Ученые разработали метод выделения урана из радиоактивных отходов

11:21, 19 января 2022

Он поможет перерабатывать шламовые отвалы и обеспечивать ураном атомную промышленность

Ксения Наливайко в составе исследовательской группы разработала технологию извлечения урана из шлама. Фото: Илья Сафаров.

Ученые Уральского федерального университета придумали, как перерабатывать радиоактивный урансодержащий шлам. Технологию, описанную в Journal of Environmental Chemical Engineering, они проверили на шламовых отходах из хранилища одного из предприятий атомной промышленности. Образцы содержали гипс, карбонат и фторид кальция, оксид кремния, таумасит, то есть были типичными по химическому составу. Содержание урана в отходах составило 0,1%. Иными словами, это был урансодержащий шлам с низким уровнем активности. Именно такие отходы накоплены в огромных количествах и нуждаются в масштабной переработке.

«Нам удалось извлечь уран, пригодный для возврата в производство ядерного топлива. Таким образом, предложенный нами метод позволяет при применении в промышленных масштабах решить одновременно несколько важных задач: переработать радиоактивные отходы, получить ценный уран, а также попутные полезные материалы», — поясняет Ксения Наливайко, основной исполнитель исследований и соавтор статьи, аспирант и инженер кафедры редких металлов и наноматериалов УрФУ.

Метод заключается в следующем. На первом этапе исследований образцы урансодержащего шлама подвергли «классическому» методу выщелачивания серной кислотой, варьируя концентрацию кислоты, температуру и время. Исследователи установили, что наиболее эффективно выщелачивание урана из отходов происходит при концентрации серной кислоты 200 г/л и поддержании температуры раствора на уровне 80 ^оС в течение четырех часов. В этом случае степень извлечения урана достигает максимальных значений и составляет 99,98%.

Кроме продуктивного раствора, содержащего уран, при выщелачивании образуются и твердые нерастворимые остатки гипса, карбоната и фторида кальция, оксида кремния (таумасит растворяется полностью). При этом активность альфа- и бета-излучения нерастворимого остатка снижается в 2,5–3 раза по сравнению с исходным составом. Поэтому нерастворимый остаток возможно использовать в других областях промышленности.

На втором этапе образцы полученного урансодержащего раствора серной кислоты пропустили через ионообменные смолы различных промышленных марок. Затем смолу промыли дистиллированной водой и провели десорбцию урана из насыщенного ионита смешанным раствором серной кислоты и нитрата аммония. Благодаря этому концентрация урана выросла в 3-8 раз.

В результате дальнейшей нейтрализации концентрированного уранового раствора образовался конечный концентрированный твердый осадок урана, так называемый желтый кек. Содержание урана в нем составило 68,54%, при этом изотопный состав урана в осадке и содержание примесей (натрия, кальция, алюминия, магния, железа и других) соответствуют международному стандарту качества ASTM C967-13.

На продолжение исследований по этому направлению группа ученых УрФУ получила грант Российского научного фонда (проект № 22-29-00846 «Поведение актиноидов при формировании и последующем хранении твердых радиоактивных отходов в приповерхностных хранилищах»).

Справка

За десятилетия эксплуатации предприятий атомной промышленности накоплены миллионы тонн твердых радиоактивных урансодержащих отходов, которые являются потенциальными источниками загрязнения атмосферы, прилегающих территорий и грунтовых вод. При этом, накапливаясь в человеческом организме, радионуклиды провоцируют развитие онкологических заболеваний.

Вместе с тем уран является наиболее важным материалом для атомной промышленности. В настоящее время запасы высокосортных урановых руд истощаются, и становится насущной задача извлечения урана из источников с его низким содержанием. Перспективным техногенным источником урана являются отходы, накопленные в открытых шламовых отвалах предприятий по производству урана.