《新时代中国战略性关键矿产目录厘定》将铀列入其中；2021年，加拿大《关键矿产清单》将铀列入其中；2025年，美国关键矿产清单新增铀，均旨在增强国内铀供应链韧性。为应对地缘政治带来的能源不确定风险，以及全球”双碳”目标下，稳定、高效、清洁、安全的核能是国家优化能源结构的重要突破口，各国纷纷推出核电利好政策以推动核能复兴。美法中俄等核电大国通过补贴、政策激励和监管支持推动核电项目审批及建设，巩固长期增长态势；日德等曾转向放弃核能国家逆转政策方向，推动核电站重启、延长反应堆寿命；除此之外还有约30个国家正在考虑、规划或启动核能项目。能源安全、碳中和目标等多重因素的叠加驱动下，铀与核能作为高效的长期解决方案正蓄势待发。 天然铀占核燃料成本51%，占核能发电整体成本13%。核燃料成本包括天然铀、铀转化、浓缩、燃料组件等成本。根据WNA，1千克二氧化铀核燃料的前端核燃料循环成本约为1,663美元，其中，天然铀成本占核燃料成本的51%，铀转化及浓缩占比约31%，燃料组件加工约占18%。根据2024年中国广核年报，核燃料成本占销售电力成本的比例约为17%，大致推算天然铀占核能发电整体成本约为9%。 资料来源：美国能源局，五矿证券研究所 资料来源：WNA，五矿证券研究所 1.2核燃料循环技术链概览：全产业链分前端和后端，循环方式分为一次通过式和闭式循环（2/2） 核燃料循环分为前端和后端工序。整个循环包括核燃料进入反应堆前的制备、在反应堆中燃烧及燃烧后进行处理的整个过程。其中，后处理过程包括从燃烧后的乏燃料中或辐照过的增殖材料中提取未烧尽的和新生成的核燃料再返回堆中使用及放射性废物处理、处置过程。 核燃料循环方式分为一次通过式核燃料循环和闭式核燃料循环。一次通过式核燃料循环指乏燃料不进行后处理而被直接永久处置的核燃料循环；闭式核燃料循环指乏燃料经过后处理回收铀、钚并加以重复使用的核燃料循环。我国坚持采用闭式核燃料循环的核电发展规划，对乏燃料采用后处理的方式，从乏燃料中提取铀、钚继续用于核燃料的制造；同时也提取锶、铯、锝等有用的裂变核素，以及镎、镅、锔等超铀核素。 资料来源：WNA，国家核安全局，五矿证券研究所 1.3上游——铀在地壳中并非绝对稀缺，丰度与锡、钼相似（1/4） 天然铀在地壳中分布广泛。天然铀平均丰度约为2.5ppm，即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀，这比钨、汞、金、银等元素的含量高，与锡、钼丰度相似。但铀在各种岩石中的含量很不均匀，其中，蕴藏经济价值最高的铀矿床为砂岩/沉积型（约占全球资源量18%，低中品位0.05%-0.5%，当前主要在产铀矿床类型）、IOCG型（铀为伴生元素，品位为0.03-0.05%）以及不整合面型（约占全球资源量1/3，高品位1%-25%）。大多数铀矿床的平均品位维持在0.10%以上，部分项目品位可达约20%。除陆地岩石外，每吨海水平均含3.3毫克铀，虽含量低但由于海水总量极大，部分缺铀国家正在探索海水提铀的方法。铀在自然界中有三种天然同位素——铀-234、铀-235和铀-238。由于铀-238半衰期接近地球年龄（约45亿年），衰变损耗少，其天然丰度 约占天然铀储量的99%；铀-235是天然铀中唯一可直接用于链式裂变反应的同位素，但在全球天然铀中占比仅0.7%。当铀-235的原子核被中子击中时，就会分裂，释放出能量和更多中子，这些中子会再冲击其他原子核，从而引发核链式反应。正是这种特殊性质，使铀-235成为核电站、核潜艇和核武器等的理想燃料。 资料来源：凤凰网，五矿证券研究所 1.3上游——铀矿资源量分布集中度高，澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大三国占比50%以上（2/4） 根据WNA，2023年全球开采成本低于130美元/kgU的可采资源量天然铀资源量为592,57万吨。其中，澳大利亚铀资源量占全球总量的28%（167.1万吨），其拥有全球最大的铀矿床Olympic Dam（目前主要产铜，铀作为副产品生产）；哈萨克斯坦铀资源量占比14%（81.4万吨），其国有铀矿开发商Kazatomprom（哈原工）是全球最大的铀生产商；加拿大铀资源量占比10%（58.2万吨），拥有Cigar Lake和McArthurRiver两大高品位铀矿。 根据IAEA《2025核技术评论》，全球已查明可开采常规地下铀资源足以支撑核发电容量的近期和中期增长。考虑到全球反应堆相关铀需求量端，如果全部投入生产，这些资源足够使用130多年。但这一数字没有考虑最近在“气候公约”缔约方第28届会议上发表的到2050年将核电装机容量增加两倍的宣言影响，也没有考虑设想的广泛部署可占到核动力群25%的小型模块堆的影响。 1.3上游——产量分布更为集中，前三大铀产国哈萨克斯坦、加拿大和澳大利亚产量全球占比75%（3/4） 根据WNA，2024年全球产铀60,213吨，满足全球铀需求的90%。目前全球有20余个国家从事铀矿开采，全球约四分之三的矿山铀产量来自哈萨克斯坦、加拿大和澳大利亚。2024年，哈萨克斯坦铀产量占全球供应的39%，占比第一；其次是加拿大（24%）和纳米比亚（12%）。从趋势上看，2020年后铀产量回归上升趋势，2024年重回6万吨。铀矿开采开始于19世纪中叶，但直到20世纪中叶才得到广泛开发，尤其是二战及冷战各国加速推进原子弹研究之际。20世纪80年代，铀产量达峰值后，随着公众态度转变、核电建设缩减等引发铀价下跌，除最低成本矿山以外，现货价格低于铀矿生产成本，叠加苏联铀进入西方市场加剧过剩，铀产量于20世纪90年代开始下滑。直到20世纪初，核能被重新重视，铀价上涨重新刺激投资和勘探，但2011年福岛核事故后，铀矿勘探与投资再次急剧萎缩，2016年产量达阶段性高点后持续低迷。到2020年，全球铀产量降到最低点47,731吨。而后，供需错配致库存周期见底，核电复苏需求稳中有增，铀矿产量再次回到上升通道。 资料来源：WNA，五矿证券研究所 资料来源：WNA，五矿证券研究所 1.3上游——全球前十大铀矿生产商占比超90%，过半为国有矿业公司，更多追求供应安全非产量增长（4/4） 从在产矿山看，2024年全球有超过30座在产铀矿，其中排名前十的矿山产量合计为3.72万吨，占全球总产量的62%，主要分布在加拿大、纳米比亚和哈萨克斯坦。哈萨克斯坦自2009年起成为全球最大铀生产国，拥有2个全资开发铀矿和12个国际合资铀矿项目，其铀矿开采以低成本原地浸出工艺（ISL）为主，开采成本极具竞争力；加拿大2009年以前为全球最大铀生产国，拥有世界两大高品位铀矿床McArthur River铀矿和Cigar Lake铀矿；纳米比亚近年来产量占比不断提高，中国企业参与推动Husab、Rössing、Langer Heinrich等多个大型铀矿投产。 从生产企业看，全球前十大铀矿生产商产量占比超90%，过半为国有矿业公司。排名第一的铀矿生产商为哈萨克斯坦Kazatomprom（哈原工），其次为加拿大Cameco、法国Orano、中国CGN（中广核）和俄罗斯Uranium One。全球超过一半的铀矿产量来自国有矿业公司，这些企业的产量规划以国家核燃料供应安全、产业链自主可控与地缘政治风险对冲为核心，而非单纯追求短期产量与利润增长。 1.4中游——仅加中法俄美具备规模化转换产能，俄罗斯和中国产量占比一半以上（1/3） 黄饼（U3O8）仍含有大量杂质，需要进一步提纯并转化为易于氢氟化的铀氧化物。通常将黄饼提纯和铀氧化物制备的工艺阶段称为铀的精制。在铀的精制过程中，需要制备出多种铀化合物，在众多铀化合物中U3O8是铀在空气中最稳定的化合物，便于长期贮存。将U3O8转化为UF6的过程称之为转化过程。转化工艺包括干法和湿法——加拿大Cameco、法国Orano、中国CNNC和俄罗斯Rosatom公司采用湿法工艺，该方法是将铀精矿溶解在硝酸中，然后经过一系列处理，再与氟反应生成UF6；而干法主要在美国使用，该方法是将精矿研磨成细粉，然后在1000华氏度以上加热，再与氢氟酸反应生