Переработка ОГФУ с образованием HF-продуктов

АО «ПО «Электрохимический завод» первым в России освоило промышленную переработку обедненного гексафторида урана (ОГФУ) в закись-окись урана и решило в масштабах собственного производства проблему утилизации ОГФУ, использовав для этих целей технологию, предложенную французскими атомщиками.

Технологический процесс обесфторивания ОГФУ прошел проверку временем на установках «W-1» и «W-2», действующих на французском ядерном объекте в г. Пьеррлатте (группа компаний AREVA), и доказал свою эффективность. Первая подобная российская установка получила название «W-ЭХЗ» (введена в эксплуатацию в декабре 2009 года).

Успешное сотрудничество специалистов ПО «ЭХЗ» с коллегами из французских компаний AREVA NC и SGN, которые отвечали за проектные и инжиниринговые работы, а также инженерами фирм Boccard, CIFAL, Euriware, Girod Sisa, Mecachimie, MEGIAS, NEU позволило в сжатые сроки создать высокоавтоматизированное производство, требующее присутствия человека в основном только для контроля, отвечающее современным требованиям радиационной и экологической безопасности.

«...Создание установки «W-ЭХЗ» — это реализация принятой предприятием экологической политики, предусматривающей снижение уровня потенциального негативного воздействия производственных факторов на окружающую среду. Более того, ЭХЗ взял на себя обязательства последовательно внедрять экологически безопасные технологии, выделяя для этого необходимые ресурсы. Мы доказываем свою заинтересованность и ответственность делом, понимая, что вкладываем деньги не только в благополучие и экологическую привлекательность предприятия. Внедрение здесь, на сибирской земле, успешной французской технологии для перевода обедненного гексафторида урана в безопасную для хранения форму — это наш вклад в решение одной из проблем атомной отрасли.»

Генеральный директор АО «ПО «Электрохимический завод»
Сергей Васильевич Филимонов

Перевод отвальных запасов урана из гексафторида в закись-окись дает возможность безопасного долговременного хранения энергетического ресурса до тех пор, пока он не будет востребован новыми энергетическими технологиями. Вложение средств в переработку ОГФУ — это инвестиции в здоровье, безопасность и энергообеспеченность будущих поколений.

В ноябре 2019 года АО «ПО ЭХЗ» заключило контракт с фирмой Orano Project (Франция) на поставку оборудования для второй аналогичной установки, ввод в действие которой намечен на 2023 год. Мощности по переработке ОГФУ при этом возрастут в два раза, до 20 тысяч тонн ОГФУ в год.

ОГФУ — ценный энергетический ресурс

На урановом топливе, обогащенном изотопом ²³⁵U, сегодня работает большинство атомных энергетических реакторов. Для того, чтобы уран можно было использовать в реакторах АЭС, его обогащают по изотопу ²³⁵U.

Для обогащения урана Электрохимический завод, как и другие разделительные предприятия Росатома, использует современные высокоскоростные газовые центрифуги.

При обогащении урана образуется и обедненный уран, в котором содержание изотопа ²³⁵U ниже, чем в природе.

Например, при получении 1 кг обогащенного урана с содержанием 4% ²³⁵U потребуется 8 кг природного урана; при этом образуется 7 кг обедненного урана, содержащего 0,24% ²³⁵U.

Обогащенный урановый продукт (ОУП) по ²³⁵U до 5%, направляется заказчику. Обедненный гексафторид урана (ОГФУ), или «хвосты», с меньшим содержанием ²³⁵U, чем в природе, помещается в специальные стальные емкости или контейнеры и хранится на складах предприятия.

Обедненный уран, независимо от химической формы (гексафторид, закись-окись, металл), в основном состоит из ²³⁸U. А это — готовый к применению материал для изготовления зон воспроизводства реакторов на быстрых нейтронах (в перспективе они заменят действующие реакторы на тепловых нейтронах).

ОГФУ образуется в больших количествах во всех странах, где обогащают уран (Великобритания, Германия, Китай, Нидерланды, Россия, США, Франция, Япония). В нашей стране в соответствии с законом Российской Федерации об использовании атомной энергии (№ 170-ФЗ от 21 ноября 1995 г.) и заключением экспертов Международного агентства по атомной энергии — МАГАТЭ (ISBN 92-64-195254, 2001) обедненный гексафторид урана рассматривается как ценный энергетический ресурс и потенциальный источник фтора при получении озонобезопасных хладонов и других органических продуктов.

Перспективы использования ОГФУ

Современная атомная энергетика, основанная на разомкнутом, или открытом, ядерно-топливном цикле, использует в основном изотоп ²³⁵U, которого в природном уране всего 0,711%. По оценкам экспертов, в середине XXI века нынешние реакторы на тепловых нейтронах, отработав положенный срок, постепенно будут выводиться из эксплуатации. Им на смену придут реакторы на быстрых нейтронах, в которых в качестве топливного материала будет применяться изотоп ²³⁸U. Его в природном сырье около 99,289%, а в ОГФУ — еще больше.

В ядерном реакторе АЭС ²³⁸U превращается в плутоний, который в свою очередь является делящимся материалом и может использоваться как топливо. Эту топливную схему специалисты называют замкнутым ядерным топливным циклом: топливо, «сгорая», производит новое топливо, причем даже в большем объеме.

Проблема хранения ОГФУ и ее решение

За весь период промышленного производства атомного оружия и топлива для атомной энергетики (начиная с 1940-х годов) во всем мире накопилось более 1,5 миллиона тонн обедненного урана. Объемы ОГФУ продолжают расти, увеличиваясь ежегодно примерно на 50 тысяч тонн.

Наибольшее количество ОГФУ накоплено на площадках шести корпораций, размещенных в 8 странах:

• USEC (США),
• AREVA (Франция),
• Urenco (Германия, Нидерланды, Великобритания),
• РОСАТОМ (Россия),
• JNFL (Япония),
• CNNC (Китай).

ОГФУ хранится в герметичных стальных емкостях на открытых площадках заводов по обогащению урана. Срок хранения отдельных емкостей с ОГФУ уже превышает 40 лет. Несмотря на положительный опыт, накопленный в обращении с ОГФУ, его химическая агрессивность делает подобный способ хранения потенциально опасным.

Атомщики всех стран, имеющих производства по обогащению урана, отдавали себе отчет, что рано или поздно в интересах общественной безопасности придется перевести ОГФУ тем или иным способом в менее опасную форму. Франция первой из ядерных стран успешно решила задачу промышленной утилизации ОГФУ. За ней, благодаря успешному проекту W-ЭХЗ, последовала Россия.

«Обедненный гексафторид урана
(современная ситуация, вопросы безопасного обращения и перспективы)»
Доклад экологического правового центра «Беллона» (2020). Источник: bellona.ru

В начало ↑

Установка «W-ЭХЗ»

Уникальная для российской атомной отрасли установка «W-ЭХЗ» способна переводить химически опасный обедненный гексафторид урана в устойчивую химическую форму — закись-окись урана, пригодную для безопасного долговременного хранения.

Закись-окись урана (U₃O₈) — вещество, близкое к природному состоянию урановых руд. Этот продукт химически устойчив, легко поддается консервации, удобен при транспортировке, его можно хранить сколь угодно долго — идеальные свойства для стратегического топливного запаса энергетики ближайшего будущего, основой которой станут реакторы на быстрых нейтронах.

Эксперты об установке «W-ЭХЗ»
(см. Экологи РАН опровергают риски от обедненного урана («Независимая газета», 12.12.2019)

Попутные товарные продукты переработки ОГФУ — фтористоводородная кислота и безводный фтористый водород.

 

В начало ↑

 

Фтористоводородная кислота и безводный фтористый водород

Полученные с помощью установки «W-ЭХЗ» фтористоводородная кислота и безводный фтористый водород находят применение в разных отраслях промышленности, в том числе и атомной. Для транспортировки фтористоводородной продукции потребителям на предприятии оборудован узел для заполнения железнодорожных цистерн.

Обесфторивание гексафторида урана позволяет вернуть в производство значительное количество фтора, организовать замкнутый фторный цикл в рамках предприятий Росатома, снизив их зависимость от внешних поставщиков фтористоводородной кислоты.

За сравнительно небольшой период АО «ПО «Электрохимический завод» удалось заработать репутацию надежного поставщика и стать заметным участником на российском рынке фторсодержащих продуктов — об этом свидетельствует отсутствие рекламаций от потребителей и повышающийся спрос на продукцию предприятия.

Наименование продукции	Сертификация	Цена	Условия поставки	Минимальный объем отгрузки
Кислота фто­рис­то- ­во­до­род­ная техническая (массовая доля HF от 40 %)	Сер­ти­фи­кат со­от­вет­ствия ГОСТ (Р) по хи­ми­чес­ко­му со­ста­ву, СЭЗ	Договорная	Предоплата 100%. Доставка за счет покупателя	Ж/д цистерна, 65,5 тонн
Водород фтористый безводный	Сер­ти­фи­кат со­от­вет­ствия ГОСТ (Р), СЭЗ	Договорная	Предоплата 100%. Доставка за счет покупателя	Ж/д цистерна, 35,5 тонн