Переработку опасных отходов АЭС упростят благодаря отечественным ученым

Ученые Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН получили циркон, применяемый в качестве матрицы для иммобилизации радиоактивных отходов переработки плутония на основе местного сырья – бадделеитового концентрата Ковдорского ГОКа и отвальных шлаков Кольской ГМК.

Атомная энергетика — важный источник электроэнергии во многих странах мира. Атомные электростанции занимают небольшой участок земли, не используют ископаемый углерод и выдают много стабильной электроэнергии, но при этом так же стабильно производят опасные радиоактивные отходы. Самые опасные из них – долгоживущие актиниды, которые перед захоронением необходимо надежно иммобилизовать.

В журнале Theoretical Foundations of Chemical Engineering опубликована статья инженера-исследователя из лаборатории химии и технологии сырья тугоплавких редких элементов Владимира Виноградова, ведущего научного сотрудника с исполнением обязанностей по руководству лабораторией разработки и внедрения процессов химической технологии Александра Касикова и главного научного сотрудника с исполнением обязанностей по руководству отделом технологии силикатных материалов Александра Калинкина.

В статье рассказано, как с помощью механической активации были синтезированы твердые растворы циркония. При этом исходным материалом послужили диоксид циркония, полученный из бадделеитового концентрата ОАО «Ковдорский ГОК», а также гидратированный оксид кремния, выделенный методом сернокислотного выщелачивания из отвальных шлаков комбината «Печенганикель» Кольской ГМК. Оксид церия кубической модификации получали из 6-водного нитрата церия. Интересно, что работа носила как научный, так и прикладной характер, в ней приведена оценка возможности использовать синтезированный циркон для утилизации радиоактивных отходов объектов атомной энергетики, ведь он способен включать их в кристаллические матрицы с образованием собственных труднорастворимых фаз.

Известно, что минералы цирконового типа чрезвычайно стабильны и способны накапливать актиноиды, лантаноиды и другие редкие элементы, а долговечность и прочность этих структур подтверждаются их очень низкой растворимостью в различных геохимических условиях. Благодаря таким особым свойствам природный и синтетический циркон используют для производства различных видов керамических материалов, в том числе и матриц для иммобилизации радиоактивных отходов, образующихся при переработке отработавшего ядерного топлива и избыточного оружейного плутония.

Для синтеза циркона применяются разные методы, но есть сложность: при относительно низких температурах (около 1200 °C) скорость процесса невелика, а при температурах выше 1600 °C начинается обратная реакция – разложение циркона на оксиды циркония и кремния. У каждого метода есть свои плюсы и минусы, но ученые КНЦ предложили решение – снизить и температуру, и продолжительность синтеза с помощью применения предварительной механической активации исходных продуктов в центробежно-планетарной мельнице. Смеси подвергались механической активации в лабораторной центробежно-планетарной мельнице со стальными барабанами и шарами.

В результате циркон с выходом 75,3% образуется уже при прокаливании механически активированной смеси реагентов при 1100 °C в течение трех часов, а после прокаливания при 1200 °C в течение трех часов его выход составляет 100%. Следует отметить, что полученный при этом циркон накапливает церий в количестве либо сопоставимом, либо превышающем все описанные ранее методы, при этом на 200–300 °С удалось снизить температуру и в несколько раз – продолжительность синтеза, который осуществлялся без предварительного прессования порошков перед прокалкой.

Таким образом, ученые Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И.В. Тананаева представили возможность использовать то, что добываются в Кольском регионе, и отходы местного горнорудного производства для получения исключительно востребованного материала – циркона и твердых растворов на его основе, содержащих церий, в качестве модельных объектов для иммобилизации радиоактивных отходов плутония.

КНЦ РАН

91 статей

Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram