«Росатом» удвоил мощности по переработке обедненного урана

На Электрохимическом заводе (ЭХЗ) в Зеленогорске запустили вторую в России установку для переработки обедненного гексафторида урана (ОГФУ), который образуется в каскадах газовых центрифуг. Первая, мощностью около 10 тыс. т ОГФУ в год, в эксплуатации с 2009 года. Теперь объем переработки вырастет вдвое.

Переработка ОГФУ — часть стратегической отраслевой программы ликвидации накопленных в России запасов отвального урана и вовлечения их в повторное использование.

Первая установка, W-ЭХЗ, основывалась на французской технологии. Но отечественные специалисты принципиально ее улучшили. Так, была внедрена бестарная подача ОГФУ в узел обесфторивания, чтобы использовать сырье напрямую с технологических каскадов разделительного производства. В результате исчезло несколько промежуточных переделов, сопутствующих стадиям конденсации, транспортировки, хранения и повторного испарения гексафторида урана.

В 2022 году зарубежные партнеры вышли из проекта, и второй участок специалисты ЭХЗ создавали самостоятельно. Эту работу президент топливной компании «Росатома» Наталья Никипелова назвала трудовым, технологическим и профессиональным подвигом.

«Представьте, — добавила она, — вы летчики, освоили сложный летательный аппарат, научились на нем летать, эксплуатировать его и модернизировать. А потом вам сказали: «Стройте себе самолет сами».

«Самолет» построили. «Полностью воссоздали технологический цикл, — уточнил гендиректор завода Сергей Филимонов на церемонии запуска. — Вообще-то вы видите лишь надводную часть айсберга. Высота установки — 22,5 м: с отметки –4,5 м до +18 м».

W2-ЭХЗ заводчане прозвали «дубль-два». Как и на первом производственном участке, на втором предполагается перерабатывать около 10 тыс. т ОГФУ ежегодно. Если 17 лет назад удалось прекратить накопление отвалов на предприятии, теперь можно приступать к их сокращению.

В установке создаются физико-химические условия для пирогидролиза — разложения вещества при высокой температуре под действием водяного пара. В результате химически агрессивный ОГФУ (в общемировой практике для долговременного хранения его размещают на специально оборудованных открытых площадках в толстостенных сосудах) превращается в безопасную закись-окись урана (U3O8) в виде порошка. Это соединение по физико-химическим свойствам соответствует концентрату природного урана, только с гораздо меньшей радиоактивностью.

В таком виде обедненный уран может храниться в контейнерах из углеродистой стали. Фактически уже на этом этапе хвосты разделительного производства перестают быть отложенной проблемой, передающейся будущим поколениям. Но сегодня обедненный уран уже не отходы, а ценный энергоресурс. Полученная из ОГФУ закись-окись обедненного урана служит сырьем для двух типов уранплутониевого топлива реакторов на быстрых нейтронах. На МОКС-топливе (от англ. mixed oxide, «смешанное оксидное») уже работает БН-800 на Белоярской АЭС и будет работать инновационный БН-1200. СНУП-топливо (смешанное нитридное уранплутониевое) предназначено для реактора БРЕСТ-ОД-300, который сооружают в Северске в составе опытно-демонстрационного энергокомплекса поколения IV (проектное направление «Прорыв»), и перспективного коммерческого быстрого свинцового реактора БР-1200.

«Госкорпорация активно инвестирует в развитие технологий и производств ядерного топливного цикла по всей цепочке, в том числе в переработку урановых хвостов, облученного ядерного топлива и других материалов, которые должны не просто храниться, а повторно использоваться, — пояснила Наталья Никипелова. — В условиях растущего мирового спроса и высоких цен на уран, а также с учетом наших технологий нового поколения любой отвальный уран с каким угодно содержанием изотопа 235U представляет для отрасли огромную ценность. Наши центрифуги позволяют повторно обогащать ОГФУ с высокой эффективностью, а наличие быстрых реакторов — использовать в ядерном топливе вторичные ядерные материалы, такие как плутоний и обедненный уран. Благодаря обесфториванию ОГФУ мы получаем замкнутый цикл не только по урану, но и по фтору, который повторно отправляется в конверсию».

В процессе обесфторивания ОГФУ на установке сначала образуется 70 %-я фтористоводородная (плавиковая) кислота, из которой на узле ректификации получают безводный (100 %-й) фтористый водород и 40 %-ю кислоту. Это ценное сырье, применяемое, к примеру, в производстве фторполимеров и в ряде высокочистых технологических процессов. Фтористоводородные соединения, сертифицированную химическую продукцию, ЭХЗ уже реализует на рынке. Плавиковую кислоту, кроме того, отгружают на Чепецкий механический завод, где получают цирконийсодержащие вещества. Безводный фтористый водород направляют на Сибирский химкомбинат для получения фтора, используемого в производстве гексафторида урана природного изотопного состава. «Работа первой установки, W-ЭХЗ, позволила нам закрыть треть российского рынка плавиковой кислоты — раньше ее импортировали», — заметил Сергей Филимонов.

Параллельно со строительством W2-ЭХЗ в отрасли разрабатывалась так называемая технология русского дубля. В перспективе предприятия готовы ее внедрять, но это задача не ближайших лет.

Алексей Лихачев
Гендиректор «Росатома»

— Россия — безусловный мировой лидер по производству низкообогащенного урана, и это накладывает на нас определенную ответственность в обращении с ОГФУ, который остается на предприятиях после обогащения. «Росатом» внимательно относится к вопросам экологии и устойчивого развития, поэтому мы вкладываемся в наращивание мощностей по переработке ОГФУ. А учитывая нашу большую работу по развитию ядерных технологий четвертого поколения, обедненный уран перестает быть отходами производства и становится стратегическим ресурсом для энергетики будущего.

СЛОВАРЬ

Конверсия урана — промежуточный передел начальной стадии ядерного топливного цикла. Конверсию проводят после первичной очистки уранового сырья, но до обогащения. Сырье переводят в гексафторид урана — соединение урана и фтора. В этой форме уран поступает на обогатительные предприятия, где в каскадах газовых центрифуг изотопы разделяют: нужный для ядерной энергетики уран-235 отделяют от преобладающего в природе урана-238.

Форма гексафторида выбрана из-за уникальных свойств. Во-первых, уже при относительно низкой температуре гексафторид урана принимает газообразное состояние, которое необходимо для разделения изотопов в центрифугах. Во-вторых, в природе фтор представлен единственным стабильным изотопом, что позволяет безошибочно отделять легкие изотопы урана от тяжелых. После обогащения уран в форме гексафторида поставляется на предприятия по фабрикации ядерного топлива. Обедненный гексафторид урана отправляется на хранение либо деконверсию (обесфторивание).

Деконверсия урана — обратное преобразование гексафторида урана в оксидную форму с удалением фтора. В результате получается химически стабильный оксид урана, пригодный для длительного безопасного хранения или использования в ядерном топливном цикле, а также фторсодержащие побочные продукты, которые также вовлекаются в производственный оборот.