Не сливайте жидкие отходы!

Поводом для подготовки этого материала стали наши беседы с Кононовым Александром Николаевичем. Это умный, интересный собеседник и активный сторонник внедрения фторидных технологий в процесс очистки урана и плутония от радиоактивных отходов. Теоретически фторидные технологии вроде бы способны избавить атомщиков от серьезных проблем, однако даже среди радиохимиков есть как сторонники, так и противники, причем все они выдвигают весомые и убедительные аргументы в обоснование своей позиции.

Почему, казалось бы, рациональная идея не внедряется в практику? Большие затраты? Есть более совершенные технологии? Мешают стереотипы?

Выделение и очистка урана и плутония от продуктов деления (ПД)  в радиохимическом производстве России производятся в основном водным методом на основе Пурэкс-процесса. При этом образуется большое количество жидких радиоактивных отходов, причем их объемы возрастают по мере роста количества АЭС. Судьба этих ЖРО – эта тема вообще одна из любимых у экологов и критиков атомных технологий. Поэтому необходимо совершенствование методов переработки ОЯТ для уменьшения и даже исключения образования ЖРО при проведении технологических операций.

При этом существует и альтернативный метод, который давно используется на сублиматных заводах. В его основе газофторидная технология. Конечно, для целей переработки ОЯТ действующие на сублиматных заводах установки ГФТ требуют доработки конструкций отдельных аппаратов и их компоновки для использования в условиях высоких радиационных полей и повышенной ядерной опасности с последующей отработкой технологии в реальных условиях, на реальном сырье. Все это возможно, но требуется  еще и создание опытно-промышленной установки.

Применение ГФТ позволяет достичь высоких коэффициентов очистки и полностью исключает образование жидких технологических отходов. Основные преимущества ГФТ :

• отсутствие технологических ЖРО:
• малый объем ТРО ( < 0,1 м3 / т ОЯТ );
• высокая производительность;
• процесс отработан на действующих производствах;
• компактность технологической схемы;
• малые объемы и количество оборудования;
• легко автоматизируется;
• малое число обслуживающего персонала
• обеспечивает высокий уровень ядерной безопасности процесса.

Важнейшим и принципиальнейшим преимуществом ГФ метода является отсутствие технологических ЖРО. Все процессы в ГФТ протекают в газовой фазе.

Суть процесса заключается в том, что на стадии высокотемпературного фторировання (около 1200 град C) компоненты ОЯТ образуют соединения (фториды) различной степени летучести - легколетучие, умереннолетучие, труднолетучие. Очистка гексафторидов U и Ри, входящих в группу умереннолетучих соединений, происходит за счет разницы температур сублимации образующихся веществ при фторировании и последующей десублимации при охлаждении, фильтрации, переконденсации реакционных газов, а также в ходе взаимодействия с материалом сорбентов NaF и MgF2 двумя путями:

• поглощение фторидов ПД за счет сорбции на фтористых сорбентах на основе NaF и MgF2:
• выделение UF6 из газового потока за счет сорбции - десорбции на NaF.

Разделение урана и плутония производится за счет большей термической устойчивости гексафторида урана по сравнению с гексафторидом плутония. Основными отходами технологии являются твердые радиоактивные отходы. К ним относятся:

• «огарки» трехстадийного фторирования исходного облученного топлива;
• отработанные сорбенты;
• пыль металлокерамических фильтров.  

Наличие такого небольшого количества ТРО (< 0,1м3 / т ОЯТ) объясняется тем, что по ходу технологического процесса все вещества, содержащиеся в исходном продукте, претерпевают в ходе химических реакций лишь фазовые превращения, добавление новых веществ (реагентов) не происходит. 

Высокая производительность ГФТ обусловлена тем, что скорость технологического процесса определяется химическими превращениями, которые в газовой фазе протекают с большой скоростью, и нет необходимости в проведении дополнительных операций выдержки или доводки технологических продуктов. Производительность действующих сублиматных заводов (АЭХК, СХК ), аппараты которых могут быть использованы в качестве прототипов оборудования установки для регенерации ОЯТ на основе ГФТ, составляет тысячи тонн в год.

