На Электрохимическом заводе разрабатывают технологию очистки ураносодержащих технологических растворов до воды

Специалисты цеха регенерации ЭХЗ планируют к середине текущего десятилетия усовершенствовать применяемый на заводе процесс переработки урансодержащих технологических растворов таким образом, что чистота получаемой на выходе воды позволит передавать ее в обычные городские очистные сооружения. 

В ходе производственной деятельности на ЭХЗ, как и на других родственных предприятиях, образуются урансодержащие технологические отходы. Но расставаться с ними атомщики не спешат, слишком уж ценен уран, чтобы им разбрасываться. Поэтому на всех предприятиях есть подразделения, которые занимаются переработкой таких отходов. На ЭХЗ эту задачу решает цех регенерации. Здесь технологические отходы — как жидкие, так и твердые — обрабатываются различными способами, чтобы уран сначала перевести в растворимую форму, а затем выделить его по максимуму (специалисты называют процесс «глубоким извлечением») и вернуть в производство. Цех регенерации возвращает в оборот до 10 т урана в год. 

От чего болит голова у атомщиков

Однако пока ни один технологический процесс глубокого извлечения не имеет 100-процентной эффективности. После переработки (экстракции) образуются так называемые сбросные растворы (рафинаты, или остатки исходных растворов без растворимых веществ). Так как они содержат кислоту, то направляются на станцию нейтрализации. С помощью известкового молока (это водный раствор извести со щелочными свойствами) кислоту нейтрализуют, в результате получается пульпа (смесь твердых солевых соединений с водой). 

Известковая пульпа в обязательном порядке анализируется — определяется концентрация урана и удельная активность (результаты измерений не должны превышать установленных нормативов, в противном случае придется снова заниматься извлечением радионуклидов). Содержание урана в пульпе, как правило, уже минимально (не более двух миллиграмм на литр), тем не менее такое вещество относится к жидким радиоактивным отходам (ЖРО), хоть и очень низкоактивным (ОНАО).

Надо сказать, ЖРО — давняя головная боль атомщиков, особенно тех, кто эксплуатирует АЭС. В отличие от твердых радиоактивных отходов (ТРО) жидкие имеют свойство течь. Именно из-за своей текучести ЖРО считаются более опасными — жидкости быстрее распространяются в окружающей среде, быстрее вовлекаются в биологические процессы (если, конечно, им позволить утекать). И еще ЖРО — это всегда большие объемы, а значит, требуется больше места для хранения и больше средств для их обустройства. Поэтому все придуманные и используемые способы переработки ЖРО сводятся, по сути, к одному и тому же: сделать жидкое твердым (или хотя бы максимально удалить вещества в жидкой фазе). 

В начале 2000-х годов специалисты ЭХЗ начали исследования получаемой пульпы и выяснили, что радиоактивные и химические вещества распределяются в ней неравномерно. Изотопы урана концентрируются в твердой фазе пульпы, а в жидкой ее фазе — лишь короткоживущие продукты распада урана, то есть жидкая по своим показателям не относится к ЖРО. 

Опять помогла центрифуга

В 2008 году на основании полученных результатов и инженерных предложений специалистов руководство предприятия решило модернизировать станцию нейтрализации, добавив к ней узел разделения пульпы. А процесс разделения пульпы на фазы — твердую (осадок) и жидкую (фугат) — возложили на вертикальную центрифугу Н-350 производства «СвердНИИхиммаша». Изначально разработанная для АЭС, Н-350 обладала рядом технических преимуществ по сравнению с известными горизонтальными центрифугами. Вот на нее-то и обратили внимание специалисты ЭХЗ. Идея попробовать «машинку» для решения своей прикладной задачи оказалась плодотворной, причем опыт ЭХЗ уже приметили на НЗХК и планируют использовать Н-350 для тех же целей. 

Как пояснил инженер-технолог первой категории цеха регенерации Максим Богатов, на родственных предприятиях существуют схемы разделения аналогичной пульпы при помощи барабанных вакуум-фильтров и при помощи горизонтальных центрифуг, но уйти от образования ЖРО пока не получилось. Изделие конструкторов «СвердНИИхиммаша» Н-350 оказалось более эффективным. В 2014 году узел разделения пульпы (УРП) был введен в эксплуатацию. И вот уже пять лет Н-350, трудолюбиво вращаясь, избавляет пред- приятие от ЖРО. Причем ее производительность, по словам Максима Богатова, достаточна для переработки всего объема пульпы, ежесуточно образующегося на станции нейтрализации. 

Под действием центробежных сил пульпа в центрифуге разделяется, как уже говорилось, на осадок и фугат. Осадок через патрубок выгрузки ссыпается в полиэтиленовый мешок, установленный в транспортный контейнер. После заполнения мешок запечатывается, контейнер закрывается крышкой, устанавливается на место временного хранения там же, в помещении УРП. Радиационный контроль контейнера — обязателен. Как только соберется несколько заполненных контейнеров, их вывозят для размещения мешков с осадком в хранилище твердых радиоактивных отходов (ТРО). 

Фугат же поступает в две накопительные емкости. Как только одна из емкостей заполнится, она выводится из работы. Фугат в ней проходит контрольный анализ на допустимое содержание урана, после чего передается на промежуточное хранение для так называемой выдержки, во время которой распадаются все короткоживущие радионуклиды.

Не останавливаться на достигнутом

Однако, пока в фугате остаются химические примеси, он все равно относится к жидким отходам, пускай и не являющимся ЖРО. А жидкие отходы, как мы уже выяснили, это всегда неудобно. Поэтому специалисты цеха регенерации решили не останавливаться на достигнутом. В 2018–2019 годах ВНИИНМ им Бочвара выполнило по заказу ЭХЗ НИОКР, показавшие, что фугат можно очистить от всей химии до обычной воды. Причем до норм, позволяющих ее передачу через привычную канализационную сеть в городские очистные сооружения. А извлеченный сухой солевой остаток, количество которого не сравнить с объемами очищенной воды, будет передан на утилизацию. 

Задание на проектирование установки доочистки фугата уже разрабатывается цехом регенерации совместно со специалистами других подразделений ЭХЗ.  «Хотелось бы, чтобы в 2025 году установка доочистки фугата заработала, — говорит Максим Богатов. —Тогда использованная в технологическом процессе вода будет возвращаться и в хозяйственный оборот, например, для приготовления используемых в производстве химрастворов, и в природу».