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

5.2007 Новости РНЦ «Курчатовский институт»

18 апреля 2007 г. Президент РФ В.В.Путин посетил Российский научный центр «Курчатовский институт». Это первое посещение Главой государства Курчатовского института за всю его историю. Генеральная схема размещения АЭС Правительство РФ 19 апреля приняло за основу генеральную схему размещения объектов электроэнергетики до 2020 г. Генеральная схема предполагает максимальное увеличение доли атомной генерации, гидрогенерации и угольной энергетики в общем объеме выработки электроэнергии в стране и сокращение доли газовой генерации.

11.2007 Психология веры и международная политика

Проблема веры в политической психологии нуждается в осмыслении политиками, принимающими стратегические решения, судьбоносные для народов всего мира. Статья, посвящённая этой теме, подготовлена по материалам книги В.В.Можаровского и вступительной статьи к ней  проф. А.И.Юрьева. Человечество стоит перед фактом: изменилась расстановка сил на планете. И произошла она по причинам, о которых науку просили помолчать.

10.2006 Новости РНЦ «Курчатовский институт»

О международных центрах ядерного топлива • Выступая на открытии ежегодного симпозиума Всемирной ядерной ассоциации (WNA) 7 сентября в Лондоне, глава Росатома С. Кириенко сказал, что Россия готова к концу 2006 г. обеспечить мощности для пуска прототипного международного Центра ядерного топлива (МЦЯТ) на своей территории, и сообщил подробности о том, как будет функционировать предполагаемый Центр.