На этих заводах накоплен большой опыт эксплуатации технологического оборудования с применением фтора, процесс хорошо отработан. Протекание процессов в газофторидной технологии подразумевает компактную технологическую схему, которая включает операции фторирования исходного порошка ОЯТ, фторирование огарков головного факельного реактора, а также аффинажные операции сорбционной очистки UF6, операции переконденсации для урановой и уран-плутониевой ветки, операции пирогидролиза, переработку отходов технологии. Конечными продуктами схемы являются очищенный UF6, направляемый на изотопное обогащение и смесь оксидов урана и плутония, идущая на изготовление смешанного топлива.

О небольшом числе единиц оборудования, малых его размерах можно судить на основе предварительного анализа возможной, технологической  схемы завода РТ-2  с использованием ГФТ. Общее количество технологического оборудования можно оценить величиной 150-200 единиц при среднем объёме аппаратов 1 м3, в то время как на действующих радиохимических заводах различных стран число аппаратов превышает тысячу единиц.

В пользу ГФТ говорит также то, что обеспечивается контроль и управление небольшим количеством технологических параметров, основными из которых являются давление, температура и расход.   В связи с этим процесс легко автоматизируется и, следовательно, количество персонала, необходимого для управления технологическим процессом будет гораздо меньше, чем при существующих методах. В аппаратах газофторидной технологии ядерная безопасность существенно выше по сравнению с аппаратами водных технологий не только благодаря отсутствию воды, но и вследствие малой плотности газообразных сред в большинстве аппаратов. В  точках процесса, где возможно накопление продукта с делящими средами, необходимо предусматривать аппараты с безопасной геометрией. Таким образом, применение ГФТ позволяет сократить капитальные и эксплуатационные затраты, а также решить ряд технологических вопросов при получении товарных продуктов и обращению с образующимися РАО, где главное-отсутствие ЖРО.

Предлагаю обсудить эту проблему в рамках нашего сайта, поскольку тема «Методы регенерации облученного топлива» пожалуй, одна из  актуальнейших в атомной отрасли.

(При подготовке материала использовалась статья А.Н.Кононова и С.А. Макеева «О перспективах применения газофторидной технологии для переработки ОЯТ»)

Гл. редактор О.В.Двойников

назад

Материалы из архива

9.2007 Ториевый цикл. Выбираем реактор

С.А.Субботин, к.т.н.,  РНЦ «Курчатовский институт»Впервые в этом году в программе  секции   НТС №1 обсуждалась ториевая энергетика. Однако в ФЦП в разделе «Инновации»  ториевая  энергетика  не значится. Это противоречие легко объяснимо.   ФЦП разработана до 2010 года.  А высокотемпературные реакторы,  на которые делают  ставку многие ученые в реализации ториевого проекта,  планируется вводить в эксплуатацию не ранее 2020 года.

6.2008 Когда облученное топливо реакторов РБМК отправится на сухое хранение?

Генеральный директор ФГУП «ГХК» Петр Гаврилов: - По директивному графику, утвержденному руководством Росатома, срок ввода первой очереди сухого хранилища на Горно-химическом комбинате (ХОТ-2) - декабрь 2009 года, а на полное развитие - 2015 год. Сегодня финансирование стройки ведется из Федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности» (ФЦП ЯРБ), утвержденной Постановлением правительства РФ №444 от 13 июля 2007 года.

3.2008 Нужна ли России морская стратегия

Развитие военно-морской стратегии (ВМС) с древнейших времён и до наших дней шло параллельно с практикой  применения сухопутных и  военно-морских сил. В России основы ВМС заложили Пётр I , Г.А.Спиридов, Ф.Ф.Ушаков, Д.Н.Сенявин. Период первой и второй мировых войн внёс свой вклад в военно-морское искусство и способствовал развитию военно-морской стратегии. Как создавалось военно-стратегическое направление в нашей стране , рассказывает Владимир Георгиевич  Лебедько, к.в.н., проф., контр-адмирал в отставке,  в течение ряда лет руководивший ведущими управлениями оперативно-стратегических штабов флота и сухопутных сил.